铰接式自卸车货箱及举升机构设计.doc

铰接式自卸车货箱及举升机构的设计铰接式自卸车货箱及举升机构设计-38-目 录中文摘要.abstract（英文摘要）.目录.1第一章 绪论.31.1 引言. 31.2 设计内容及要求.51.2.1设计目的.51.2.2设计要求.51.2.3题目6第二章 车厢设计.72.1等刚度设计定性分析72.2防止整车后翻得车厢内部状设计 .82.3车厢结构型分类 .8第三章 举升机构形式设计.103.1直接推动式和连杆组合式.103.2 f式、t式三角架放大举升机构. 143.3双举升机构.143.4前顶升机构.15第四章 确定系统方案，拟定液压系统图.174.1工况分析.174.2确定系统方案，拟定液压系统图.184.2.1确定执行元件的类型.184.2.2确定压力控制方式.194.2.3 确定顺序动作控制的方式.194.2.4双缸举升同步方式.204.3拟定液压系统原理图.20 4.3.1举升.204.3.2下降.214.3.3暂停.21第五章 液压传动系统设计计算.225.1载荷的组成及其计算.225.2 初选系统工作压力225.3液压缸的设计计算和液压泵的选型.235.3.1初选液压缸内径和液压杆外径.235.3.2确定液压缸的行程.235.3.3校核液压缸杆径.245.3.4液压泵的选型.245.3.5液压缸的输出速度.255.3.6液压缸结构参数计算和材质的确定265.3.7液压缸的链接计算.275.3.8 油缸的计算.30第六章 液压系统控制阀的选型.326.1液压阀额定压力的选择326.2液压阀控制方式的选择326.3确定液压阀的型号.33总结.34参考文献.35致谢.36第一章 绪论1.1 引言随着世界各国国民经济的增长，公路交通状况不断改善，对汽车的专业化、高速化、重型化的要求越来越明显，世界各国对专用汽车的需求逐年增加。近年来，专用汽车增长率均大于载货车增长率，各国专用车的产量占载货车产量的比率逐年递增，发达国家尽量以专用车替代载货汽车。目前专用汽车占载货汽车市场的半壁江山。从世界各国专用汽车的技术含量看，专用汽车技术含量比普通载货汽车高，而重型专用汽车属于高技术、高附加值产品，其附加值达40%以上。近年来我国专用车辆伴随着汽车工业的进步得到迅速发展。国民经济的发展对专用车辆的专用工作装置的要求越来越高,专用工作装置呈现功能多样化、控制自动化、产品系列化等技术发展趋势。另一方面随着社会的进步和经济的发展，建设性行业及运输业也随之发展，人们对车辆的使用性能要求越来越高，尤其是对专用汽车提出了越来越高的要求。普通的运输车已不能满足社会需要，因此专用车厂家迅速发展起来，世界上大多数商用车辆为专用汽车，因此专用汽车生产量较大。而基型载货车产量所占比重较小。在一些发达国家，由于高速公路非常发达，铁路运输逐渐萎缩，专用汽车成了商用运输及各种特殊用途运输的主力，并正在朝着大型化方向发展，特别是专用运输车，其发动机功率越来越大，车速越来越高，性能也越来越完善。 铰接式自卸车（articulated dump trucks）是指驾驶室与车体之间具有铰接点和摆动环的自卸汽车。这种自卸车允许前车架和后车架之间有45转向角，从而实现功能转向。特别是矿用铰接式自卸车必须能够在不平坦的路面上行驶，保证所有车轮与地面的接触，以维持整体的稳定性和通过性和效率。adt的设计思想起源于20世纪60年代末的欧洲。恶劣天气及空间受限的工作条件迫切需要一种届与传统的刚性后卸式运输汽车和铲运机之间的铲土运输设备。这种设备就是现在的铰接式自卸车。早期的铰接式自卸车非常原始，驾驶起来不舒服，而且很少考虑悬挂的作用，行驶的性能较差。如今，铰接式自卸车的技术已取得了显著地进步，尤其是在驾驶室、悬挂及传动系统的设计上较早期的自卸车有了长足的改进。在非道路领域得到了广泛的应用，运输物料的种类从泥土 、岩石、木屑到垃圾。铰接式自卸车设计的初衷是为了修路。它允许同一个道路工程同时从不同的地段开工修造。采用自卸车能通过的崎岖不平的路面，穿梭于个不同的开工地段。如今的采矿业，尤其是覆盖层的大量剥离以成为自卸车应用领域新的增长点，它可以在任何正式运输道路修建之前，完成采矿工程先期剥离层的大量运输工作。同刚性自卸汽车相比，铰接式自卸车有如下优点，而倍受矿山和建筑业的钟爱：1） 良好的机动性。由于铰接式自卸车自身的铰接结构，允许前后车架左右转向45。这样，在作业空间狭窄的地带，铰接式自卸车具有良好的机动性。另外，在松软的地面及恶劣气候条件下也能正常工作。这一点其他结构形式的自卸车式自卸车式望尘莫及的。2） 广泛的的适应性。铰接式自卸车快速发展源于其所具有的广泛适应性和实用性。它不仅可以在任何时间、任何地点、任何条件下运输大量垃圾和物料，而且在工地作业时，不受季节限制，一年四季都可以工作。3） 较高的生产率。人们通常将铰接式自卸车称为工地上的“工作马”，式因为它能在任何恶劣的条件下都能创造出较高的生产率。不仅便于转载，而且式所有铲土运输机械中，载重量于自重这比率最高者。同时，无需进行路面维护，于其他非公路运输设备相比，铰接式自卸车的行驶速度高，可达3035km/h.4） 简便的可操作性。铰接式自卸车具有易接触控制面板与可操作的变速杆，并不复杂，大多数采用自动换挡变速箱，便于驾驶人员将注意力集中到手上，而不必过多考虑换挡变速，可操纵性强。驾驶室宽敞、舒适。5） 较低的运营成本。与其他铲运运输机械相比，铰接式自卸车价格便宜，每小时燃油消耗少，运营成本低。由于外形尺寸小，既不必拆卸运输，又无需任何特别的运输许可证，便于运输至施工现场，可节省大量的设备运输费用。由于自卸车的多功能性，它已经成为矿工们在地面和地下工作的轻松伙伴。过去，铲运机是很受人们欢迎的运土工具，但自卸车与液压挖掘机的结合提供了更多的功能，这使得他占领了本行业多数市场。如果一个公司能把自卸车车队与许多履带式挖掘机配合起来，就既可以铲土也可以运输。矿用铰接式自卸车主要用于露天矿山，所以对其的使用可靠性要求较高。自卸车的年产量占我国工程类专用车年产量的比重较大，随着用户需求的不断提升，自卸车的产品结构、质量和可靠性都在不断提高。举升机构和货箱作为自卸车的关键零部件，国内市场对液压油缸的需求正朝着自重轻型化、举升重型化以及系统集成化方向发展。1.2 设计内容及要求1.2.1设计目的铰接式车辆主要功能为完成矿石的运输任务，其运输吨位大，货箱的设计应该坚固耐用，有较高的设计强度。本课题通过对铰接式自卸车货箱及举升机构的设计，从而达到综合运用所学相关机械知识的目的：1巩固和深化已学知识，掌握液压系统设计计算的一般方法和步骤，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题能力;2正确合理地确定执行机构，选用标准的液压执行元件，能熟练地运用液压基本回路、组合成满足基本性能要求的液压系统；3熟悉并会运用有关的国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料。对学生在计算、之徒、运用设计资料以及经验估算，考虑技术决策、cad技术等方面的基本技能经行一次训练，以提高这些技能的水平;通过课题的完成，掌握机械设计的工作过程和步骤，为以后走上工作岗位奠定良好的基础。1.2.2设计要求本课题要求学生在调研的基础上对多种自卸车货箱进行对比分析，掌握铰接式车辆货箱的设计方法，并设计出一种给定吨位的货箱，根据吨位设计出车辆的液压举升机构。要求完成货箱及举升机构全部设计图纸。本课题要求学生具有扎实的机械工程基本知识及较强理论联系实际能力。要求学生能够熟练掌握cad绘图，对外文资料具有一定的阅读和翻译能力。1设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济;2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴，不能简单地抄袭3在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。4.毕业设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。具体题目由指导老师分配，题目附后；5.毕业设计一般学生要求完成以下工作（1）完成三张零号图纸，其中一张必须手绘一张零号图纸。（2）完成毕业设计论文一份（约一万五千字）。（3）外文翻一篇（约五千字）。1.2.3题目已知设计使用参数：发动机（216kw，2100r/m）；整备质量：19t；载重：25t驱动形式：66;轮胎：23.5-25；轴距：1-2（4080）；2-3（1720）；轮距：2060举升机构液压系统压力：21mpa；举升时间18s；回斗时间11s;举升角50；设计出举升机构和货厢，并画出二维图。第二章 车厢设计2.1 等刚度车厢设计定性分析自卸汽车全金属焊接车厢主要指矿用汽车车厢，其设计、制造看起来很简单。说它简单，是指大工厂能设计，真正设计出占整车质量近25%的轻量化、高强度、耐久的好产品很难。由于工作圈刚度相等，可以将一个集中的力有各单元分散均匀承受，各单元的形变是相同的。国产样车车厢底板的厚度由9.6增至10，刚度增加的不多，而纵横梁的刚度增加的不多，整个底部各单元刚度差别较大，当打石块砸下时刚度小的地方容易产生较大的变形，如果超出其弹性极限，就会产生永久变形。就整车而言，可以看成由车轮、前轴、后桥盖、悬架、车架、车厢及其橡胶缓冲块等不同的刚度单元组合而成的弹性体，受力时将按照各自的刚度产生各自的变形，其变形量于刚度成反比，吸收的能量与刚度成正比。如果车厢的刚度过小，小到可以把其他的单元看成近似刚体，例如，把5t车的等刚体车厢装在10t车的底盘上，势必造成车厢的很大形变，甚至砸坏车厢。反之，如果车厢的刚度过大，大到可以把其看成近似的刚体，当受到冲击时，大部分的能量势必有其它的单元吸收，其薄弱环节可能损坏。在矿山上经常见到普通自卸汽车车架断裂的情形。车厢的刚度只有与其它单元的刚度相适应时，才能形成等刚度。若橡胶缓冲块太硬，车架的刚度又相对大，车厢在缓冲块处支承刚性过大，它本身也将失去等刚度。车厢刚度，无论是弯曲刚度还是扭转刚度，都会增加车架的相应的刚度，两者的刚度是相辅相成、互为补偿的。当汽车前后左右车轮处于高差较大的路面，车架扭曲较大时，车厢应该有一定的扭转随动性。如果车厢的扭转刚度过大，当车架扭转到一定程度时，车厢前支撑缓冲块相应的一侧压到极限位置，车厢纵梁的另一侧可能离开缓冲块，车厢前端的大部分重量转移到另一侧的车架纵梁上，纵梁可能超载损坏。如果车厢扭转刚度过小，能与车架扭转随动，当车架产生较大扭曲时，车厢可能因变形过大而早期损坏。综上所述，对全金属焊接等刚度车厢设计时至今尚无规范化的定量的设计计算方法，所以只能参考一些设计规范和经验数据。车厢底板和侧梁断面应小些，布置应密集，这样易于形成等刚度。自卸汽车的车架断面系数应比同级吨位的货车车架大一倍。2.2防止整车后翻得车厢内部形状设计车厢的内部形状应为簸箕性，底板前窄后宽，单边角度11.5。横断面下窄上宽，单边角度11.5。这样，当车厢倾卸时，货物不易在车厢内卡住，易于倾卸。有的矿用自卸汽车倾卸时，有的一些矿石易被卡在车厢内，致使车辆发生后翻前轮胎起，车厢后部做到地上，究其原因是没有按上述形状设计造成的。2.3车厢结构型式按用途不同大概可分为：普通矩形车厢和铲斗车厢（下图）普通矩形车厢用于散装货物运输。其后板装有自动开合机构，保证货物顺利卸出。普通矩形车厢板厚为：前板4-6mm，边板4-8mm，后板5-8mm，底板6-12mm。矿用铲斗车厢则适用于大石块等粒度较大货物的运输。考虑到货物的冲击和碰幢，矿用铲斗车厢的设计形状较复杂，用料较厚，而且有些车型在底板上焊接一些角钢，以增加车厢的刚度和抗冲击能力。根据课题要求，需要设计一种矿用自卸车的货箱，所以，我们选用后者。且大体估算货物平装10m3,堆装12m3 ;故设计一车厢长4915，宽2512，高1688的车厢车厢材料是由采用高强度钢板材料焊接制造。具体设计详情见零号手绘图纸。示意图如下：车厢与液压缸总成图第三章 举升机构型式设计在自卸汽车上，现在广泛采用液压举升机构。根据油缸与车厢底板的链接方式，常用的举升机构可以分为直接推动式和连杆组合式两大类。3.1直接推动式和连杆组合式3.1.1直推式举升机构油缸直接作用在车厢底板上的举升机构称为直接推动式举升机构，简称直推式举升机构。按举升点在车厢底板下表面的位置可分为油缸中置和油缸前置两种型式。前置油缸支在车厢中部，油缸行程较小，油缸的举升力较大，多采用双缸双柱式油缸。后者行程较小，一般用于重型自卸汽车上，油缸则通常采用多级伸缩油缸。3.1.2连杆组合式举升机构油缸与车厢底板通过连杆机构相连接，此种举升结构称之为连杆组合式举升机构。生产实践表明，连杆组合式举升机构具有很大的优越性。近十几年来，这种类型的举升机构发展较快，已出现了多种型式。根据油缸的安装特点，连杆组合式举升机构又可分为油缸前推（后推）连杆放大式、油缸前推（后推）杠杆平衡式、油缸浮动等多种结构型式。油缸前推连杆放大式举升机构通过三角板与车厢底板链接，车厢的举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；当达到最大举升角度时，油缸几乎处于垂直状态，车厢上升到最高位置不易倾下，稳定性好；油缸最大推力较小，油压特性好。但整个机构较庞大，油缸在举升过程中的摆角较大，工作行程也较大。3.1.3油缸前推式杠杆平衡式举升机构油缸前推式杠杆平衡式举升机构通过拉杆与车厢底板相连，举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；初始时拉杆几乎是垂直顶起车厢，因此机构启动性能好。但该机构三角形连杆的几何尺寸较大，结构不紧凑，油缸摆角较大，工作行程较大，液压管路不易布置。3.1.4油缸后推式连杆放大式举升机构油缸后推式连杆放大式举升机构底板相连推动车厢，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举升支点在车厢几何中心附近，车厢受力状况较好。但该机构举升力系数较大，工作效率低。3.1.5油缸后推杠杆平衡式举升机构油缸后推杠杆平衡式举升机构的油缸下铰点、三角板的固定铰点、车厢翻转铰点几乎均匀分布在副车架上，减少了车架后部的集中载荷；同时，这种三点支承方式有利于改善机构的整体横向刚性。举升过程中油缸的摆角小，机构的工作效率也较高，但机构举升力系数较大，使相同举升质量所需举升力较其他举升机构大。3.1.6油缸浮动式举升机构油缸浮动式举升机构的一端直接与车厢底板相连，另一端不是固定在车架上，而是可以随着车厢的翻转而运动，故称为油缸浮动式举升机构。该机构的拉杆也与车厢底板直接相连，举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好，工作效率较高。但该机构几何尺寸较大，结构不紧凑；举升过程中油缸摆角较大，使得液压管路难于布置。从以上的分析来看，举升机构的每个结构型式都各有利弊。在具体的设计时，应因车置宜，合理选用。具体如下：直推式举升机构结构简单，较易于设计。但由于是油缸直接顶起车厢，为了达到一定的举升角度，往往需采用多级油缸，而为了提高整车的稳定性，又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏或双缸不同步，进而造成车厢举升受力不均。目前，该举升机构主要用于重型自卸汽车。连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性，减少了油缸行程，同时还能借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性，只需采用单级单缸的油缸型式就可满足要求。因此，该举升机构制造工艺相对简单，在生产实际中获得广泛的应用。连杆组合式举升机构中，油缸后推式以结构紧凑、油缸摆角小等特点优于油缸前推式和油缸浮动式举升机构，而举升力较大的缺点则可通过减小举升质量得到一定程度的弥补，故较适合用于中、轻型自卸汽车。通过上述的分析比较，可见：a. 直推式举升机构主要用于重型或有侧倾要求的自卸汽车。b. 油缸前推式举升机构通常用于中、重型自卸汽车。c. 油缸后推式举升机构适合用于中、轻型自卸汽车。d. 油缸浮动式举升机构通常用于重型自卸汽车。举升机构是自卸车的核心，是判别自卸车优劣的重要指标。举升机构的型式国内通常有：3.2. f式、t式三角架放大举升机构三角架放大式的优点为结构成熟、举升平稳、造价低；该机构的结构比较紧凑，横向刚度好，机构效率高，举升时转动圆滑，杆系受力合理，能够较好的克服举升时起始压力过高的现象，并可通过较短的油缸行程来达到较大的举升角度；车厢受力状况较好，能够充分利用后桥至驾驶室后的空间，有利于总体布置设计。该举升机构各参数的计算过程及其约束条件，最大限度地满足举升力强，油压低、构件受力小等要求。缺点为比较复杂，车厢底板与主车架上平面的闭合高度较大。这种机构的自卸汽车在超载时由于液压系统的压力过大经常发生烧油泵、密封件损坏和根本不举升等问题3.3.双缸举升机构双缸举升形式大多用在6x4轴距为34米自卸车上，是在第二桥前方两侧各安装一支多级缸(一般为34级)或单级缸，但是多级缸结构复杂，制造费用较高。双缸举升的优点为车厢底板与主车架上平面的闭合高度较小，液压缸上支点直接作用在车厢底板上；缺点是液压系统很难保证两液压缸同步，举升平稳性较差，对车厢底板的整体刚度要求较高。3.4.前顶举升机构结构性能优点：、整车重心低行车稳定性好，只要后挡不干涉副车架纵梁可以做得很低，最小可以与载货车相同。其结构简单、车厢底板与主车架上平面的闭合高度可以很小，整车稳定性好，液压系统压力较小；、在机构式自卸汽车设计中经常会发生机构与底盘横粱干涉从而需对底盘横梁改制，很麻烦。而前举升方式则不必考虑上装与底盘横梁干涉的问题，从而需对底盘因而设计者不必再费劲地做很多的校核图了。缺点：前顶多级缸行程较大，造价很高。总之，在选择举升机构时，应从转载质量、油缸行程、机构效率、管路的布置以及经济效益等各方面综合考虑以上三种举升型式，结合课题参数，我选择了一种常规的双缸前置直推式举升机构（如下图）： 第四章 举升机构液压系统设计4.1.工况分析工况分析是选定系统方案、液压元件和执行元件功率的依据。在举升车厢过程中，液压缸开始举升时，加速推升，加速度很小可以忽略，举升车厢是在举升刚开始时，液压缸所承受受举升力最大(如图2).在下图3中，油缸的推力矩应克服料斗和矿石总重的重力力矩ts=fr,r=cd,s=l.料斗与矿石总重为t=245kn,s1.8m,r2.4m,则f1.8510n.图 3 工作油缸示意图4.2.确定系统方案，拟定液压系统图确定液压系统方案、拟定液压系统图，是设计液压系统关键性的一步。系统方案，首先应满足工况提出的工作要求（运动和动力）和性能要求。其次，拟定系统图时，还应力求效率高、发热少、简单、可靠、寿合长、造价低。通过分析举升液压缸负载曲线图和工作油缸示意图，可初步确定最大负载点，并根据工况特点和性能要求，用类比法选用执行元件工作压力。有时主机的工况难以类比时，可按负载的大小选取。在选用油泵时，应注意所选用油泵的类型和额定压力。由于管路有压力损失，因此油泵的工作压力应比执行元件的工作压力高。油泵的额定压力应比油泵的工作压力高2560%，使泵具有压力储备。压力低的系统，储备量宜取大些，反之则取小些。初选的执行元件工作压力作为计算执行元件尺寸时的参考压力。然后，在验算系统压力时，确定油泵的实际工作压力。4.2.1.确定执行元件的类型 液压油缸是整个自卸车的核心工作元件之一，与控制阀、液压阀、液压油箱、液压泵、液压管路等共同构成工作系统。液压油缸的主要作用是通过举升车厢实现卸货功能。在自卸车卸货过程中，液压举升系统发挥着巨大的作用，随着自卸车整车重心的不断提高，其稳定性不断降低，液压举升系统质量的好坏直接关系到自卸车的安全性，还对自卸车的装载效率、工作效率、工作可靠性与维护成本产生一定影响。执行元件的类型，根据工作部件所需的运动形式、速度、负载的性质和工作环境参考表4-1确定。表4-1执行元件类型适用工况应用实例油缸双活塞杆负载不大、双向工作、往复运动速度相等麻床工作台单活塞杆双向工作、往复运动速度不同或在差动接法（有效工作面积比为2;1）时，则往复速度相等液压机、拉床、组合机床、工程机械、建筑机械、农业机械等柱塞式负载大、行程较长时，成对使用或单向回程靠外力（弹簧或自重等）实现龙门刨床、工程机工升降机、自卸汽车等齿条活塞式负载不大的摆动运动机械手、回转工作台、转位夹具等油泵齿轮式负载力矩不大、速度平稳性要求不高、工作环境差（噪声限限制不严而尘埃多）钻床、攻丝、风扇驱动。对体积受限制时选摆线齿轮式叶片式负载力矩不大、噪声要求较小的场合磨床回转工作台、机床操纵机构柱塞式负载力矩较大，有变速和变力矩要求，低速平稳性要求较高的场合起重机、铰车、铲车、内燃机车、数控机床等低速大扭矩型负载力矩大、转速低、平稳性高的场合挖掘机、拖拉机、起重机等摆动型往复摆动角360。的运动。比齿条活塞式油缸的体积要小石油机械、机械手、料斗等通过上面表格的比较与分析，自卸车选用活塞式液压缸。 液压泵选择是齿轮式。4.2.2. 确定压力控制方式节流调速定量泵供油系统中，泵源的压力均用溢流阀（与泵源主油路并联）进行恒压力控制。滤油器放置在液压油流出油箱和流入油箱处，以保证进出油箱的液压油纯净，延长元器件的使用寿命、保证液压元件工作性能可靠。单向阀又称止回阀，它的作用是式油流只能沿一个方向通过，而不能反向流动。常被放在液压泵的出油口处，可防止系统压力突然升高时损坏液压泵。另外拆卸泵时系统中的油不会流失。单向阀还可做保压阀的作用，对开启压力大的单向阀，还可做背压阀用。容积调速或变量泵与节流阀联合调速系统中，为了防止过载，常采用安全阀限压保护。根据要求设定溢流阀的压力上限为20mp.4.2.3.确定顺序动作控制的方式操作换向阀的方式可分为手动机械杠杆式，手动液压伺服式和气动操作式三种。机械操纵式的可靠性好，通用性强，维修方便。但它的杆件较多，布置复杂。对于可翻转式驾驶室不宜采用这种操作方式。液压伺服式依靠手动阀建立起来的油压来关闭或打开举升液压换向阀，实现车厢的举升和下降。该阀通过切断动力实现停止工作。它便于远程控制，操作可靠。但反应较慢。气动操作式依靠汽车气筒的压缩空气，通过控制气阀操纵气阀液压换向阀，控制油路方向实现车厢举升、下降和中停。该系统操纵简便，功能齐全，结构较先进，用于中、重型自卸车比较合适。它的缺点是气动转化成液压需要两套管路。由于自卸车操作不频繁，动作顺序随机的，属于工程作业，常采用手动多路换向阀控制。如果操纵力较大，可用手动伺服控制。根据自卸车的特点，该自卸车选用手动液压伺服式控制。当液压缸快到达极限位置时，可以进行行程控制：靠运动部件移动到预定位置（行程）时，发出控制信号，使液压元件动作，从而实现液压缸停止运动。所以选择限位阀。4.2.4. 分流集流阀同步回路由于该自卸车是采用双缸举升，为了保证在举升过程中两个液压缸举升同步，选用分流集流阀同步回路。4.3拟定液压系统原理图图4 举升机构液压系统原理图图4 是自卸车的液压伺服式液压系统，由三部分组成：动力部分和执行部分（举升液压缸）。动力部分主要有液压泵以及连接两者的传动机构。操纵部分用来控制举升液压缸实现车厢倾翻，它具有举升、保持和下降三个动作，工作原理如下：4.3.1举升 手动阀2的手柄在旋出位置，换向阀1在常开状态，限位阀11在常闭状态，举升缸呈收缩状态。当自卸车倾斜货物时，先驱动液压泵9，这时液压泵的压力油经单向阀3、四通阀10、换向阀1、三通阀12，流回油箱4，车厢不动，为液压泵空转启动。再将手动柄向里旋进，则排出压力油去推动换向阀1的阀芯，将进出油口隔断，使其由常开状态变为常闭状态，这时液压泵输出的压力油经单向阀3，四通阀10，集流阀7，进入液压缸6，将车厢顶起，倾斜货物。在举升过程中若系统压力超过一定值，安全阀13则被打开，溢流，使液压系统压力保持在调节压力以下。当车厢倾斜到极限位置时，举升缸触动限位阀11的阀杆，使限位阀由常闭状态变成常开状态，液压泵的输出地压力油经四通阀10，限位阀11，三通阀12流回油箱4，车厢保持在极限倾斜位置。4.3.2下降 当货物卸完，车厢需下降时，先关闭液压泵9，再将手动阀2的手柄向外旋出，换向阀的控制油泄回手动阀，举升缸在车厢重力作用下将油液压出，打开换向阀，使其由常闭状态变成常开状态，举升缸内的油液经四通阀10、换向阀1、三通阀12流回油箱4，车厢回位。4.3.3保持 若需将车厢举升至某一位置，只要使手动阀2的手柄仍在旋进位置，停止泵工作，车厢即可保持在任意位置。五液压传动系统设计计算5.1 载荷的组成及其计算举升机构主要的受力载荷是作用在液压缸上，根据工况分析结果得出：油缸的推力矩应克服料斗和矿石总重的重力力矩.s是铰接点到重心的垂直距离。r是从交接点到液压缸的垂直距离。料斗与矿石总重为t=245kn,s1.8m,r2.4m,则f1.85n.在计算双缸后置直推式举升机构时，只需令； （5-1）式中 计算的单缸举升力； f 实际的举升力； k 修正系数，k=0.550.65；取k=0.6;通过计算得出=1.110.5.2 初选系统工作压力压力的选择要根据载荷的大小和设备的类型而定，具体可以参考表5-1和5-2.载荷kn551010202030305050工作压力mp0.811.522.5334455表5-1机械类型机床农业机械建筑机械液压机重型机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力mp0.82352881010182032表5-2对于25吨自卸车而言，选择的工作压力应该较大，但是过大的工作压力会对密封和材料的要求过高，所以，综合考虑，选择液压缸的工作压力为20mp.5.3 液压缸的设计计算和液压泵的选型5.3.1初选液压缸内径和液压杆外径活塞杆的材料为35、45钢；活塞杆的热处理：粗加工后调质到硬度为229285hb，必要时再经高频淬火，硬度达4555hrc.根据公式最大举升力； （5-2）式中 液压系统的效率，通常取=0.8；d 举升液压缸活塞直径（）.所以得出，活塞的最小直径应为：； （5-3）将f=1.110，p=20mp，=0.8，带入得：d94，根据gb/t23481993，可选择的活塞外径为100.活塞杆的外径可根据表53选择。v/v1.151.251.331.461.612d/d0.30.40.50.550.620.71表53 按速比要求确定d/d根据速比要求，确定d/d0.55,取 d/d=0.56，故得液压缸杆径为56。5.3.2确定液压缸的行程液压缸行程的确定和举升角有关，而举升角必须大于所装货物的安息角。常见货物的安息角如表54：表54根据上表可初选自卸车的举升角50.图五 自卸车举升机构示意图通过上面举升机构示意图，我们可算出液压缸行程l应大于1638.所以根据gb/t23491980，可以选用行程为1800的液压缸。5.3.3校核液压缸杆径由于活塞杆的直径d与活塞杆长度l之比大于10时，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。由于活塞杆为实心杆，所以活塞杆直径可以简化为：； （5-4）式中 =1.110n; 2.31m; =1；经过计算得：d49. 取液压杆的直径为56.5.3.4液压泵的选型液压泵的最大工作液压为：； （5-5）式中f=1.110；=0.8；计算得p=17.5mp,为使液压泵有一定的压力储备，所选液压泵的额定压力一般比最大工作压力大25%60%，所以所选液压缸的额定工作压力可为23mp. 可选择p系列型高压齿轮泵。其额定压力为23mp，最高压力为28mp，工作转速为2400r/min.液压缸工作容积v为； （5-6）式中 l 液压缸行程（m）； d 液压缸的内径(m)；计算得出：v=14130ml.液压泵额定流量q（ml/s）应满足下式要求； （5-7）式中 t 举升工作时间（s）； 液压系统容积效率，=0.800.85,取为0.8。根据要求举升机构一般至多在18s时间内将车厢倾斜到的位置。故计算得出：q980ml/s.液压泵排量由下式确定：； （5-8）式中 液压泵额定转速（r/min）.选择额定转速为2400r/min的。算出q49ml/r.查阅机械设计手册液压传动与控制，选取型号为p3100-f55型液压泵。5.3.5液压缸的输出速度单杆活塞式液压缸外伸时的速度：； （5-9）式中 活塞的外伸速度（m/min）； 进入液压缸的流量（/s）,=m/s； 活塞的作用面积（）； （5-10） d 活塞的直径（m）；经过计算得出=8.4m/min；5.3.6液压缸结构参数计算和材质的确定.液压缸缸体的材质选择45钢，调质的241285hb。缸体的缸筒壁的厚度：； （5-11）式中 液压缸缸筒的厚度（m）;锻钢=100mp120mp取为120mp； 试验压力（mp），工作压力p16mp时，=1.5；工作压力p16mp时，=1.25； d液压缸内径（m）；液压缸厚度；取工程机械用液压缸外径系列为127.缸头选择螺钉连接法兰，缸头的材料可选用45钢。可以仿照cjyg05010液压缸下盖的设计。.油管类型的选择和合尺寸的确定为了保证液压管道在高压，恶劣环境下工作，我选用钢丝编织胶管。 管子内径d（单位：mm），按流速选取； （5-12）式中 液压流量（/s）； 流速，对于高压力的可取5m/s； 计算得出d17ml,取胶管内径19,胶管外径31.液压缸油口直径的计算液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度和油口最高液流速度而定； （5-13）式中 液压缸油口直径（m）；d 液压缸内径（m）； 液压缸最大的输出速度（m/min）； 油口液流速度（m/s）.经过计算得出：=19.所以可以取为20.活塞液压缸活塞的常用材料为耐磨铸铁、灰铸铁、钢及铝合金等。我选择45号钢。具体技术要求见图纸。活塞的宽度： ； （5-14）式中d 液压缸内径，计算得出b60，取为80.5.3.7液压缸连接计算.液压缸体与缸盖之间采用螺钉联接； （5-15）式中 d 液压缸的内径（m）； p 液压缸的最大工作压强； f 液压缸的缸体与缸盖的压力。计算得出：f=1.37.螺纹处的拉应力为：； (5-16)螺纹处的切应力为：； (5-17)合成应力为； (5-18)式中 螺纹处的拉应力（pa）； k 螺纹拧紧系数，动载时，取k2.54； 螺纹内摩擦系数，一般取=0.12； 螺纹外径（m）； 螺纹内径（m）,当采用普通螺纹时： ； (5-19) t 螺纹螺距（m）； d 液压缸内径（m）； 螺纹处的切应力（pa）； 螺纹材料的许用应力（pa）； (5-20)螺纹材料的屈服点（pa）；n 安全系数，n=1.52.5； 合成应力（pa）；f 缸体螺丝处所受的拉力（n）；经过计算，法兰联接当选用m16的内六角螺钉时，其强度可选用10.9级。选用gb/t70-1985。分别为m16*70和m16*80两种型号各六个。有杆腔杆腔可选用螺钉gb70-85，六个螺钉m10*25.活塞与活塞杆的链接计算活塞与活塞杆采用螺纹联接时，活塞杆的危险截面处的拉应力为：； (5-21)切应力为； (5-22)合成应力为； (5-23)式中 f 液压缸输出拉力（n） ； (5-24)d 活塞杆直径（m）； 活塞杆材料的许用应力（pa） =；其它符号同式5-18。经过计算当取最小截面的直径为42时，满足要求。.耳环的链接计算耳环的宽度为； （5-25）式中 d 销轴直径（m）； ew 耳环宽度 耳环材料的许用应力（pa），通常取=(10.20.25)； 耳环材料的抗拉强度（pa）.耳环的其它有关尺寸，按照不同情况，推荐按表5-5选取参数ewmsl6.3p16mp16p31.5mp无衬套带衬套带球铰1.2d尺寸值1.2d1.4dd1.2d1.4d表5-5其具体尺寸见图六：图 六经过计算当cx=50,ms=66,l=60，ep=40.符合要求。5.3.8 确定油箱容量油箱的主要作用是储油和散热，因此必须有足够的散热面积和储油量。整个液压系统的能量损失，包括压力损失、流量损失和机械损失，均转化为热能，使油温升高，使油氧化变质，影响系统正常工作，故对油温有一定允许范围。要保证这一点，最主要的是合理拟定液压系统，提高系统的效率，减少系统的发热。其次要保证油箱有一定的散热面积，也就是保证油箱有一定的容量。初始设计，先按经验公式确定油箱的容量，油箱的经验公式为：； （5-26）式中 液压泵每分钟排出压力油的容积（）；=1.3210ml. a 经验系数，见下表5-6，可以取a=5；系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a12245761210表5-6经过计算得出v=6.610ml.根据油箱容量系列（jb/t79381999），可以初取为800l.由于举升机构举升一次以后要相隔相当一段时间经行二次举升，所以，油箱满足其散热要求。六.液压系统控制阀的选型液压传动系统中，选择合适的液压阀，是使系统设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证该系统正常工作的重要条件。除按系统功能需要选择各种类型的液压控制阀以外，还需考虑额定压力、通过流量、安装形式、动作方式、性能特点等因素。6.1液压阀额定压力的选择可根据系统设计的工作压力选择相应压力级的液压阀，并应使系统工作压力适当低于产品标明的额定压力值。高压系列的液压阀，一般都能适用于该额定压力以下的所有工作压力范围。系统实际工作压力，如果稍高于液压阀所标明的额定液压值，一般来说，在短时期内也是允许的。但如果长时期处在这种状态下工作，将会影响产品的正常寿命，也将影响某些性能指标。一个液压系统各部分回路通过的流量不可能都是相同的。因此，不能单纯根据液压泵的额定输出流量来选择阀的流量参数，而应该考虑到液压系统在所有设计工作状态下各部分阀可能通过的最大流量。6.2.液压阀控制方式的选择有手动控制、机械控制、液压控制或电气控制等多种类型，可根据系统的操纵需要和电气系统的配置能力进行选择。如小型的和不常用的系统，工作压力的调整，可直接靠人工调节溢流阀经行；如果溢流阀的安装位置离操作位置较远，直接调节不方便，则可加装远程调压阀，以进行远距离的控制；如果液压阀的启动频繁，则可选择电磁溢流阀，以便采用电气控制，还可选择初始或中间位置能使液压泵卸荷的换向阀。在许多的场合下，采用电磁换向阀，容易与电气系统组合，以提高系统的自动化程度。而某些场合，为简化电气控制系统，并使操作简便，则容易选用手动换向阀。6.3确定液压阀的型号手动阀2是一个液压伺服式手动换向阀，二位二通型，压力位7mp.可选用型号为dmg-01-2d.对于图四中的单向阀3，可以用s型直通单向阀，液压油可用矿物油，型号为s20a1o/a.对于滤油阀5，过滤精度应满足液压系统或元件所需清洁度要求。选过滤器的通油能力时，一般应大于实际通过流量的两倍以上。又由于油泵的额定压力为20mp，所以应选用高压系列，可选用化纤式过滤器，板式联接，型号是qu-h400b.分流集流阀7又称同步伐，fjl型分流-集流阀按固定比例自动分配或集中两股油流，使执行元件双向同步运行。这种阀安装时应尽量保持阀芯轴线在水平位置，否则会影响同步精度，不许阀芯轴线垂直安装。当使用流量大于阀的公称流量时，流经阀的能量损失增大，但速度同步精度有所提高，若低于公称流量则流量损失减小，但速度同步精度降低。型号为fjl-b20h.方向控制阀控制油流的通、切断或改变油流的方向，以控制执行机构的运动的方向。电液换向阀8用于控制液流的通断和流动方向。weh型电液换向阀可为weh16he50/o6eg24n.四通阀10.二位二通外反馈型方向控制阀11.三通阀12.溢流阀13是先导式卸荷溢流阀，可选择da型。压力调节为20mp.型号为daw10a13020g24nz