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RL5250XLB侧栏板起重运输车改装设计【汽车类】【6张CAD图纸】

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rl5250xlb 侧栏板 起重 运输车 改装 设计 汽车 cad 图纸
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RL5250XLB侧栏板起重运输车改装设计

64页 28000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸【详情如下】

3栏板起重装置.dwg

4支架A1.dwg

5c侧栏板.dwg

6液压系统.dwg

RL5250XLB侧栏板起重运输车改装设计开题报告.doc

RL5250XLB侧栏板起重运输车改装设计说明书.doc

中期检查表.doc

中英摘要.doc

任务书.doc

审定表.doc

封皮.doc

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成绩评定表.doc

教师评分表.doc

目录.doc

答辩评分表.doc

评分表.doc

附录.doc

推荐表.doc

1装配图.dwg

2副车架A1.dwg


目  录


摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章 绪论………………………………………………………………………………1

   1.1选题背景、研究目的及意义………………………………………………………1

   1.2侧栏板起重运输汽车国内外研究现状………………………………………… 1

   1.3 侧栏板起重运输的发展与前景…………………………………………………2

   1.4本设计的目标和主要内容………………………………………………………3

第2章 侧栏板起重汽车方案设计与分析…………………………………………4

   2.1 侧栏板起重运输汽车的结构……………………………………………………4

     2.1.1侧栏板起重运输汽车的概念………………………………………………4

     2.1.2侧栏板起重运输汽车的分类………………………………………………4

     2.1.3侧栏板起重运输汽车的组成………………………………………………4

     2.1.4栏板起重装置的工作原理………………………………………………5

   2.2侧栏板起重汽车升降机构的设计与分析………………………………………6

     2.2.1单缸对中式升降机构………………………………………………………6

     2.2.2双缸对称式升降机构………………………………………………………8

     2.2.3四缸驱动式升降机构………………………………………………………10

     2.2.4五缸驱动式升降机构………………………………………………………11

   2.3侧栏板起重装置的液压系统……………………………………………………12

     2.3.1单缸驱动栏板起重装置的液压系统………………………………………12

     2.3.2双缸驱动栏板起重装置的液压系统……………………………………13

    2.3.3四缸驱动栏板起重装置的液压系统………………………………………14

    2.3.4五缸驱动栏板起重装置的液压系统………………………………………14

   2.4侧起重栏板……………………………………………………………………16

   2.5侧栏板起重装置主要性能参数的选择………………………………………17

   2.6侧栏板起重装置动力源结构型式………………………………………………17

   2.7安全机构…………………………………………………………………………18

   2.8本章小结…………………………………………………………………………19

第3章 侧栏板起重运输车底盘的选取……………………………………………20

   3.1底盘的选取……………………………………………………………………20

    3.1.1汽车底盘选型要求………………………………………………………20

     3.1.2底盘选型……………………………………………………………………20

     3.1.3底盘的选取…………………………………………………………………21

   3.2选用的底盘主车架的主要尺寸…………………………………………………21

   3.3栏板起重车质量参数的估算……………………………………………………22

   3.4本章小结…………………………………………………………………………22

第4章 侧栏板起重车结构设计……………………………………………………23

   4.1副车架的改装设计……………………………………………………………23

    4.1.1副车架外形设计……………………………………………………………23

    4.1.2副车架选材…………………………………………………………………23

   4.2升降机构支架的设计…………………………………………………………24

   4.3升降机构各杆的初步设计计算…………………………………………………24

     4.3.1上下杆的长度计算…………………………………………………………24

     4.3.2拐臂半径r和液压缸的初始长度………………………………………25

   4.4侧栏板升降机构设计校核计算…………………………………………………26

     4.4.1侧栏板升降机构的运动学分析……………………………………………26

     4.4.2侧栏板升降机构尺寸参数的确定与校核…………………………………31

     4.4.3侧栏板升降机构受力分析…………………………………………………32

     4.4.4侧栏板升降机构受力计算…………………………………………………35

     4.4.5侧栏板升降机构的校核……………………………………………………37

   4.5本章小结…………………………………………………………………………38

第 5章 液压系统的设计与选型……………………………………………………39

   5.1液压系统设计分析………………………………………………………………39

     5.1.1液压缸的选型与设计………………………………………………………39

     5.1.2液压泵的选型计算…………………………………………………………40

     5.1.3油箱容积与管路内径计算…………………………………………………41

   5.2液压系统参数计算………………………………………………………………42

    5.2.1液压缸选型确定…………………………………………………………42

    5.2.2液压泵及直流电动机的选型确定…………………………………………42

     5.2.3油箱容积与管路内径参数确定……………………………………………43

     5.2.4分配阀选型…………………………………………………………………44

   5.3本章小结…………………………………………………………………………44

第6章 侧栏板起重运输汽车主要性能计算……………………………………45

   6.1动力性计算………………………………………………………………………45

     6.1.1发动机外特性………………………………………………………………45

     6.1.2汽车的行驶方程式…………………………………………………………46

     6.1.3动力性评价指标的计算……………………………………………………48

     6.1.4侧栏板起重运输汽车整车动力性计算……………………………………49

   6.2燃油经济性计算…………………………………………………………………52

   6.3侧栏板起重运输汽车稳定性计算………………………………………………53

     6.3.1侧栏板起重运输汽车静态稳定性计算……………………………………53

     6.3.2侧栏板起重运输汽车装卸时稳定性计算…………………………………55

   6.4本章小结…………………………………………………………………………56

结论………………………………………………………………………………………58

参考文献 ………………………………………………………………………………59

致谢………………………………………………………………………………………60

附录………………………………………………………………………………………61

   根据以上,本设计所用底盘主要从东风与中国重汽厢式货车中选用。以下表3.1将两种底盘参数列出,进行比较:

   表3.1 东风EQDFL1253AX和ZZ3257M3841底盘参数比较


 底盘型号 EQDFL1253AX ZZ3257M3841

 额定载质量(kg) 14705 15500

 整备质量(kg) 10100 8690

 外形尺寸(mm) 11990×2500×3200 7575×2496×2958

 发动机型号 ISDe210?30 WD615.61A

 排量/功率(ml/kw) 6700/155 9726/191

 钢板弹片数(前/后) 8/8/9+9,3/3/4+3 9/12,10/12

 轴距(mm) 1950+5350 3825+1350

 前轮距/后轮距(mm) 1980,1980/1860 2022,2041/1830

 接近角/离去角(度) 30/18 19/50?

 前悬/后悬(mm) 1460/3230 1500/900

 燃油类型 柴油 柴油

 轴数/轮胎数 3/8 3/10    

 轮胎规格 10.00-20 11.00-20

 驾驶室准乘人数 3 3

 最高车速(km/h) 90 75

   由比较可以看到,EQDFL1253AX底盘和ZZ3257M3841厢式货车两种型号底盘在整体性能上有一定差别。考虑到货车的载重量、稳定性等因素,厢式货车改装更加方便,因此选用ZZ3257M3841作为本次设计的货车。

3.2选用的底盘主车架的主要尺寸

由上选用的底盘ZZ3257M3841底盘,其主车架尺寸如下:

       主车架的长度:                         7375mm

       主车架的宽度:                         850mm

       主车架上面尺寸到地面高度:             1117mm

       货箱尺寸:                             mm

3.3栏板起重车质量参数的估算

   额定载重质量是栏板起重车基本使用性能的参数。由上面的叙述知道,本设计的栏板车辆额定载质量定位13000kg。

   整车整备质量也是栏板起重车的重要性能参数。在栏板起重车的设计过程中,主要采用同类产品提供的数据进行估算整车整备质量。整车整备质量包括底盘质量、底盘以外外加的副车架、车厢、起重装置、支架以及液压系统等装置的质量,是加满各种油液料后的质量。本设计的侧栏板起重车整车整备质量估算为12000kg。


摘    要

本次设计的题目是侧栏板起重运输车的设计。栏板起重运输车采用汽车车厢的栏板或附加起重栏板为起重装置,并利用车身的动力源,驱动栏板进行升降以装卸货物,从而从一定程度上实现了快速货运。

它适用于箱、袋、桶、捆等包装方式的货物的装卸运输作业,因此在商业、邮政、地质勘探、图书发行、等部门的货物运输中表现出较好的优越性。

本次设计在查阅大量相关资料的基础上,深入分析了侧栏板起重运输汽车设计的总体方案,对底盘、升降机构、液压系统、侧栏板以及相关附件等进行了合理选择。并通过对底盘型号的选取,确定了整车性能参数。以此为基础,加上对升降机构运动学、力学的分析,对升降机构各部分尺寸参数进行了确定和校核。采用液压系统对各个元件进行控制以实现其起重、举升、装卸货物的功能,并通过对各液压元件的设计计算,确定系统采用的液压元件的型号。确定了对侧栏板起重运输汽车的总体参数。对改装后的整车性能也进行了分析和计算,以确定是否能满足国家标准。

关键词:改装设计;侧栏板;起重装置;升降机构;液压系统


第1章 绪    论

1.1选题背景、研究目的及意义

   随着现代物流业的迅速发展,汽车的运输量迅速增长,货物的装卸量和频率也随之加大。对于大吨位的厢式载货汽车而言,由于车厢地板离地较高,且货物质量较大,装卸困难,特别是在单人操作时,货物装卸很不方便,工作效率低。基于此,许多厢式载货汽车装有举升栏板。

   起重栏板可大幅度提高运输及装卸效率, 减轻操作人劳动强度, 广泛用于邮政、金融、石化、商业、制造等行业[1]。

   栏板起重运输汽车是在普通载货汽车基础上发展起来的。载货汽车最初都是完全人力化装运,即完全靠人的肩扛手抬,费事费力、劳动效率低下、危险性高、工作人员劳动强度大 ,即使如此,但对于较少货运量来说也是能够承受的。近年来,随着我国国民经济持续、快速、健康的发展,物流量成倍的增长,再加上各类型公路的建设速度加快,公路货运发展得到迅猛的增长,专业运输单位和个体运输经营者如雨后春笋般地多了起来。很多公司都有了自己的运输车队,仅靠手工作业,不能充分发挥车辆的效能以提高企业效率。同时由于汽车运输量成倍增长,货物的装卸量和频率也随之加大。对于大吨位的厢式载货汽车而言,由于车厢地板离地较高,且货物质量较大,装卸困难,特别是在单人操作时,货物装卸很不方便,工作效率很低。可见,实现货车装运的机械化是势在必行的,为此需设计一种可实现自起重装卸功能的专用载货汽车——侧栏板起重运输汽车,仅利用一套侧栏板起重装置就可以实现货物的机械化装运,从而大幅度能提高运输和装卸效率,减轻人的工作强度[2~4]。

1.2侧栏板起重运输汽车国内外研究概况

   栏板起重装置的发展, 在国外大体上可分为四个时期。第一代产品产生于20世纪30 年代末, 其特点主要是单缸举升, 而栏板翻转靠手动, 起升质量为500kg左右, 栏板(又称载物平台) 触地倾角9°~10°。目前, 这种产品在东南亚、日本仍在使用, 20世纪90年代, 还在美国得到了新的发展。第二代产品产生于20世纪50年代初的欧洲市场, 在第一代产品的基础上增加了翻转关门油缸。举升与翻转分别由二个独立油缸实现。最常见的是四只油缸的型式, 也有双缸的。起升质量在500kg以上, 载物平台触地倾角10°, 翻转动作凭操作者经验控制。该种产品目前主要用于美洲及东南亚地区。第三代产品产生于20世纪70年代末的欧洲市场, 是在第二代产品的基础上增加第五只油缸。这只油缸在液压系统中主要起相对位置的记忆功能, 使载物平台触地、离地的翻转动作不再由操作者控制而由液压系统本身控制, 从而使升降过程相对平稳与安全。触地倾角一般为8°~10°。若兼作厢门用, 因平台尺寸增大, 倾角也可能小于8°。目前该类产品普遍用于欧美地区。第四代产品产生于29世纪90年代初, 其液压系统及功能原理同第三代产品, 只增加了记忆油缸的尺寸, 使记忆动作的范围进一步增大。它不同于第三代产品的关键在于其载物平台增加特殊结构, 由一体改为两体活动联接, 使平台触地后不仅能自动翻转, 而且有一个下沉的动作, 使触地倾角达到6°, 甚至在6°以下。目前该产品在荷兰、南斯拉夫和中国已申请了实用新型发明专利。国内已有定型产品投放市场。从操作性能、安全可靠性等使用效果上, 第四代产品将逐渐取代了第二、三代产品。而第一代产品,由于其结构简单, 重量轻, 虽然技术含量低, 但具有便于维修等优点在发展中国家将仍有一定的市场。

   栏板起重装置在国内的发展只是近二十几年的事情。1985年原邮电部从日本进口了一批装有栏板起重装置的厢式车。此后, 由汉阳专用汽车研究所、湖北汽车配件厂和邮电部明水通信机械厂三家合作进行了国产化研制开发, 历时两年多, 却因多种原因而未能投入使用。1988年初, 邮电部明水通信机械厂组织技术人员, 继续研制。在北京市邮政局的大力协助下, 经过近四年的努力, 产品质量日渐趋于稳定。国产化产品早期用汽车发动机作为动力。1992年实现以汽车蓄电池作为液压泵站的驱动力。1992年以后, 栏板起重装置因国内厢式车的发展而开始发展起来, 技术水平也逐渐向国际靠近。据目前了解的情况, 国内生产栏板起重装置的企业包括明水邮电通信设备厂等至少有5 家, 产品结构型式有单缸、四缸、五缸及20世纪90年代初的美国技术及最新型的五缸技术。尽管在产品结构形式上, 国际上的四代产品均在国内都有生产, 但就其发展而言, 仍处于起步阶段。国内市场的扩展, 还需要时间与机遇。从时间上讲可能不会太久, 从品种上讲, 短时期内将仍是以多种型式并存, 但最终可能是单缸产品和五缸产品为主[3]。


内容简介:
SY-025-BY-3毕业设计(论文)开题报告学生姓名刘岩系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-18班指导教师姓名李涵武职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称RL5250XLB侧栏板起重运输车改装设计一、课题研究现状、选题目的和意义栏板起重装置的发展, 在国外大体上可分为四个时期。第一代产品产生于20世纪30 年代末, 其特点主要是单缸举升, 而栏板翻转靠手动, 起升质量为500kg 左右, 栏板(又称载物平台) 触地倾角9 10。第二代产品产生于20世纪50 年代初的欧洲市场, 在第一代产品的基础上增加了翻转关门油缸。举升与翻转分别由二个独立油缸实现。最常见的是四只油缸的型式, 也有双缸的。起升质量在500 kg 以上, 载物平台触地倾角10, 翻转动作凭操作者经验控制。第三代产品产生于20世纪70 年代末的欧洲市场, 是在第二代产品的基础上增加第五只油缸。这只油缸在液压系统中主要起相对位置的记忆功能, 使载物平台触地、离地的翻转动作不再由操作者控制而由液压系统本身控制, 从而使升降过程相对平稳与安全。触地倾角一般为8 10。若兼作厢门用, 因平台尺寸增大, 倾角也可能小于8。第四代产品产生于20世纪90 年代初, 其液压系统及功能原理同第三代产品, 只增加了记忆油缸的尺寸, 使记忆动作的范围进一步增大。它不同于第三代产品的关键在于其载物平台增加特殊结构, 由一体改为两体活动联接, 使平台触地后不仅能自动翻转, 而且有一个下沉的动作, 使触地倾角达到6, 甚至在6以下。国内已有定型产品投放市场。从操作性能、安全可靠性等使用效果上, 第四代产品将逐渐取代了第二、三代产品。1985 年原邮电部从日本进口了一批装有栏板起重装置的厢式车。1988 年初, 邮电部明水通信机械厂组织技术人员, 继续研制。在北京市邮政局的大力协助下, 经过近四年的努力, 产品质量日渐趋于稳定。国产化产品早期用汽车发动机作为动力。1992 年实现以汽车蓄电池作为液压泵站的驱动力。1992 年以后, 栏板起重装置因国内厢式车的发展而开始发展起来, 技术水平也逐渐向国际靠近。据目前了解的情况, 国内生产栏板起重装置的企业包括明水邮电通信设备厂等至少有5 家, 产品结构型式有单缸、四缸、五缸及90 年代初的美国技术及最新型的五缸技术。尽管在产品结构形式上, 国际上的四代产品均在国内都有生产, 但就其发展而言, 仍处于起步阶段。国内市场的扩展, 还需要时间与机遇。从时间上讲可能不会太久, 从品种上讲, 短时期内将仍是以多种型式并存, 但最终可能是单缸产品和五缸产品主。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题改装设计侧栏板起重运输汽车。(装载质量10t、起重质量约1t),满足专用汽车相关设计要求。 正确进行二类底盘的选择、主要参数数据齐备、进行二类底盘选型分析、产生具有实践意义的选型总结; 进行车辆的总体布置,用总布置草图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置; 进行起重装置的详细设计,在正确计算的基础上,完成部部件设计选型,要求工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高; 进行液压装置设计计算选型;三、技术路线(研究方法) 整体思考之后,进行二类底盘的选型,考量所有数据,对所选二类底盘进行分析,在二类底盘选择之后,对液压系统进行选型设计,再对其他附属设备进行选择,所有部件都齐备之后,对车辆进行整体布置,最后进行整车性能分析,如不能满足要求则返回重新进行选择。四、进度安排1、调研、资料收集,完成开题报告 第1、2周、第3周 2、方案设计与分析、二类底盘选型(调研与分析) 第4周3、总布置; 第5、6周 4、起重装置设计计算选型 第7周 5、液压装置设计计算选型 第8周 6、辅助系统设计 第9周 7、完成设计图纸 第10、11周 8、整车性能计算分析;整车设计修正 第12周 9、完成设计说明书的撰写 第13、14周 10、设计审核、修改 第15周、第16周 11、毕业设计答辩准备及答辩 第17周 五、参考文献1左培文.中国专用汽车产业现状及发展探索J.专用汽车,2006,6:32-33.2汪东.专用车的市场前景及企业发展对策思考J.汽车研究与发,2005,2:19-21.3杨建刚.栏板起重装置的结构与设计J.专用汽车,1999,2:36-37.4李国雄,梁上愚.五缸驱动液压起重尾板的结构特点J.专用汽车,2003,3:28-29.5王祖德.我国专用汽车分品种发展分析J.专用汽车,2004,4:14-17.6刘晶郁.后栏板起重装置的优化设计J.专用汽车,1997,4:14-16.7魏志强.汽车液压尾板的开发J.重型汽车,2000,4:11-12.8安京华.货运卡车的后栏板升降装置J.起重运输机械,1997,5:35.9刘晶郁.后栏板起重装置液压控制系统的设计J.专用汽车,1999,1:41-42.10李广春.厢式车用液压起重尾板的选择与安装J.专用汽车,2006,10:43-44.19BedfordA,FowlerW.EngineeringMechanicsM:Vol2:Dynamics.NewYork:Addison-Wesley Publishing Company Inc,1995.20CK Prahalad.Gary Hamel.The Core Competence of the CorporationM. Harvard Business Review.1990.May-June.79-91.六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日目 录摘要Abstract 第1章 绪论11.1选题背景、研究目的及意义11.2侧栏板起重运输汽车国内外研究现状 11.3 侧栏板起重运输的发展与前景2 1.4本设计的目标和主要内容3第2章 侧栏板起重汽车方案设计与分析42.1 侧栏板起重运输汽车的结构4 2.1.1侧栏板起重运输汽车的概念4 2.1.2侧栏板起重运输汽车的分类4 2.1.3侧栏板起重运输汽车的组成4 2.1.4栏板起重装置的工作原理52.2侧栏板起重汽车升降机构的设计与分析6 2.2.1单缸对中式升降机构6 2.2.2双缸对称式升降机构8 2.2.3四缸驱动式升降机构10 2.2.4五缸驱动式升降机构112.3侧栏板起重装置的液压系统12 2.3.1单缸驱动栏板起重装置的液压系统12 2.3.2双缸驱动栏板起重装置的液压系统132.3.3四缸驱动栏板起重装置的液压系统142.3.4五缸驱动栏板起重装置的液压系统142.4侧起重栏板16 2.5侧栏板起重装置主要性能参数的选择17 2.6侧栏板起重装置动力源结构型式17 2.7安全机构18 2.8本章小结19第3章 侧栏板起重运输车底盘的选取203.1底盘的选取203.1.1汽车底盘选型要求20 3.1.2底盘选型20 3.1.3底盘的选取213.2选用的底盘主车架的主要尺寸213.3栏板起重车质量参数的估算223.4本章小结22第4章 侧栏板起重车结构设计234.1副车架的改装设计234.1.1副车架外形设计234.1.2副车架选材234.2升降机构支架的设计244.3升降机构各杆的初步设计计算24 4.3.1上下杆的长度计算24 4.3.2拐臂半径r和液压缸的初始长度254.4侧栏板升降机构设计校核计算26 4.4.1侧栏板升降机构的运动学分析26 4.4.2侧栏板升降机构尺寸参数的确定与校核31 4.4.3侧栏板升降机构受力分析32 4.4.4侧栏板升降机构受力计算35 4.4.5侧栏板升降机构的校核374.5本章小结38第 5章 液压系统的设计与选型395.1液压系统设计分析39 5.1.1液压缸的选型与设计39 5.1.2液压泵的选型计算40 5.1.3油箱容积与管路内径计算415.2液压系统参数计算425.2.1液压缸选型确定425.2.2液压泵及直流电动机的选型确定42 5.2.3油箱容积与管路内径参数确定43 5.2.4分配阀选型445.3本章小结44第6章 侧栏板起重运输汽车主要性能计算456.1动力性计算45 6.1.1发动机外特性45 6.1.2汽车的行驶方程式46 6.1.3动力性评价指标的计算48 6.1.4侧栏板起重运输汽车整车动力性计算496.2燃油经济性计算526.3侧栏板起重运输汽车稳定性计算53 6.3.1侧栏板起重运输汽车静态稳定性计算53 6.3.2侧栏板起重运输汽车装卸时稳定性计算556.4本章小结56结论58参考文献 59致谢60附录61 摘 要本次设计的题目是侧栏板起重运输车的设计。栏板起重运输车采用汽车车厢的栏板或附加起重栏板为起重装置,并利用车身的动力源,驱动栏板进行升降以装卸货物,从而从一定程度上实现了快速货运。它适用于箱、袋、桶、捆等包装方式的货物的装卸运输作业,因此在商业、邮政、地质勘探、图书发行、等部门的货物运输中表现出较好的优越性。本次设计在查阅大量相关资料的基础上,深入分析了侧栏板起重运输汽车设计的总体方案,对底盘、升降机构、液压系统、侧栏板以及相关附件等进行了合理选择。并通过对底盘型号的选取,确定了整车性能参数。以此为基础,加上对升降机构运动学、力学的分析,对升降机构各部分尺寸参数进行了确定和校核。采用液压系统对各个元件进行控制以实现其起重、举升、装卸货物的功能,并通过对各液压元件的设计计算,确定系统采用的液压元件的型号。确定了对侧栏板起重运输汽车的总体参数。对改装后的整车性能也进行了分析和计算,以确定是否能满足国家标准。 关键词:改装设计;侧栏板;起重装置;升降机构;液压系统ABSTRACTThe design is entitled side-lift plate design of vehicles.platecrane truck used car plate or additional lifting device for lifting and using the bodys power source to drive take-off and landing plate for loading and unloading of car goods ,thereby brings out the fast freight on some degree. It applies to boxes, bags, barrels, bundles, such as packaging of the loading and unloading of goods transport operations, so in the commercial, postal services, geological prospecting, book publishing, such as transport of goods sector showed the superiority of better. The article makes in-depth analysis of the program of the overall design on the basis of searching for a large number of relevant information, make a reasonable choice for chassis,the tailgate lift, hydraulic system, rear gate and the related accessories. And also through the selection of the chassis, the article determines the performance parameters of the vehicle. On this basis, adding to the kinematics and mechanical analysis of the tailgate lift mechanism, it makes the identification and verification of the size of the tailgate lifts movements. Meanwhile, adopting a hydraulic control system to controll each component, it carrys on the function of rising goods, lifting, and unloading goods, and though the design of hydraulic components, it determines the components of the hydraulic models. At this point, the article determines the overall parameters of the whole vechile. In addition, it makes the analysis and calculation for the whole after repacking to test whether it can meet the national standard. Keyword: Refiting design;Rear gate;Hauling-up device;Sidegate lift mechanism;Hydraulic system第1章 绪 论1.1选题背景、研究目的及意义随着现代物流业的迅速发展,汽车的运输量迅速增长,货物的装卸量和频率也随之加大。对于大吨位的厢式载货汽车而言,由于车厢地板离地较高,且货物质量较大,装卸困难,特别是在单人操作时,货物装卸很不方便,工作效率低。基于此,许多厢式载货汽车装有举升栏板。起重栏板可大幅度提高运输及装卸效率, 减轻操作人劳动强度, 广泛用于邮政、金融、石化、商业、制造等行业1。栏板起重运输汽车是在普通载货汽车基础上发展起来的。载货汽车最初都是完全人力化装运,即完全靠人的肩扛手抬,费事费力、劳动效率低下、危险性高、工作人员劳动强度大 ,即使如此,但对于较少货运量来说也是能够承受的。近年来,随着我国国民经济持续、快速、健康的发展,物流量成倍的增长,再加上各类型公路的建设速度加快,公路货运发展得到迅猛的增长,专业运输单位和个体运输经营者如雨后春笋般地多了起来。很多公司都有了自己的运输车队,仅靠手工作业,不能充分发挥车辆的效能以提高企业效率。同时由于汽车运输量成倍增长,货物的装卸量和频率也随之加大。对于大吨位的厢式载货汽车而言,由于车厢地板离地较高,且货物质量较大,装卸困难,特别是在单人操作时,货物装卸很不方便,工作效率很低。可见,实现货车装运的机械化是势在必行的,为此需设计一种可实现自起重装卸功能的专用载货汽车侧栏板起重运输汽车,仅利用一套侧栏板起重装置就可以实现货物的机械化装运,从而大幅度能提高运输和装卸效率,减轻人的工作强度24。1.2侧栏板起重运输汽车国内外研究概况 栏板起重装置的发展, 在国外大体上可分为四个时期。第一代产品产生于20世纪30 年代末, 其特点主要是单缸举升, 而栏板翻转靠手动, 起升质量为500kg左右, 栏板(又称载物平台) 触地倾角910。目前, 这种产品在东南亚、日本仍在使用, 20世纪90年代, 还在美国得到了新的发展。第二代产品产生于20世纪50年代初的欧洲市场, 在第一代产品的基础上增加了翻转关门油缸。举升与翻转分别由二个独立油缸实现。最常见的是四只油缸的型式, 也有双缸的。起升质量在500kg以上, 载物平台触地倾角10, 翻转动作凭操作者经验控制。该种产品目前主要用于美洲及东南亚地区。第三代产品产生于20世纪70年代末的欧洲市场, 是在第二代产品的基础上增加第五只油缸。这只油缸在液压系统中主要起相对位置的记忆功能, 使载物平台触地、离地的翻转动作不再由操作者控制而由液压系统本身控制, 从而使升降过程相对平稳与安全。触地倾角一般为810。若兼作厢门用, 因平台尺寸增大, 倾角也可能小于8。目前该类产品普遍用于欧美地区。第四代产品产生于29世纪90年代初, 其液压系统及功能原理同第三代产品, 只增加了记忆油缸的尺寸, 使记忆动作的范围进一步增大。它不同于第三代产品的关键在于其载物平台增加特殊结构, 由一体改为两体活动联接, 使平台触地后不仅能自动翻转, 而且有一个下沉的动作, 使触地倾角达到6, 甚至在6以下。目前该产品在荷兰、南斯拉夫和中国已申请了实用新型发明专利。国内已有定型产品投放市场。从操作性能、安全可靠性等使用效果上, 第四代产品将逐渐取代了第二、三代产品。而第一代产品,由于其结构简单, 重量轻, 虽然技术含量低, 但具有便于维修等优点在发展中国家将仍有一定的市场。栏板起重装置在国内的发展只是近二十几年的事情。1985年原邮电部从日本进口了一批装有栏板起重装置的厢式车。此后, 由汉阳专用汽车研究所、湖北汽车配件厂和邮电部明水通信机械厂三家合作进行了国产化研制开发, 历时两年多, 却因多种原因而未能投入使用。1988年初, 邮电部明水通信机械厂组织技术人员, 继续研制。在北京市邮政局的大力协助下, 经过近四年的努力, 产品质量日渐趋于稳定。国产化产品早期用汽车发动机作为动力。1992年实现以汽车蓄电池作为液压泵站的驱动力。1992年以后, 栏板起重装置因国内厢式车的发展而开始发展起来, 技术水平也逐渐向国际靠近。据目前了解的情况, 国内生产栏板起重装置的企业包括明水邮电通信设备厂等至少有5 家, 产品结构型式有单缸、四缸、五缸及20世纪90年代初的美国技术及最新型的五缸技术。尽管在产品结构形式上, 国际上的四代产品均在国内都有生产, 但就其发展而言, 仍处于起步阶段。国内市场的扩展, 还需要时间与机遇。从时间上讲可能不会太久, 从品种上讲, 短时期内将仍是以多种型式并存, 但最终可能是单缸产品和五缸产品为主3。1.3侧栏板起重运输的发展方向与前景传统的栏板起重车大多数只是局限于尾板起重,使得栏板起重车的应用范围不够广泛,环保意识的增强,对起重车的要求也越来越高。现代车辆的装备技术必需与生态型、现代化国际大都市发展相适应,具有国际先进、技术创新的装备特征,必需从满足单一的普通作业需求,向满足文明作业、环境保护、质量监管、城市容貌等作业和管理需求方向发展。这些特征如下。 (1)集成化 即从一般的机械化向装备技术集成方向发展,这是集成化的技术基础;从单一功能的设备向装备系统集成方向发展,这是集成化的形态体现。 (2)环保化现代化城市的起重车辆,将从只满足基本作业功能需求向满足环保作业功能需求的方向发展。通过技术创新、产品改进、功能完善,提高产品在控制污水、扬尘、噪声、废气等污染方面的性能。(3)人性化车辆的人性化是体现现代文明社会以人为本的理念,分别反映在操作人员工作环境和作业过程中对周围环境和人们的影响二个方面。在操作人员工作环境方面,将以提高驾驶操作的舒适性,减轻作业人员的劳动强度为发展目标,使驾驶、作业人员的工作环境得到改善和提高。以上特征要求也正是栏板起重的发展和努力优化的方向。1.4本设计的目标和主要内容本次设计的重点是对侧栏板起重运输汽车的后栏板起重装置采用的各种方案进行比较分析,并分别列出各方案的优劣点,以便选择最合适方案。本次的设计目标是设计一种装载质量为10t的侧栏板起重运输汽车,其性能参数与原载货车接近。侧栏板起重运输汽车是装备有栏板起重装置的载货汽车,因此本设计的主要研究内容是:二类底盘的选择;整车的整体布置;栏板起重装置的选型、设计、计算;液压装置的选型、设计、计算;整车性能计算分析。主要解决的问题有:(1)正确进行二类底盘的选择、主要参数数据齐备、进行二类底盘选型分析、产生具有实践意义的选型总结; (2)进行车辆的总体布置,用总布置草图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置; (3)进行起重装置的详细设计,在正确计算的基础上,完成部部件设计选型,要求工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高; (4)进行液压装置设计计算选型;(5)分析整车改装设计后的主要性能。 第2章 侧栏板起重汽车方案设计与分析2.1侧栏板起重运输汽车的结构2.1.1侧栏板起重运输汽车的概念侧栏板起重运输汽车一般是由附加的起重栏板为起重装置,并利用汽车的动力源,用液压驱动栏板进行升降,达到自装卸货物的目的。2.1.2侧栏板起重运输汽车的分类侧栏板起重运输汽车按栏板起重装置的动力源分可分为发动机式和蓄电池式。前者通过取力器,利用汽车发动机的动力驱动栏板起重装置工作;后者则依靠车载蓄电池向栏板起重装置提供动力。按起重栏板的功用分可分为侧栏板起重式和附加栏板起重式。前者的起重栏板是经加固的车厢栏板,因此它具有双重功能。后者的起重栏板仅作为起重装置用,不起车厢栏板的作用,它用于厢式汽车的后栏板起重装置,如图2.1所示。按后栏板运输汽车的具体用途和运送货物的类型可分为悬臂式、垂直式、以及摇臂式5。图2.1侧栏板起重运输汽车2.1.3侧栏板起重运输汽车的组成侧栏板起重运输汽车由两大部分组成,即二类底盘和后栏板起重装置。其中侧栏板起重装置是侧栏板起重运输汽车的主要结构部分。其主要组成如下:2.1.4栏板起重装置的工作原理一种栏板起重装置的结构如图2.2所示。1取力器;2齿轮液压泵;3液压油箱;4滤清器;5液压控制箱;6液压缸;7升降机构;8起重栏板图2.2 一种栏板起重装置结构栏板起重运输汽车在进行装卸作业时,即栏板起重装置工作时,动力系统获得的动力带动齿轮液压泵工作,并向液压系统提供压力油,液压缸在液压油的作用下,活塞杆推动升降机构运动,最后起重栏板在升降机构的带动下相应运动,完成起重、举升、装卸货物的功能。2.2侧栏板起重汽车升降机构的设计与分析在侧栏板起重汽车改装设计中对升降机构的设计要求:(1)能上下平移,使起重栏板能完成翻转起闭和着地倾斜等不同形式的运动。(2)工作可靠,在液压系统停止工作时,升降机构不得有明显的自动沉降现象。(3)使起重栏板能将10kN货物平稳地升降到一定高度,且能在任意位置停住。侧栏板起重装置的升降机构的基本原理:侧栏板起重装置的种类很多,但其基本原理却是相同的, 即平行四连杆机构的平行移动原理, 如图2.3所示。图2.3 平行四连杆机构图中、四连杆铰结,固定杆,给杆一力矩,使其以为圆心转动,则杆始终与杆保持平行状态。如果使杆处于竖直状态,杆扩展为,那么,就能始终以水平状态升降,其中即为所说的侧栏板,如图2.4所示。图2.4 转化后的侧栏板起重装置机构图2.2.1单缸对中式升降机构单缸对中式升降机构如图2.5所示,简化结构如图2.6所示。其运动由三部分组成, 一是栏板的上下平移运动; 二是栏板运动到着地点的倾斜运动;三是栏板在上止点的翻转运动。其中栏板的上下平动及着地点的倾斜运动是由油缸1活塞的往复直线运动转换而成。对于翻转运动则是由弹簧助力靠人完成的16,17。上下平动时,、两点固定,铰接点受限位杆3的推力板下端调整螺钉点的限制而固定,整个机构可视为以为固定边的平行四边形机构,完成上下平动的要求。倾斜运动时,、两支点固定,但铰接点的约束解除,整个机构可视为以为固定边的铰链五杆机构,从而实现下止点位置的倾斜运动。1支架;2、5、7、12、13销轴;3滚子;4阶梯销轴; 6拐臂轴;8锁片;9螺钉;10调整螺钉;11下杆;14连杆;15转换限位杆;16上杆;17限位块;18铰销;19锁紧杆;20限位板;21侧拐臂图2.5 单缸对中式举升机构1油缸总成;2推力板总成;3限位杆;4下杆;5上杆;6限位块;7栏板图2.6 单缸对中式结构简图单缸对中式举升机构的优点是结构简单、成本较低,同时可以避免双缸工作时的不同步问题;缺点是举升重力较小,要求车架下有较大的安装空间,制造工艺较复杂。2.2.2双缸对称式升降机构图2.7为双缸对称式升降机构的结构图,其特点是采用双液压缸分别驱动两套对称布置的平面连杆机构,实现栏板的翻转、升降、平移和着地后的倾斜运动。1固定支座;2、5、7销轴;3、11、12圆柱销;4活动支座;6浮动铰链;8液压缸;9下杆;10上杆;13栏板支座;14滑座;15拨叉轴;16滑块;17连接角铁图2.7 双缸对称式升降机构该机构利用变换平行四杆机构的固定边,实现栏板的翻转及升降平移运动。而栏板着地后的倾斜则是将平行四连杆机构转换为五杆机构实现的。图2.8为栏板的翻转运动简图。为了实现栏板的翻转,点固定,使上杆3成为固定杆,即在平行四杆机构中,为固定边。当液压缸2的活塞杆伸长时,浮动铰链板4推动活动支座1绕点顺时针转动。同时栏板6绕点转动。当转至竖直位置时,栏板则转到水平位置,如图双点画线所示。图2.9为栏板的升降运动简图。此时,在平行四杆机构中,为固定边。点的约束,上杆3由固定杆变为活动杆。当液压活塞杆收缩,该机构在重力的作用下绕、两点顺时针转动,栏板6为平行四杆机构中的边,因而平行下降至地面。反之,若活塞杆伸长,推动浮动铰链板4,同时带动平行四杆机构中绕、两点逆时针转动,栏板则平行上升。1活动支座;2液压缸;3上杆;4浮动铰链;5下杆;6栏板图2.8 栏板翻转运动简图1活动支座;2液压缸;3上杆;4浮动铰链;5下杆;6栏板图2.9 栏板升降运动简图图2.10为栏板着地后倾的运动简图,栏板着地后,由于地面的约束,点只能沿地面平移。同时地面对的支反力形成一个绕点逆时针转动的力矩作用在下杆5上。此时若液压缸2活塞杆收缩,浮动铰链板4绕点作顺时针转动,下杆5杆头平面的约束被解决,此时的机构变为五杆机构,当浮动铰链板4作顺时针转动时,上杆3绕点转动,下杆5与栏板6则作平面复合运动。当移至 (因位移小,图中没有画出)时,栏板后端触地,至此完成栏板着地的后倾运动。1活动支座;2液压缸;3上杆;4浮动铰链;5下杆;6栏板图2.10 栏板着地后倾的运动简图双缸对称式升降机构的优点是可减小液压缸的直径,缺点是安装调试复杂。2.2.3四缸驱动式升降机构四缸驱动栏板如图2.11所示,栏板工作过程中,翻转缸和举升缸交替工作,装卸平台下降,起升过程与之相反。在结构上,该设计充分考虑了空间问题,把直流电机与齿轮油泵通过弹性联轴器相连,结构简单,成本低,且能传递较大的扭矩。11翻转缸;2举升缸(带杠杆);3支承座图2.11 四缸驱动栏板四缸结构中杆、杆均为油缸,这是不同于单缸的区别,其结构如图2.12所示。四缸机构的优点是四缸同时工作可使液压缸的直径进一步减小,安装空间减小。其缺点是采用四个液压缸,较单缸和双缸机构液压系统复杂。图2.12 四缸式升降机构简图2.2.4五缸驱动式升降机构五缸驱动式后栏板结构如图2.13所示。五缸结构中的第五缸是液压记忆缸, 在液压回路中,只参与载物平台触地后平台的翻转动作,而不参与平台升降,其基本结构与四缸相同。 图2.13 五缸驱动式栏板结构五缸驱动式工作原理,当关门缸和举升臂的长度相等时,形成了平行四连杆机构,在设计时,保证侧栏板在水平状态时,形成平行四边形机构,确保了货物在上下运动时始终保持水平状态。在举升缸的推动下,平行四连杆机构实现升降动作,以完成装卸货物的过程。在装货时,首先关门缸缩回,使侧栏板上平面成水平状态,然后举升缸缩回,使侧栏板下降。当侧栏板落地后,继续让关门缸缩回,栏板的下平面着地,上平面与地面形成一个约6的斜面,人将货物推上栏板,关门缸伸出,此时由于液压系统特殊设计的记忆功能,栏板自动调平。上升过程即可在电气控制、液压驱动下,机械部分完成上升的动作。当栏板上平面与汽车底板平齐时,上升动作停止。这时将货物推入车厢即完成整个装货过程。此时若关门缸伸出,可完成关门动作;开门动作及卸货作业过程与上述过程相反。五缸驱动式升降机构优点是机构简单,举升重量大,工艺性好,制造、安装、维修方便,同时,设备在工作过程中侧栏板调平、举升、关门,以及开门、下降,全部采用液压实现;结构上采用分体形式,控制盒置于方便操作的位置。缺点同四缸驱动式机构一样,采用五个液压缸进行工作,其液压系统相对单缸来说比较复杂,但是可以在不改变其工作方式的前提下尽量简化其液压系统。故,总的来说,五缸驱动式的优点明显大于缺点。综上所述,从机构制造难度、安装方便性、举升重量等多方面考虑,选用五缸驱动式升降机构。2.3侧栏板起重装置的液压系统侧栏板起重装置的液压系统的改装设计要求: (1)应能保证升降机构平稳地上下平移。在额定起重量全程上升、下降时间均应控制1015 s之间。(2)在额定起重量升降过程中的任一位置停留5min,其静沉量应小于20 mm。(3)液压系统应有执行元件安全保护装置等液压系统的通用要求。2.3.1单缸驱动栏板起重装置的液压系统 一种单缸侧栏板起重装置液压系统原理图如图2.14所示,液压系统完成三种动作,即起重栏板的上升、下降及中停。起重栏板上升时,按住“上升”按钮,使电磁换向阀3的阀芯换向(图2.14中位置),这时高压油泵产生的高压油通过电磁换向阀、调速阀的单向阀进入油缸的一腔,使栏板上升。起重栏板下降时,按住“下降”按钮,使电磁换向阀换向到右侧通路,此时油缸内液压油路与“上升”状态时相反,从而使起重栏板下降。由于栏板本身及货物的重量作用,下降速度会增大,因此采用调速阀1来调整栏板下降的速度,以减少栏板触地时的冲击。无论在上升或下降过程中,只要将“上升”或“下降”按钮松开,此时电磁换向阀的阀芯处于中间位置,油泵输出的油液通过电磁换向阀流回油箱。油箱两腔的油液被电磁换向阀封闭,即电磁换向阀的中位相当于液压锁的作用。从而保证起重栏板可在任意位置停住。液压系统中的溢流阀对液压系统起保护作用,当系统压力超过额定压力时,油泵卸荷。 1调速阀;2液压缸;3电磁换向阀;4溢流阀;5单向阀;6液压泵;7油箱图2.14 一种单缸液压控制系统原理图单缸液压系统的优点是,只有一个液压缸,因而其液压系统简单。缺点是,由于只有一个液压缸,且仅用于实现举升作用,栏板的翻转必须靠手动来实现,不方便。 2.3.2双缸驱动栏板起重装置的液压系统 结构如图2.15所示,双液压缸分别驱动,上边是举升缸,下边是翻转缸。双缸驱动的液压系统即在单缸液压系统的基础上并联一个和原液压油缸并联且对称布置的液压缸。双缸液压系统的优点同单缸液压系统一样,即系统简单,维护、检修方便,同时因为采用了两个液压缸,分别实现举升和翻转作用,所以与单缸相比较为方便。缺点是双液压缸工作存在着同步问题,调试较困难。 1液压缸;2单向阀;3液压泵;4电动机;5溢流阀;6电磁换向阀;7调速阀图2.15双缸液压系统原理图2.3.3四缸驱动栏板起重装置的液压系统如图2.16所示,该系统采用一个两位四通电磁换向阀进行方向控制,每个油缸由单独的常闭式两通电磁阀控制,同类油缸的同步运动则采用刚性梁结构设计。1翻转缸;2举升缸图2.16 某四缸液压系统四缸液压系统的优点是同时驱动两个液压缸控制翻转和举升,但是与双缸液压系统有一个共同的缺点,栏板翻转动作要靠操作者经验控制,容易产生失误。但较单缸液压系统来说操作仍然是方便的。2.3.4五缸驱动栏板起重装置的液压系统图2.17为液压系统原理图,由溢流阀2和二位二通电磁换向阀1组成了安全回路和卸荷回路。二位四通换向阀5的作用是确保举升和关门动作的互锁,因为在举升过程中,若关门缸动作,将使货物下滑。阀5保证了在任一时刻,举升和关门只能有一个动作。3YA通电时,实现后栏板打开和后栏板落地后使后栏板的下平面着地,平衡阀11的作用是保证货物平稳落地。4YA通电,实现关门动作。5YA通电,使后栏板升起,6YA通电,使后栏板下行,平衡阀10保证下行平稳。当3YA通电时,将门(后栏板) 打开并将后栏板上平面调整为水平状态,在动作过程中,关门缸上腔的油液经平衡阀11排出,使上腔产生一定的压力,将后栏板平稳打开。然后6YA通电,使后栏板下行落地,7YA通电,在后栏板自重和货物的重力作用下,液压缸9中的油液推动增压缸左移,使后栏板上平面由水平变为倾斜落地。在举升货物时,5YA、4YA通电,7YA断电。在增压缸13的作用下,关门缸首先自动将后栏板调整为水平状态,然后后栏板升起,该设计使后栏板状态具有记忆功能。表2.1为该系统的动作循环表。图2.17 五缸液压系统原理图表 2.1 栏板动作循环表动作名称电磁铁状态1YA2YA3YA4YA5YA后栏板打开、调平后栏板下降后栏板倾斜后栏板上升关门优点:该液压系统具有工作平稳,动作互锁好,具有栏板状态的记忆功能。 缺点:从原液压系统原理图不难发现,用到的电磁阀多于5个,其接头的数量必然增多,漏油故障点随之增加,从而造成常规维护的工作量加大。针对以上缺点,对此五缸液压系统进行改进,改进后的液压系统原理图如图2.18所示,首先2YA、3YA通电,液压油由关门缸有杆腔进入缸内,关门缸收缩,栏板倾斜,然后栏板在自身的重力作用下变为水平后,2YA、3YA断电,液压油由举升缸有杆腔进入油缸中,举升缸收缩,栏板水平下移。直至栏板触地时,1YA通电,液压泵卸荷,此时,栏板因自身重力倾斜,栏板下平面着地,关门缸收缩,从而推动增压缸活塞杆左移。栏板上升时,1YA断电,4YA、5YA通电,油液首先推动增压缸,因为增压缸右腔排出的油正好是后栏板落地时排到增压缸中的油,因此增压缸运动到最右端,恰好使后栏板H面变到水平位置。同样实现了记忆初始化、消除了误差积累。五缸液压系统使载物平台触地、离地的翻转动作不再由操作者控制而由液压系统本身控制,从而使升降过程相对平稳与安全。同时,由于车厢较宽,举升和开门都采用了2个液压缸,且侧栏板的刚度较大,两个液压缸采用机械同步,由侧栏板自身实现同步,因此在这个液压系统中不需要考虑调试同步问题。改进后的液压系统变得较简单,同时仍具有先前液压系统的优点,故采用改进后的五缸液压系统可以在实现操纵简单、方便的基础上,同时具有与单缸、双缸液压系统相同的特点,即系统简单,较容易维护。比较单缸、双缸、四缸以及改进后的五缸液压系统可以发现,五缸液压系统的优点突出,从先进性、起重功能的实现等各方面考虑,五缸液压系统为首选。将各缸的举升机构与液压系统结合起来看,各种栏板起重装置的特点自然明了。单缸驱动结构侧栏板的运动形式是边下降边低头或边上升边抬头,运动过程中承载平台不易保持水平,货物易滑落,操作复杂,造价低。双缸驱动结构侧栏板操作较复杂,举升重量不太大,目前已很少使用。四缸驱动形式的侧栏板直接驱动关门缸,操作复杂,冲击大,货物易滑落。而五缸驱动结构的侧栏板由具有记忆功能的第五缸间接驱动关门缸,使操作简单、运动平缓、连贯、安全,但造价稍高。综上所述,从举升重量、操作方便性、工作稳定性等多方面考虑,选用五缸驱动侧栏板起重装置。2.4侧起重栏板侧起重栏板的改装设计要求是:(1)在升降机构驱动下可以实现承载货物的上升或下降,从而完成装卸作业。(2)能够翻转,并能与车厢骨架锁定,保证车辆运输状态时的安全。目前国内外所使用的后栏板有摇臂式、垂直式和悬臂式三大类18。(1)摇臂式侧栏板结构简单、重量轻、造价低,但开、关门为手动操作,安装过程中找正定位较复杂。该结构特别难以实现通用化,制作周期也长,且只适用于市内小吨位运输车辆的使用。(2)垂直式侧栏板 结构由液压油缸带动链条而使承载平台实现垂直上升、下降的运动,关门为手动操作。该类型尾板比较适用于食品、气体的配送。(3)悬臂式侧栏板结构较复杂,载重量大,板面角度可以调节,适用于各种厢式货车、敞车、邮政、银行等特种运输车辆,适用范围广泛。综上所述,侧栏板起重运输车多用于邮政和城市商业运输,且载重量较大,故选用悬臂式侧栏板。2.5侧栏板起重装置主要性能参数的选择(1)标定起重量在JB 419986后栏板起重运输车技术条件中,将栏板起重装置的标定起重量分成2.5、5.0、10、20kN等四个级别。一般轻型载货汽车改装侧栏板起重运输车时,标定起重量不超过2.5kN;中型车不超过8kN;重型车在1020kN的范围内。结合当前运输汽车重型化的趋势,选定载质量为10t,故选择标定起重量为10kN。(2)升降速度侧栏板起重装置在标定起重量时升降货物的速度,是衡量该装置经济性的技术指标之一。在选择升降速度时,既要考虑机械化装卸作业的优势,提高装卸速度,又要保证起重栏板运动的安全和平稳性。根据JB419986的规定,在确定起重栏板的升降速度时,应保证起重装置在标定起重量时,全程的上升、下降时间均在1015s内。故初选上升、下降时间为15s。2.6侧栏板起重装置动力源结构型式(1)通过一个取力器从发动机齿轮箱引出动力传动给液压油泵,带动液压油泵旋转供给高压油推动液压系统执行装置油缸动作。优点:可根据机构要求配备相应取力器获得不同功率及转速的动力源以满足机构工作要求;可连续长时间工作、功率大、结构普通、成本低,适于大功率工作场所如自卸翻斗车、汽车起重机、压缩式垃圾车及交通拯救车等专用车。缺点:安装复杂、结构散乱、液压系统管路接头多、液压油漏点多、维护难,且只有在汽车发动机起动时才能工作。(2)利用汽车自带的蓄电池作电源,采用集液压油箱、液压油泵、直流电机及控制阀于一体的动力装置供给高压油推动液压装置油缸动作。优点:结构紧凑、安装简单、液压系统管路接头少、液压油漏点少、外形美观,且工作时,汽车发动机可不必起动。缺点:功率偏小、电机工作电流大、易发热。这种装置用于间歇式工作的场所,但成本高。(3)电液推杆装置,即利用汽车自带的蓄电池作电源,将动力装置与液压油缸组合成一个整体,其结构更加紧凑6。优点:除具备第二种结构型式的优点外,其结构更紧凑、安装更简单,特别是动力装置与执行装置油缸固接成一体,无油管及接头,工作可靠性非常高,外形美观。缺点:功率很小,电动机工作电流大,易发热,嘈声大,适于小推力间歇式工作场所,成本很高。综上所述,分析三种形式的优缺点,可知第二种结构形式,即利用汽车自带的蓄电池和发电机作电源,采用集液压油箱、液压油泵、直流电机及控制阀于一体的动力装置供给高压油推动液压装置油缸动作,更适用于侧栏板起重装置中。侧栏板起重装置改装设计要求结构紧凑、安装简单。更重要的是,在进行货物起重、装卸时不必起动发动机,可节省燃油。 因此,此次设计中侧栏板起重装置为采用汽车蓄电池为动力源,以直流电动机传递负荷的传动方式,由直流电动机驱动高压油泵,再经电磁阀来控制各液压油缸的运动,以驱动四连杆机构运动,从而使承载平台完成上升下降以及开门关门等各种动作,如图2.19所示。图2.19 动力传递路线图2.7安全机构由于侧栏板起重装置是装置于车辆尾部而跟随着车辆移动的设备,为了确保行车安全和保护设备,就必须有警示装置以及安全装置。侧栏板起重装置可在承载平台背面安装安全小旗、反光警示板7。安全小旗作用:当承载平台处于水平状态位置时,在50m以外的地方看仅是成一条直线,极难发现,当后面的车辆以时速80km行驶时,很容易发生事故。安装小旗后,小旗靠重力下垂至与承载平台呈直角状态,人在较远处也能看到,起警示作用,防止后来车辆追尾碰撞。反光警示板作用:安装在承载平台背面两侧,有反光功能,特别是夜间行车,经灯光照射,在较远的前方就能被发现,既保护设备,也能一定程度上防止后来车辆追尾碰撞。本次设计中选择采用安全小旗、反光警示板以及添加的侧栏板锁止机构,其中侧栏板锁止机构既能保持侧栏板的关闭状态,也能防止在车辆行驶过程中因出现油缸渗漏或油管爆裂等导致承载平台下滑的事故的发生。2.8本章小结本章主要对侧栏板起重运输汽车的升降机构和液压系统进行了方案的设计与比较分析,最后确定了满足要求的升降机构和液压系统类型。同时也对侧栏板、侧栏板起重装置的性能参数、动力源型式、安全机构进行了简要的比较分析和确定。 第3章 侧栏板起重运输车底盘的选取根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式,大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求,主要是在已定型的基本车型底盘的基础上,进行车身及工作装置的设计,与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配,以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。3.1 底盘的选取3.1.1汽车底盘选型要求汽车底盘一般应满足以下要求:(1)适用性专用汽车底盘应适用于专用汽车的特殊使用功能要求,在此基础上进行改装造型设计;(2)可靠性汽车底盘工作可靠,出现故障的几率要小,零部件要有足够的强度刚度和使用寿命,并且各总成零部件的使用寿命趋于一致;(3)先进性所选汽车底盘,在动力性,经济性,操作稳定性,行驶稳定性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平,并且满足国家或行业标准;(4)方便性所选底盘要便于改装,检查保养及维修,结构紧凑与调试装配空间合理匹配。3.1.2底盘选型专用车辆采用的底盘主要分为二类,三类和四类。二类底盘,是在整车的基础之上去掉厢体;三类底盘,是从整车上去掉货箱和驾驶室;四类底盘,是在三类底盘上再去掉车架总成后剩余的散件。选取的底盘的好坏,直接影响到专用车的性能。在选取汽车底盘时,主要是根据专用车的用途,装载质量,使用条件,性能指标,专用装置或设备的外形尺寸及动力匹配等进行。目前,进80%的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。选取二类汽车底盘进行改装设计时,重点工作是整车总体布置和有特殊工作需求的装置的设计,对底盘仅做辅助的性能分析和必要的强度校核,确保改装后的整车性能在基本上与底盘接近,达到合理的匹配。3.1.3底盘的选取根据以上,本设计所用底盘主要从东风与中国重汽厢式货车中选用。以下表3.1将两种底盘参数列出,进行比较:表3.1 东风EQDFL1253AX和ZZ3257M3841底盘参数比较底盘型号EQDFL1253AXZZ3257M3841额定载质量(kg)1470515500整备质量(kg)101008690外形尺寸(mm)1199025003200757524962958发动机型号ISDe21030WD615.61A排量/功率(ml/kw)6700/1559726/191钢板弹片数(前/后)8/8/9+9,3/3/4+39/12,10/12轴距(mm)1950+53503825+1350前轮距/后轮距(mm)1980,1980/18602022,2041/1830接近角/离去角(度)30/1819/50前悬/后悬(mm)1460/32301500/900燃油类型柴油柴油轴数/轮胎数3/83/10 轮胎规格10.00-2011.00-20驾驶室准乘人数33最高车速(km/h)9075由比较可以看到,EQDFL1253AX底盘和ZZ3257M3841厢式货车两种型号底盘在整体性能上有一定差别。考虑到货车的载重量、稳定性等因素,厢式货车改装更加方便,因此选用ZZ3257M3841作为本次设计的货车。3.2选用的底盘主车架的主要尺寸由上选用的底盘ZZ3257M3841底盘,其主车架尺寸如下:主车架的长度: 7375mm主车架的宽度: 850mm主车架上面尺寸到地面高度: 1117mm货箱尺寸: mm3.3栏板起重车质量参数的估算 额定载重质量是栏板起重车基本使用性能的参数。由上面的叙述知道,本设计的栏板车辆额定载质量定位13000kg。整车整备质量也是栏板起重车的重要性能参数。在栏板起重车的设计过程中,主要采用同类产品提供的数据进行估算整车整备质量。整车整备质量包括底盘质量、底盘以外外加的副车架、车厢、起重装置、支架以及液压系统等装置的质量,是加满各种油液料后的质量。本设计的侧栏板起重车整车整备质量估算为12000kg。装载质量 ,选取为12805kg:整车整备质量,估算为12000kg:驾驶员质量,按 65kg/人,额定载员3人,65kg3=195kg 汽车总质量是指装备齐全,装满额定货物后的汽车质量,包括驾驶员在内的额定载员质量。即: M=m1+m2+m3=12805kg+12000kg+195kg=25000kg3.4本章小结本章按确定的设计目标,主要对东风汽车EQDFL1253AX底盘和中国重汽ZZ3257M3841底盘进行了对比,选择了这次设计的底盘,给出了选用底盘的主要参数,并对所设计的侧栏板起重运输车进行了主要参数计算。第4章 侧栏板起重车结构设计4.1副车架的改装设计4.1.1副车架外形设计在设计侧栏板起重车时,所选取的二类底盘只有主车架,为了增加车架的强度刚度,延长车架的使用寿命,在原有主车架的基础上增加了副车架。其形状同主车架,在主副车架之间加一定厚度的松质木条。其长度同副车架的长度,宽度同副车架的厚度。主副车架用u型螺栓进行加固连接。副车架示意简图见图4.1。图4.1 副车架示意简图4.1.2副车架选材在汽车制造工艺中,钢板冲压成型工艺占有十分重要的位置。冲压成形的零件具有互换性好、能保证装配的稳定性、生产效率高和生产成本低等优点。载重汽车用中板数量较多,受力的车架纵梁和横梁、车厢的纵梁和横梁均采用中板冲制且多以低合金高强度钢板冲压生产,也是适应提高汽车承载能力、延长使用寿命、降低汽车自重和节能节材以及安全行驶等要求的发展趋势。目前,我国载重汽车车架的纵梁和横梁已经全部采用低合金高强度钢钢板制造。纵梁可以用抗拉强度为510MPa的16MnL和09SiVL(必须是用往复式扎机生产的)、10TiL和B510L钢板生产,横梁可以用抗拉强度为390MPa的08TiL和B420L钢板来生产。由以上,副车架材料选用载重汽车横纵梁的一般选用材料,纵梁采用16MnL,横梁采用08TiL生产。 4.2升降机构支架的设计1、支架的外形设计 升降机构的支架在装卸中起到承载的作用,它是安装连杆机构、液压缸以及和车架连接的构件,其长度和宽度尺寸要根据所选底盘车架的结构及升降机构的型式确定。按照升降机构的支架和汽车底盘车架的连接关系,可看出,在确定支架宽度是需要给出足够 的安装空间位置。支架用螺栓和铆焊在车架梁腹板上的连接角铁固定,因此应根据所选螺栓的规格,留出适当的扳手空间。支架的长度根据车架的具体结构确定。支架的长度与副车架上的两根纵梁的间距0接近,方便支架和车架的连接。2、支架选材在全面分析支架的工作条件、受力状态、工作环境和零件失效等各种因素的前提下,选用Q235工程用钢材。4.3升降机构各杆的初步设计计算4.3.1升降杆的长度计算升降杆的理论长度为简化后的平行四杆机构的两摇杆的长度,这一尺寸应根据所选底盘的结构和改装车厢的布置确定。初定时,此长度不宜过大,因为长度过大,起重栏板的载荷对拐臂轴所形成的力矩也大,所需液压缸的推力大。但也不应过小。一般以起重栏板上、下两个极限位置确定上、下杆的理论长度,此时,上、下杆的理论中线与水平线的夹角为40 50,如图4.2所示, 图4.2 起重栏板的上下极限位置 图4.3栏板升降机构运动简图 由图4.2可知,上下杆的理论长度L0为: =/ (m) (4.1)式中车厢地板平面到上杆与支架链接点的垂直距离(m);上杆在上极限位置时与水平线的夹角()。初步分析,设上下杆在极限位置时与水平线的夹角均为a,于是得: = (m) (4.2)式中 C平行四杆机构中连杆的长度(m),一般可取C=0.15 L0。代入式(4-1)得: = (m) (4.3)即 (m) (4.4)当取40 50时,=0.640.77,于是有: =(0.70.6) (m) (4.5)车厢距地面高度为1130,于是得=945.4.3.2拐臂半径r和液压缸的初始长度由图4.3,可得液压缸、支架和中间拐臂等构件的几何尺寸的关系为: (4.6)式中液压缸初始状态时,活塞杆头部铰接点到液压缸铰接点之间的距离(m); 支架OA的长度(m); r中间拐臂的曲柄半径(m); 初始角()。将上式两端同除以,并令液压缸初始位置相对长度,拐壁半径相对长度,则得到以相对长度所表示的构件尺寸关系为: (4.7)同理可得,在液压缸活塞处于终止位置时,个构件的尺寸关系为: (4.8)式中液压缸终止位置时,活塞杆头部铰接点到液压缸铰接带点之间的距离(m); 终止角()。将上式两端同除以,并令,其中为活塞伸出系数,一般可取,可得: (4.9) (4.10)式中确定、后,可求出式中、等值。据统计,在2030之间,则等于升降机构转角与的和。于是得出=426,=658 ,所以取液压缸的行程为240,取r=600。4.4侧栏板升降机构设计校核计算4.4.1侧栏板升降机构的运动学分析侧栏板运动由3个动作构成:上止点的翻转运动、上下平动、下止点位置的着地倾斜运动1214。1、翻转运动的运动学分析(1)翻转运动的位置分析翻转运动时,、点固定, 铰接点受杆的限制而固定, 整个机构可视为以和为固定边的平面四杆机构, 完成上止点位置的翻转运动,其翻转示意图如图4.1所示。其中点为举升臂与固定机架的铰接点,点为关门缸与栏板铰接点,点为关门缸与固定机架的铰接点,点为举升缸与固定机架的铰接点,点为举升缸与举升臂的铰接点。以下用复数向量法对此平面连杆机构进行运动学分析。在平面四杆机构中,每一杆可用一个位移矢量来表示,大写表示矢量,小写表示杆长。设、和分别为举升臂的角位移、角速度、角加速度,初始位置处。、和分别为后栏板的角位移、角速度和角加速度,其中。为关门缸活塞杆相对于液压缸的速度。,。此时,选机构初始位置。作为其特定的标定位置,并建立以点为坐标原点的直角坐标系。各角度的度量从矢量始点引轴方向线,顺时针为正。如图,4.4所示,图4.4机构翻转示意图对该四杆机构建立闭环矢量方程 (4.11)将式(4.11)分别向、轴上投影,得 (4.12) 联立可求得 (4.13) (4.14) (4.15) (2)翻转运动的速度分析将式(4.13)对时间求导,得 (4.16) 由式(4.16)得 (4.17) 的计算公式为 (4.18) 式中 液压系统供油量,mm3/s;关门缸的缸径,mm。(3)翻转运动的加速度分析将式(4.17)对时间求导,得 (4.19) 2、上下平动的运动学分析上下平动时,、2点固定,但铰接点的约束解除,整个机构可视为以为固定边的平行四边形机构,完成上下的平动。其示意图如图4.5。设,为举升液压缸活塞杆相对于液压缸的速度,仍以、和分别表示举升臂的角位移、角速度和角加速度。(1)上下平动的位置分析对三角形建立闭环矢量方程 图4.5 上下平动示意图 (4.20) 将式(4.20)分别向、轴上投影,得 (4.21) 联立可求得 (4.22) (4.23) (4.24) (2)上下平动的速度分析将式(4.22)对时间求导,得 (4.25) 由式(4.25)得 (4.26) 的计算公式为 (4.27) 式中 液压系统的供油流量,m3/min;举升缸缸径,m。(3)上下平动的加速度分析将(4.26)对时间求导,得 (4.28) 3、着地倾斜运动的运动学分析(1)着地倾斜运动的位置分析 着地倾斜运动指的是后栏板的点触地,在关门缸的作用下绕点摆动至边贴地的过程。其示意图如图4.6所示。仍以、和分别表示后栏板的角位移、角速度和角加速度,其中。表示关门缸活塞杆相对于液压缸的速度。,。此时,选机构的终止位置作为其特性的标定位置,并建立以点为坐标原点的直角坐标系。各角度的度量为从矢量始点引轴方向,顺时针为正。 对该四杆机构建立闭环矢量方程 (4.29) 将式(4.29)分别向、轴上投影,得 (4.30) 联立可求得 (4.31) (4.32) (4.33) (2)着地倾斜运动的速度分析将式(4.31)对时间求导,得 (4.34) 图4.6倾斜运动示意图由式(4.34)得 (4.45) 的计算公式为 (4.36) 式中 液压系统的供油流量,m3/min;关门缸的缸径,m。(3)着地倾斜运动的加速度分析将式(4.35)对时间求导,得 (4.37)4.4.2侧栏板升降机构尺寸参数的确定与校核初选侧栏板升降机构的结构尺寸: mm, mm, mm, mm,。1、栏板起升高度校核车厢底板距铰接点的距离即为侧栏板的起升高度,即 mm考虑到装卸场地平整度的差异,有效升降高度应将理论高度增加左右,故 mm将 mm , mm,分别代入公式(4.15)、(4.33),得当, mm当, mm mm故此机构能实现栏板最低点的触地动作,满足要求。由图中结构可知,故, mm2、关门缸行程确定将 mm, mm, mm,代入公式(4.13),得(1)当时, mm(2)当时, mm(3)当时,将 mm, mm, mm,代入公式(4.31),得 mm又液压缸行程故,关门缸行程 mm3、举升缸行程确定将 mm代入公式(4.32),得(1)当栏板位于上下平动时的上止点时,则 mm(2)当栏板位于上下平动时的下止点时,则 mm 又液压缸行程故,举升缸行程 mm4.4.3侧栏板升降机构受力分析1、机构分析五缸升降机构是一个空间机构,但是左右对称,如果将货物放在侧栏板的中间,可将该机构简化为平面机构,如图4.7所示。举升缸与举升臂铰接于点,举升臂一端铰接在机架上,另一端与侧栏板上端铰接于点。关门缸与后栏板铰接于点。为重物重力。为车厢底板至地面的距离。令,为重物至点距离,取为侧栏板重心处。图4.7 机构简图2、关门缸的受力分析 由升降机构的运动学分析可知,在举升货物期间,关门缸作为平行四边形机构的一个边,此时该缸的受力较大,但在举升货物期间,该缸的活塞无轴向运动。当将货物推上栏板后,栏板上平面由倾斜变为水平,但变化角度很小。故按栏板落地状态且栏板上平面为水平进行受力分析,确定关门缸的有关参数15。关门缸在关门时,负载为栏板自身重量,负载小,不进行受力计算。将栏板作为研究对象,设重物放在后栏板前后方向的重心位置,关门缸在此为二力杆件,作用在点的力为 。如图4.8所示,各力对点取矩,可以得到 (4.38) 即 (4.39) 图4.8 栏板受力分析又因在任意瞬间该平台处于平衡状态,则有 (4.40) 即 (4.41) 将式(4.39)代入式(4.41),可得 (4.42) (4.43) 即 (4.44) 将式(4.39)代入式(4.44),可得 (4.45) 3、举升缸受力分析举升缸的受力,主要是从侧栏板离地到后栏板上下平动的上止点,在这个过程中,举升臂受拉,关门缸和举升缸受压。这些力的大小在栏板运动的不同位置是不同的。但通过分析可知这些力在整个升降过程中是连续变化的。分析举升缸的受力,要以举升臂为研究对象。举升臂点的水平分力和垂直分力,可以由侧栏板的力平衡方程得出。对举升臂部分进行受力分析。对举升臂与机架铰接点求矩,则 (4.46)在中,根据正弦定理,有 (4.47) (4.48) 故, (4.49)由(4.46)可知, (4.50) 将式(4.42)(4.43)代入上式,可得 (4.51) 4.4.4侧栏板升降机构受力计算已知:, mm, mm, mm, mm, KN,由于是对称结构, KN。 1、关门缸由公式(4.39)可知 N2、举升缸(1)栏板点刚要离地时此时 mm,由公式(4.39)可得故,代入公式(4.51),可得 N(2)举升缸处于水平位置时此时,在直角三角形中 mm易知,故,代入公式(4.51),可得 N(3)栏板位于上下平动的上止点时此时, mm,由公式(4.49)可得故,代入公式(4.51),可得 N比较,可知,当栏板刚要离地时的举升缸受力最大,即 N3、举升臂举升臂受力主要是从栏板离地至上止点,经分析知栏板离地时举升臂受力最大。由公式(4.45)可知 N同时,由公式(4.42)可知 N N由上可知在下止点时举升臂、举升缸、关门缸的受力都是最大的,故在各铰接点销轴的校核和举升臂的校核时只需要校核在下止点时能否满足要求就可以了。4、各铰接点受力情况栏板位于下止点时,由前述可知, mm, mm mm, mm点的受力较复杂,其受力如下图4.9所示图4.9 点受力示意图由力的平衡可知 (4.52) (4.53) 又 N N将上述值代入式(4.52),(4.53)可得 N N故, N4.4.5侧栏板升降机构的校核1、销的校核举升机构的所有铰接处均用销进行连接,外套销轴套。销均用35钢制造,作调制处理。其屈服强度为MPa,选取安全系数为2,则其许用剪切应力MPa。举升臂与机架的铰接点处销轴直径为20mm,其最大剪切应力为 MPa MPa举升臂与栏板上端铰接处点的销轴直径为20mm,其最大剪切应力为 MPa MPa举升缸与机架连接的点处销轴直径为20mm,其最大剪切应力为 MPa MPa举升缸与举升臂铰接的点处的销轴直径为20mm,其最大剪切应力为 MPa MPa关门缸与机架铰接的点处销轴直径为20mm,其最大剪切应力为 MPa MPa关门缸与栏板铰接的点由于受到关门缸产品结构的限制,故选择销轴直径为30mm,其最大剪切应力为 MPa MPa由上可知,所选用的销轴均有足够的抗剪切能力。2、举升臂的校核举升臂选用Q345低合金高强度结构钢,其屈服强度为MPa,选取安全系数为2,则其许用剪切应力MPa。举升臂的截面尺寸为15mmmm,则其最大剪切应力为 Mpa MPa至此,栏板升降机构参数确定并校核完成。4.5本章小结本章主要对举升机构进行了运动分析和受力分析,从而计算出各缸的工作行程及受力大小、举升臂的受力,同时确定了举升机构的主要尺寸参数并加以校核。最后对所选用的销轴和举升臂也作了确定和校核,充分证明所得升降机构的相关参数符合其工作要求。第5章 液压系统的设计与选型5.1液压系统设计分析侧栏板起重运输汽车的液压系统原理图已在前面第2章方案设计与分析中分析及设计确定,本章主要完成对液压元件的计算、选型以及设计。由于电动机、液压泵、举升液压油缸、关门液压油缸、液压阀等常见液压元件已实现高度标准化、系列化与通用化并由专业化液压件厂集中生产供应。因此对于这些液压元件只需要计算选型,其内容为液压缸的直径与行程、电动机的转速与功率、液压泵的工作压力与流量、液压阀的通径、以及油箱的容积与管路内径等。而对于增压缸,虽然各液压厂家也有生产,但对于此次设计均不合适,故需要对其进行设计。5.1.1液压缸的选型与设计液压缸是液压系统中的执行元件,其形式多样,按照其结构特点可分为活塞式、柱塞式和摆动式按照作用方式分又可分为单作用和双作用两种。其中以双作用活塞式液压缸应用最多。活塞式液压缸重量轻、结构简单、工作可靠、拆装方便,易于维修的特点,广泛适用于车辆、工程机械、起重运输机械、矿山机械及其它机械工业的液压传动系统中。柱塞式液压缸适用于行程较长的场合。摆动式液压缸加工工艺较复杂一般用于回转机构。关门液压缸和举升液压缸均采用双作用单杆活塞缸。1、液压缸直径的确定液压缸的选型主要依据后栏板起重运输汽车完成起重、升降所需的最大作用力以及液压缸实际工作行程。前者用以确定液压缸的直径,后者则用来确定液压缸的工作行程16。 (5.1)式中 液压缸工作压力,初算时可选取系统工作压力,取为16 MPa; 液压缸回油腔背压力,初算时,对于16MPa的系统可选为0; 活塞杆直径与液压缸内径之比,按液压缸的工作压力选定为0.7; 工作时的最大外载荷; 液压缸密封处摩擦力,它的精确值不易求得,常用液压缸的机械效率进行估算。 (5.2)式中 液压缸的机械效率,一般0.90.97,取为0.9将值代入式(5.2),可求得 (5.3) 故,最终可求得液压缸直径为 (5.4) 得=2、液压缸工作行程的确定 (5.5)式中 工作时液压缸两铰接点的最长距离,mm; 工作时液压缸两铰接点的最短距离,mm。5.1.2液压泵的选型计算常见的液压泵有齿轮泵、柱塞泵、叶片泵类型。齿轮泵具有结构简单、工艺性好、体积小、重量轻、维护方便,使用寿命长的优点,叶片泵和柱塞泵结构较复杂、价格较高。在后栏板起重运输汽车的液压系统中采用齿轮泵即可满足工作的需要,常用系列有CB、CBX、CG、CN等。1、液压泵理论流量侧栏板起重运输汽车液压泵理论流量应按举升缸上升时间确定。 L/min (5.6)式中 举升缸的最大工作容积(m3);升降时间,由设计要求,一般要求m,取s;液压泵容积效率,。的计算公式为 L (5.7) 式中 举升缸的行程,m;举升缸的缸径,m。2、油泵排量 mL/r (5.8)式中 油泵流量,L/min; 油泵额定转速, r/min。3、油泵功率 W (5.9)式中 油泵最大工作压力,MPa; 油泵额定流量,m3/s; 油泵总效率。 按以上各式算出、后,即可从标准油泵系列中选取所需油泵型号。5.1.3油箱容积与管路内径计算1、油箱容积计算在低压系统中(MPa)可取: (5.10)在中压系统中(MPa)可取: (5.11)在中高压或高压大功率系统中( MPa)可取: (5.12)式中 液压油箱有效容量,L;液压泵额定流量,L/min。2、油管内径计算由可得高压管路内径 (5.13)式中 油泵理论流量, L/min;高压管路中油的流速m/s。低压管路内径 (5.14)式中 低压管路中油的流速m/s。5.2液压系统参数计算5.2.1液压缸选型确定由公式(5.4)、公式(5.5)可知1、关门液压缸 m mm mm查手册,取关门液压缸缸径标准值为63 mm,活塞行程标准值为200 mm2、举升液压缸 m mm mm查手册,取举升液压缸缸径标准值为50mm,活塞行程标准值为320 mm由上述结果,关门液压缸选取型号为DG-J63-E1E的双作用单杆活塞液压缸,举升液压缸选取型号为DG-J50-E1E的双作用单杆活塞液压缸1617。5.2.2液压泵及直流电动机的选型确定1、液压缸工作容积计算:由公式(5.7),可知 L2、液压泵流量: 由公式(5.6)可知 L/min3、液压泵的排量所选底盘采用24V制电路系统,故采用24V直流电动机,初选转速为2600r/min,则油泵转 r/min。由公式(5.8),可知 mL/r根据以上计算结果,选取CBK0-2型齿轮泵,其性能参数如下36:额定排量 mL/r mL/r(实需排量)额定压力 MPa MPa(实际使用油压)额定转速r/min r/min(实际转速)旋向(从轴端看):逆时针4、液压泵功率及直流电动机选型由公式(5.9),可知 KW液压泵是由直流电动机带动的,因此直流电动机的输出功率应满足 KW根据以上计算结果,选取电机为BZD1.8F型直流电动机,其技术参数如下:额定电压为24V;额定转速为2600r/min;额定功率为1.8KW所选底盘采用2个12V蓄电池,其容量为180Ah;采用发电机的额定电压为28V、额定电流为70A,故 A后栏板进行起重时,蓄电池用75A的电流放电,则放完180Ah需2.4h,而栏板起重10次需时最多为200s,即3.4min,能满足工作要求。且 W1.96KW后栏板起重运输汽车的发电机功率为2KW,能够间接带动直流电动机,故所选电动机满足要求18。5.2.3油箱容积与管路内径参数确定1、油箱容积此次设计的液压系统工作压力为16MPa,故采用公式(5.10)进行计算由公式(5.10)可知 L故,可选取型号为AB40010160B的27L油箱。2、管路内径由公式(5.11)、(5.12)可知高压油管内径 mm低压管路内径 mm根据管路计算结果选用(HG4-406-66)两层钢丝编织胶管作为高压管,管接头形式为A型扣压式;低压回油管则选用内径的一层钢丝编织低压胶管(HG4-406-66)。液压油选用HJ-20号机械油。5.2.4分配阀选型系统中选取二位二通液压阀、二位三通液压阀、二位四通电磁阀及三位四通电磁阀,同时,由于系统流量小,液压阀的通径选取为10mm的即可满足要求。5.3本章小结本章主要是对液压系统的各组成元件进行了主要参数计算,从而完成了对液压缸、液压泵、电机的选型。另外,还对油箱容积、管路内径和分配阀作了简单的计算选型。第6章 侧栏板起重运输汽车主要性能计算专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一,其目的是检验整车参数选择是否合理,使用性能参数能否满足要求。主要的性能参数计算包括整车的动力性计算、经济性和稳定性计算。6.1动力性计算6.1.1发动机外特性发动机外特性是指发动机油门全开时的速度特性,是汽车动力性计算的主要依据。在外特性图上,发动机的输出转矩和输出功率随发动机转速变化的二条重要特性曲线,为非对称曲线。工程实践表明,可用二次三项式来描述汽车发动机的外特性,即 (6.1)式中 发动机输出转矩,(Nm); 发动机输出转速,(r/min);、待定系数,由具体的外特性曲线决定。1、已知外特性曲线时,根据外特性数值建立外特性方程式如果知道发动机外特性曲线时,则可利用拉格朗日三点插值法求出公式(6.1)中的待定系数、。在外特性曲线上选取三个点,即、,、,、,依拉氏插值三项式有:(6.2)将上式展开,按幂次高低合并,然后与(6.1)式比较系数,即可得三个待定系数、。2、无外特性曲线时,按经验公式拟合外特性方程式如果没有所要的发动机外特性,但从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率及相应转速和该发动机的最大转矩及相应转速时,可用下列经验公式来描述发动机的外特性: (6.3) 式中 发动机最大输出转矩(Nm); 发动机最大输出转矩时的转速(r/min);发动机最大输出功率时的转速(r/min); 发动机最大输出功率时的转矩(Nm),。由公式(6.1)和公式(6.3),可得 (6.4)发动机外特性曲线是在室内试验台架上测量出来的,应对台架试验数据用修正系数进行修正,才能得到发动机的使用外特性。6.1.2汽车的行驶方程式汽车的动力性可由汽车的行驶方程式表示,其计算公式为: (6.5)式中 驱动力,N; 滚动阻力,N;坡道阻力,N; 空气阻力,N;加速阻力,N。1、驱动力后栏板起重运输汽车在地面行驶时受到发动机限制所能产生的驱动力与发动机输出转矩的关系为: (6.6)式中 变速器某一挡的传动比;主减速器传动比;传动系统某一挡的机械效率;驱动轮的动力半径(m);发动机外特性修正系数。2、滚动阻力后栏板起重运输汽车的滚动阻力由下式计算: (6.7)式中 后栏板起重运输汽车的总质量(Kg); 道路坡度角();滚动阻力系数。3、坡道阻力后栏板起重运输汽车上坡行驶时,整车重力沿坡道的分力为坡道阻力,其计算公式为: (6.8)4、空气阻力大量试验结果表明,汽车的空气阻力与车速的平方成反比,即 (6.9)式中 空气阻力系数,专用汽车可取为0.50.9; 迎风面积(m2),可按估算,为轮距(m),为整车高度(m)。5、加速阻力加速阻力是汽车加速行驶时所需克服的惯性阻力,有: (6.10)式中 汽车加速度(m/s2);传统系统回转质量换算系数。的计算公式为 (6.11)式中 车轮的转动惯量(Kgm2);发动机飞轮的转动惯量(Kgm2);车轮的滚动半径(m)。进行动力性计算时,若不知道、值,则可按下述经验公式估算值: (6.12)式中 。低挡时取上限,高挡时取下限。式中 (6.13)6.1.3动力性评价指标的计算衡量汽车动力性能的评价指标有三个,即最高车速、最大爬坡度和加速性能。1、车速根据最高车速的定义,有, , ,由式(6.12)可得:将式(6.8)代入上式,有:因 所以令 (6.14)又因 , ,可确定专用汽车的最高车速为: (6.15)2、 最大爬坡度当汽车以最低挡稳定速度爬坡时,有,为简化,可设,则由式(6.15)可得: (6.16)对上式两边以为自变量求导,可得: (6.17)当时,取最大值,此时有:代入式(6.17),可得:令 (6.18)则 对上式进行整理后可得:当时,但实际上滚动阻力总是存在,并且滚动阻力系数愈大,汽车爬坡能力愈小。因此上式中应取负号,又因,则上式可简化为 (6.19)由此可得到专用汽车的最大爬坡度,为: (6.20)3、加速度专用车辆在水平路面上的加速度的计算公式如下: (6.21)专用车辆在某一挡位加速过程中最大加速度可由的极值点求出,令: 得到极值点的车速为 (6.22)将(6.21)式代入(6.25)式,可得专用汽车在该挡时的最大加速度为: (6.23)6.1.4侧栏板起重运输汽车整车动力性计算侧栏板起重运输汽车整车的有关参数见表6.1和表6.2。表6.1 与计算有关的整车参数名称符号数值与单位发动机最大功率193KW发动机最大功率时的转速2400r/min发动机最大转矩860Nm发动机最大转矩时的转速1500r/min车轮动力半径0.530m车轮滚动半径0.556m主减速比5.571汽车列车迎风面积5.80m2汽车列车总质量(满载)25000Kg表6.2 侧栏板起重运输汽车变速器速比挡位 1 234567倒挡9.2046.0823.9822.5061.5861.000.8299.059系数、和的确定结果如表6.3所列,回转质量换算系数如表6.4所列。表6.3 动力性计算需确定的有关系数名称符号数值发动机外特性修正系数0.90直接挡时传动系效率0.89其它挡时传动系效率0.87空气阻力系数0.564滚动阻力系数0.0110.00022表6.4 质量换算系数的计算结果挡位 1 234567倒挡3.57142.13971.50571.21841.10551.061.05063.49202、确定发动机外特性曲线的数学方程由于没有所要的发动机外特性,故采用经验公式拟合外特性方程式。将表(6.1)中相关数值代入公式(6.5),可得 Nm即得发动机外特性的数学方程如下:3、计算各挡位时的系数、和的值依据公式(6.11)和(6.12),将上面确定的有关参数分别代入计算,计算的结果如表6.5所列。表6.5 各挡位的、和的计算结果挡位10.55340.60110.46672500000.135720.19640.33240.29992500000.584830.63470.12780.19642500000.265040.14590.59210.12362500000.935350.54300.20140.78222500000.435460.13470.64230.50462500000.182770.69390.17500.40892500000.9570倒挡0.54360.78540.44682500000.13044、计算侧栏板起重运输汽车的最高车速将直接挡(第6挡位)、和值代入公式(6.13),可得该侧栏板起重运输汽车的最高车速为km/h5、计算最大坡度将最低挡(第一挡位)、的值代入公式(6.22),可得:将E值代入公式(6.13),可得:侧栏板起重运输汽车的最大爬坡度为:6、计算最大加速度将各挡的、的值代入公式(6.27),有:其计算结果如表(6.6)所列。表6.6 各挡的最大加速度挡位 1 234567倒挡1.0110.9940.81540.60220.43110.29870.19320.98926.2 燃油经济性计算专用汽车的燃油经济性通常用车辆在水平的混凝土或沥青路面上,以经济车速满载行驶的百公里油耗量来评价,也称百公里油耗或等速百公里油耗,它可以根据发动机的负荷特性或万有特性来计算。首先根据侧栏板起重运输汽车的行驶初速度开始,计算出相应的发动机转速,有: (r/min) (6.24)然后计算出侧栏板起重运输汽车在该车速时的整车驱动功率或发动机的有效输出功率(平坦路面上匀速行驶时,=0,=0) (KW) (6.25)根据和的计算值,在万有特性图上查出有效燃油消耗率(g/kWh),再利用下式计算百公里燃油消耗量(kg/100km): (L/100km) (6.26) 式中 燃油的密度,kg/L。汽油可取=6.96N/L7.15N/L;柴油可取=7.94N/L8.13N/L。随着车速的不同,各挡位燃油消耗量也不同,下面来计算一下侧栏板起重运输汽车在直接挡时经济速度(4050km/h)下的燃油消耗量,代入式(6.24)得 (r/min)由公式(6.25)得 KW由式(6.30)得 Kg/100km6.3 侧栏板起重运输汽车稳定性计算6.3.1侧栏板起重运输汽车静态稳定性计算由普通汽车底盘改装成的专用汽车,其质心位置均较普通货车为高,其原因是由于副车架或工作装置的布置,使装载部分的位置提高了,因此需对整车的静态稳定性重新进行计算。分析专用汽车的静态稳定性,首先应计算出整车的质心位置。当后栏板起重运输汽车的总布置基本完成后(见总装配图),即可对该车的质心位置进行计算。计算时可根据已有的资料,或利用试验结果,也可用计算方法来确定专用车各总成的质量及其质心位置坐标,然后按照力矩平衡方程式,求出整车的质心位置。根据ZZ3257M3841厢式汽车满载轴荷分配(前轴8020kg,双后轴16020kg),可以估算
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