车厢可旋转式多角度自卸车的设计

第33卷第2期2006年4月拖拉机与农用运输车1hctor&Fa珊Tr粕sponerVol-33 No2Apr，2006车厢可旋转式多角度自卸车的设计吴琼，赵立军，刘 涛(哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院，山东威海264209)摘要：设计了一种可多角度倾卸货物的自卸车车厢旋转机构，以满足道路狭窄及卸货方向多变的要求。经过稳定性分析和强度校核。满足工程实际需要j关键词：多角度；自卸车；旋转机构；设计中图分类号：U4694；THl3 文献标识码：B 文章编号：10060006(2006)02003202DeSign Of Dump Truck Wjth MuItjAngled ROtatabIe Organ聊Q幻昭，Z黝0醇知凡，U死o(Harbin Institute of Techa010舒in Weihai，Weihai 264209，China)Abst陷Ct：A kind of m1【atable org趼is designed fDr tmck winl multi_粕gled skip硒cket舾to meet the requi陀ments ofstmit mads帅d fbr 900d哮I玳dtidirectial dumpingThe pmctical requirements in co嘲tnlction may be met through theanalysis on the stability and in抛nsity of the systemKeywo喇s：Multi明gled；Dump tmck；Rotatable organ；Design自卸车又称为翻斗车，特点是汽车车厢可以倾斜一定的角度，使车厢内的货物卸出。车厢的倾斜是由发动机提供动力，通过倾卸机构来完成的j为了满足工作环境多变性的需要，本文设计了一种机动性更好、满足道路狭窄及卸货方向多变性要求的自卸车车厢旋转机构，以实现多角度倾卸货物。1 车厢旋转机构的主要原理和结构为加强设计的通用性和经济性，采用第一汽车集团山东改装厂3138型自卸车为原型进行改装设计。部件构成和实体设计见图l。液压马达1的转动角度范围为180。，转矩为4 868Nm，液压马达法兰盘部分固定于支撑组件上(与汽车副梁焊接在一起)。其花键部分带动上部的转动副梁旋转，由于液压缸3、连杆4、车厢6的转动销都安置在转梁上，此套举升机构及车厢等将随转动副梁转动，为了减少摩擦，使用转动支撑来提高转动效率。车厢旋转机构主要由4部分组成：支撑系统、转动系统、自卸系统和液压及控制系统。支撑系统包括汽车的悬架系统和汽车副梁；转动系统由回转机构、回转支撑机构、转动副梁组成，是完成转台转动的装置，由液压马达和减速机构驱动，采用行星齿轮减速机构，以获得较大的减速比；回转支撑机构采用滚动阻力小、承载能力大的单排式转篮回转转盘。转动副梁要满足在满载旋转的情况下，不得与汽车副梁发生干涉，并为自卸系统的举升机构提供装配的基体。由于自卸车工作环境复杂，为确保在工作过程中不会因车厢旋转引起的质心偏移而引起侧翻，满足作业的稳定性和安全性要收稿日期：2005一08一12；收修改稿日期：20060103基金项目：哈尔滨工业大学(威海)校基金资助项目HlT(wH)2005011液压马达2回转支撑3液压缸4连杆5三角板6车厢7汽车副梁8转动副梁9蛙式支腿图1 车厢旋转机构的部件构成和实体结构示意豳Fi91 COmpOsnion and Substcture of the RotatabIe O叼an求，为旋转自卸车安装了液压支腿，设计中采用结构简单、质量小的蛙式支腿。自卸系统倾卸机构直接关系到自卸汽车的结构与举升性能。目前，国内外自卸汽车的倾卸机构种类繁多，综合考虑结构、举升性能、举升稳定性等方面，经比较选用马勒里举升臂式“1(油缸前推连杆组合式)，这种举升机构举升系数小，省力，油压特性好，油缸与车厢后部转销距离较近，容易在转盘上布置，且各部分都在汽车纵梁以上。2液压系统设计图2为原理图。液压系统执行机构液压缸9，14额定压力为16 MPa；液压马达13额定压力为16 MPa。齿轮泵2通过取力器由汽车发动机(变速器)提供动力。电磁换向阀的位置由开关和驾驶室内的按钮控制，用来实现液压缸在需要的时候的中停，液压马达的旋转、中停和返回原始位置。系统工作过程如下： 万方数据吴琼：车厢可旋转式多角度自卸车的设计 334161油箱2齿轮泵3电磁溢流阀4单向阀5压力表6，10，16电磁换向阀7液控单向阀8节流阀9升降液缸ll，15双向液控单向阀12双向节流阀13摆动液压马达14支撑液压缸图2车厢旋转机构液压控制系统原理图Fig2 Hyd隐uIc COntroIIing System of the RatatabIe organ根据需要放下支腿，通过电磁换向阀16控制支撑液压缸14。准备：先使自卸车处于驻车制动状态，并使变速器置于空挡，3个电磁换向阀处于中位，启动发动机，然后踩离合器接合取力器，使进入工作状态。此时液压油经齿轮泵2、电磁溢流阀3流回油箱。直接向后举升：使用控制杆将换向阀6处于左位。此时从齿轮泵2经单向阀7和节流阀8来的高压油，进入液压缸9实现举升。此时其余电控系统不起作用。j旋转举升：首先按下车内“旋转”按钮接通各个电路，允许限位开关工作；然后使用控制杆将换向阀6处于左位，按照驾驶员意志使车厢举升一定角度(5。)后，换向阀6作用使液缸保持中停，然后使换向阀lO作用。按需要使摆动液压马达13向左或向右转动，以此实现车厢的转动，当达到某一位置之后，使换向阀lO保持中位切断油路，然后继续实现车厢举升实现卸货。之后反向使液压马达转动，当达到原始位置时使车厢停止旋转。最后使车厢降落。3 系统的稳定性及强度分析1)车厢的转动惯量上车厢使用三面箱板开启式，高n=800 rm，宽6=2 400 r岫，长c=4 300 mm：计算质量m=7l护l【g。上=14 146 kgm3。选取标准摆动液压马达，摆角180。，转矩4 686 Nm，使用花键轴。2)车厢最大举升角货物的静安息角一般都小于500，所以车厢在倾卸过程中的最大举升角应大于或等于50。，如果车厢需要旋转卸货，必然发生质心的偏移(图3)，设货物在车厢升起40。时(货物依然未落下)质心位置变动的距离为：f：(璺；婴一560)cos40。一400sin40。629 mmZ因此将转盘的放置偏离车厢平放时质心位置向车尾200图3汽车质心位量的变动情况(单位：mm)Fig3 AlIefatiOn Of AutOmObiIe CentrOidmm的位置。这样车厢在水平旋转时质心将偏离回转支撑中心200 mm；当车厢升起，质心将偏离转盘中心429 mm的距离，由于车的轮距为2 400 mm以上，所以，汽车有相对较好的稳定性。要求车底架焊接后驾驶室与车厢的距离不得小于500 mm；在转动过程中驾驶室与车厢最近的位置至少为168 mm，使驾驶室与车厢在运动中不会发生干涉。自卸车使用“90020”联烟斗花纹外胎，扁平率为80，所以轮胎外径D=87376 mm。支腿支起的高度为l 063 mm，支腿的角度为300，支腿的跨度为4 632 mm。可有效的防止侧翻。3)转动副梁的受力分析在旋转的过程中转动副梁的受力最大，转动副梁在工作位置时危险状态的受力情况为：车厢尾销的力22 000 N，液压缸轴销支撑的力为327 000 N。利用ProM软件对转动副梁进行网格划分：共有3 360个节点，16 476个单元边，22 832个单元面，9 741个单元，如图4所示。经有限元分析最大应变为l 556，材料选用的是优质碳素结构钢45，屈服极限为353 MPa。图4转动副梁受力的有限元分析情况(单位：MPa)Fig4 Finite日ement AnaIysis of the Subsidiary Rotating Gi旧er4结论通过设计与分析，车厢旋转机