东风DFL3120B1底盘的自卸车设计本科生毕业论文.doc

本科生毕业论文（设计）中文题目 东风（DFL3120B1）底盘的自卸车设计 英文题目 学生姓名 周宇航 班级 441002 学号 44100205 学 院 交通学院 专 业 汽车运用工程 指导教师 谭立东 职称 副教授 吉林大学学士学位论文（设计）承诺书 本人郑重承诺：所呈交的学士学位毕业论文（设计），是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式注明。本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。 学士学位论文（设计）作者签名： 年 月 日 摘 要本设计是在现有二类底盘上改装的自卸车设计。自卸车的设计包括整车基本参数的选定、车厢的结构设计和质量计算、举升机构的选定、液压系统的设计、液压缸的设计以及副车架的设计校核。本设计应用经验设计法和计算机辅助工程技术完成。先用作图法进行举升机构的分析，确定了举升方案，再根据受力分析的结果选择液压缸安装方案，设计了液压缸级数、活塞及活塞杆尺寸参数。进行液压系统的设计和计算，选择取力器的取力方案。设计副车架的结构、尺寸参数，并分析副车架受力情况、校核副车架强度。最后用绘图软件CAD完成整车结构图、液压缸装配图及副车架结构图，并手绘A0图。关键词：自卸车；举升机构；液压缸；副车架 AbstractThis design is a modification to the existing second-class dump truck chassis design. Tipper design parameters including vehicle basic parameters selected, structural design and calculation of mass compartment, selected lifting mechanism ,the design of hydraulic system , the design of hydraulic cylinders,Subframe design verification.This design and application of the experience design method and computer aided engineering technology. First diagram method used to analyze lifting mechanism to determine the lifting program, and then select the installation program based on the results of the hydraulic cylinder stress analysis, the design of the hydraulic cylinder series, piston and rod size parameters. Design and calculation of the hydraulic system, select power take off PTO program. Sub-frame structure design, size parameters, and analyze the forces subframe, checking subframe strength. Finally, to complete the vehicle CAD drawing software structure diagram, hydraulic cylinder assembly drawings and sub-frame structure diagram and hand-painted A0 diagram. Key words: Dump truck; lifting mechanism; hydraulic cylinder; subframe目 录第1章 绪 论11.1研究背景11.2自卸车的发展状况21.3专用汽车设计特点41.4 设计思路61.5本章小结6第2章 自卸车车厢的结构与设计72.1整车尺寸参数72.2质量参数的确定72.3货厢最大举升角92.4其他技术条件102.5本章小结10第3章 自卸车车厢的结构与设计113.1车厢的结构形式113.2 车厢的设计123.3 车厢板的锁启机构163.4 车厢底部吊耳设计163.5 车辆防护装置173.6 本章小结17第4章 自卸车举升机构的设计184.1 自卸车举升机构的选择184.2 举升机构运动与受力分析及参数选择224.3本章小结26第5章 液压系统设计265.1液压系统的工作原理和结构特点275.2油缸选型与计算305.3油箱容积与油管内径计算315.4 取力器设计325.5本章小结336.1副车架的截面形状346.2副车架前段形状及位置346.3副车架形状及主要尺寸参数设计计算386.4本章小结43总 结44参考文献45致 谢461第1章 绪 论1.1研究背景 自卸车，是指通过液压或机械举升将其车厢倾斜一定角度而自行卸载货物，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车,故又称翻斗车。自卸汽车按不同的方法有不同的分类。按用途可分为两大类：一类属非公路运输，主要用于承担采矿、地质、水利等运输任务。多数是重型和超重型(装载质量在20t以上)自卸汽车。这类汽车也称为矿用自卸汽车。它的基本尺寸、容积、质量以及轴荷等不受公路法规的要求，所以它只能在矿山、工地等使用。另一类用于公路运输，它主要承担砂石、泥土、煤炭等松散货物运输，多为轻、中、重型(装载质量在220 t)普通自卸汽车。普通自卸汽车按装载质量分为：轻型自卸汽车、中型自卸汽车和重型自卸汽车；按运载货物倾卸方向分为：后倾式、侧倾式、三面倾式和底卸式自卸汽车；按车厢栏板结构分为：栏板一面开启式、栏板三面开启式和簸箕式(即无后栏板)自卸汽车。一些特殊用途的自卸车需要有针对性的专用构造，又称专用自卸汽车，例如高位自卸汽车、自装卸垃圾汽车等。由于单方面对货物的需求，自卸车运输的明显特征就是50%的空驶率。由于自卸车的灵活性以及能满足多种吨位货物的要求，可以运输绝的零散物资，比如港口货物的中转，粮食的收集和运输等等。自卸车由于运输路线、运输货物的固定性，在煤炭、矿石、砂石的运输和工地道路施工作业中都应用广泛。 普通自卸汽车机构组成图如下图1.1所示：1-液压倾卸操纵装置；2-倾卸机构；3-液压油缸；4-拉杆；5-车厢；6-后铰链支座；7-安全撑杆；8-油箱；9-油泵10-传动轴；11-取力器图1.1 普通自卸汽车结构组成1.2自卸车的发展状况 目前，我国改装车在汽车市场中已经占有很大份额，改装车市场最大销售量约28万辆左右，其中比例最大的除了客车外，主要有厢式汽车、液灌汽车、自卸汽车、半挂汽车、冷藏保温车等主要车型。但是从整体来看，这些专用车均存在技术落后、材料沉重、工艺较落后等问题。对于自卸车来说还存在车身不够轻量化、举升机构方式的选择以及液压缸油液泄漏等急需解决的问题。未来自卸车市场必然要向多品种、舒适化、轻量化、污染低的方向发展。向安全性舒适性发展:提高整车安全性,包括车身安全性能、制动性能进一步提高;车身采用半浮气簧式减震装置，悬架采用少片簧以及橡胶悬架提高整车舒适性能；优化变速操纵系统以提高驾驶舒适性能。变速箱方面:随着动力需求升级，会采用多档位如8、9、12档变速箱，并会采用机械自动变速箱；另一方面也会选择采用少档位液力机械变矩器。提高载质量利用系数,进一步降低整车整备质量,节省原材料；上装部分主要是车厢采用高强度钢板，可以大幅降低钢板选用规格，大幅降低整备质量。底盘车架材料可能会采用铝镁合金材料，除能提高整车承载能力同时，大幅降低整车整备质量。液压装置统一性:自卸车的液压系统,或进口或国产、或前顶式或中顶式,不同的生产厂家、不同的要求、不同的技术参数,导致了彼此价格差距比较大。由底盘厂和改装厂联合指定液压件的规格、形状、要求和技术参数,统一进行采购，这将成为自卸车未来发展的方向，但目前还没有这样的做法。这种发展方向也是与我国公路条件和我国公路货物运输市场有着紧密的联系。目前，我国公路货运市场依然是个体户为主的状况，公路货运甚至还谈不上物流管理，具有运输成本高、随意性大、服务没有保证等特点。但随着我国经济的蓬勃增长，货物运输行业的不断壮大，这种格局将要逐步被打破。跨国物流公司正虎视眈眈盯着中国公路货运这块大市场。这场战斗谁是赢者，不言自明。集团化货运市场对卡车的个性化要求将越来越高，同时需求数量也将越来越大。可以毫不夸张地说，未来的卡车发展方向将是专用车。美国等发达国家专用车市场十分巨大，专用车具有品种多、技术含金量高等特点。就专用车品种而言，美国就有5000多个品种，甚至很多专用车已经被E化，装有电脑、卫星导航等系统。确切地说，我国专用车市场最终是向多品种、高精尖的方向发展。尤其是随着我国公路运输主体的逐渐变化，将加快产品结构的变化和技术的升级。我国自卸汽车生产始于上世纪60年代初，经过40多年的发展，尤其是在上世纪80年代以后通过技贸结合与合作生产方式，从国外引进若干先进的自卸汽车制造技术，并在此基础上形成以若干大型汽车制造厂为主体的机械传动式自卸汽车生产企业集团。公路用自卸汽车的装载质量从220t、矿用自卸汽车装载质量从20154t以基本形成完整的自卸汽车系列，为我国自卸汽车的腾飞打下了坚实的基础。当然除普通自卸汽车以外，专用自卸汽车的生产也得到了一定的发展，尤其是新世纪以来，随着我国社会经济和交通环境的改善，各行业对专用汽车尤其是工程系列专用汽车的需求越来越大。专用汽车将跟更加注重行业化、专用化、系列化。国外自卸汽车生产始于上世纪30年代，比我国早30多年在其后70多年的发展过程中，其结构不断改进，整车性能已有很大提高。为提高自卸汽车的科技含量，追求高附加值，各国更是不断采用先进技术，其主要表现以下几个方面：全面提高自卸汽车内在质量和使用性能；在制造加工方面，自卸汽车朝着底盘生产专业化、零部件生产专业化、工艺专业化和辅助生产专业化方向发展；广泛采用计算机辅助设计，以提高设计的质量和缩短设计研制的周期；在材料配置上，将更多地采用高强度铝合金、不锈钢、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽车以形成自己独特的结构与车型系列。 目前，自卸车在中重型卡车市场需求量上约占百分之四十的份额，成为卡车市场的兵家必争之地。我国自卸车的发展向重型化和轻型化两极发展。2006年以来，中重卡销量增长趋势与商用车总体情况相似，除2008年增幅出现下降以外，总体呈现逐年递增的趋势。我国中重卡行业经过近两年放量式发展，2011年市场需求开始放缓。2011年上半年国内共销卡车1983753辆，出现5.03%的负增长，其中，中重卡占据市场总份额的35.13%，上半年共销售中重卡696859辆，成绩整体下滑5.13%。上半年的重卡市场呈现出增幅逐月缩小、降幅逐月扩大的特征。一季度，重卡市场共计销售29.04万辆，同比增长8.4%;前四月，重卡市场销售39.65万辆，同比增长3.33%。从5月开始，重卡市场累计销量出现下滑，前五月同比下降了2.29%。上半年，累计降幅进一步扩大到7%。1-6月，行业累计生产重卡50.50万辆，同比下降12.23%，累计销售54.34万辆，同比下降7.04%。与一季度产销分别增长8.20%和8.40%，形成明显的逆差。尽管上半年来重卡市场的表现有些差强人意，但从进一步市场细分看，重型货车整车销售17.70万辆，同比增长26.22%，这个增速还是众望所归的。重型货车非完整车辆销售22.88万辆，同比下降5.49%;半挂牵引车销售12.89万辆，同比下降35.13%。显然重卡市场的下滑主要是在于半挂牵引车市场的大幅下降。重卡市场产销的严重下滑，并不是一个长期现象。目前重卡行业还处于“去库存”阶段。因为即使是一线城市，其建设步伐也远远没有停滞，主要是受到目前这一阶段宏观政策收紧的影响。随着政府保障房开工率的提高，治超、限载的执行以及公路物流费用的降低等，都将有利于重卡销售的提高。1.3专用汽车设计特点 专用汽车区别于普通汽车的一点就是具有专用功能的上装部分，能完成某些高难度、高要求、特殊环境下的作业功能。所以在设计时，需要注意对其特殊功能的保证，这就形成了其自身特点，概括如下： 1、专用汽车总体布置的合理性设计要保证专用汽车的功能得以满足，又要保证是在现有条件的约束下，如用现有二类底盘进行改装的车辆应保证新设计的部分不干涉车架。在必要时，也可适当降低汽车的某些参数，以满足专用工作装置性能的要求。2、针对专用汽车品种多、差别大专用汽车设计应考虑零件的统一化、系列化，以便根据用户的不同需求能很快地更换产品。对专用汽车零部件的设计，最大限度地选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。3、对专用汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。4、对专用汽车工作装置中的某些核心部件和总成如各种水泵、油泵、齿轮泵及各种阀等，要从专业生产厂家中优选 ，因为这些部件的可靠性和标准性决定了能否正常的完成任务要求。5、在普通汽车底盘上改装的专用汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。6、专用汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求 对于某些特殊车辆，如重型半挂车、油田修井车、机场宽体客车等，应作为特定作业环境的特种车辆来处理。7、某些专用汽车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件复杂，要了解和掌握国家及行业相应的规范和标准，使专用汽车有良好的适应性，工作可靠，是要设安全性装置。 8、由于专用汽车种类繁多、结构复杂、使用面广、开发期短等待点，所以专用汽车设计人员。既要具备汽车设计的知识相能力向时也要掌握专用汽车各种不同工作装置的原理与设计计算。此外专用汽车设计人员还需要对用户的要求，市场动态有充分的了解，这样设计的产品才能在性能上先进，在市场上适销对路，在使用上满足用户的要求。 对于液压举升机构考虑到工作环境、工作性质及工作内容等的要求，在设计液压举升机构时应满足的性能有:1、较强的免维护性 自卸车主要应用场所是沙场、矿山、工地等，这些场所沙尘肆虐，工作环境恶劣，自卸机构的维护条件较差，甚至有时根本谈不上什么维护。因此需要自卸机构在设计时就要考虑到铰支点和油缸的免维护性。2、良好的动力性 举升机构作为自卸车卸料时的动力来源，为保证卸料顺利完成，要求其必须具有良好的动力性能。轻型农用自卸车由于其特定的使用环境和用户群体决定了它经常处于超载状态，这就要求举升机构要具有一定的过载系数。3、平稳性 要求举升机构在倾卸货物时具有较好的平稳性，不得有较大的动力冲击，降低冲击力对机构各部件的损伤概率，保证机构的使用寿命。4、卸料性 自卸车通过特定的机构使用货物自动倾卸到指定位置。因此，自卸车举升机构应达到的卸料目标是:a、在固定时间内将货箱举升一定的角度，即举升机构将货箱举升到最大举升角所需的时间(对此国家规定了时间限值);b、货箱被举升机构举升到最大转角时，货物应顺利地倾卸完毕(即最大举升角达到货物的安息角)。5、协调性自卸车在举升过程中需要保证所装货物不能撒漏倒车向外，这就需要保证举升机构工作时的稳定性和协调性。在外力作用下，各部件能沿自己的铰支点正常工作，不能出现干涉情况。1.4 设计思路 本设计是在现有的二类底盘（东风DFL3120B1底盘）基础上进行的自卸车改装设计，根据底盘对应的参数，选择相应的整车厂尺寸、车厢尺寸、轴距、前后悬距离、轴荷、轮胎规格以及发动机型号。对车厢结构的设计、举升机构的设计、液压系统的设计以及对副车架进行结构设计并校核。1.5本章小结本章主要对自卸汽车的研究背景、分类方式、未来的发展方向以及自卸汽车的设计特点进行了描述，并对设计的整体结构进行安排。 第2章 自卸车主要参数的选择承担公路运输的普通自卸车通常是在同种货车基础上改装设计而成。其总体布置和设计程序与载货车相近。首先，针对自卸车市场车型及所占比例进行调研并对收集到的同类车型资料进行分析，摸清产品主要技术经济指标，了解相关国标，了解有关设计法规等。在此基础上拟定设计方案，处理好产品技术先进性与工艺继承性、零部件通用化程度以及生产成本的辩证关系，然后进入具体技术设计阶段。2.1整车尺寸参数表2.1 整车尺寸参数外形尺寸（长宽高）760025002960（mm）轴距4500mm轮距（前/后）1920/1860(mm)前悬1450mm后悬1650mm接近角25离去角20最小离地间隙540mm2.2质量参数的确定 1.厂定最大装载质量 额定装载质量是自卸车的基本使用性能参数之一。目前，中、长距离公路运输趋向使用重型自卸车，以便提高运输效率、降低运输成本，额定装载质量一般为919t；而承担市区或市郊短途运输的自卸车额定装载质量为4.59t。同时还应考虑厂家的额定装载质量的合理升级，以利于产品系列化、部件通用化和零件标准化。此外，额定装载质量还必须与选用的二类底盘允许的最大总质量相适应。 改装部分质量主要包括：车厢质量、副车架质量、液压系统质量、举升机构质量以及其他改装部件的质量。改装部分质量可以通过计算、称重求得，也可以根据同类产品提供的数据进行估算。 2.整备质量 自卸车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却液的空车质量。他一般是二类底盘质量与改装部分质量的总和，是自卸车总体设计的重要设计参数之一。 3.厂定最大总质量其值可按下式确定： 式中：自卸车整备质量，kg； 厂定最大装载质量，kg； 按65kg计。4. 质量利用系数是厂定最大装载质量与整车干质量之比： 越大，则该车材料消耗少，材料利用率高。因此可反映自卸车设计制造水平。提高的主要措施在于设法减轻倾卸机构与货厢质量。承担公路运输15t以下的中重型自卸车之约为1.1-1.5。5、容积利用系数 即单位容积装载质量。它取决于常运货物的种类。通常堆装部分的体积约占货厢体积的三分之一。确定的原则是既要充分利用汽车额定载重能力；又要避免在运输高比重货物时出现严重超载。对普通自卸车常取=1650kg/1850kg/。6、质心位置质心位置对汽车附着性能和稳定性能等能产生重要影响，因此是一项重要指标。质心位置又分为空载质心与满载质心两种状况。设计时应力求使改装自卸车的质心位置尽量接近原车质心。质心计算公式如下： 质心水平位置 = (2.1)质心垂直位置 (2.2)式中：自卸车厂定最大总质量，kg； 自卸车前、后轴轴载质量，kg； 底盘质量，kg； 改装部分各总成质量，kg； 厂定最大装载质量，kg；、底盘质心坐标；、改装部分各总成质量质心坐标；、装载质量质心坐标。2.3货厢最大举升角货厢最大举升角是当货厢举升角是当货厢举升至设计极限位置时，货厢底部与车架平面之夹角。它取决于常运货物静安息角的大小。多数货物静安息角在4045范围。故为保证卸货干净，一般自卸车最大举升角常取5060。此外，尚应注意在最大举升角时，车厢后板下垂最低点与地面保持一定卸货高度。举升时间指满载时从开始举升至最大举升角所需时间。表2-2 常见货物的安患角物料煤焦炭铁矿石细砂安息角27455040453045物料粗砂石灰石粘土水泥安息角5040455040502.4其他技术条件1、 车厢应举升、下降平稳，不允许有窜动、冲撞和卡滞现象。2、 车厢最大举升角为理论设计值。3、 超载的工况下，车厢分别举升10和，停留5min，车厢自降量不得超过。4、 车厢应符合下列要求：车厢表面平整，外表不容许有明显的凹凸不平。有足够的刚度和强度。车厢长度允许mm，两边梁的直线性和平行性必须控制在3mm以内。两对角线的尺寸差不得大于10mm。车厢底座与车厢底架之间应贴合，因变形而造成的不能贴合距离不得大于6mm。车厢后相板与车厢后端之间应贴合，最大间隙：上端小于3mm，下端小于1mm。锁启机构开启灵活，锁紧可靠。车厢举升时能保持锁紧状态，车厢上升至时保证全部打开。5、 货卸操纵机构应灵活、准确、可靠。6、 货厢举升后进行检修作业时，应有防止车厢自降的保险装置。7、 车厢空载举升到最大举升角的时间不超过20s。8、 车厢空载从最大举升角下降到与副车架贴合的时间不超过20s。2.5本章小结本章主要对自卸汽车的整车尺寸参数、质量参数以及其他性能参数进行了确定，综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。第3章 自卸车车厢的结构与设计3.1车厢的结构形式车厢是用于装载和倾卸货物，一般是由前后栏板、左右侧栏板、车厢底板以及车厢底架组成。图3.1为典型的底板横剖面呈矩形的后倾式车厢结构。车厢前栏板通常加做延伸到车顶的的防护挡板来避免货物洒落到驾驶室顶。 1-车厢总成；2-后栏板；3、4-铰链座；5-车厢铰支座；6-侧栏板；7-防护挡板；8-底板图3.1 车厢结构图侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角，如图3.2所示。其栏板开启、关闭的铰接轴为上置式，开启时，栏板呈自由悬垂状，多用于有侧倾要求的中型自卸汽车。矿用自卸汽车和重型自卸汽车的车厢多采用簸箕式，以方便装载，倾卸矿石、砂石等。有的簸箕式车厢采用双层底板结构，以增加底板的强度和刚度，并可减轻自重。簸箕式车厢如图3.3所示。图3.2 侧顷式及三面倾卸式车厢图3.3 簸箕式车厢本文设计的自卸车是短途运输的普通自卸汽车，没有侧倾要求，故采用后倾式车厢。3.2 车厢的设计3.2.1 车厢选择材料车厢材料的选择比较重要，既要满足刚度、强度方面的要求又要节省材料，降低制造成本。车厢底板主要受到货物重力的作用，还有在装卸时的惯性冲击作用；车厢侧板主要是运输货物过程中货物对板的作用力比较大，相对受到力的作用要稍小于车厢底板；车厢后板的受力情况和侧板相似，但还要考虑安全防护作用。综合以上因素考虑：车厢底板选Q235钢板（GB/T 7092006）厚度8.0mm；车厢侧板和前板选Q235钢板（GB/T 7092006）厚度4.0mm；车厢的后板选Q235钢板（GB/T 7092006）厚度5.0mm。车厢底架主要承受来自货物以及厢板的重力和惯性力作用，为了避免拖带泥土及其它货物再加上外观美观问题，皆选择结构用矩形冷弯空心型钢（GB/T 67282002），其结构如图3.4所示。图3.4 矩形冷弯空心型钢车厢底架所选矩形冷弯空心型钢的数据如表31所示。表31 矩形冷弯空心型钢截面尺寸参数（GB/T 67282002）H(mm)B(mm)t(mm)理论重量M120806.016.981120606.015.09790404.07.338960403.04.245注：表中理论重量是按密度为7.85g/cm3计算。为了加强车厢侧板和后厢板的承受能力，在侧厢板和后厢板上加装了加强肋，材料是用热轧槽钢（GB/T 706-2008），其截面型式如图3.3所示。所选的热轧槽钢的尺寸规格如表32所示。高度 腿宽 腰厚 平均腿厚 内圆弧半径 腿端圆弧半径图3.5 热轧槽钢截面图表32 热轧槽钢的尺寸规格（GB/T 7071988）型号h(mm)b(mm)理论重量M1010053 10.007121205312.5920a2007322.63730a3008534.4633.2.2 估算车厢质量1. 车厢侧板 钢板质量： 加强肋质量： 双侧厢板总质量： 2.车厢前板 钢板质量： 加强肋质量： 车厢前板总质量： 3.车厢后板 钢板质量： 加强肋质量： 双侧后板总质量： 4.车厢底板和底架 钢板质量： 两根长梁质量： 两根长梁之间加强肋的质量： 两边矩形管质量： 其余加强肋质量： 双侧厢板总质量：车厢总质量：M=1929.82kg3.3 车厢板的锁启机构自卸车汽车车厢板的锁启机构有手动和自动两种，现在大多采用自动锁启机构。当自卸汽车卸货时，车厢逐渐倾斜，当倾斜到一定程度，倾斜方向的车厢板便自动开启，使车厢内的货物卸出。卸完货后，车厢逐渐下落，直至落到原始位置，锁启机构使自动将车厢板锁住。本设计采用自动开闭机构原理简图如下，1-限位块，2-锁钩图3.6 自动开闭机构当车厢被举升时，限位块1随着车厢一起升高，这时锁钩2右端钩子一侧在重力作用下绕轴旋转与厢板脱离，这样后厢板打开。当车厢回落时，限位块压着锁钩的左侧，这样钩子就会勾住厢板，使后厢板闭合。3.4 车厢底部吊耳设计 吊耳的材料：钢板Q235具体形状如图3.7所示。图3.7吊耳的结构图3.5 车辆防护装置 防护栏的作用：侧面防护装置，能防止行人、摩托车和自行车者从车辆侧面卷入轮下的装置；后下部防护装置，能有效地防止轿车、摩托车等车辆从车后下方嵌入的装置。侧面防护装置可以是一个连续平面，或由一根或多根横杆构成，或者是平面与横杆的组合体；当采用横杆结构时，横杆间距不大于300mm。侧面防护装置前缘与前面最近的车轮轮胎最后部分的水平间距不大于300mm。图3.8 侧面防护装置 图3.9 后下部防护装置后下部防护装置的宽度不可大于车辆后轴两侧车轮最外点之间的距离（不包括轮胎的变形量）并且后下部防护任一端的罪外端与这一侧车辆后轴车轮最外端的横向水平距离并不大于100mm。车辆后下部防护装置应与车辆纵向对称面垂直，应牢固、对称的安装在车架的纵梁或者其他代件上。3.6 本章小结本章主要对自卸汽车的车厢的结构和尺寸以及材料的选择进行设计，同时对车厢后栏板的自动开闭机构进行设计，综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。 第4章 自卸车举升机构的设计4.1 自卸车举升机构的选择4.1.1 举升机构的类型自卸车举升机构又称倾卸机构，包括货厢、副车架、车厢铰链、举升油缸及其杠杆系统。现代自卸车的举升机构均以液压能作为举升动力。其功能是承载物料，并在液压系统的驱动下完成倾卸动作。自卸汽车对倾卸机构的设计要求如下：（1）利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与托架大梁间的空间；（2）结构要紧凑，可靠，具有很好的动力传递性能；（3）完成倾卸后，要能够复位。举升机构的主要类型有：1、油缸直推式油缸直推式倾卸机构的示意图如图4.1所示，这种机构结构简单紧凑、举升效率高、工艺简单、成本较低。采用单缸时，容易实现三面倾斜。另外，若油缸垂直下置时，油缸的推力可以作为，车厢的举升力，因而所需的油缸功率较小。但是采用单缸时机构横向强度差，而且油缸的推程较大；采用多节伸缩时密封性也稍差。图4.1 直推式倾卸机构2、俯冲式俯冲式杆系倾卸结构简单，造价低，横向刚度好，举升转动圆滑平顺。但油缸必须增大容量。如图4.2所示。图4.2 俯冲式倾卸机构3、前推杠杆组合式前推杠杆组合式倾卸机构示意图如图4.3所示，该机构横向刚度好，举升时转动平顺圆滑，在举升过程中，举升力小，构件受力改善。但油缸的行程过大，偏摆角大。图4.3前推杠杆组合式倾卸机构4、杠杆平衡式（油缸后推杠杆组合式）油缸前推连杆组合式倾卸机构的示意图如图4.4所示，这种机构横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺，三脚架推动车厢举升时，但是油缸在车厢翻转过程中摆动角度较大，且活塞行程稍大。5、油缸后推连杆组合式（加伍德举升臂式）油缸后推连杆组合式倾卸机构的示意图如图4.5所示，该机构结构比较紧凑，横向刚度较好，油缸的推程小，举升时转动圆滑平顺。但举升力系数大，举升臂(三角架)较大。图4.4杠杆平衡式倾卸机构图4.5油缸后推连杆组合式倾卸机构6、油缸前推连杆组合式（马勒里举升臂式）油缸前推连杆组合式倾卸机构的示意图如图4.6所示，这种机构横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均匀。但是油缸在车厢翻转过程中摆动角度较大，且活塞行程稍大。图4.6油缸前推连杆组合式倾卸机构7、油缸浮动连杆式（强力型）油缸浮动连杆倾卸机构示意图如图4.6所示，该机构结构紧凑，横向刚度较好,举升时转动圆滑平顺。油缸进出油管活动范围大，油管长，副车驾受力改善，举升力系数较小。但该机构结构比较大，油缸固定在节点上，从而使杆件刚度要求较高。而且油缸转动角度过大。图4.7油缸浮动连杆式倾卸机构4.1.2 自卸车倾卸机构性能比较倾卸机构是自卸汽车的重要装置，它直接关系到自卸车的结构与举升性能。国内外典型倾卸机构的结构型、性能特征，见表4.1。 表4.1 自卸汽车举升机构特性比较结构形式车型举例性能特征直推式单缸前置斯太尔1291280K38卡玛斯5511结构紧凑、举升效率高、工艺简单、成本较低，采用单缸时，横向刚度不足，采用多节伸缩时密封性较差中置斯太尔991200K38依发50LKCA340双缸QD3151EQ340连杆组合式马勒里举升臂式五十铃TD50ALCQDJN3180QD362横向刚度好、举升转动圆滑平顺举升力系数小、省力、油压特性好，但缸摆角大活塞行程稍大加伍德举升臂式TD50A-DQD352HF352转轴反力小，举升力系数大，举升臂较大，活塞行程短油缸前推杠杆组合式SX3180举升力小，构件受力改善，油缸摆角大油缸后推杠杆组合式日产PTL81SD举升力适中，结构紧凑但布置集中后部，车厢底板受力大油缸液动连杆组合式YZ300油缸进出油管活动范围大，油管长俯冲式东急73型杆系结构极简，造价低，但油缸必须增大容量综上，对于本设计自卸车，本文选用油缸直推式倾卸机构。该种举升机构直接与车厢相连推动车厢，启动性能较好，并且车厢受力状况较好。4.2 举升机构运动与受力分析及参数选择该车总体布置基本参数如下：厂定最大装载质量:4990kg；举升总质量:6930kg;最大举升角:552用作图法进行机构的运动分析，其结果详见图4.7。图4.7 机构运动分析图图中OAB为举升初始位置，其举升总质量质心为；OA为举升终了位置，其举升总质量质心为由总布置获得： 油缸总行程L计算：总行程L应保证最大举升角的设计要求。可根据余弦定理，从OA解出： L) (4.1)式中： 4.75 O =1811.4 代入式(4.1)得L=1670mm根据L=1670mm其三级行程分别为 , 自卸车之油缸举升力应保证最大举升质量时所需的举升力矩。为此，对自卸车举升机构的最大受力状况（即举升初始状态）进行受力分析，如图4.8。通过受力分析求得油缸举升力P、各级油缸直径、，以及各级油缸力矩比系数、等主要参数如下：（1）油缸举升力P油缸推力P对货箱翻转中心O产生的举升力矩与举升总质量m对O点的阻力矩应取得平衡67。即： (4.2)油缸举升力矩最大举升阻力矩代入（4.2）得:油缸举升力 (4.3)式中：举升总质量，等于厂定最大装载质量和货箱质量之和，kg;X质心至翻转中心水平坐标，它是随车厢举升角变化的函数，当时，X为最大值X=1500mm;图4.8 机构受力分析图油缸轴心线与底座OA之夹角，在举升过程中为变量，因此油缸举升力也随之为变量。（2）油缸直径确定油缸推力与油缸直径的关系为：P= (4.4)式中：p液压系统最大工作压力，取p=16MP。将式（4.4）代入式（4.3）即可求得各级油缸之最小直径：按上式可计算出各级油缸的最小直径后，再经标准化选定油缸直径系列为:=110 mm、=90mm、=70mm。由式（4.4）计算出各节油缸总推力分别为： =94985N =78540N =50270N4.3本章小结本章主要对自卸汽车的举升机构的形式进行了选择，对举升机构进行运动分析和参数的选择，根据所求出举升力的大小确定了油缸的直径。综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。第5章 液压系统设计自卸车所采用的油泵、油缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化且由专业化液压件厂集中生产供应。因此在自卸车改装设计中只需要进行液压元件选型计算。其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及油箱容积与管路内径等。5.1液压系统的工作原理和结构特点5.1.1工作原理该系统的组成部件有液压油泵、液压缸、控制阀、执行元件以及油管、分流块等辅助结构。其工作过程如下：1、准备 先使自卸车处于驻车制动状态，并将变速器置于空挡，使转阀手柄位于水平位置，启动发动机，然后踩离合器并结合取力器使油泵进入工作状态，此时液压油经油泵、单向阀、液压换向阀流回油箱8。2、举升将转阀手柄逐渐向上转动关闭换向阀。此时，从油泵经单向阀来的高压油，进入油缸实现举升，油缸举升到最大行程时拨动限位阀，将高压油路与回油路接通而卸荷，举升停止，货厢处于举升最高位置8。3、保持若需将车厢举升至某一位置，只要保证手动阀的手柄仍在旋进位置，停止泵工作，车厢既可保持在任意位置。4、降落当货物卸完，车厢需下降时，先关闭泵，再将手动阀的手柄向外旋出，换向阀控制油泄回手动阀，举升缸在车厢重力作用下将由液压出，打开换向阀，使其常闭变为常开状态，车厢回位。 图5.1 自卸车的液压举升系统5.1.2液压系统结构布置自卸车液压系统由动力系统、工作元件、操纵元件和辅助系统组成。1、动力元件包括取力器、油泵及单向阀、油箱及油泵传动机构。取力器通常均与变速器直接安装成一体。取力方式可分左侧取力、右倾取力或箱顶取力三种。油箱安装位置则比较灵活，主要视副车架与货厢间的空间便于安装维护液压管路系统并尽量缩短油管长度。2、工作元件通常采用液压缸、液压马达，把液压能转换成机械能，驱动工作装置。油缸通过油缸支座安装在副车架中部或中后部的加强横梁上。由于工作部件受力极大，要求各连接铰支部位的连接强度、刚度应满足要求，所有摩擦副的配合精度与润滑状态良好。3、控制元件包括液压分配阀、限位阀以及操纵系统。用来控制和调节系统中油液的流动方向、流量、压力，以实现对执行元件的运动方向、速度、力的控制，也实现系统的过载保护、顺序控制等。控制部件多安装在汽车前部的驾驶室内部或后部，既要方便操纵与维护；又要减少管路的迂回。4、 辅助元件 减少管用来保证系统能可靠地工作，有油管、管接头、油箱、过滤器、密封件及冷却器和储能装置组成。5.1.3 液压分配阀 液压分配阀式控制系统的核心，分为滑阀和转阀两大类,三位四通阀应用范围比较广；而转阀多用于低压、小流量的轻型、中型自卸车上,分配阀又分为常开式和常压式,常开式分配阀在车厢不举升时，油泵的压力油经分配阀后又返回油箱，在系统中不产生高压，因此可减轻油泵磨损，并可防止自卸车在行驶中意外举升货厢造成事故，故常开式分配阀在自卸车应用最为广泛,分配阀选型主要考虑额定工作压力、流量及操纵方式。 分配阀操纵机构的形式有机械操纵式，气压操纵式和液压操纵式,以气压操纵式应用最为广。操纵过程应具有升起、中止、降落三个动作。机械操纵式：驾驶员通过机械杠杆或钢丝软轴直接拨动液压分配阀实现换向。液压操纵式：通过手动液压操纵阀建立油压来打开或关闭液动举升阀实习换向。此阀没有中停位置，故必须切断油泵动力才能实现中停。 气动操纵式：利用贮气筒的压缩空气，通过气动操纵阀控制操纵气管，驱动气动分配阀上的气缸工作，实现分配阀换向。 机械操纵式的优点是可靠性好、通用性强、维修方便；缺点是杆件布置比较麻烦，不适合翻转驾驶室采用。 液压操纵式的优点是可实现远距离控制，操纵可靠，在我国引进生产的斯太尔重型自卸车上采用了此种操纵系统。其不足处事反应较慢，没有中停位置。 气动操纵式的优点是功能齐全、操作简便、反应灵敏，结构先进，因此广泛应用于中、重型具备气源的自卸车。其缺点是需同时具备液、气两套管路系统、维修麻烦。综合以上优缺点本设计采用机械操纵式，其结构简图如图5.1 图5.2 手动转阀当把手柄拉到极限位置时，液压缸开始举升。当卸完货物后，把手柄拉到降落区间时，车厢开始下落，手柄越靠近水平下落的速度越快。5.2油缸选型与计算作为液压系统执行元件分为活塞式液压缸和浮柱式液压缸两类。浮柱式为多级伸缩式油缸，一般有25级，其结构紧凑，行程长，并具有短而粗、使用油压高（可达35兆帕），易于安装布置等优点。因此这里选用单作用多级油缸GHL1100。1、用泵工作压力p PMPa5.41MPa （5.1）式中： 油缸最大举升力; A 油缸横截面积。2、油泵理论流量 L/min （5.2）式中：油缸最大工作容积（）,按下式计算： t举升时间，一般要求t，t取15s; 液压泵容积效率,取0.85。 L/min3、油泵排量qq17.6 （5.3）式中：油泵流量,L/min;n油泵额定转速,r/min。取力器速比：i举升时发动机工作转速=1800