车辆工程毕业设计（论文）-东风EQ1168背罐车改装设计【全套图纸】 .doc

i 摘 要 本文对东风 eq1168 背罐车总体布置设计，进行了运输储料罐的专用车得研究， 根据本课题题目选用东风公司 eq1168kj2 重型载货车地盘，并对其车辆进行的总体设 计和上装设计。 本文对 eq1168 背罐车底盘各主要部件及参数（包括尺寸参数和性能参数）进行 了选取和计算，完成总体布置设计。在这部分内容中，首先进行了汽车底盘布置形式 的选择，然后，根据所确定的底盘布置形式，考虑汽车主要尺寸参数和性能参数的选 取和计算，在此基础上确定液压系统和翻转机构的各部件。 参照国家标准根据背罐车的经济性和可靠性，确定了上装结构的运动方案，并根 据运动方案，进行液压系统设计，对翻转机构进行设计使液压系统的最大压力最小， 同时要考虑各部件的工艺性。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 关键词：系统；背罐车；改装；设计；布置 ii abstract this paper eq1168 back east, overall layout design tank reservoir of the transport research material tank car, according to this topic title selection eq1168kj2 heavy truck dongfeng company on its site, and the overall design and jacket vehicle design. this paper eq1168 back tanker chassis major parts and parameters (including size parameters and performance parameter selection and calculation), completed the overall layout design. in this section, the first on the automobile chassis layout forms of choice, then, according to certain chassis layout forms, consider mainly size parameters and performance car the parameter selection and calculation, and on this basis to determine the hydraulic system and flip institutions components. refer to state standard according to the economy and reliability back tanker, determined the jacket structure, and according to the motion scheme, kinematic scheme, hydraulic system design for flip institutions designed to make the maximum pressure hydraulic system, at the same time to consider the smallest components of technology. keywords: : back tanker ; refit; desig；layout 目 录 摘 要.i abstractii 第一章 绪 论.1 1.1 本课题的研究背景和意义1 1.2 国内外专用汽车发展状况和趋势1 1.3 本课题的研究目的2 1.4 本课题的研究内容3 第二章 背罐车的总体设计.4 2.1 背罐车改装设计的基本原则.4 2.2 总体布置设计4 2.3 背罐车底盘的选择6 2.3.1 二类底盘装载质量的初步校核8 2.4 整车总体参数的选取和确定.9 2.4.1 主要尺寸参数.9 2.4.2 质量参数11 2.5 粉罐外形尺寸设计.13 2.5.1 初步确定罐体尺寸及材料13 2.5.2 罐体总容积14 2.6 本章小结.15 第三章 背罐车举升与液压系统的设计分析16 31 液压系统概述.16 32 背罐车液压系统的设计原则.17 3.3 举升角度的设计18 3.4 举升油缸的选取18 3.5 举升能力的校核18 3.5.1 初始位置状态时的校核19 3.5.2 第二和第三级油缸举升状态时的校核19 3.6 液压泵及液压控制阀的选择.20 3.6.1 液压泵流量及排量的确定20 3.6.2 液压原理及液压控制阀的确定21 3.7 本章小结.22 第 4 章 辅助系统设计23 4.1 取力机构的设计与选型23 4.2 本章小结.24 第五章 副车架的设计25 5.1 车架的设计25 5.2 副车架的截面形状及尺寸25 5.3 加强板的布置26 5.4 副车架的前端形状及安装位置27 5.5 纵梁与横梁的连接设计.28 5.6 副车架与主车架的连接设计.29 5.7 副车架尺寸的确定31 5.8 副车架的强度刚度弯曲适应性校核.31 5.8.1 额定装载时整车重心作用点的求解31 5.8.2 副车架剪力及弯矩的求解.31 5.8.3 副车架强度刚度校核34 5.8.4 副车架弯曲变形校核35 5.9 本章小结.36 结 论37 1 第一章 绪 论 1.1 本课题的研究背景和意义 背罐车作为专用汽车的一种，用于建材行业各种储料罐的自装卸和运输。在没有背罐 车的情况下，各种储料罐的装卸和运输必须同时有吊车和载货汽车两种作业工具才能完 成，即由吊车将 储料罐吊起，安放在载货车上，载货车将罐运送到目的地，再由吊车将其吊下安放到 位，整个过程明显耗时太长，效率低下且作业成本太高。 罐车属于专用汽车的一种，其开发和应用目前国内尚处于起步阶段。研究本课题的理 论意义和应用价值在于将现代设计方法应用到工程实践中，提高和扩大国产专用汽车的 质量水平和应用领域。本课题的研究结果将直接应用到生产中，并推向市场应用，填补 国内用于移动立式罐体的专用汽车的一项空白。随着经济的发展，背罐车的应用领域将 逐步推广，最终必然会形成专用汽车的一个重要种类。 本课题属于建筑工程类专用汽车领域，目前，国内还没有此类型专用汽车的生产 及使用，但根据目前国内各种粉状建材产品的散装化要求来分析，此种专用汽车具有 良好的市场推广前景。 目前在欧美日等发达国家，专用汽车的拥有量超过载货汽车总量的80。其中用于建 材领域的背罐车已经形成了系列化和通用化，并且与其他设备形成和谐的配套，完成了 整个产品物流链的全自动化。而作为运载工具的背罐车，为提高运输效率，将向着重型 化和大吨位方向发展，并且自动化程度不断提高。由于国外专用汽车公司有着很强的专 业分工，并且拥有先进的设计和分析手段，其专用汽车的可靠性极高。 1.2 国内外专用汽车发展状况和趋势 (1)国外研究现状 专用汽车是汽车行业发展的一个重要的方向，世界专用汽车起源于上世纪 20 年代， 70 年代后期进入快速发展的时期。目前，发达国家专用汽车品种已超过 6000 个，重、中、 轻比例大致为 3:4:3.发达国家的专用汽车企业普遍具有以下特点：a：注重产品研发，开 发手段先进；b：生产工艺设备先进；c：配套系统完善、专业化生产程度高，产品技术 含量高；d：企业规模不大，分工与合作明确，市场规范，竞争有序。而从技术发展的角 度来看，体现出以下特点：第一，注重汽车的轻量化。同载质量的专用车，先进国家均 2 比我国的整备质量小；第二：注重环保与节能。发达国家规定企业要对自己的产品报废 后造成的污染负责，必须采用环保材料制造。而节能是降低生产和使用成本的必然要求， 是商家最求利润的有效有段。 (2)国内研究现状 专用汽车起步较晚，到 80 年代中期才形成独立的专用汽车生产经营体系，经过多年 的滚动发展，目前已具有一定的规模，成为汽车工业的重要的分支。但品种较少，只有 227 类，1553 个品种，专用汽车占载货汽车的比例仅为 21.2%，而且产品结构也不太合理。 目前，我国专用汽车整体设计水平基本还处于经验设计阶段，没有很好的将现代设 计和分析方法加以利用，经济性相对较低。再由于工艺装备相对落后，所产出的车辆相 对粗糙，性价比较差，与外国产品相比差距主要体现在电子技术、机、电、气、液一体 化技术、自动化及智能化技术应用方面。大部分产品还处于发达国家 7080 年代的水平， 只有少部分技术达到国际先进水平，我国专用汽车今年来在在新产品的开发方面有了很 大的进步，但由于我国正处于发展中国家向发达国家转变的过程中，基本设施建设还处 于高峰期，所以我国对专业车的市场需求还主要针对于运输基本物资，满足于基本建设 的车型，加上我国劳动力资源丰富和产品研发投入不足，众多小企业只能争相仿效，该 市场形态决定了我国专用汽车现阶段呈现结构单一、功能单一、低附加值、无序竞争和 展品过剩的现象。 随着我国高等级公路网的建设和经济的发展的需求，给专用车提供了广大的发展空 间，专用车占载货车的比例逐渐增大，从数量、质量、种类、功能方面都提出了更高的 要求， “十五”期间，我国专用车新产品开发、新技术应用工艺装备得到了一定的发展和 提高，特别是 2004 年我国的汽车站也发展政策出台后，专用车行业的准入门槛大大抬高， 散、乱、差局面有所缓和，一批劣质企业被淘汰或兼并。再加上以中集集团、宇通集团、 北汽福田等大企业集团，挟资金、技术的大举进入，必将建立有中国特色的规模型专用 汽车企业，有效整合中国的专用汽车行业。 1.3 本课题的研究目的 罐式汽车在运输中发挥了重要的作用： （1）提高了运输效率，由于罐体是装载物料的容器，可以采用机械化装卸方式，大大的 缩短了装卸时间，加快了车辆周转，提高了运输效率。 （2）保证物料在运输途中不变质，罐体通常是个密封的容器，罐内物料不受气候条件的 影响，若物料对温度有要求，还可以做成隔热罐体和加热罐体等 特殊结构的的罐体来保 护物料，所以物料不易变质，也不易污染和泄漏。 3 （3）改善装卸条件，减轻劳动强度，罐式汽车运输可实现装、运、卸机械化，且都在封 闭状态下进行，大大的减少了装卸工人人数，减轻了劳动强度，减少了粉尘飞扬和异味 的散发。 （4）节省了包装材料、降低运输成本，物料散装运输，节省了包装材料，增加了装载质 量，运输成本降低。 （5）有利于安全运输，由于是密封运输，物料不会泄漏，即使是有毒物质，也不会污染 环境。对于易爆、易燃物品，也不易产生意外事故。 由于背罐车在建筑与运输等方面已成为主要运输工具，背罐车技术的好坏直接影响工 作的效率，所以本课题的研究就是为了提高背罐车的技术水平，达到经济实用，性价比 高，能够提高运输效率，减少劳动力的消耗，使我国专用车的技术水平有所提高，同时 可以运用到更多的领域，使我国专用车技术有进一步的提高。 1.4 本课题的研究内容 (1)背罐车的总体设计。 根据背罐车的设计原则，结合对市场需求的调查了解，确定选用的底盘型号，设计储 料罐以及与各液压系统和传动装置的布局。确定背罐车的各种参数和运动方案。 (2)背罐车改装设计必须满足以下基本原则 必须保证改装部分结构及改装部分与底盘大梁连接的合理性与可靠性,在工艺上必须 要考虑对原底盘进行加工的合理性。改装后，整车总质量不得超过原底盘允许的最大总 质量，各轴载质量不得超过允许的最大轴载质量，载荷分布左右基本均匀，静载时最大 偏差不得超过3。重心位置应尽可能低，但必须留有车轮弹跳高度所需的空间，改装后 车辆外形尺寸不得超过限值，车辆后悬不得超过标准限值。应避免专用装置引起载荷集 中，应尽量减少整车的整备质量，提高装载质量，改装后车辆必须满足国家现行的道路、 安全、环保、节能等法规要求，选用外购件、标准件必须满足标准化、系列化、通用化 的要求，设计和试制过程中必须严格遵守其他各种行业标准、技术及工艺要求。 (3)背罐车液压系统的设计分析 从背罐车的运动方案和液压系统的设计原则出发，进行背罐车各液压元件的分析、 计算和选型，并对选型后的液压系统的压力损失和压力冲击进行验算，最终根据试验情 况进行改进，确定了经济实用的液压系统。 4 第二章 背罐车的总体设计 背罐车主要运用于运输物料，与其它载货车相比背罐车可以达到自动化的装卸、运输 等运输作业，作为专用车，背罐车大大的提高运输效率，减少人工装卸的时间与人力， 在建筑运输方面背罐车是十分重要而有效的专用车。 根据目前国内情况，背罐车应满足目前使用最大储料罐，同时向下兼容体积更小的储 料罐。根据所选底盘的最大总质量和整备质量来确定罐体可装载的物料质量，同时要满 足底盘的最大总质量的要求。 2.1 背罐车改装设计的基本原则 1.车改装设计必须满足以下基本原则 (1)必须保证改装部分结构及改装部分与底盘大梁连接的合理性与可靠性 (2)在工艺上必须要考虑对原底盘进行加工的合理性 (3)改装后，整车总质量不得超过原底盘允许的最大总质量，各轴载质量不得超过允许的 最大轴载质量； (4)载荷分布左右基本均匀，静载时最大偏差不得超过3； (5)重心位置应尽可能低，但必须留有车轮弹跳高度所需的空间； (6)改装后车辆外形尺寸不得超过限值，车辆后悬不得超过标准限值； (7)应避免专用装置引起载荷集中： (8)应尽量减少整车的整备质量，提高装载质量； (9)改装后车辆必须满足国家现行的道路、安全、环保、节能等法规要求； (10用外购件、标准件必须满足标准化、系列化、通用化的要求； (11 试制过程中必须严格遵守其他各种行业标准、技术及工艺要求。 2.2 总体布置设计 专用汽车总体布置原则 专用汽车总体布置的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件。使取力 装置、专用工作装置、其它附件与所选定的汽车底盘构成相互协调和匹配的整体，达到 设计任务书所提出的整车基本性能和专用性能的要求。在进行总体布置时应按照以下原 则： 5 (1)尽量避免对汽车底盘各总成位置的变动 因为一些总成部件位置的变动，不仅会增加成本，而且也可能影响到整车性能。但 有时为了满足专用工作装置的性能要求，也需要作一些改动，如截短原汽车底盘的后悬、 燃油箱和备胎架的位置作适当调整等。但改变的原则是不影响整车性能。 (2)应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥 例如气卸散装水泥罐式汽车的专用功能是利用压缩空气使水泥流态化后，通过管道 将水泥输送到具有一定高度和水平距离的水泥库中。气卸水泥的主要性能指标是水泥剩 余率或剩灰率，为了降低这一指标，可将罐体布置成与水平线成一定角度，如图 2-1 所 示。但这样布置会使整车质心提高，减少了侧倾稳定角，因此也可以水平布置。所以在 进行总布置时，要从多方面综合考虑。 图图 2-12-1 斜卧式粉罐汽车总体布置 1-装料口；2-排气阀；3-空气压缩机；4-虑气器；5-安全阀；6-进气阀；7-二次喷嘴阀； 8-压力表；9-卸料口；10-调速器操纵杆；11-卸料软管；12-进气管道 (3)装载质量、轴载质量分配等参数的估算和校核 为适应汽车底盘或总成件的承载能力和整车性能要求，在总布置初步完成后应对某 些参数其中最主要涉及的是装载质量的确定和轴载质量的分配进行估算和校核，这些参 数对整车性能有很大影响。若不满足要求应修改总体布置方案。 (4)应避免工作装置的布置对车架造成集中载荷 例如在图 2-2 混凝土搅拌运输车的布置方案中，图(a)的布置形成了明显的集中载荷， 而在图(b)的布置中、由于采用了具有足够刚性的副车架，因而可将这种集中载荷转化成 均布载荷，有利于改善主车架纵梁的强度和寿命。 6 图图 2-22-2 主车架纵梁载荷状态比较 (5)应尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量 由于专用汽车工作装置的增加，使得专用汽车的整备质量比同类底盘的普通货车要 增加。据统计，一般自卸车要增加耗材 510，一般罐式车要增加耗材 1525，因此，减少整备质量，充分利用底盘的装载质量，增大质量利用系数，是 专用汽车改装设计过程个要追求的主要指标之一。 (6)应符合有关法规的要求 例如对整车的长、宽、高、后悬等尺寸在相关法规中部有明确的规定，一定不能超 出标准的要求。 2.3 背罐车底盘的选择 目前改装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类汽车底盘，也有为某些专用汽车设 计的专用底盘。汽车底盘的选择或设计专用底盘主要根据专用汽车的类型、用途、装载 质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动力匹配等来决 定。 目前我国对于常规的厢式车、罐式车、自卸车等通常是采用二类汽车底盘改装设汁。 这是目前专用汽车设计中选用底盘型式最多的一种。所谓二类汽车底盘，即在基本型整 车的基础上。去掉货箱。在改装设计的总布置时，在没有货箱的汽车底盘上，加装所需 的工作装置或特种车身。采用二类汽车底盘进行改装设计工作的重点是整车总体布置和 工作装置设计。在设计时若严格控制了整车总质量、轴载质量分配、质心高度位置等， 则基本上能保持原车型的主要性能。但是，还要对改装后的整车重新作出性能分析和计 算。 客车、客货两用车、厢式货车等则通常采用三类汽车底盘改装设计。所谓三类汽车 底盘，般是在基本型车的基础上，去掉货箱和驾驶室。近年来，我国乘用车发展很快， 对乘用车使用性能的要求也在不断提高，再用原来的三类汽车底盘改装的客车已越来越 不受欢迎。因此，各类专用客车底盘应运而生。这些专用客车底盘的基本特点是利用基 本型总成，按客车性能要求更新进行整车布置，更新设计悬架系统。这种底盘不仅在质 7 心位置、整车性能特别是平顺性方面有很大的变化，而且在传动系统和动力匹配、以及 制动系统等总成方面也有较大的改装设计。 目前在用普通汽车底盘作改装设计时把更换了发动机的底盘，如将汽油发动机改 换成柴油发动机亦当作三类底盘处理。 选用二类或三类汽车底盘，很难完全满足某些专用汽车的性能要求。例如用普通汽 车底盘改装厢式货车、存在质心过高，轴荷分配不合理的问题；改装消防车，首先是底 盘车速就达不到要求；改装客厢式专用车，存在平顺性差的问题。因此，可以这样说， 若要使我国的专用汽车上质量、上档次，一定要开发出一些具有特点的专用汽车底盘。 在专用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求： (1)适用性 对货运车用的总成应适应货运要求，保证货运安全无损；对乘用车用的总成应适于乘 客的需要达到乘座安全舒适；对各种专用改装车的总成应适于专用汽车特殊功能的要 求，并以此为主要目标进行改装选型设计，例如各种取力器的输出接口等。 (2)可靠性 所选用的各总成工作应可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命， 且同一车型各总成零部件的寿命应趋于均衡。 (3)先进性 所选用的底盘或总成应使整车在动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺 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。而且在专用性能上要 满足国家或行业标准的要求。 (4)方便性 所选用的各总成要便于安装、检查、保养和维修。处理好结构紧凑与装配调试空间 合理的矛盾。在选用专用汽车底盘时，除了上述因素外，还有以下两个很重要的方面： 一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本小很大约部分，一定要考虑到用户可以接受。 这也涉及到专用汽车产品能否很快地占有市场、企业能否增加效益等问题。二是汽车底 盘供货要有来源，要同生产汽车底盘的主机厂有明确的协议或合同，无论汽车底盘滞销 或紧俏，一定要按时将底盘供货。 本文设计的东风 eq1168 背罐车是在 eq1168 的基础上改装而成，故其底盘选用 eq1168 的底盘，根据底盘的型号及企业的标准该背罐车的型号为 hlj516zbg 型。 表 2.1 东风 eq1168 底盘参数 底盘型号 eq1168kj2 发动机型号c26020 外形尺寸(mm)92502 5103000 8 总质量(kg) 16000 整备质量(kg) 7805 额定载质量(kg) 8000 驾驶室准乘人数 3 最高车速(km/h) 90 接近角/离去角()32/18 前悬/后悬(mm)1 150/2260 轴数 2 轴距(mm) 5830 前轮距(mm) 1940 后轮距(mm) 1860 轮胎数 6 轮胎规格 10.00r20 排量(ml) 5900 功率(kw) 191 轴荷 6000/10000 2.3.1 二类底盘装载质量的初步校核 东风 eq1168kj2 装载质量为 8000kg，由于罐体材料 16mnr 的密度为 7 900 kg/m3，则 罐体直段质量m 。 1 m=dlh 1 =979.837kg 由jb-t4737-95 椭圆形封头标准得封头质量m。 2 m=2 275.59kg 2 =551.18kg 则整个罐体的质量m= m+ m=1 531.017kg。 1 2 初步计算装载质量为 6000kg+1 531.017kg=7531.017kg，东风 eq1168kj2 二类底盘满足要 求。 表 2.2 发动机参数 型式直列六缸、四冲程水冷柴油增压发 动机 9 型号 c26020 额定转速 r/min 2 200 额定功率 kw (2200r/m) 191 最大转矩 nm(1400r/min) 1 025 最低燃油消耗率 g/(kwh) 200 缸径冲程 mm 114135 排量 l 8 压缩比17.3：1 工作顺序 1-5-3-6-2-4 燃油：夏季：0 号轻柴油：冬季：根据气温选用合适的轻柴油 表 2.3 变速器传动比 一档二档三档 四档五档六档 10.317.335.213.772.131.94 2.4 整车总体参数的选取和确定 2.4.1 主要尺寸参数 背罐车尺寸参数主要有：轴距、轮距、外廓尺寸(车辆长、宽、高)等，如图 2-3 所示 由于背罐车车多在二类货车底盘上改装而成，因此其轴距l、轮距b、前悬lf、接近角 1等参数，改装前后均保持不变。罐体与驾驶室的间距c100250 mm。罐体长度lh 应根据额定装载质量和主要运输的货物密度，并参照同类车型罐体尺寸确定。 图 2-3 自卸汽车的主要尺寸参数 1.外廓尺寸 外廓尺寸即指整车的长、宽、高，由所选的汽车底盘及工作装置确定，但最大尺寸要满 足法规要求。例如在我国 gb158979“汽车外廓尺寸的界限”中，明确规定：车辆高不 10 超过 4m；车辆宽(不包括后视镜)不超过 2.5m；外开窗、后视镜等突出部分距车身不超过 250mm，车辆长：货车不超过 12m，半挂汽车列车不超过 16.5m，全挂汽车列车不超过 20 m。但有的国家已放宽某些限制，如英国、德国已有 4.2m 高的厢式车(见图 2-4)。 图 2-4 奔驰 1838/42 牵引车带箱式半挂车 对于超重型或其它一些特种车辆属于非公路运输车辆，不在此规定的限制之内。 由于本课题经东风 eq1168 改装而成，故其车高、宽及一些参数都没有很大的变化，参考 eq1168 以及国内外一些同额定总质量，装载质量背罐车的尺寸参数，确定本课题设计的 外廓尺寸如表 2-4： 表 2.4 eq1168 的外廓尺寸(mm) 长宽高 925021503000 2.轴距与轮距 轴距影响到车辆总长，最小转向直径、纵向通过半径或纵向通过角、轴荷分配和质量 转移系数，也影响到车辆的操纵稳定性和行驶平顺性。同普通货车相比；自卸汽车要求 轴距变短。 轮距影响到车辆总宽、横向通过半径、转向时的通道宽度以及车轴的横向稳定性。轮 距要与车宽相适应，对汽车列车，要求挂车轮距和牵引车轮距一致。hlj516zbg 底盘选用 eq1168 的底盘，其轴距和轮距应与 eq1168 相同，故可确定 hlj516zbg 的轴距 l5830mm；前轮轮距 b11940mm；后轮轮距 b2=1860mm。 3. 前、后悬 汽车的前、后悬直接涉及到汽车的接近角和离去角，一般要求都在 25以上，至少不 小于 20。前悬应满足车辆接近角和轴荷分配的要求。前悬与驾驶室、发动机、转向器、 前保险杠等总成布置有关。后悬应满足车辆离去角和轴荷分配的要求，同时还要满足有 关标准的规定，即对于客车和全封闭厢式车辆，后悬不得超出轴距的 0.65 倍；对于其它 车辆，后悬不得超出轴距的 0.55 倍，但最长不得超出 3.5m。在实际改装过程中，后悬变 动比较多。对于罐式车，一般要将后悬变长。本文设计的 hlj516zbg 的前悬 lf1150mm，后悬 lb=2260。 11 2.4.2 质量参数 1.装载质量 e m 对装载质量，要考虑以下两方面： (1)用途和使用条件 如对于货流大，运距长的运输，则宜采用大吨位车辆，以便于提高 生产率、降低运输成本；而对于货流多变、运距短的运输，则宜采用中、小吨位车辆。 (2)合理分级 在装载吨位级别上，要分布合理，以利于专用车产品的系列化、通用化和 标准化。 对于同一底盘，在设计时应尽量提高装载质量。 额定装载质量是自卸汽车的基本使用性能参数之一。目前，中、长距离公路运输趋 向使用重型自卸汽车，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汽车额定装载质量为 4.59t。同时，还应考 虑到厂家的额定装载质量的合理分级，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货车底盘允许的最大总质量相适应。 hlj516zbg 是承担市区或市郊短途运输的背罐汽车，综合考虑其额定转载质量范围和 hlj516zbg 的最大总质量，确定其装载质量6500kg。 e m 所谓整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水， 但未载人和载货时的整车质量。整备质量是一个重要设计指标，对运输型专用汽车的动 力性和经济性有很大影响。据估计，载重汽车整备质量减少 10，可使经济性提高 8.5。因此从设计原则上讲，应减少整备质量，尽量采用轻质金属材料和非金属材料， 减少原材料消耗，降低制造成本。当然整备质量在设计时要受到一些条件的制约，如车 辆使用的公路条件、原材料质量、制造工艺水平等，这些方面都需要综合考虑。 自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却掖的空车质量。它 一般是：二类底盘整各质量与改装部分质量的总和，是自卸汽车总体设计的重要设计参 数之一。综合以上因素，根据 hlj516zbg 的整备质量并考虑改装部分质量，确定 hlj516zbg 的整备质量=7805。 2. 总质量 背罐汽车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却掖的空车质量。它一 般是：类底盘整各质量与改装部分质量的总和，是自卸汽车总体设计的重要设计参数之 一。 背罐汽车总质量是指装备齐全，包括乘员，并按规定装满货物的质量。其值可按下式确： 0aep mmmm 12 式中：自卸汽车总质量（kg） ； a m 自卸汽车整车整备质量（kg） ； 0 m 装载质量（kg） ； e m 驾驶员质量（kg） ，按 65（）计算。 人 对于本文设计的 hlj516zbg,其总质量为： =+=7805+8000+653=16000kg 0 自卸汽车质量利用系数是指装载质量，与整车整备质量之比 go e m 0 m 0goe m m 该系数是一项评价汽车设计、制造水平的综合性指标。因此，新车型设计时，就应力求 采用新工艺、新材料、新技术，不断减轻汽车自重，提高汽车性能。 有时候质量利用系数也可用装载质量与汽车干质量之比来表示。干质量是指汽车整 备质量减去燃料、冷却液和附屑设备的质量。这一质量利用系数更准确地反映该车的金 屑和其他锈料的利用串。但是在一般技术资料中很少介绍有关自卸汽车干质量统计数值。 通常由二类货车底盘改装的自卸汽车(15t)质量利用系数略低于原货车的质量利 e m 用系数。国产自卸汽车的1.01.5，国外自卸汽车的1.32.0。 go go 对于本文设计的 hlj516zbg,其质量利用系数为： go =/=1.025 00 自卸汽车的质心位置是指满载或空载时整车质量中心位置。自卸汽车的质心位置对使用 性能(例如汽车的制动性、操纵稳定性等)影响很大。因此，自卸汽车总体设计时应尽量 使质心位置接近原货车的质心位置。 3.轴载质量 最大轴载质量是专用汽车在公路行驶时使用受限制的一个技术参数，也是公路和桥梁 设计载荷标准的依据。 所谓轴载质量分配是指车辆某一轴的承载质量占整车总质量的百分比，应分空载和满 载两种工况考虑。 改装后的专用汽车轴载质量分配应尽量和原车型靠近。对于单车在满载条件下，长头 13 车的前轴质量应达到 25，平头车的前轴质量应达到 30，对于半挂汽车列车，在空载 时，鞍式牵引车驱动桥轴载质量至少应达到汽车列车总质量的 25。 在确定轴载质量分配时，还应满足以下原则： 1)u 轮胎磨损均匀。例如对于 42 型单胎车辆，前、后轴应各占 12，对于 42 型 后双胎车辆，前轴应占 13，而后轴应占 23。 2)允许轴载质量的限制。允许袖裁质量有相应的限值及系列标准。 3)轮胎负荷系数。所谓轮胎负荷系数是指轮胎所受到的静负荷与轮胎额定负荷之比。 一般取 0.91。 4)操纵稳定性。要求改装后的专用汽车在各种工况下，应具有一定的不足转向。 5)质心位置。在横向，应使左、右车轮的承载质量分配均等，其最大偏差不得大于 34；在纵向，要满足前面提到的轴载质量分配条件；在高度位置，应使质心尽可 能低。从车辆行驶稳定性考虑，质心高度应满足以下条件： 保证车辆不发生侧翻，要求; 2 g b tg h 保证车辆不发生纵翻，要求; 2 g b tg h 式中专用汽车轮距(m)； b 整车质心至后轴中心线的水平距离(m)； b 整车质心至地面的高度(m)； g h 路面附着系数，一般取； 0.7 侧倾稳定角()； 纵倾稳定角() 根据背罐车的情况,b 取前后轮距的平均值,得 b=1900,=2100, 2 1900 2200 = = 1.9 2 2100 1100 2.5 粉罐外形尺寸设计 2.5.1 初步确定罐体尺寸及材料 根据任务书要求，需设计装载质量大于 8t 的举升式气卸粉罐运输车。结合生产实际 中对长距离大质量运输的要求，初步设计罐体为长 5 150mm，直径 1890mm 的圆柱形密封 14 容器。其一端封头为椭圆形设计，设计依据jb-t4737-95 椭圆形封头标准及gb150- 1998 钢制压力容器标准确定封头高 500mm，直段处长 25mm，另一端为近似圆锥体。参 考国内外同类产品及材料性能，罐体及封头材料选择 16mnr，其中封头处材料厚 8mm,直 段处厚度为 5mm。 2.5.2 罐体总容积 1）直段处圆柱罐体容积v1（m3） v1=r2l (3.1) 式中: k圆柱筒体内壁半径（m） l圆柱筒体长度的 1/2（m） v1=r2l =12.566 m3 2）椭圆封头容积v2（m3） 椭圆形封头由半个椭圆体壳和一段短圆柱筒体组成，两端封头容积相等。由jb- t4737-95 椭圆形封头标准得v2=。 (22+ 2 3 2 3) 2 v2=1.1253 总容积v为罐体壳所包容的体积，为圆柱筒体容积v1与封头容积v2之和，即 v= v1+ v2 =12.566+1.125 =13.691 m3 (3) 有效装载容积va 有效装载容积指用于装载粉料的罐内容积，用下式计算。 (3.2) e a s m v p 式中: me罐体的标定装载质量（kg） ，本设计标定装载质量设计为 8000kg； ps粉料的堆密度（kg/m3） ，水泥的堆密度为 1 200 kg/m3。 则 6.67 m3 a v (4)扩大容积vb 由于粉料的内摩擦力，进料口的数目、位置等原因，装料时粉料不能充满罐体上部的 所有空间，粉料在流态化过程中空隙率 要增加，上界面升高，装料时也需留出这部分空 15 间。在上部留出的空间称为扩大容积，按下式确定： vb=kbva 式中: kb扩大容积系数，本设计取 0.2。 则 vb=0.2 va =1.3333 m3 5)装载容积vd 有效装载容积与扩大容积之和叫做装载容积，即流化态床以上的罐内容积。 vd=va+vb =8.0033 m3 8 m3 2.6 本章小结 本章对整体设计方案进行了分析对比，确定了背罐罐体的形式、尺寸参数、装载质 量及制造材料，以及罐体的举升形式。选定了专用车的二类底盘，并详细介绍了二类底 盘及动力总成的参数，为下一步整车总布置做好准备。 16 第三章 背罐车举升与液压系统的设计分析 31 液压系统概述 液压传动系统由液压泵、阀、执行器及辅助件等液压元件组成。其工作原理是把通 过液压泵把原动机的机械能转变为液压能，然后通过控制、调节各类阀和液压执行器， 把液压能转化为机械能，以驱动工作机构完成所要求的各种动作。 液压系统作为一种传动和控制技术，有其突出的特点 1能产生很大的力，而且容易控制。用液压泵可以很容易地得到具有很高压力的液压 油，把此压力油送入液压油缸即可产生很大的力。 2安全性高，很容易防止过载。机械设备上如果承受许用界限以上的负载是很危险的。 液压系统中通过使用安全阀(溢流阀)可以很容易地防止过载。 3安装位置可以自由选择、灵活布置。无论把控制阀、执行元件装在什么位置，只要 把油管合理地接过去就可以了，所以设计和安装的自由度较大。 17 4能在大范围内实现无级调速。借助于阀或变量泵、变量马达等控制元件可以方便地 进行无级调速，调速比可达2000，且可以获得较低的稳定速度。 5运动平稳可靠，液压元件能实现自润滑，使用寿命长。 6便于实现自动化和中等距离内的能量分配、传输和控制。借助于各种阀可以实现器 运行自动化，与电气控制元件组成的电液复合系统，不但可以实现更高程度的自动控制 过程，而且还可以实现中等距离遥控。 由于液压技术具有一系列的优点，其应用领域日益扩大，在任何工业领域都得到了 广泛的应用。应用范围的扩大，对液压技术的发展也提出了更高的要求。当前，液压技 术的发展趋势大致如下： 1高压化、大流量化。超高压技术将得到进一步的应用； 2结构小型化、轻量化，功能复合化、集成化。叠加式、插装式、多功能综合控制液 压阀、微型液压元件以及集动力源、控制器和执行器于一体的多功能单元和电液集成元 件的开发与应用； 3延长元件寿命、提高元件及系统的可靠性。液压元件强化快速试验方法、污染控制 技术、元件及系统的故障诊断技术、系统可靠性预测技术和应用；运用新材料，改进摩 擦副工作性能； 4降低能耗、提高效率、实现节能。节能型液压元件的开发，系统设计中应用负载参 数适应技术，二次调节技术、微机自适应控制技术等节能技术；研究和运用原动机与液 压装置的最优联合调节方法，进一步改进密封技术与连接技术、减小泄露损 失和污染； 5降低液压振动和噪声。运用管道网络动态分析及液流数值计算技术，优化运动，流 动和结构，应用隔振技术，减小振动和噪声并提高性能； 6用电子技术强化液压技术，提高控制系统性能。具有数字接口的电液元件的开发； 采用现代控制理论对系统动态进行补偿，液压伺服系统的非线性控制，鲁棒控制和智能 控制，用于液压伺服控制的神经网络算法及相应硬件实现，机器人伺服系统的解耦与特 性补偿等；元件、系统的设计、试验制造等采用计算机技术。 液压技术也有其自身的缺点： 1液压传动过程中常有较多的能量损失(发热、摩擦损失、泄露损失等)；液压传动易 泄露，不仅污染工作场地，还可能引起火灾事故，而且影响执行元件的运动平稳性及正 确性。 2工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度发生变化，引起运动特性变化。 3液压元件的制造成本较高，维修需要较高的技术水平。由于要避免液压系统的泄露， 18 必须要提高其工艺水平，对机械设备的制造及检验要求均较高。 根据液压系统的优缺点，在机械设计过程中，应充分发挥液压系统的优点，摒弃其缺点， 设计出科学合理的机械产品。 32 背罐车液压系统的设计原则 液压系统是动力传递的执行系统，液压系统的设计要同主机的总体设计同时进行。 着手设计时，必须从实际出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点， 力求设计出结构简单、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压系统。液压系统的 设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要穿插进行。 背罐车液压系统的设计，本着有效和实用的原则，设计思路如下： 1举升油缸和辅助油缸并联，实现两组油缸的互动，当翻转架出现扭曲倾向时，两油 缸就会出现压力不平衡，而互通油路会自动进行调整，翻转架的强度和刚性可以保证不 被破坏。 2举升油缸和辅助油缸一般是连续动作，在作业过程中一般不会出现较长时间的停止， 所以不需要增加液压锁，减少故障的发生。 3.路换向阀中设置溢流阀，保证系统不过载。 4.统中设置压力表，可以让操作者观察系统压力的变化。 5.统中设置空气过滤器，保证液压油不被污染。 6.统中设置液位计，可以让操作者观察液压油的泄露情况，保证即时补油。 3.3 举升角度的设计 翻转架翻转角度大，达到 90 度，车辆可停靠点范围大，减少了驾驶员倒车对正料仓的 难度。 3.4 举升油缸的选取 （3.1） 4 2 max max i dp f 式中: 举升油缸最大压力； max p 系统效率，取 0.8； 各级举升油缸相对应的活塞直径。 i d l举升缸最大工作行程。 19 (3.2) 0max ssl 式中: 举升缸在举升角最大时两铰点的距离； max s 举升角为 0 时两铰点的距离。 0 s 根据确定的举升角度，可计算出举升油缸的工作行程。 根据本设计的具体情况初步选择荷兰海沃前顶举升系列油缸 fc129-3-3900 型号，荷兰 海沃公司是全球领先的前顶举升液压产品生产商，其产品性能稳定、可靠性高、维修保 养方便。由产品手册得其举升角为 0 时两铰点间距离的初始值=343mm。具体的性能参 0 s 数如表 3-1 所示。 表 3-1 液压缸性能参数 性能参数第一级 i=1第二级 i=2第三级 i=3合计 活塞直径 d mm12911091 行程 l mm1 4001 3001 2003 900 工作压力 p mpa191919 3.5 举升能力的校核 由于选择的举升油缸为多级油缸，每一级油缸的有效直径不同，则油缸的最大举升力 也不相同，考虑到当第二级或第三级油缸升出时，干混砂浆由于系可能倾卸的不多或者 没有倾卸，因此要对每一级油缸升出时的举升能力进行校核。 3.5.1 初始位置状态时的校核 此时罐体内的粉料最多，阻力臂也最大（相对于翻转点），罐体在启动时还有惯性阻 力的作用，需要的油缸推力也最大。 根据力矩平衡原理（如图 3-2） ，举升缸所需的举升推力为 1 4 1 l l gf =5 721.8517n 根据公式(3.1)计算出第一级油缸产生的最大举升力为 max1 f 4 2 max max i dp f 198 560.412n 因为，所以举升缸在初始状态下满足要求。 1max1 ff 3.5.2 第二和第三级油缸举升状态时的校核 由于油缸的有效直径降低根据力矩平衡原理，此时的举升推力为 20 或 (3.3) 6 5 22 l l gf 6 5 33 l l gf 式中: 第二节油缸伸出时罐体和粉料的重量； 2 g 第三节油缸伸出时罐体和粉料的重量； 3 g 第三节油缸伸出时，粉罐重心至翻转轴的距离； 5 l 举升缸推力至翻转轴的垂直距离； 6 l 第二级油缸伸出时所需的举升推力； 2 f 第三级油缸伸出时所需的举升力。 3 f 同理，根据公式（3.1）可分别计算出第二级和第三级油缸所产生的最大举升力和 max2 f 。一般情况下，最恶劣的情况是最后一节油缸伸出的时侯，因此在校核时，只要考 max3 f 虑最后一节油缸伸出时的情况即可。 4 2 3max3 max3 dp f 98 808.892n 6 5 33 l l gf =2 292.2727n 由于，所以举升油缸满足举升要求。 3max3 ff 3.6 液压泵及液压控制阀的选择 举升油缸确定后需要对举升液压泵及液压控制阀进行选择。选择时需要进行液压泵流 量和排量的计算。 3.6.1 液压泵流量及排量的确定 液压缸的容积，用来表示。v (3.4) 6 2 3 1 10 4 i i i d sv 式中: 各级油缸的工作行程，=； i s i s 0max ss 各级油缸的活塞直径。 i d 6 2 1 10 4 125 . 0 14 . 3 796 . 3 v =4.656 10 ml 4 6 2 2 10 4 11. 014. 3 839 . 2 v 21 =2.697 10 ml 4 6 2 3 10 4 091 . 0 14 . 3 539 . 1 v =1 10 ml 4 321 vvvv =8.353 10 ml 4 液压泵额定流量 q 应满足下式要求。 (3.5) v t v q 式中: t举升时间，一般在 1222s 之间，本设计预定为 20s； 液压系统的容积效率，一般取 0.80.85，本设计中为 0.85。 v 85 . 0 20 10353 . 8 4 q 3 10914 . 4 q 取 q 为 5ml/s。 3 10 当液压泵流量 q 确定以后，液压泵排量 q 可由下式确定。 (3.6)60 be n q q 式中: q液压泵排量，ml/r； n液压泵转速，设计采用外啮合齿轮泵，转速为 2 000r/min。 be 60 2000 105 3 q =150ml/r 根据以上条件，参照机械设计手册液压传动与控制单行本中的相关内容，选取 由阜新市液压件厂生产的 cbf-e125 型外啮合双联齿轮泵，该产品具有外形尺寸较小，技 术成熟，质量稳定，维护保养方便，成本低等优点。其技术规格如下表 3-2 中所示。 表 3-2 液压泵参数 排量/ml r 1 125 压力/mpa额定 16最高 20 转速/r min 1 额定 2 000最高 2 500 容积效率（%）不小于93 总效率（%）不小于85 驱动功率/kw76 22 质量/kg10.5 3.6.2 液压原理及液压控制阀的确定 当进行卸料过程时，液压系统开始工作。首先进行液压缸举升过程，此时液压泵提供 的高压油顶开单向阀经双向节流阀后到达多级