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载重汽车的起重后板载重汽车的起重后板 设计计算说明书设计计算说明书 姓姓 名：名： 学学 号：号： 班班 级：级： 指导老师：指导老师：何朝明何朝明 2014 年 6 月 第 0 页 共 44 页 目 录 第第 1 章章 问题的提出问题的提出.4 1.1 问题提出背景.4 1.2 行业国内外现状.5 1.3 侧栏板起重运输的发展方向与前景.6 第第 2 章章 设计要求与设计数据设计要求与设计数据.7 第第 3 章章 机构选型设计机构选型设计.8 3.1 导杆机构.9 3.2 平行四边形机构.9 3.3 曲柄滑块机构.10 3.4 凸轮机构.10 3.5 平行四连杆机构11 第第 4 章章 机构尺度综合机构尺度综合.11 4.1 车体尺寸.11 4.2 升降杆基本尺寸.12 4.3 后板基本尺寸.13 4.4 液压缸尺寸.14 第第 5 章章 机构运动分析机构运动分析.16 5.1 侧栏板升降机构的运动学分析.16 第第 6 章章 机构动力分析机构动力分析.22 6.1 侧栏板升降机构受力分析.22 6.2 受力仿真结果分析.24 6.3 总结.27 第第 7 章章 结论结论.27 第第 9 章章 收获与体会收获与体会.28 第第 10 章章 致谢致谢.29 参考文献参考文献.30 附录附录 131 附录附录 237 附录附录 340 第 1 页 共 44 页 第第 1 章章 问题的提出问题的提出 1.1 问题提出背景问题提出背景 在假期看一个电视节目升级到家 （见图 1.1-1 栏板起重运输车） ，发现他们的 送货车后板可以充当起重作用，这样装卸时既省时又省力，这种车叫做栏板起重运输 车。在汽车的装卸作业中，常常需要将货物由地面装到车厢上或将车厢上的货物卸到 地面上。对有叉车的作业场合这是不成问题的，但如果没有叉车，则装卸比较费力费 时。设计一个起重尾板作为起重平台，可以高效的达到作业要求。车辆配置起重尾板 后，货物的装卸效率可以得到很大的提高，且劳动强度小，能很好地发挥车辆的经济 效能。 图 1.1-1 栏板起重运输车 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。 第 2 页 共 44 页 1.2 行业国内外现状行业国内外现状 起重尾板在欧美发达国家、香港特区等地区的货运车辆的装配率已达70%以上， 在国内，虽然装配起重尾板的货运车辆在各个领域都有，但所占比例仍然很小。因此， 起重尾板在国内具有很好的发展前景。 起重尾板在欧美发达国家、香港特区等地区的 货运车辆的装配率已达70%以上，在国内，虽然装配起重尾板的货运车辆在各个领域都 有，但所占比例仍然很小。 因此，起重尾板在国内具有很好的发展前景。 图1.2-1 栏板起重车进出口地区 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。 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。 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。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。起升质量在 500kg 以上, 载物平台触地倾角 10。第三代产品产生于 20 世纪 70 年代末的欧洲市场, 增加第五只油缸使升降过程相对平稳与安全。触地倾角一般为 810。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 第 3 页 共 44 页 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。 图1.2-2 2013年栏板起重运输汽车区域 1.3 侧栏板起重运输的发展方向与前景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。 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。 第 4 页 共 44 页 图 1.3-1 栏板起重车市场发展及预测 第第 2 章章 设计要求与设计数据设计要求与设计数据 汽车车厢的参数如图所示，有如下设计要求： 图 2-1 设计要求图 1. 后板起升过程中保持水平平动。 2. 后板在完成起升任务后可与车厢自动合拢。 3. 起升、合拢所用动力部件采用伸缩油缸，油缸应安装在车厢下面，且在后 板与车厢合拢后，两只油缸的活塞杆应缩进油缸体内以防止在行车过程中飞石等碰 伤活塞杆。 第 5 页 共 44 页 4. 最大起重量分别为 0.3t、0.4t、0.5t。 5. 起升机构、合拢机构的最小传动角 min40。 第第 3 章章 机构选型设计机构选型设计 针对目前国内外的几种类型载重汽车起重尾板：悬臂式汽车尾板、垂直式汽车尾 板、摇臂式汽车尾板，我们可以分解为一系列功能，在这些机构中寻找可以满足各个 功能的机构，然后将这些机构有机地综合起来，实现所有的功能、满足全部设计要求。 图 3-1 导杆机构 图 3-2 摆杆机构 尾板机构的设计可采用功能分解选择法，即将起升和合拢分解为平动与摆动两个 功能，然后在现有各种机构中选择能实现平动与摆动的机构。考虑到动力组件为伸缩 式油缸，那么主动构件可以采用图3-1和3-2所示的导杆与摆杆。 以图 3-1、图 3-2 所示的导杆和摆杆作主动件，选择机构转换成平动和摆动。下列 几种机构可以实现平动： 3.1 导杆机构导杆机构 第 6 页 共 44 页 图 3-3 导杆机构 3.2 平行四边形机构平行四边形机构 图 3-4 平行四边形机构 3.3 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 第 7 页 共 44 页 图 3-5 曲柄滑块机构 3.43.4 凸轮机构凸轮机构 图 3-6 凸轮机构 优点：能实现后板起升过程中保持水平平动，机构简单，易制造，方便维护。起 升、合拢所用动力部件采用伸缩油缸，油缸应安装在车厢下面，且在后板与车厢合拢 后，两只油缸的活塞杆应缩进油缸体内以防止在行车过程中飞石等碰伤活塞杆，保护 活塞杆不受伤害，增加使用寿命。 缺点：但是不能实现后板在完成起升任务后与车厢自动合拢，造成安全隐患；在降至 地面时不能一地面形成一个角度，而是和地面形成台阶，不方便装卸。 第 8 页 共 44 页 3.53.5 最终设计方案最终设计方案 设计原理：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 3.5-1 所示。 图中、四连杆铰结，固定abbccdda cdab dabc bcab 杆，给杆一力矩，使其以 b 为圆心转动，则杆始终与杆保持平行状态。 abbc cdab 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，abdcdcede 其中即为所说的侧栏板。 dce 图 3.5-1 平行四连杆机构 最终方案：双杠升降机构。此设计不但实现后板垂直升降，而且实现了后板在完 成起升任务后与车厢自动合拢，确保行车安全与货物安全，并且在降至地面时能一地 面形成一个角度，而不是和地面形成台阶，方便装卸。起升、合拢所用动力部件采用 伸缩油缸，油缸安装在车厢下面，且在后板与车厢合拢后，两只油缸的活塞杆缩进油 缸体内以防止在行车过程中飞石等碰伤活塞杆，保护活塞杆不受伤害，增加使用寿命。 此构件运行过程平稳，不易损坏物品，占用空间不大，可以安装于车辆底部，不影响 行车，同时能够实现起升机构、因此，此构件作为最终方案。 工作过程： 1、装卸货物如图 3.5-2，此时后板和地面形成一个角度，而不是和地面形成台阶， 方便装卸。当垂直降至地面时下面液压缸伸出活塞杆，使后板下底面完全接触地面， 上平面与地面形成一定角度。 第 9 页 共 44 页 图 3.5-2 最终方案之降至地面 2、垂直升降过程如图 3.5-3 ，此时下面液压缸不伸缩，只是上面液压缸伸出或收 缩活塞杆，实现后板垂直升降。 图 3.5-3 最终方案之垂直升降 3、自动合拢如图 3.5-4，如图示此时两液压缸活塞杆均缩进油缸体内以防止在行 车过程中飞石等碰伤活塞杆，保护活塞杆不受伤害，增加使用寿命。后板与车厢自动 合拢，确保行车安全与货物安全。当垂直升至最高位置，下面液压缸开始收缩活塞杆， 直至与车厢闭合。 第 10 页 共 44 页 图 3.5-4 最终方案之最终合拢 第第 4 章章 机构尺度综合机构尺度综合 4.1 车体尺寸车体尺寸 车体的基本尺寸如图 4.1-1 图 4.1-1 车体基本尺寸 第 11 页 共 44 页 4.2 升降杆基本尺寸升降杆基本尺寸 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 4.2-1 所示， 由图 4.2-1 可知，上下杆的理论长度 l0为： =/ (m) (4-1) 0 l 1 hsin 式中车厢地板平面到上杆与支架链接点的垂直距离（m）; 1 h 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) 1 h 1 () 2 hc 式中 c平行四杆机构中连杆的长度（m） ，一般可取 c=0.15 。 0 l 代入式(4-1)得： = （m） （4-3) 0 l 1 () 2 hc 1 sin 即 （m） （4-4) 0 l 0.5 sin0.075 h 当取 40 50时，=0.640.77,于是有：sin =（0.640.77） （m） （4-5) 0 lh 车厢底部距地面高度为 1140，于是得=（729.6877.8）， 0 l 取=800，则 c=0.15=0.15*800=120。 0 l 0 l 第 12 页 共 44 页 图 4.2-1 升降杆基本尺寸 4.34.3 后板基本尺寸后板基本尺寸 图 4.3-1 后板基本尺寸 车体和升降机构共同决定了后板尺寸，后板的终止位置如图 3.6-4 所示,应与车厢 第 13 页 共 44 页 合拢。由升降杆基本尺寸和车体尺寸知，后板高 c=120，车厢高度为 700，考虑后 板与车厢合拢后锁闭及货物安全，故后板宽=900。 1 l ce 边装卸货物时与地面接触， 一般为 85，后板宽 b 由车厢宽决定，车厢宽 2430，需考虑车厢边的厚度，故后板长 b=2420。 4.44.4 液压缸尺寸液压缸尺寸 取 lag=2lac/3=566mm，则举升缸 1 的本体长度（即活塞杆合拢时长度）最小值为 l1=57.73cos2 3 2 3 2 hlhl agag 57.73cos1505662150566 22 543.0(mm) 举升缸 1 的行程为 x1=57.73cos2135cos2 3 2 3 2 3 22 3 hlhllhlh agagagag =57.73cos1505662150566135cos5661502566150 2222 =137(mm) 合拢缸 2 的本体长度为 l2848（mm） 2 21 2 2 )(llh 22 600600 合拢缸 2 的行程为 x2= 2 21 2 2 2 021 2 02 )()()(llhhllhh = 2222 600600700700 =141(mm) 根据液压缸的本体长度、行程及市场常见规格(表 4-1 为美国恩派克液压缸参数)， 取缸体直径为 60mm，活塞杆直径为 50mm。 第第 5 章章 机构运动分析机构运动分析 5.15.1 侧栏板升降机构的运动学分析侧栏板升降机构的运动学分析 （1）翻转运动的位置分析 第 14 页 共 44 页 翻转运动时，b、点固定, 铰接点受 ad 杆的限制而固定, 整个机构可视为以ad ad 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 5.1oa 所示。其中 a 点为举升臂 adf 与固定机架的铰接点，点为关门缸 bc 与栏板c 铰接点，b 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，dceb 点为举升缸与举升臂 adf 的铰接点。f 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 adf 的角位移、角速度、角加速度，初始位置处 1 1 。、和分别为后栏板的角位移、角速度和角加速度，其中。 0 2 2 900 为关门缸活塞杆相对于液压缸的速度。，。此时， 3 od ll 1dc ll 2ac ll 3oa ll 4 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 0 oxoy 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。x 对该四杆机构 adcf 建立闭环矢量方程 （5.1） 4321 llll 将式（5.1）分别向、轴上投影，得xy （5.2） 43201 3201 sinsinsin coscoscos llll lll 联立可求得 （5.3） 2 4201 2 2013 sinsincoscosllllll （5.4） coscos sinsin 201 4201 ll lll arctg （5.5） sinsin coscos 201 201 lly llx c c （2）翻转运动的速度分析 将式（5.3）对时间求导，得 （5.6） cossin 41 3 22 3 0 ll l l v 得 （5.7） cossin 4012 33 3 lll vl 的计算公式为 3 （5.8) 2 3 3 2 d q v 第 15 页 共 44 页 式中 液压系统供油量，mm3/s；q 关门缸的缸径，mm。 3 d （3）翻转运动的加速度分析 将式（5.6）对时间求导，得 （5.9） 2 4012 401332 4012 2 3 2 cossin sincos cossin lll llvl lll v 图 5-1 翻转运动位移、速度、加速度 2、上下平动的运动学分析 上下平动时，a、b 点固定，但铰接点的约束解除，整个机构可视为以 ab 为固d 定边的 abcd 平行四边形机构，完成上下的平动。 设，为举升液压缸活塞杆相对于液压缸daf of ll 5bf ll 6ob ll 76 v 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 1 adf （1）上下平动的位置分析 对三角形建立闭环矢量方程afb （5.10） 675 lll 将式（5.10）分别向、轴上投影，得xy （5.11） sinsin coscos 675 65 lll ll 联立可求得 （5.12） 2 75 2 56 sincosllll 第 16 页 共 44 页 (5.13） cos sin 5 75 l ll arctg （5.14） 201 1 sin cos lly lx c c （2）上下平动的速度分析 将式（5.12）对时间求导，得 （5.15） cossin 98 6 15 6 ll l l v 得 （5.16） cossin 985 66 1 lll vl 的计算公式为 6 （5.17） 2 6 6 2 d q v 式中 液压系统的供油流量，m3/min；q 举升缸缸径，m。 6 d （3）上下平动的加速度分析 （5.18） 2 985 98661 985 2 6 1 cossin sincos cossin lll llvl lll v 图 5-2 上下平动位移、速度、加速度 3、着地倾斜运动的运动学分析 第 17 页 共 44 页 （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cdce 地的过程。仍以、和分别表示后栏板的角位移、角速度和角加速度，其中 2 2 。表示关门缸活塞杆相对于液压缸的速度。， 60 3 v od ll 1dc ll 2ac ll 3 。此时，选机构的终止位置作为其特性的标定位置，并建立以 a 点为坐 oa ll 41 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。xoyx 对该四杆机构建立闭环矢量方程odca （5.19） 4321 llll 将式（5.19）分别向、轴上投影，得xy （5.20） 43211 3211 sincossin cossincos llll lll 联立可求得 （5.21） 2 4211 2 2113 cossinsincosllllll （5.22） sincos cossin 211 4211 ll lll arctg （5.23） cossin sincos 211 211 lly llx c c （2）着地倾斜运动的速度分析 将式（5.21）对时间求导，得 （5.24） 114 3 32 3 cossin ll l l v 由式（5.24）得 （5.25） 1142 33 3 cossin lll vl 的计算公式为 3 （5.26） 2 3 3 2 d q v 式中 液压系统的供油流量，m3/min；q 关门缸的缸径，m。 3 d （3）着地倾斜运动的加速度分析 将式（5.24）对时间求导，得 （5.27） 2 1142 114332 1142 2 3 2 cossin sincos cossin lll llvl lll v 第 18 页 共 44 页 图 5-3 着地运动位移、速度、加速度 通过以上对相关各点的位移、速度和加速度的分析，可以得出如下结论： （1）尾板在举升过程中始终保持平动。 （2）竖直方向加速度较小且，水平方向加速度初始时较小，当尾板接近上限位置 时加速度较大，但因加速时间较短，对速度影响不大，因此，从整体来看，尾板运行 平稳。 （3）尾板合拢速度适中，即合拢较为平稳。 因此，机构在运动方向满足设计要求。 第第 6 章章 机构动力分析机构动力分析 6.16.1 侧栏板升降机构受力分析侧栏板升降机构受力分析 1、机构分析 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，如图所示。只需对合拢缸活塞杆和举升缸活塞杆进行受力分 析，而不用求解铰链处的支座反力。 第 19 页 共 44 页 图 6.1 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。 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 6.2 所示，各力对点取矩，可以得到c c fd （6.1） sin 14 hflp c 图 6.2 栏板受力分析 第 20 页 共 44 页 即 （6.2） sin 1 4 h lp fc 又因在任意瞬间该平台处于平衡状态，则有 0f （6.3） sin0 cdxx fff 即 （6.4） sin cdx ff 将式（4.39）代入式（4.41） ，可得 （6.5） 1 4 h lp fdx （6.6） cos0 cdyy fpff 即 （6.7） cos cdy fpf 可得 （6.8） 1 41 cot h lhp fdy 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d 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o （6.9）cossinsin 112 lflflf dxdyf 在中， ofbbof 21 hhoboaob 根据正弦定理，有 （6.10） sinsin 021 lhh （6.11） 0 21 sin sin l hh 故， （6.12） 0 21 sin arcsin l hh 由（4.46）可知， （6.13） sin sincos 2 11 l lflf f dydx f 将式（6.7） （6.8）代入上式，可得 第 21 页 共 44 页 （6.14） sin sin sin sincotcos 2 1 21 14114 l lp lh llhpllp ff 6.26.2 受力仿真结果分析受力仿真结果分析 在 adams 仿真模型中，给尾板添加一个竖直向下的力，来表示货物施加给尾板的 载荷，其值为函数 if( time-9.17 : 4900 ， 4900 ， 0 )，功能为在尾板举升过程中 施加大小为 0.5t9.8n/kg=4900n 的力，当尾板达到预定高度（即 9.17 秒时）时撤消 外力。 图 6-2 描述了点 c、d 在竖直方向受力的动态变化情况。c 点所受力在举升阶段最 大值为 19182.5n，合拢阶段最大值为 4942.2n；d 点所受力在举升阶段最大值为 22592.2n，合拢阶段最大值为 5900.1n。 图 6-2 点 c、d 在竖直方向受力的动态变化 图 6-3 描述了点 e、g 在竖直方向受力的动态变化情况。从图中可以看出，二者受 力大小相等，方向相反，与计算相符，在举升阶段最大值为 38146.4n，合拢阶段最大 值为 11568.8n。 第 22 页 共 44 页 图 6-3 点 e、g 在竖直方向受力的动态变化 图 6-4 描述了点 c、g、a 在竖直方向受力的动态变化情况。a 点竖直方向所受力在 举升阶段最大值为 38100.0n，合拢阶段最大值为 10619.0n。 图 6-4 点 c、g、a 在竖直方向受力的动态变化 图 6-5 描述了点 b、d 在竖直方向受力的动态变化情况。从图中可以看出，二者受 力大小相等，方向相反，与计算相符，在举升阶段最大值为 22618.0n，合拢阶段最大 值为 5925.8n。 第 23 页 共 44 页 图 6-5 点 b、d 在竖直方向受力的动态变化 图 6-6 描述了点 b、d 所受合力的动态变化情况。因 b、d 两点在水平和竖直两方 向的分力大小相等，因此二者合力曲线重合，与理论相符。两点所受合力在举升阶段 最大值为 32350.3n，合拢阶段最大值为 8383.6n。 图 6-6 点 b、d 所受合力的动态变化 6.36.3 总结总结 从以上分析可以看出，举升缸活塞杆在举升货物至最高点时受力最大，为 47476.2n；合拢缸活塞杆也在货物到达最高点时受力最大，为 32350.3n；举升连杆也 在货物到达最高点时受力最大，为 53350.8n。因以上三杆横截面积相同，均为 ，最大拉伸应力 75.48，尽管部分构件所受应力较大，但仍在较常)(86.706 2 mm)(mpa 用的钢材许用应力范围之内。因此，各杆受力合理，满足设计要求。 第 24 页 共 44 页 第第 7 章章 结论结论 7.17.1 设计特点设计特点 双杠升降机构，此设计不但实现后板垂直升降，而且实现了后板在完成起升任务 后与车厢自动合拢，确保行车安全与货物安全，并且在降至地面时能一地面形成一个 角度，而不是和地面形成台阶，方便装卸。起升、合拢所用动力部件采用伸缩油缸， 油缸安装在车厢下面，且在后板与车厢合拢后，两只油缸的活塞杆缩进油缸体内以防 止在行车过程中飞石等碰伤活塞杆，保护活塞杆不受伤害，增加使用寿命。此构件运 行过程平稳，不易损坏物品，占用空间不大，可以安装于车辆底部，不影响行车，同 时能够实现起升机构。并且本设计采用伸缩式油缸为动力机构，具有承载能力大、运 行平稳、无冲击、无噪音等优点。与导杆机构、曲柄滑块机构和齿轮齿条机构相比， 平行四边形机构实现尾板的平动，既具有导杆机构结构简单、成本较低的优点，又具 有曲柄滑块机构和齿轮齿条机构运行平稳的优点，因此，该设计方案较为理想。 因设计方案较为简单，这也就决定了设计方法的简单性。整个尾板要安装于车厢 下面的底盘上，因此，机构许多初始尺寸都可根据车体尺寸确定下来，再根据传动角、 举升高度等设计参数确定其他相关参数，最终确定出整个机构的尺度。 从机构运动学和动力学两方面的分析情况来看，尾板在举升过程中始终保持平动， 且速度大小适宜，且曲线平滑，即速度变化柔和，无强烈冲击。加速度曲线光滑变化， 运动平稳。 第第 9 章章 收获与体会收获与体会 本次机械设计课程设计为我们提供了一个很好的实践平台，得以将以前课本上的 理论知识运用到实践设计中来。 这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的 时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同 学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰 辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信 心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力， 使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能 不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终 第 25 页 共 44 页 身受益。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么 不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感 谢帮助我的同学。在这种相互协调合作的过程中，口角的斗争在所难免，关键是我们 如何的处理遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当 中，生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力，面对分歧大家要消除误解，相 互理解，增进了解，达到谅解，也许很多问题没有想象中的那么复杂，关键还是看我 们的心态，那种处理和解决分歧的心态，因为我们的出发点都是一致的。 经过这次课程设计我们学到了很多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工 作都有很大的帮助，所以，这次的课程设计不仅仅有汗水和艰辛，更的是苦后的甘甜。 第第 10 章章 致谢致谢 本次设计中，首先感谢何朝明老师的细心教导，一直以来，何老师耐心地为我们 解答各种问题，不厌其烦。其次感谢我的同学，当我有疑惑时咨询他们，他们总会耐 心细致解决，在这个过程中是他们给我提出了宝贵的意见。在这一个机械设计的过程 中，首先发现了自己很多不足，自己的能力在很大层面上还是欠缺，在设计中遇到了 这样那样的问题，这些问题仅仅依靠我一个人是不可能解决的，但是幸好我得到了指 导老师的指导与教育，和同学们在对我作图还有模拟运动上的帮助，以及上届学长的 一些建议。没有老师和同学学长的帮助我肯定无法独立完成这一个工作，感谢在本次 设计中所有帮助和指导过我的老师及同学，特别感谢指导老师的指导，以及各位同学 对本人在各种应用软件中的帮助和在机构设计中所提出的意见。 第 26 页 共 44 页 参考文献参考文献 1 徐达, 从锡堂. 专用汽车构造与设计. 2008 年 5 月 第一版.人民交通出版社， 2008 年 5 月：224 页-235 页 2 冯晋祥.专用汽车设计.2013 年 6 月 第二版.人民交通出版社，2013 年 6 月：283 页-290 页 3 卞学良.专用汽车结构与设计.2008 年 1 月 第一版.机械工业出版社，2008 年 1 月： 140 页-151 页 4 谢进, 万朝燕, 杜立杰. 机械原理m. 北京: 高等教育出版社, 2004 年 5 未名.rl5250xlb 侧栏板起重运输车改装设计 6 蓝伟坤.后栏板起重运输车后栏板起重机构的优化设计.武汉工学院学报 7 c.h.suh, charles w.radcliffe. kinematics and mechanisms designm. wiley press, 1978 8 svoboda, antonin james, hubert maxwell. computing mechanisms and linkagesm. mcgrow-hill, 1976 9 mccarthy.j.m. geometric design of linkagesm. phoenix lieb press, 2008 10 p.orlov. fundamentals of machine designm. mir publishers-mscow, 1987 11 molian.s. mechanism designm. cambridge university press, 1982 第 27 页 共 44 页 附录附录 1 附录 1.1 solidworks 建模过程 液压壁建模过程：先拉伸再抽壳即可。 图 1.1-1 液压缸壁 支架建模过程：画草图拉伸，再拉出八个小凸圆柱。 图 1.1-2 支架 第 28 页 共 44 页 活塞杆连接头建模过程：拉圆柱体，再拉伸切除。 图 1.1-3 活塞杆连接头 车体连板建模过程：先建长方体，然后拉伸凸台，再拉伸切除孔。 图 1.1-4 车体连板 第 29 页 共 44 页 接头建模过程：拉成圆柱体，左右两侧同时拉伸切除，再拉出圆柱凸台。 图 1.1-5 接头 活塞杆建模过程：画草图圆，拉伸。 图 1.1-6 活塞杆 第 30 页 共 44 页 后板建模过程：建立长方体，拉伸切除成斜面，拉伸凸台，拉伸切除出八个小孔。 图 1.1-7 后板 车体建模过程：车体建模较复杂，主要重复利用拉伸与拉伸切除两个命令，建立车 厢时使用抽壳。抽壳完拉伸切除出后面空余部位。 图 1.1-8 车体 车体轮子建模过程：画草图旋转即可成一对轮子，然后做镜像得出前后轮。 第 31 页 共 44 页 图 1.1-10 车体加轮子 图 1.1-11 部分装配体 第 32 页 共 44 页 图 1.1-12 完整装配体 图 1.1-13 装配体 第 33 页 共 44 页 图 1.1-14 仿真 图 1.1-15 运动分析一 第 34 页 共 44 页 图 1.1-16 运动分析二 图 1.1-17 运动分析三 第 35 页 共 44 页 附录 2 2.1 cad 图纸 注：以下为 cad 图截图，具体详见 cad. 图 1.1-1 机构原理图 图 2.1-2 尺度综合 第 36 页 共 44 页 图 2.1-3 初始位置 图 2.1-4 中间位置 第 37 页 共 44 页 图 2.1-5 终止位置 第 38 页 共 44 页 附录 3 一、背景意义一、背景意义 在假期看一个电视节目升级到家 （见图 1-1 栏板起重运输车） ，发现他们 的送货车后板可以充当起重作用，这样装卸时既省时又省力，这种车叫做栏板起重运 输车。在汽车的装卸作业中，常常需要将货物由地面装到车厢上或将车厢上的货物卸 到地面上。对有叉车的作业场合这是不成问题的，但如果没有叉车，则装卸比较费力 费时。设计一个起重尾板作为起重平台，可以高效的达到作业要求。车辆配置起重尾 板后，货物的装卸效率可以得到很大的提高，且劳动强度小，能很好地发挥车辆的经 济效能。 图 1-1 栏板起重运输车 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。 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 第 39 页 共 44 页 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