重汽自卸车液压举升系统及取力器的设计毕业论.doc

山东建筑大学毕业设计说明书1 前 言1.1 概述自卸汽车是利用本车发动机动力驱动液压举升机构，将其车厢倾斜一定角度卸货；并依靠车厢自重使其复位的专用汽车。自卸汽车按其用途可分为两大类：一类属于非公路运输用的重型和超重型（装载质量在20t以上）自卸汽车。主要承担大型矿山、水利工地等运输任务，通常是与挖掘机配套使用。这类汽车也成为矿用自卸汽车。它的长度、宽度、高度以及轴荷等不受公路法规的限制，但它只能在工地、矿山上使用。另一类属于公路运输用的轻、中、重型（装载质量在220t）普通自卸汽车。它主要承担沙石、泥土、煤炭等松散货物运输，通常是与装载机配套使用1。某些自卸汽车是针对专门用途设计的，故称为专用自卸汽车。如：摆臂式自装载汽车、自装载垃圾汽车等。图1-1为普通自卸汽车的结构组成1。图1-1 普通自卸汽车结构组成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-取力器自卸汽车最大的优点是实现了卸货的机械化，从而提高了卸货效率，减轻劳动强度，节约劳动力。因此，几十年来它在国内外获得迅速发展和普及，至今其保有量大约占专用汽车的25%，并日趋完善，成为系列化多品种的产品。除了上文所说的用途分类，它还具有以下多种分类方式：（1） 按装载质量级别分类可分为轻型自卸车（其装载质量一般小于3.5t），中型自卸车（4t-8t）和重型自卸车（大于8t）。（2）按传动类型分类可分为机械传动，液力机械传动和电传动三种。载重30t以下的自卸车主要采用机械传动；载重80t以上的重型自卸车多采用电传动。（3）按卸货方式分类有后倾式，侧倾式，三面倾式，底卸式以及货箱升高后倾式等多种类型。其中以后倾式应用最广；侧倾式只适用于车道狭窄和卸货方向变换困难的场合；货箱升高后倾式适用于货物堆积，变换货位和往高处卸货的场合。底卸式和三面倾式只应用于少数特殊场合。（4）按倾斜机构分类分为直推式自卸车与杠杆举升式自卸车。直推式又可细分为单缸式、双杠式和多级式等。（5）按车厢结构分类、按栏板结构分为一面开启式、三面开启式和无后栏板式（簸箕式）。按安踏底板横断面形状分为矩形式、船底式和弧底式。1.2国内外自卸车发展现状我国专用车市场“蛋糕”将越做越大。去年以来，我国专用车市场取得了较好的经营业绩。全国厢式、罐式专用车等销售大约40966辆，占总量的17.77%；自卸汽车销售量大约27125辆，占总量的11.76%。今年1-8月份，各类专用车销售量均有较大增幅，乐观估计今年全年专用车产销将达到30万辆2。目前，我国专用车市场最大销售量约为25万辆，主要有厢式车、罐式车、自卸车等车型。通过数字来看，去年一年专用车销售量达到23万辆，结合我国道路、经济等实际状况，应该说数量还是比较可观的2。但是总体来看，这些专用车均存在技术附加值低、工艺较落后等问题。从品种来看，我国专用车品种较少，仅有400多个品种。但美国等发达国家的专用车市场非常庞大，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，甚至很多专用车已被E化，装有电脑、卫星导航等系统。所以，受发达国家专用车的影响，我国专用车市场最终是向多品种化、高精尖方向发展。这种发展方向除了我国的公路条件改善以外，还和我国公路货物运输市场息息相关。目前，我国公路货运市场的主体仍然以个体户为主体，公路货运基本还谈不上物流管理，具有运输成本高，随意性大、服务没有保证等特点。随着我国加入世界贸易组织，这种格局将逐步被打破。我国汽车工业保护期只有5年，但是公路货运市场却可以向外资开放。跨国物流公司正虎视眈眈的盯着中国公路货运这个大市场，这场战争的输赢不言自明。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就是专用车。以下，具体分析国内外自卸车发展现状：1.2.1国内自卸车发展现状（1）技术水平落后产品结构失衡、发展不均目前，国产自卸车从技术角度而言，虽经过十多年的苦练内功与摔打磨练，不断地汲取国外技术，取得了很大进步，但同国外著名品牌相比，仍然存在较大差距，仍基本停留在仿制阶段(主要指上装)，开发设计雷同现象十分普遍，自卸车的品种还较少，而且产品同质化现象十分严重。表现在核心技术缺失，重、中、轻，高、中、普、特、新比例严重失调，大多数企业只能生产中型普通自卸车、其他类型的自卸车产量仍较少且功能简单。高技术含量、高附加值、高可靠性的国产自卸车还不够多，底盘企业与自卸车企业严重脱节，这些都严重影响了我自卸车车行业的结构调整和产业升级3。（2）关键部件无法自主生产 到现在为止，国产自卸汽车底盘还十分匮乏。我国生产的自卸车，仍大多是采用东风、解放、斯太尔、依维柯等普通载货(客)车底盘，经过调整轴距等小幅度的改动进行改装的，根本谈不上特种车专用底盘的技术储备；生产出的大部分自卸车仍基本是技术含量低、售价低的劳动密集型的普通自卸车，如低吨位自卸车等。即使目前国内厂家生产的比较先进的斯太尔系列汽车底盘，其技术在国际上已经显得很落后，在国际竞争中处于非常被动的地位3。1.2.2国外自卸车发展现状（1）自卸车重型化趋势 国外自卸汽车以重型居多，重型自卸汽车经济效益好和重型车功率大、强度高，有中、小型自卸车无法替代的优点。（2）一车多用化的趋势为提高自卸汽车的适应性，以满足各种特殊需要，使自卸车功能由单一向多功能与专用底盘专业化发展趋势，车型有更多的组合变化。随着公铁运输格局的变化，未来通用型厢式车的发展空间更大 （3）新材料、新技术和微电脑的应用趋势 国外自卸汽车厂家新材料、新技术在自卸汽车上的应用，如采用GRP（玻璃纤维增强塑料）替代金属材料制造冷藏车厢体，具有强度高、质量轻、寿命长等优点，应用日趋广泛。微电脑已广泛用于发动机控制、自动变速、专用装置动力传递、电器故障诊断等方面使自卸汽车的使用价值逐渐扩大，技术性能明显提高。此外，上装系统集成技术、GPS定位、电视监控及半挂汽车设计的应用趋势；(4)轻量化发展趋势 要求结构设计优化简化，铝合金、高强度钢等材料将得到广泛应用；二是企业组织结构模块化、业务流程模块化。 (5)标准化设计应用趋势 产品结构标准化，以尽量少的内部变化组合成适度的多样化产品或产品的多样化组合，减少采购成本、简化生产流程、提高产品质量、降低生产成本。(6)在功能、结构、外观上注重个性化和人性化设计 近年来国外市场对自卸车产品技术含量和附加值的要求越来越高，一些高新技术开始在自卸汽车上得到广泛的应用，一些能够满足特殊功能要求的自卸车底盘被开发研制。不论是液压举升装置、排料卸料装置、计量测量装置、机械作业装置，还是制冷保温装置、安全防护装置、自动控制装置、作业监视装置；不论是各类缸、泵、阀、仪表等总成，还是各种箱体、罐体等车身结构，均在自卸汽车上得到了广泛应用，在一定程度上满足了新形势下用户对专用车产品的多样化需求。在自卸车在功能、结构、外观上进行科学、合理的设计，注重个性化和人性化设计3 4。1.3选题背景及意义目前国内，企业上汽车项目，大多首选轿车。因为在他们看来，似乎只有轿车项目才是汽车产业桂冠上的明珠。现在，我国身家数百万的高层消防车、高架路清扫车、电视卫星转播车、抢险照明车等几乎全部依赖进口。而在欧美等发达国家，轿车只占车市的三成，高附加值的专用汽车才是绝对主角3。权威机构预测，到“十五”末期，我国的专用汽车保有量将达300万辆。目前，专用汽车发展面临的主要问题：(1)专用汽车对普通载货车底盘过分依赖，专用汽车底盘的供需矛盾突出。(2)专用汽车的品种不能满足日益发展的社会经济的需求。(3)服务面广、需求量大的普通型专用汽车生产集中度低，缺乏有影响力的品牌。(4)重型专用汽车所占比例小，直接影响公路运输的营运经济我国专用汽车的发展趋势：(1) 底盘生产专业化。(2) 技术高新化。(3) 转载质量重型化。(4) 城市专业汽车轻型化。而作为专用车辆品种之一的自卸汽车，几十年来在国内获得迅速发展与普及，至今其保留量大约占专用汽车的25%，并且日趋完善，成为系列化多品种的产品3。自卸汽车是利用本车发动机动力驱动液压举升机构，将其车厢倾斜一定角度卸货，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车。自卸汽车的液压系统由三种部分组成：动力部分、操纵部分和执行部分（举升油缸）。动力部分主要有：取力器、油泵以及连接两者的传动机构。操纵部分用来控制举升油缸实现车厢倾翻，它应具有举升、停止和下落三个动作。控制阀多采用三位四通阀，操纵控制阀的方式可分为：手动机械杠杆式、手动液压伺服式和气动操纵式三种1。国内的取力器多数用在自卸车上，所以对取力器的要求比较单一。在欧洲、北美,由于特种车对取力器的要求很高，取力器生产厂家会设计多输出端的取力器,或者带离合器的取力器，取力器的控制方式也多样，有：机械控制、液压控制、气控、真空源控制、电控等，其中气控比较常见5。 随着专用汽车的不断发展及辅助助力装置应用的日益广泛，目前，取力器早已不只是用于起重和升降，用户对取力器的功能要求也越来越高，取力器生产厂家要不断地进行改进设计来满足不同用户的需求。取力器通常装在变速器上，以前置、后置、侧置的合作方式提供给专用车厂，作为变速器的主要附件。变速器设计人员在变速器设计之初通常都要考虑取力器的安装，在变速器上设计取力空来扩大变速器的销售范围。为了降低设计和制造成本，在市场竞争中处于一定的优势地位，专业取力器厂家在设计过程中已逐步向标准化、系列化、通用化方向发展6。1.4基本内容和技术方案在自卸汽车中，发动机通过变速器、取力装置驱动液压泵。车厢液压倾翻机构由油箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。高压油经分配阀、油管进入举升液压缸，推动活塞杆使车厢倾翻，通过操纵系统控制活塞杆运动，可使车厢停止在任何需要的倾斜位置上。然后，利用自卸车的自重复位。具体分析液压举升系统的组成元件和工作原理，设计液压原理图。然后，根据液压原理图，对液压系统进行设计计算。包括：油泵的计算，油缸的计算以及流量的计算等。取力器是自卸汽车的重要组成部分，此次设计中应该具体分析各种取力器的使用特点，从而达到选择合理匹配的取力器的目的。包括:取力器的类型、功率、转速的确定；取力器的安装、旋向、档位等方面的选择。2液压举升系统的原理设计2.1举升机构的设计2.1.1举升机构形式的选择举升机构分为两大类：直推式和连杆组合式，他们均采用液体压力作为举升动力。直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸，该机构布置简单、结构紧揍、举升效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的2级或3级伸缩式套筒油缸。按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置和后置（也称中置）两种，如图2-1所示。前置式油缸支在车厢前部，油缸的举升力较小，油缸行程较大，一般用于重型自卸汽车上，油缸则通常采用多级伸缩式油缸。后置式油缸支在车厢中部，油缸的行程较小，油缸的举升力较大，多采用双缸双柱式油缸。在相同的举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长。后置式的情况则与前置式的相反1。图2-1直推式举升机构的布置（a）前置式 （b）后置式常用的连杆组合式举升机构的布置有两种：油缸前推式（又称T式）和油缸后推式（又称D式）7，如图2-2所示.直推式和连杆组合式举升机构的综合比较见表2-1。直推式举升机构的结构简单，较容易设计。但由于是油缸直接顶起车厢，为了达到一定的举升角度，往往需采用多级油缸，而为了提高整车的稳定性，又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏和双缸不同步，进而导致车厢举升受力不均1。目前，该类举升机构主要用于重型自卸车。图2-2 连杆组合式举升机构的布置(a)油缸前推式（b）油缸后推式1-铰支座 2-车厢 3-油缸 4-三角臂连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性，减小了油缸的工作行程，同时还能借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性。只需采用单级单缸的油缸形式就可满足要求。因此，该类举升机构的制作工艺相对简单，在生产实际中得到广泛应用。油缸前推式举升机构适用于中、重型自卸汽车；油缸后推式举升机构适用于中型自卸汽车7。表2-1 直推式和连杆组合式举升机构的综合比较 类 别项 目直推式杆系倾卸式结构布置简单，便于布置比较复杂系统质量较小较大建造高度较低较高油缸加工工艺多级缸，加工精度高，工艺性差单级缸，制造简单，工艺性好油压特性较差较好系统密封性密封环节多，易渗漏，密封性差密封环节少，不易渗漏，密封性好工作寿命磨损大，易损坏，工作寿命短不易磨损，工作寿命长制造成本较高较低系统倾卸稳定性较差较好系统耐冲性较好较差综上所述，对于重汽64后翻自卸车，本设计选用油缸前推式举升机构（如图2-3）。该种举升机构通过三角板与车厢底板相连，车厢的举升支点较靠近车厢的前部，顾故车厢受力状况良好；但达到最大举升角度时，油缸几乎处于垂直状态，车厢上升到最高位置不易倾下，稳定性好；油缸的最大推力较小，油压特性好。图2-3 油缸前推连杆组合式举升机构2.1.2最大举升角的确定确定车厢最大举升角的依据是倾斜货物的安息角，常见货物的安息角如表2-2所列：表2-2 常见货物的安息角物料煤焦炭铁矿石细沙安息角27455040453045物料粗砂石灰石粘土水泥安息角504045504050设计的车厢最大举升角max必须大于货物安息角，以保证把车厢内的货物卸净。此外，在最大举升角时，车厢后栏板必须与地面保持一定距离。设计时，自卸汽车车厢的最大举升角可在50-60之间选择。对于重汽64后翻自卸车，这里确定其最大举升角为54。2.2液压举升系统的原理设计自卸汽车的设计质量和综合性能如何，其评价的一个主要标准就是液压举升系统。所以，液压举升系统的设计是本设计的关键所在。2.2.1 工况分析工况分析是选定系统方案、液压元件和执行元件功率的依据。在举升车厢过程中，液压缸开始举升时，加速推进，加速度很小可以忽略，举升车厢是在举升刚开始时，液压缸所承受的举升力最大（如图2-4）。在图2-5中，油缸的推力矩应克服料斗和矿石总重的重力力矩Ts=Fr, r=CD, s=L。料斗和矿石总重为T=245kN,s1.8m, r2.4m, 则F1.85105 N。 图2-4 聚生液压缸的负载曲线 图2-5 工作油缸示意图2.2.2 确定系统方案 确定液压系统方案，拟定液压系统图，是设计液压系统关键性的一步。系统方案，首先应满足工况提出的工作要求（运动和动力）和性能要求。其次，拟定系统图时，还应力求效率高、发热少、简单、可靠、寿命长、造价低。 通过分析举升液压缸的负载曲线图和工作油缸示意图，可初步确定最大负载点，并根据工况特点和性能要求，用类比法选用执行元件工作压力。在选用油泵时，应注意所选用油泵的类型和额定压力。由于管路有压力损失，因此油泵的工作压力应比执行元件的工作压力高。油泵的额定压力应比油泵的工作压力高25-60%，使油泵具有压力储备。初选的执行元件工作压力作为计算执行元件尺寸时的参考压力。然后，在验算系统压力时，确定油泵的实际工作压力。(1)确定执行元件的类型液压油缸是整个自卸车的核心工作元件之一，与控制阀、液压阀、液压油箱、液压泵、液压管路等共同构成工作系统。液压油缸的作用是通过举升车厢实现卸货功能。在自卸车卸货的过程中，液压举升系统发挥着巨大的作用，随着自卸车整车重心的不断提高，其稳定性不断下降。液压举升系统质量的好坏直接关系到自卸车的安全性，还对自卸车的装载效率、工作效率、工作可靠性与维护成本产生一定影响8。执行元件的类型，根据工作部件所需的运动形式、速度、负载的性质和工作环境参考表2-3确定。 表2-3执行元件类型的选择标准执行元件类型适用工况应用实例油缸双活塞杆负载不大，双向工作，往复运动速度相等麻床工作台单活塞杆双向工作，往复运动速度不同或在差动接法（有效工作面积比为2:1）时，则往复运动速度相等液压机、拉床、组合机床工程机械、建筑机械、农业机械等柱塞式负载大，行程较长时，成对使用或单向回程靠外力（弹簧或自重等）实现龙门刨床、工程机工升降机、自卸车等齿条活塞式负载不大的摆动运动机械手、回转工作台、转位夹具等齿轮式负载力矩不大，速度平稳性要求不高，工作环境差（噪声限制不严而尘埃多）钻床、攻丝、风扇驱动、对体积受限制时选摆线齿轮式叶片式负载力矩不大，噪声要求较小的场合磨床回转工作台、机床操纵机构柱塞式负载力矩较大，有变速和变力矩要求，低速平稳性要求较高的场合起重机、绞车、铲车、内燃机车、数控机床等低速大扭矩型负载力矩大、转速低、平稳性高的场合挖掘机、拖拉机、起重机等摆动性往复摆动角360的运动，比齿条活塞式油缸的体积较小石油机械、机械手、料斗等通过上面表格的比较分析，自卸车选用活塞式液压缸，液压泵选择的是齿轮式。(2)确定压力控制方式 节流调速定量泵供油系统中，泵源的压力均用溢流阀（与泵援主油路并联）进行恒压力控制。 滤油器放置在液压油流出油箱和流入油箱处，以保证进出油箱的液压油纯净，延长元器件的使用寿命，保证液压元件工作性能可靠。 单向阀又称止回阀，它的作用是使油流只能延一个方向通过，而不能反方向流动。常被放在液压泵的出油口处，可防止系统压力突然升高时损坏液压泵，以及拆卸泵时系统中的油不会流出。单向阀还可以做保压阀的作用，对开启压力大的单向阀，还可做背压阀使用。 容积调速或变量泵与节流阀联合调速系统中，为了防止过载，常采用安全阀限压保护。根据要求设定溢流阀的压力上限为20MPa。(3)确定顺序动作控制的方式 操作换向阀的方式可分为手动机械杠杆式，手动液压伺服式和气动操作式三种。 机械操纵式的可靠性好，通用性强，维修方便。但它的杠杆较多，布置复杂。对于可翻转式驾驶室不宜采用这种操作方式。 液压伺服式依靠手动阀建立起来的油压来关闭或打开举升液压换向阀，实现车厢的举升和下降。该阀通过切断动力实现停止工作。它便于远程控制，操作可靠，但反应较慢。 气动操作式依靠汽车气筒的压缩空气，通过控制器法操作气阀液压换向阀，控制油路方向实现车厢举升、下降和中停。该系统操作简单、功能齐全、结构较先进，用于中、重型自卸车比较合适。它的缺点是气动转化成液压需要两套管路。 由于自卸车操作不频繁，动作顺序随机，属于工程作业，常采用手动多路换向阀控制。如果操纵力较大，可用手动伺服控制。根据自卸车的特点，选用手动液压伺服式控制。 当液压缸快到达极限位置时，可以进行远程控制：靠运动部件移动到预定位置（行程）时，发出控制信号，使液压元件动作，从而实现液压缸停止运动。所以选择限位阀。四、分流集流阀同步回路 由于自卸车是采用双缸举升，为了保证在举升过程中两个液压缸举升同步，选用分流集流阀同步回路。2.2.3 拟定液压系统原理图 图2-6 是自卸车的液压伺服式液压系统，有三部分组成：动力部件、操纵部分和执行部分（举升液压缸）。动力部分主要有液压泵以及连接两者的传动机构。操纵部分用来控制举升液压缸实现车厢倾翻，它具有举升、保持和下降三个动作9。工作原理如下：(1)举升 手动阀2的手柄在旋出位置，换向阀1在常开状态，限位阀11在常闭状态，举升缸呈收缩状态。当自卸车倾斜货物时，先驱动液压泵9，这时液压泵的压力油经单向阀3、四通阀10、换向阀1、三通阀12，流回油箱4，车厢不动，为液压泵空转启动。再将手动柄向里旋进，则排出压力油去推动换向阀1的阀芯，将进出油口隔断，使其由常开状态变为常闭状态。这时液压泵输出的压力油经单向阀3、四通阀10、集流阀7，进入液压缸6，将车厢顶起，倾斜货物。在举升过程中若系统压力超过一定值，安全阀13则被打开，溢流，使液压系统压力保持在调解压力以下。当车厢倾斜到极限位置时，举升缸触动限位阀11的阀杆，使限位阀有常闭状态变成常开状态，液压泵的输出的压力油经四通阀10、限位阀11、三通阀12，流回油箱4，车厢保持在极限倾斜位置。 图2-6 举升机构液压系统原理图(2)下降当货物卸完，车厢需下降时，先关闭液压泵9，再将手动阀2的手柄向外旋出，换向阀的控制油泄回手动阀，举升缸在车厢重力作用下将油液压出，打开换向阀，使其有常闭状态变成常开状态，举升缸内的油液经四通阀10、换向阀1、三通阀12流回油箱4，车厢回位。(3)保持若需将车厢举升至某一位置，只要使手动阀2的手柄仍在旋进位置，停止泵工作，车厢即可保持在任意位置。 3 液压举升系统的设计计算3.1 载荷的组成及其计算举升机构主要的受力载荷是作用在液压缸上，根据工况分析结果得出：油缸的推力矩应克服料斗和矿石总重的重力力矩Ts=Fr。s是铰接点到重心的垂直距离。r是从交接点到液压缸的垂直距离10。料斗与矿石总重为T=245kN, s1.8m,r2.4m,则Fmax1.85105N。在计算双缸前推式举升机构时，只需令F j = K F ; (3-1)式中Fj 计算的单缸举升力； F实际的举升力； K 修正系数，K=0.550.65；取K=0.6；通过计算得出F j=1.1105 N3.2 初选系统的工作压力压力的选择要根据载荷的大小和设备的类型而定，具体可以参考表3-1和3-2。表3-1载荷大小与工作压力的关系载荷/KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表3-2 机械类型与工作压力的关系 机械类型机床农业机械建筑机械液压机重型机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032对于20吨自卸车而言，选择的工作压力应该较大，但是过大的工作压力会对密封和材料的要求过高，所以，综合考虑，选择液压缸的工作压力为20MPa。3.3 液压缸的设计计算和液压泵的选型3.3.1初选液压缸内径和液压杆外径活塞杆的材料为45钢；活塞杆的热处理；粗加工后调质到硬度为229-285HB，必要时再经高频淬火，硬度达45-55HRC。根据公式最大举升力F max p ； (3-2)式中液压系统的效率，通常取=0.8； D举升液压缸活塞直径（mm） 所以得出，活塞的最小直径应为： D ； （3-3）将Fmax=1.1105 N，p=20Mp, =0.8,带入得：D 94mm,根据GB/T2348199312，可选择的活塞外径为100mm,活塞杆的外径可根据表3-3选择。 表3-3 按速比要求确定d/D V2/V11.151.251.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.71 根据速比要求，确定d/D0.55，取d/D=0.56，故得液压缸杆径为56mm.3.3.2 确定液压缸的行程 液压缸行程的确定和举升角有关，就是举升角必须大于所装货物的安息角。根据表2-2，已确定举升角的数值是54。图3-1 自卸车举升机构示意图通过上面举升机构示意图，我们可算出液压缸行程L应大于1638mm,所以根据GB/T2349198012，可以选用行程为1800mm的液压缸。3.3.3校核液压缸杆径由于活塞杆的直径d与活塞杆长度l之比大于10时，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳定性。由于活塞杆为实心杆，所以活塞杆直径可以简化为： d ; (3-4)式中 p k=1.1105 N ; l=2.31m ; n=1 ;经过计算得：d 49mm。 取液压杆的直径为56mm。3.3.4 液压泵的选型液压泵的最大工作液压为: P = ; (3-5)式中Fmax=1.1105 N，=0.8；计算得P=17.5MPa。为使液压泵有一定的压力储备，所选液压泵的额定压力一般比最大工作压力大25%-60%，所以所选液压缸的额定工作压力可为23MPa。可选择P系列型高压齿轮泵。其额定压力为23MPa，最高压力为28MPa，工作转速为2400r/min。液压缸工作容积V为V = L 106 （3-6）式中L液压缸行程（m） D液压缸的内径（m）计算得出：V = 14130ml。液压泵额定流量Q（ml/s）应满足下式要求Q （3-7）式中 t举升工作时间（s） v液压系统容积效率， v= 0.80-0.85，取为0.8。根据要求举升机构一般至多在18s时间内将车厢倾斜到max的位置。故计算得出：Q980ml/s。液压泵排量由下式确定： q = 2 60; (3-8)式中nBe液压泵额定转速（r/min），选择额定转速为2400r/min的。算出q 49ml/r 。查阅机械手册12液压控制与传动，选取型号为P3100-F55型液压泵。4 取力器的设计 各种专用汽车取力器的专用工作装置主要由汽车发动机提供动力源。取力器就是汽车的一种专用动力输出装置动力。它从发动机取出部分功率，用于驱动各类液压泵、真空泵、空压机以及各种专用汽车工作机械11。4.1取力器的总布置方案专用汽车总布置方案决定于取力方式。常用的取力方式可分类为：取力器取力方式前置式发动机前端取力发动机后端取力夹钳式取力中置式变速器上盖取力变速器侧盖取力变速器后端盖取力后置式分动器取力传动轴取力发动机取力:从前端取力，从齿轮后端取力。变速器取力：从I轴取力（上置式），从中间轴取力，从中间轴末端取力，从轴取力，从倒档齿轮取力。传动轴取力和分动器取力。a 发动机前端取力方案它的特点是采用液压传动，适合于远距离输出动力。故此种取力方式常用于由于长头式汽车底盘改装的大型混凝土搅拌运输车。如图4-1。图4-1 发动机前端取力方案1-发动机；2-变速器；3-油泵；4-液压马达；5-减速器；6-链传动；7-滚筒；b 飞轮后端取力方案它的特点是取力器不受主离合器影响，传动系统与发动机直接相连，取力器到工作装置距离短、传动系统简单可靠、取出的功率大，传动效率高，这种方案应用广泛，如平头式汽车改装的大、中型混凝土搅拌车等。如图4-2,4-3。 图4-2 飞轮取力装置1-发动机；2-取力器；3-水泵离合器；4-水泵；5-变速器；6-主离合器；图4-3 飞轮后端取力布置方案1-阀，2-油泵，3-取力器，4-变速器，5-发动机飞轮 c 变速器轴的取力方案 （上置式）变速器轴取力方案（上置式）又称为变速器上置式方案 。此种方案将取力器叠置于变速器之上，用一惰轮与轴常啮合齿轮啮合获取动力，故需改变原变速器顶盖。此方案应用很广，如自行车、液罐车、冷藏车、垃圾车等一般都从变速器上盖取力。图4-4 变速器上盖取力器1-齿轮轴；2-离合齿套；3-花键轴；4-蜗杆；5-蜗轮；6-离合手柄；7-法兰；8-变速器第一轴；9-拨叉；10-拉杆；11-取力器壳体；12-惰轮；13-小齿轮；d 从变速器取力的其他方案从变速器取力有很多结构形式，包括从中间轴末端取力、从倒档齿轮取力、从轴取力等。e 传动轴的取力方案它是将取力器设计成一独立结构，设置于变速器输出轴与汽车万向传动轴之间，该独立的专用取力装置固定在汽车车架上，不随传动轴摆动，也不可伸缩。设计时应使用可伸缩的附加传动轴与其相连，并应注意动平衡与隔振消振。如图4-5。图4-5传动轴取力布置方案1- 发动机；2-离合器；3-变速器；4-取力器；5-水泵f 分动器取力布置方案该种布置方案主要用于全轮驱动的牵引车、汽车起重机等来驱动绞盘和起重机构。如图4-6。从取力器到工作装置间可采用机械传动或液压传动。机械传动的主要部件是万向节和传动轴，设计时应保证传动轴两端万向节的夹角相等，并尽量减小夹角。机械传动结构简单、传动可靠、制造和使用成本低、使用和维修方便；液力传动的主要部件是液压泵和液压马达，其特点是动力传递布置容易、操纵方便、可实现无级变速和长距离传递、且能吸收冲击载荷。图4-6分动器取力方案 1-取力操纵杆；2-取力输出轴；3-分动器输出轴（接后桥）4-分动器输出轴（接前桥）4.2取力器的类型和特点取力器是一种用来驱动油泵、压气机、绞盘、消防云梯等装置的齿轮装置，它通常装在变速器上。它的作用是将发动机的动力，通过发动机飞轮经离合器从动盘、变速器输入轴或中间轴传到需要驱动的装置上，最终实现辅助动力装置的正常工作。4.2.1侧置取力器早些时候，侧置取力器（如图4-7），常用于动力要求不高的辅助动力装置，它通常装在变速器的侧面、顶部和底部的开口处。通常取力齿轮与中间轴上的主动齿轮相啮合进行取力。为了改变其旋向，还可以直接与中间轴上主动齿轮相啮合进行取力来满足用户的要求。装在顶部的取力器由于位置高，不易润滑，一般都带有单独的润滑系统；装在底部的取力器由于油质差，一般都要设计过滤器，设计过于复杂。现在，这类取力器中，安装在变速器两侧的侧置取力器最为常图4-7侧置取力器1-气缸；2-活塞；3、4-O型密封圈；5-活塞杆；6-弹簧；7-拨叉；8-滑动齿轮；9-接合齿轮；10-油封；11-输出轴；12-滚针轴承；13-中间齿轮；14-外壳；15-定位销；16-十字轴；17、21-传动轴；18-泵架；19-弹性注销联轴节；20-液压泵；22-连接套筒4.2.2 后置取力器后置取力器（如图4-8）通常装在变速器后盖的取力空上，或是直接安装在变速器后端面上，通过中间轴后端花键与结合套连接进行取力。这种取力器可以传动大功率，但是其转速收到中间轴的控制，且转速较低。要得到高转速，必须增加升速齿轮副。图4-8 后置取力器1-发动机；2-主离合器；3-变速器；4-取力器；5-水泵4.2.3 前置取力器和全功率取力器它们通常安装在变速器和离合器之间，又称为夹钳式取力器（如图4-9）。用于动力要求很高的辅助动力装置，输出转速不受变速器常啮比的影响。所不同的是，前置取力器是利用变速器一轴进行取力；而全功率取力器是直接与发动机曲轴连接，通过取力器上的液压操纵的多片金属摩擦片来接通、切断动力，工作时，不影响离合器工作和变速器换挡。如图，原变速器中的第一轴被取力器中的长柄齿轮轴和连齿轴所代替。安装时，长柄齿轮轴7支承在发动机飞轮中心，而连齿轴9则作为改装后的变速器第一轴。图4-9 夹钳式取力器1-法兰，2-转速表蜗轮，3-输出轴，4-齿轮，5-中间轴，6-齿轮，7-长柄齿轮，8-滚针轴承，9-连齿轴，10-主动齿轮，11-离合套，12-甩油盘，13-油底壳，14-冷却管固定螺栓，15-蛇形管，本设计中采用变速器侧盖取力。虽然，变速器侧盖取力会因为长啮合齿轮产生降速现象，但自卸车本身并不需要太高的速度，所以本次设计中，采用变速器侧盖取力的布置方案。4.3 取力器的合理选择4.3.1档位和旋向的选择取力器的档位取决于辅助动力装置的用途，一个档位的取力器主要用于油泵、压力机等辅助动力装置；而多档位可逆式取力器主要用于绞盘等专用装置。要选择满意的取力器，还要考虑到取力器的旋向问题，这就要根据用户要求而定。4.3.2 取力器的功率选择合理匹配的取力器，首先取力器必须具有足够的输出功率来满足辅助动力装置的需要。从理论上讲，取力器的输出功率等于扭矩和转速的乘积，确定功率大小的基本依据是节线速度。一般来说，节线速度越快，功率就越大。取力器功率来自于发动机经变速器传递的功率，取力器的输出功率大小取决于取力器齿轮的节线速度。节线速度 V = r = 2nr可以看出，节线速度等于取力齿轮的节圆长度与转速的乘积。取力器安装位置不同，取力器齿轮也不同，其转速也有变化。前置取力器（一轴取力）的取力齿轮安装在变速器一轴上，其转速n = n 发；后置取力器的取力齿轮就是安装在主动轴上的输入齿轮，其转速n = n 发/I常；侧置取力器的取力齿轮就是与变速器中间齿轮啮合的取力器的输入齿轮，其转速n = n发/I常I档其中，n取力器的输出功率； n发发动机的额定转速； I常变速器常啮比； I档取力器齿轮齿数与变速器齿轮齿数之比；所以，取力器的设计必须具有一定的节线速度。一般情况下，取力器齿轮的节线速度，在发动机转速为1000r/min时，不得低于200cm/s,约等于11千瓦；在发动机转速为2000r/min时，不得低于300cm/s,约等于19千瓦。这就要求发动机具有一定的输出转速和扭矩。变速器具有一定的驱动能力，取力器才会有足够的输入功率来驱动辅助动力装置。4.3.3 取力器的传动比和转速为了满足日益广泛的辅助动力装置的需求，取力器的输出转速不是固定不变的。匹配不同的发动机、变速器，取力器的输出转速变速器的常啮合齿轮比以及取力器齿轮装置的传功比都不同。前置取力器 n = n发/I取；后置取力器 n = n 发/I取 I常 ；侧置取力器 n = n /I常I档I取；从以上可以看出，选择一定的发动机、变速器，即取力器输入一定的功率。在具有足够的输出功率的情况下，取力器传动比I取是可以自行设计的。取力器的转速和相应的扭矩输出的大小可以在用户需求的范围内变动。所以，在确定取力器的输出转速时，通常可以采用直接输出和间接输出。如果所选用的取力器转速能够满足辅助助力装置的正常工作要求，可采用直接输出；反之，可采用间接输出。采用间接输出时，如果必须增大取力器的输出转速来满足辅助动力装置的正常工作时，取力器的输入扭矩应高于输出地扭矩；反之，应低于输出扭矩。因为取力器的转速与其扭矩有关。所以，在确定取力器的输出转速的同时必须同时考虑取力器的额定扭矩。4.4 取力器的安装前置取力器安装在变速器的前端面，由于变速器的种类繁多，与变速器连接的端面一般不能进行标准化设计，但有时可以采用同一毛坯壳体，加工出不同的连接螺栓孔来进行系列化设计，如图4-1。后置取力器安装在变速器的后端面或后盖上，与中间轴花键啮合，啮合花键可进行标准化设计，如图4-2。可以在中间后端面上加工成图4-2所示的三角键，通过与连接轴连接取力。安装在变速器后端面上的取力器都是专用的，与变速器形成一个主体。根据变速器壳体后端面进行设计，能传动发动机的不同功率，适用于连续转动的辅助动力装置。而安装在变速器后盖上的取力器的开口端面通常采用四颗螺栓连接的标准化设计。侧置取力器安装在变速器侧面的开口处，开口处采用四颗、六颗和八颗螺栓连接的标准化设计。现在通常采用六颗、八颗螺栓的开口，它可以传递较大的辅助动力装置，如图4-3.侧置取力器的安装相对比较复杂，需要调