摘 要
本文首先对自卸车的设计特点以及国内外发展现状做了相关的概述。接着，从车厢的设计、自卸车构的设计等方面进行了红岩自卸车的总体设计。本文通过对几种常见的自卸车构进行逐一分析与比较，然后选择其中一种方案作为高位自卸车的设计最终方案，然后根据这种方案进行分析与计算得出结论。最后进行了校核与验证，得出设计结果的正确性和合理性。
文中一开始阐述了高位自卸汽车改装设计的目的和意义、发展状况以及应用前景。接着分析论证了一种装载质量为2.5t的高位自卸汽车的总体设计方案，进行了其自卸车构、倾卸机构和后厢门开合机构等主要机构的方案分析和选择、分析析以及强度和刚度的计算校核。
另外，文中还简单介绍了液压系统的设计计算方法和过程。最后对改装完成后的高位自卸汽车进行了必要的动力性、燃油经济性和稳定性等主要整车性能的计算分析，计算结果表明整车性能满足要求。
关键词：改装设计；高位自卸汽车；剪式自卸车构
Abstract
High-order dump truck is one of special-purpose dump truck, it mainly be used to transport those goods which can be scattered such as sandstone, soil and some crops, and also be used to transport unit goods, severing for tectonic grounds, mines, workshop. High-order dump truck have carriage rise and dump organization to lift to equip mainly, easy to use, it is with high efficiency to transport, the mechanized characteristic that have high mobility and unload.
First,it talking about the purpose and meaning of this design aout the High-order dump truck.And then, analytical argument a kind of lading quality for the high with 5ts High-order dump truck of total design,about the sport and motive analytical of it,s lifting and revolving.At last, regard high-order dump truck as the research object, , has set up finite element model to the principal organ of the high-order dump truck, carry on statics characteristic analyse to model.
Moreover,in brief introduced the method and calculation process of the design that the liquid press system in the text. Finally carry on necessary of the calculation of the main whole car of the functions such as motive, the fuel economy and stability etc.Then the result expresses that the car function satisfy designing request.
Keyword: Refiting design; High-order dump truck; The shear type of lifting
目 录
摘 要 II
Abstract III
第1章 绪论 1
1.1课题研究的目的 1
1.2自卸车概述 1
1.3课题研究现状及分析 2
1.4 本课题的研究内容 4
第2章 高位自卸车总体设计 5
2.1总体布置原则 5
2.2 车厢的设计 7
2.3高位自卸汽车底盘的选择 8
第3章 高位自卸汽车结构方案分析 12
3.1高位自卸汽车的自卸车构的设计与分析 13
3.1.1平行四边形自卸车构 13
3.1.2 L型自卸车构 15
3.1.4多级剪式自卸车构 18
3.1.5自卸车构的方案的选定 18
3.2高位自卸汽车倾卸机构的设计与分析 19
3.2.1杠杆平衡式倾卸机构 20
3.2.2单缸直推式倾卸机构 20
3.2.3油缸前推连杆组合式倾卸机构 20
3.2.5倾卸机构方案的选定 21
3.3车厢后拦板开合机构的设计与分析 22
3.3.1自转开合机构 22
3.4总体机构设计方案的确定 23
第4章 高位自卸车机构的设计计算 25
4.1高位自卸车机构的运动分析 25
4.2高位自卸车机构的动力分析 28
4.3高位自卸车机构参数的确定 29
4.3.1基本几何尺寸的确定 29
4.3.2举升液压缸推力T及行程S的确定 30
4.4高位自卸车机构的校核 31
4.4.2各铰接点销的选择与校核 34
4.4.3油缸作用处杆件尺寸的确定与校核 34
第5章 高位倾卸机构的设计计算 35
5.1倾卸机构参数的确定 35
5.1.1车厢最大倾卸角的确定 35
5.1.2 液压缸最大推力Pmax的确定 36
5.1.3拉杆最大拉力Tmax的确定 36
5.2销的选择与校核 36
第6章 液压系统设计 38
6.1油缸的计算与选型 38
6.1.1油缸直径及行程的确定 38
6.1.2油缸的选型 40
6.2油泵的计算与选型 40
6.2.1油泵工作压力P的计算 40
6.2.2油泵理论流量QT的计算 41
6.2.3油泵排量q的计算 41
6.2.4油泵功率N的计算 42
6.2.5油泵的选型 42
6.3油箱与油管的计算与选型 42
6.3.1油箱容积V的计算 42
6.3.2油管内径d的计算 42
总结 44
参考文献 45
致 谢 46
第1章 绪论
1.1课题研究的目的
装载车厢能自动倾翻一定角度卸料，大大节省卸料时间和劳动力，缩短运输周期，提高生产效率，降低运输成本，是常用的运输专业车辆。随着我国经济的不断发展，尤其是自2001年11月10日起，中国正式成为WTO成员国，国内市场逐渐开放。同时，我国亦确立了以扩大内需为主的经济政策，实施西部大开发战略，加大对基建项目的投资力度，农林牧渔、采矿、水利、军工、环保、商业运输、交通、通讯、金融、机场、电力、城市建设和石油开采等行业均快速发展，使各种类型的专用车需求量大增。在广大城乡的沙场、矿山、工地及一般的土木工程等的运输作业中，轻型农用自卸车以其灵活机动、价格低廉的优点得到了广泛的应用。自卸车构是轻型农用自卸车卸料作业的关键部件，它直接影响着轻型农用自卸车的整车性能和举升性能，是自卸车设计时首先需要解决的问题。液动自卸车构是工程自卸车常用的一种自卸车构，它实际上是一种演化形式的四连杆机构，通过外力（液压举升油缸施加）作用实现四连杆运动，从而实现将货物倾卸的目的。
1.2自卸车概述
自卸汽车是利用本车发动机动力驱动液压自卸车构，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。这类汽车也称为矿用自卸汽车。它的长度、宽度、高度以及轴荷等不受公路法规的限制，但它只能在矿山、工地上使用。另一类用于公路运输用的轻、中、重型(装载质量在2～20 t)普通自卸汽车。它主要承担砂石、泥土、煤炭等松散货物运输，通常是与装载机配套使用。
某些自卸汽车是针对专门用途设计的，故又称专用自卸汽车。如：摆臂式自装卸汽车、自装卸垃圾汽车等。图1-1为普通自卸汽车的结构组成。
普通自卸汽车技装载质量分为：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。
随着国内基础设施建设需要不断增加，自卸车产量近年来一直保持较高产销量，在专用车综合产量中保持第一位置，但在种类、型式、材料运用方面与国外还有一定的差距。自卸汽车继续快速增长，销量超过载货汽车上升到第一位。主要原因是固定资产投资强劲增长，巨大的投资规模奠定了自卸车市场需求基础；自卸汽车品种增加，不仅适应和满足施工需求，同时向运输市场发展；牵引汽车保持较快发展，已成为长距离公路运输的主力车型。
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；3-安全撑杆；8-邮箱；9-油泵；10-传动轴；11-取力器
1.3课题研究现状及分析
汽车发明后不久，汽车维修机械师就在想："怎样才干够把汽车举升到空中，从而可以在其下面工作？"自卸车的发展史告诉我发明第一台自动自卸车的灵感来自理发师的椅子，因为它可以快速升降和旋转，以适应于不同身高和胖瘦的顾客。早期的单柱地基式液压自卸车，大大地提高了比它问世还早的千斤顶和台架的功能，这种早期自卸车的旋转功能可以在举起汽车以后，将其旋转360°。也许你经常去的一个汽车维修厂，现在仍然利用这种自卸车为客户提供日常的汽车维修服务，这种自卸车大多已经工作了75年了。
随着汽车工业的发展，单柱式自卸车设计上的局限性很快就显露出来了如果只是汽车四周进行检测维修工作的话，这种自卸车也就足够了但是这种自卸车的起重臂和中央立柱会妨碍进入汽车底部的大部分区域。针对单柱式自卸车的这些局限性，工程师已经提出了很多自卸车的设计方案并作了许多改进工作。现在自卸车的选择范围很大，有地基式、托举式、剪式、平行四边形式、便携式、单柱式、双柱式、四柱式、驱动式、接触车架式、对称式、非对称式、小行程、大升程、队列式以及其它各种自卸车设计方案。某些自卸车可能同时具有这些设计方案中的几个特点。汽车维修工业也迅速壮大。特别是改革开放以来，我国的汽车维修有很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业并不断壮大作为汽车维修用必备之一的各种汽车自卸车设备如雨后春笋般的涌现。因为移动和拆装方便，也便于维修中小型汽车，逐渐代替了以前修车的“地沟模式”。随着我国汽车保有量的增加，自卸车作为维修的重要工具，需求量也大大增加。因此，自卸车的重要性和普及性，决定了它是一种备受专业人士和经营管理者重视的设备。
目前，发达国家（如美国）生产的汽车自卸车质量较好、性能较稳定、设备操作简单，在经销商中口碑良好。我国的汽车自卸车是20世纪90年代依据国外的产品技术生产的，国内最早研究剪式自卸车的是上海宝得宝，1999年开始，宝得宝机型比较笨重，主要的质量问题集中在油管易爆和平台不同步，2000年后质量有了改进。但由于不是批量，所以价格偏高。到现在自卸车市场已经拥有近百个中外品牌，产品系列成百上千。然而国内汽车自卸车虽然也相对定型，但很多产品性能还不够稳定，故障多，可靠性差，外观不够美观，在产品设计、技术开发等方面都还有很多地方有待改进。
剪刀式自卸车是一个使用较广的自卸车，在最近几年所有新销售的自卸车中，至少二分之一都是这种类型的。这种设计之所以很流行，有几方面的原因的：一就是这种自卸车安装起来很快，不需要大范围的开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。二是功能的多样性，它适用于大多数轿车的维修和保养。三是剪式自卸车使用方便，占地空间较小。四是经济实惠，剪式自卸车较为精密。 无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单一的街边（如轮胎店）都适用。
汽车自卸车要求其能够从两侧将汽车水平同步举升，不能发生侧偏。而汽车底盘下方必须为空的，以方便工人进行维修作业，要求汽车自卸车两侧的举升装置必须是分离的，且两侧的上升或下降又必须是完全同步的。由于汽车的重量一般都较大，再加上举升装置自身的重量，要求举升力较大，而且升降时要求非常平稳，所以汽车自卸车一般都采用液压系统进行驱动。汽车自卸车在汽车维修行业是最重要、最基本的工具之一，是将汽车从一个高度提升至另一高度进行维修的设备，具有至关重要和不可替代的作用。它能否正常运转会直接影响到维修车辆、维修人员的安全，甚至会直接影响到汽车维修业务的兴衰。自卸车一定要安全可靠、维护简单，使用方便，占地空间较小。否则在一定程度上会影响工作效率。而传统的机械式自卸车安全性较差，所需的维护工作较多，被液压式自卸车取代也是大势所趋。液压式自卸车，它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。目前，在我国很少出现利用虚拟样机技术对汽车自卸车进行研究，然而只有将汽车自卸车的工程实践和虚拟样机技术结合起来，才能真正加快自卸车产品的发展历程。
1.4 本课题的研究内容
本设计主要研究的内容有：车厢高位自卸车机构的设计计算、车厢倾卸机构的设计计算、液压传动装置选型，后进行车辆的总体布置和性能分析，并用总布置草图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置；最后通过正确的计算，完成部部件设计选型，达到工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的设计要求，并附之以总装配图，清楚表达设计。
第2章 高位自卸车总体设计
2.1总体布置原则
在进行总体布置时应按照以下原则：
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。
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2-1 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；3-二次喷嘴阀；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
1)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。
2)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。
图2-2 主车架纵梁载荷状态比较
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5％～10％，一般罐式车要增加耗材15％～25％，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。
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。
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。
2.2 车厢的设计
车厢是用于装载和倾卸货物。它一般是由前栏板、左右侧栏板，图2-3为典型的底板横剖面呈矩形的后倾式车厢结构。为避免装载时物料下落碰坏驾驶室顶孟，通常车厢前栏板加做向上前方延伸的防护挡板。车厢底板固定在车厢底架之上。车厢的侧栏板、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。
后倾式车厢广泛用于轻、中和重型自卸汽车。它的左右侧栏板固定，后栏板左右两端上部与侧栏板饺接，后栏板借此即可开启或关闭。
图2-3 车厢结构图
1-车厢总成；2-后栏板；3、4-铰链座；5-车厢铰支座；
6-侧栏板；3-防护挡板；8-底板
侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角，如图2-4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。
矿用白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2-5所示。
图2-4 侧顷式及三面倾卸式车厢
图2-5 簸箕式车厢
本文设计的红岩QY3060底盘普通自卸汽车，没有侧倾要求，故采用后倾式车厢。
2.3高位自卸汽车底盘的选择
专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。
一般专用改装车辆在选用底盘时应满足下述要求：适用性、可靠性、先进性、方便性等要求。
除了上述主要要求外，还有两个值得注意的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户能接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上须具有一定的保有量。
专用汽车底盘的选择主要是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、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。
目前国内市场上底盘的种类多、品种全，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量围4～6t的中型汽车，选用的底盘也多为这些系列的产品。
经过实际调研和上网搜集各类底盘及其技术参数相关方面的资料，并结合本次改装设计专用车的用途、最大装载质量、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、成本等各方面的综合要求，不难发现，在进行小规模的轻、中型载货汽车或专用车辆改装制造时，选用红岩系列底盘相对较合理。所以选择二类底盘作为本次高位自卸汽车的底盘，其主要技术参数见表2.2。
表2.1 底盘性能对比列表
解放 东风 红岩
适用性 适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求 适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求 适用于各吨位载重货车的改装设计以及部分专用车辆的特殊要求
可靠性 工作可靠，零部件要有足够的强度和寿命 工作性能好，故障率低，零部件有足够的强度和寿命 性能可靠，出现故障率低，各部件有足够的强度
先进性 动力性、经济性、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 动力性、经济性、操纵稳定性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平 动力性、经济性、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
价格 较便宜 比较便宜 便宜
常见吨位 各种吨位车型 各种吨位车型 轻、中型载货车型
将全金属焊接车厢设计成等刚度体车厢是自卸汽车设计的重点.但是很难既能保证高强度又能保证轻量化。
就整车而言，可以看成由车轮、前轴、后桥壳、悬架、车架、车厢及其橡胶缓冲块等不同刚度单元组合而成的弹性体，受力时，将按照各自的刚度产生各自的变形，其变形量与刚度成反比，吸收的能量与刚度成正比。
车厢刚度，无论是弯曲刚度还是扭转刚度，都会增加车架的相应刚度，两者的刚度是相辅相成、互相补偿的。当汽车前后左右车轮处于高差较大的路面，车架扭曲较大时，车厢应该有一定的扭转随动性。如果车相的扭转刚度过大，当车架扭转到一定程度时，车厢前支承缓冲块相应的一侧压到极限位置，车厢纵梁的另一侧可能离开缓冲块，车厢前端的一大部分重量转移到一侧的车架纵梁上，纵梁可能超载损坏。如果车厢扭转刚度过小，能与车架扭转随动，当车架产生较大扭曲时，车厢可能因变形过大而早期损坏。
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