自卸车主体设计.docVIP

_第1章 绪论1.1 引言 随着国民经济的持续快速增长，我国专用汽车市场进入了快速成长时期。以国外专用汽车发展为例，20世纪7080年代，主要发达国家的专用汽车保有量占载货汽车保有量的50左右，现在已经增加80%左右。在我国，截至2005年七月专用汽车生产企业已有628家，国内专用汽车品种已达到4900多个，2005年专用汽车产量达70万辆，占载货汽车总产量的40%1。作为专用汽车中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多样的型式，其中最常见的是后倾式自卸汽车，在当今社会自卸车中占绝大部分，其已经具有了一定的规模和体系，但对侧倾式自卸汽车而言其生产量很少，在生产和运输中就更难见到。侧倾式自卸车在当今节约型社会中对汽车装卸停歇时间的缩短和运输效率提高具有很重要的现实意义。汽车工业发展的经济效益不只是汽车本身，而是集中表现在汽车使用和流通的全过程中，随着汽车工业的发展必然是汽车运输业的发展。由于社会对汽车的运输效率和经济性，以及各种功能和性能的要求也越来越高，从而使汽车运输工具向专用化发展成为然趋势2。 世界各国专用汽车在汽车工业中都占有举足轻重的地位。从保有量来看，各国专用汽车的保有量在逐年增加，国际上各发达国家，其专用汽车的保有量约占载货汽车保有量的50%70%。专用汽车的研制、生产和应用不仅在实现门到门的专业化运输和作业方面受到社会的广泛重视和欢迎，而且更直接的在大幅度地提高运输效率、降低运输成本、扩大汽车的应用领域等方面都发挥着极重要的作用。我国专用汽车生产近10年来虽然发展速度很快，成绩巨大，但纵观国内经济发展藉求和世界工业发达国家专用汽车发展趋势，我国专用汽车的品种还比较集中、单一，数量和品质还远不能满足国民经济发展需要。因此，不断开发新产品，增加产量和品种，提高产品品质是摆在专用汽车厂家面前的一项紧迫而艰巨的任务。1.2 国内外专用汽车的发展概况1.2.1 国外专用汽车产品的现状国外最早发展专用汽车产品的是美国和西欧的一些国家，第二次世界大战后，相继在日本、前苏联等国得到了发展。70年代末，当汽车工业出现世界性的萧条和滞销时，发展专用汽车成了当时摆脱汽车工业危机的一条出路。这样，专用汽车在世界范围内迅速发展起来。美国是专用汽车发展最早的国家之一。专用汽车的生产是美国汽车工业的重要组成部分。据不完全统计，美国1986年生产货车1 593 489辆，其中专用汽车的产量为934 690辆，专用汽车的产量占货车产量的58%,美国9-11.81的中型货车的保有量中，专用汽车占2/3以上，美国的挂车生产70年代平均年产挂车已达15万辆左右（约占9t以上载货丰产量的40左右），大部分为专用桂车。美国的挂车主要集中在富荷挂车公司及其它四个较大挂车制造企业生产，其产量占全国总产量的85%。欧洲的专用汽车主要是重型专用汽车，且绝大多数产品为不同规格尺寸和不同承载量的低货台货车、挂车和半挂车，最多的是适宜运输建筑机械的最大总质量为30 t或40 t的低货台货车。欧洲的大部分专用汽车生产厂家集中在德国（原西德），1979年原西德挂车产量达15.1万辆，占载货车产量的51%，占专用汽车产量的87%。原苏联自1966年以来，汽车工业有较大的发展，但货车在总产量中的比例却在下降（50年代占81%，60年代占69%，80年代占35%），不过专用汽车在货车保有量中的比例却逐年上升（50年代占5%，60年代占27%，70年代占42%，80年代占44.9%)3。综上所述，近年来，世界各国都大力发展专用汽车生产，致力于专用汽车的研究，扩大汽车使用范围，以利于各种货物的运输国外主要工业发达国家的专用汽车社会保有量占载货汽车保有量的比率都在50%以上（50%-70%）。1.2.2 我国专用汽车的现状及发展趋势我国专用汽车的生产是从60年代初开始，在军用改装车辆、消防改装汽车的基础上逐步发展起来。70年代，一些专用汽车生产厂根据国民经济各部门的不同需要，形成了自己的产品特色，逐步成为某一门类专业汽车生产的骨干企业。如生产半挂车的汉阳特种汽车制造厂、生产粉罐汽车的武汉专用汽车厂、生产冷藏汽车的镇江冷藏汽车厂等。80年代，随着国民经济的发展，专用汽车得到了较大的发展，在汽车行业中形成了独立的专用汽车行业。我国的专用汽车行业经历了近30年的发展，已具有一定的规模；特别是1983年以后的10年，专用汽车的发展一直保待较高的速度，年平均增长率在24%以上。1992年的产量达到17.22万辆，约占当年载重汽车产量的26%4。目前，我国专用汽车生产厂家大致可分四类：一是生产基本型汽车的主机厂，从1992年统计的专用汽车产量看，主机厂（实际是汽车集团、公司下设的分公司或分厂）生产的专用车已占专用汽车总产量的53%，这个比率正在增长；二是专用汽车的专业生产厂，在主机厂提供的汽车底盘上进行改装，这是目前我国专用汽车生产的主要形式，其产量约占45%；三是非专业生产厂，如客车、航天、航空、造船及军工厂等在生产其它产品同时，也生产专用汽车；四是一些部门的修理厂，根据用户需要也改装少量专用车。1.3 研究本课题的目的和意义我国自卸汽车生产始于20世纪60年代初，经过40多年的发展，尤其是在20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以下基本形成完整的专用汽车系列，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。自卸汽车生产企业无论是在数量上还是在质量上都得到了空前的发展，全国生产和改装汽车的企业由最初不足10家发展到1989年的114家，到1998年的724家，占全国汽车生产企业的86.4%，其中改装车厂631家，主机（整车制造）厂93家。专用汽车企业的性质和生产模式也都发生较大改变。由原有分散的中、小型国有企业，通过联合、兼并、重组、民营等手段形成了企业的集团化、大型化。以前“小而全”的生产格局也不复存在，自卸汽车的生产模式将朝着单一种类、系列化、多品种的专业化模式发展。国外自卸汽车生产始于20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；随着使用范围的不断扩大、用户要求的不断提高，自卸汽车正朝者多品种、系列化、小批量的方向发展；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。1.4 自卸车的概述自卸汽车又称翻斗车，它是依靠自身动力驱动液压举升机构，使货箱具有自动倾卸货物功能与复位功能的一种重要专用汽车。自卸汽车主要运输砂、石、土、垃圾、建材、煤、矿石、粮食和农产品等散装并可散堆的货物。其最大优点是实现了卸货的机械化，从而提高卸货效率，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与普及，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。随着国际经济的发展，自卸车其中以后倾式应用最广。货箱升高后倾式适用于货物堆集、变换货位和往高处卸货的场合。底卸式与三面倾卸式用于少数特殊场合。当车道狭窄与卸货方向变换困难场合，对于侧倾式自卸车来说是最适合的，这种侧倾式要比后倾式应用的场合要多，而且可以进行间歇式卸货，避免了货物过多造成不必要的损失。由于三侧倾式汽车具有诸多的特点和能够满足广大用户的特殊需求，由此我决定对三侧倾式自卸汽车进行设计，这样不但能使社会机械化程度提高而且对汽车工业的发展也有一定的促进作用。1.4.1 自卸车分类1、按用途分类一般按用途分为两大类：一类属于公路运输的普通自卸车；另一类属于非公路运输的重型自卸车，主要用于矿区装卸作业与大中型土建工程。2、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（4t8t）；重型自卸车（大于8t）。3、按传动类型分类可分为机械传动、液压机械传动和电传动三种类型。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。4、按倾卸机构分类分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、双缸式、多级式等。杠杆式又可细分为杠杆前置式、杠杆后置式和杠杆中置式等。5、按车厢结构分类按栏板结构分一面开启式、三面开启式与无后栏板式（簸箕式）。按底板横断面形状分矩形式、船底式和弧底式。6、按卸货方式分类有后倾式、侧倾式、三面倾卸式、底卸式以及货箱升高后倾式等多种形式。本章小结本章主要介绍了自卸车的国内外的发展状况及发展形式，还有自卸车的分类形式。对自卸车进行了初步的介绍。第2章 自卸车主体设计2.1 总体设计方案确定设计一辆载重量为5吨的三翻式自卸车，设计主要包括以下几个关键部分：1、汽车底盘，自卸车的底盘拟选用EQ3116GJ二类底盘。底盘的好坏对最后自卸车的性能有直接的影响，所以选好底盘非常重要；2、自卸车的车厢，因为是三侧倾式的，所以设计的车厢要能达到三侧翻的目的，选择的材料要满足强度的需要，车厢的容积要符合我们载重量的要求；3、举升机构，举升机构的设计要根据空间的大小、倾卸的方向和要达到的倾卸角度来设计，充分考虑到结构约束、机构传动性约束和油压特性约束；4、铰接机构，铰接机构在运输和倾卸过程中要保证安全，在行驶过程中不能意外打开，在倾卸过程中不能发生干涉，设计过程中要保证足够的强度，满足倾卸的要求；5、液压系统，液压系统要保证为车厢侧翻提供足够的举升力，并且力不能过大，不能对车厢底部造成破坏。液压系统的动力来源可以选用取力器。取力器的取力来源有很多种，常见的是变速箱取力，还有发动机取力、离合器取力、传动轴取力等，根据需要在合适的位置取力。液压系统还要有液压泵、液压阀、油箱和液压油缸等。液压缸的选择我们可以通过最大举升力和油缸行程来选取，在选取过程中还要考虑到空间结构的影响，油缸活塞头有球头式和锁销式两种。当选择球头式的时候我们还要设计球头座，确定球头的安装位置。当选择锁销式活塞头的时候，我们要设计铰接座和选择销轴。在设计液压油缸铰支座时，要在副车架上装有横梁。然后将其安装到横梁上去。具体位置在设计过程中决定；6、附属装置，当需要时还要有一些附属的装置。例如，双侧倾式自卸车车厢底架与副车架之间的固定方式在举升时应是活动的，这样才能使车厢双方向倾卸，但是在汽车行驶时车厢就应该是固定的，怎样判断是否固定，这就需要有相应的装置来保证。还有需要高强度的部分还要安装加强筋或者加强板。由于本车辆可用于城市街道的建设，所以在运输物料时，在物料上面应该有苫布以保证在运输过程中不能将东西散落于街道，造成污染。这样在车厢上就要设计用来挂苫布的挂钩。还要给苫布留有安装位置，初步定在驾驶室上挡板下侧。根据选用的二类底盘进行三翻式自卸车的设计，使其具有三侧倾斜货物的功能。2.2 二类底盘的选择汽车底盘通常是指除车身以外的其余部分。在车架上安装好发动机系统、传动系统、行走系统、悬架系统以及转向和制动系统等。在选择底盘时，一般是按经济效益来考虑的，比如：底盘的价格、装载质量、超载能力、百公里油耗、养路费等。除此之外，用户还要考虑底盘车架上平面离地高度。该数值越大整车重心越高，越容易造成翻车。影响该数值的因素主要是轮胎直径、悬挂的布置和主车架截面高度。 专用车辆所采用的基本底盘按结构组成可分为二、三、四类底盘。根据整车的结构的需要，本设计采用了二类底盘，它是从基本整车上去掉货箱装置而形成的。目前，几乎80%以上的专用车辆均采用二类地盘进行改装设计，其设计时要注意货箱和工作装置的设计，而且还要对其进行适应性分析和必要的强度校核。2.2.1 汽车底盘总成的满足要求1、适用性对于专用改装车的总成应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计。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平衡。3、先进性所选用的底盘或总成，应使用整车在动力性、经济性、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中很大的部分，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的占有市场、企业能否增加效益等问题；二是汽车底盘供货要有来源。东风车EQ3116GJ适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求，工作可靠，出现故障的几率少，零部件有足够的强度和寿命。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都能达到同类车型的先进水平，安装、检查保养和维修方便，结构紧凑，价格也比较便宜，市场拥有量多，适合各种吨位的车型。经过全面的考虑，选择EQ3116G型载货车汽的二类底盘作为本设计自卸车的底盘，在此基础上进行改装设计。其主要参数如表21所示。表21 EQ3116G汽车底盘参数底盘型号EQ3116GJ驱动型式42满载轴荷分配（前/后）（kg）3568/7532轴距(mm)3800轮距（前/中/后）(mm)1800/1740前悬/后悬(mm)1155/2000接近角/离去角()28/50最小离地间隙(mm)265总质量(kg)11520满载质量(kg)5000最高车速(km/h)88最大爬坡度24%发动机型号6BT型式四冲程直列六缸缸径行程(mm)102114压缩比6.75额定转速下功率（KW/r/min）118/2800最大扭矩（Nm/r/min）583/12001400最低燃油消耗率(g/KWh)306百公里油耗(L/100km)202.3 车厢的设计车厢是用于装载和倾卸货物，一般是由前栏板、左右侧栏板、后栏板和底板等组成。它对自卸汽车的质量利用系数影响很大，对其使用寿命也有一定的影响。自卸汽车车厢的基本结构形状有平底式、船底式、尾部上翘的半簸箕式和全长上翘簸箕式四种。其中侧倾式自卸车主要用平底式车厢，箱体的前后板固定，左右栏板的上部采用铰链活动固定可以展开为展翼状。在设计车厢时其载重量拟定为5吨，为了算出车厢质量，首先确定车厢的体积。2.3.1 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：车厢底板选热轧钢板（GB/T 7091988）厚度4.0mm；车厢侧板和后板选热轧钢板（GB/T 7091988）厚度3.0mm；车厢的前板选热轧钢板（GB/T 7091988）厚度10.0mm。车厢立柱的作用是固定侧板和后板使车厢成为一个厢式结构。车厢立柱选热轧扁钢（GB7041988）：宽度为80mm，厚度为63mm。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2.1所示。 长边 短边 厚度 外圆弧半径图2.1 矩形冷弯空心型钢2.3.2 估算车厢质量车厢质量对后面的设计相当重要，一是根据其选取液压缸（位置与最大承受压力），二是确定车厢位置来分配轴荷。车厢底架所选矩形冷弯空心型钢的数据如表22所示。1、车厢侧板结构如图2.2所示。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 7071988），其截面型式如图2.3所示。所选的热轧槽钢的尺寸规格如表23所示。侧厢板质量的计算：表22 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M504033.775604034.245904047.338906048.594注：表中理论重量是按密度为7.85g/cm3计算。图2.2 车厢侧板结构图 高度 腿宽 腰厚 平均腿厚 内圆弧半径 腿端圆弧半径图2.3 热轧槽钢截面图表23 热轧槽钢的尺寸规格（GB/T 7071988）型号h(mm)b(mm)d(mm)t(mm)r(mm)r1(mm)理论重量M550374.57.07.03.55.438加强肋质量的计算：斜肋长度=509.15总长度L=9549.15加强肋质量钢板质量侧厢板总质量2、车厢后板结构型式图2.4 车厢后板结构图车厢后厢板质量的计算：（结构形式如图2.4所示）加强肋质量的计算：长度 质量钢板质量后厢板总质量3、车厢前厢板质量的计算加强肋质量的计算：长度 质量钢板质量前厢板总质量4、车厢底架与底板的结构型式车厢底架与底板总质量的计算：（结构形式如图2.5所示）两根长梁质量四周矩形管质量两根长梁之间的短梁质量其它十根短梁质量图2.5车厢底架结构图底板质量总质量为： 5、车厢立柱质量的计算立柱长度立柱质量根据以上各厢板的质量算出车厢总质量为：2.4 副车架的设计为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷。同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架(副梁)过渡。在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定的要求。副车架承受来自车厢的自重、物料重，装载时的瞬间冲击力，行驶在不平道路上的随机颠簸力、卸载时的冲击力。副车架承受弯曲、剪切及起共同作用下的复杂力。所以对副车架的要求就非常高，在选材与校核上更应该加以慎重。2.4.1 副车架的形状、尺寸及材料的选定副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用槽形结构，其截面形状尺寸取决于自卸车的型式及其承受载荷的大小。副车架的材料采用16Mn板材压制的型钢经铆接和焊接而成。为了避免由于副车架刚度的突然改变而引起的汽车车架纵梁的应力集中，副梁前端形式采用U形过渡方式。其尺寸形状如图2.6所示：l=(1.01.2)Hh=(0.60.7)H图2.6 U形过度方式副车架主架主要由两个纵梁六个横梁组成。两个纵梁的材料和尺寸：槽钢、，其截面型式如图2.3所示。两个铰接横梁材料：外径为102mm普通钢管（GB/T 173951998）。其余四个梁材料：热轧槽钢型号为10，其截面型式参照图2.3尺寸规格如表24所示。副车架的结构如图2.7所示。表24 热轧槽钢的尺寸规格（GB/T 173951988）型号h(mm)b(mm)d(mm)t(mm)r(mm)r1(mm)理论重量M10100485.38.58.54.210.0072.4.2 副车架铰接横梁的校核对副车架的两根横梁进行受力分析，只要考虑两根梁受力最大时满足要求即可。当车厢翻转450时铰接横梁受力最大，车厢整体重量落在副车架的两根横梁的一端，其受力形式如图2.8所示。1、受力分析两个梁受力 （21）图2.7 副车架结构图图2.8 副车架横梁的受力分析图一个梁受力 （22） （23）由（22）和（23）得：由静力平衡，对A点求力矩得：（已知条件：， ，） （24）由（24）得：所以2、作剪力图和弯矩图（如图2.9所示）图2.9 剪力图和弯矩图3、应力校核从图上梁上所受的最大弯矩作用在梁上的最大应力： 材料为16Mn的钢管许用应力12 许用应力所以梁的强度符合要求。另外在副车架横梁和副车架纵梁焊接处加装了加强板，可以有效的增加了结合强度。2.5 副车架与车架的安装方式副车架与车架之间有20的缓冲垫。缓冲垫常选用木质、橡胶、聚合材料等。缓冲垫不仅能衰弱冲击，使载荷分布更均匀，也使副梁避开车架铆钉头等高起物。副车架在车架上固定时，副梁的前端应尽可能向前伸，副梁前端越靠近驾驶室越好，有利于改善该处的受力情况。止推连接板上端通过焊接与副梁固定，而下端则利用螺栓与车架纵梁腹板相连接。止推连接板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副梁与车架纵梁产生相对水平移动。相邻两止推连接板之间的距离在5001000mm范围内。2.5.1 止推连接板的设计和校核止推连接板的布置方式是一侧两个，结构如图2.10所示。止推连接板的材料为：Q235号钢：（材料的屈服极限）。：1、当车厢举升540时副车架所受的水平力如图2.8所示。 （25） （26）由公式（27）和（28）得：因为每侧有2个止推连接板，所以平均每个止推连接板受力为：2、松联接螺栓轴向载荷许用拉应力： （27）通过查询机械设计手册选择了M24型的GB/T 57822000的角头螺栓，螺母选GB/T 61702000的M24螺母。图2.10 止推连接板的结构1-副车架；2-止推连接板；3-主车架纵梁2.6 举升机构的设计自卸汽车举升机构又称倾卸机构，包括车箱、车厢板锁紧机构、液压举升系统和举升连杆等组成。其作用是将车厢倾斜一定的角度，使车厢中的货物自动倾卸下来，然后再使车厢降落到车架上。2.6.1 自卸汽车举升机构的结构形式根据举升液压缸与车厢的连接形式的不同，分为直推式举升机构和连杆式举升机构两大类。自卸汽车对举升机构的设计要求如下：1、利用举升机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与主车架间的空间；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；4、在最大举升角时，车厢后板下垂最低点与地面保持一定斜货高度。1、油缸直推式直推式举升机构的举升液压缸直接作用在车厢底架上，示意图如图2.11所示。图2.11单缸直推式倾卸机构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。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。示意图如图2.12所示：直推式与杆系组合式两大类倾卸机构各项性能比较祥见表25从以上几种方案分析中可以看到直推式和杆系倾卸式具有的共同特点是均采用液压作为举升动力。 不同的是直推式是利用油缸直接举升车厢实现起倾卸，油缸推动力直接作用在车厢上，不需要杆系作用；而杆系倾卸式的倾卸机构由连杆、三角架或推杆等组成。不同的倾卸机构的布置和组成也不相同，但他们都具有举升平顺，举升刚度好，使油缸行程成倍增大，可采用结构简单、密封性好、易于加工的单缸，布置灵活多样等优点。图2.12俯冲式杆系倾卸机构表25 直推式与杆系倾卸式的比较项目直推式杆系倾卸式结构布置简便,易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性多级缸，加工精度高，工艺性差单级缸，制造简便，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，工作寿命较短不易损坏，工作寿命较长制造成本较高较低系统倾卸稳定性较差较好系统耐冲击性较好较差2.6.2 针对双侧倾式自卸车选择举升形式和设计通过之前的介绍与比较，适合双侧倾式自卸车两面倾卸的机构有：双缸直推式倾卸机构、单缸直推式倾卸机构、油缸前推连杆组合式倾卸机构。但是由于双缸直推式倾卸机构的油缸由前后两组四个液压油缸组成，当一组油缸同时运动时很难达到同步，容易产生干涉现象，而且对液压缸的要求较高，对油路的控制也比较复杂。油缸前推连杆组合式倾卸机构的油缸行程大，偏摆角大，而且应用于车厢两面倾卸时举升力不一样，一边由于举升过快而容易发生侧翻现象，另一边由于举升过慢造成时间的浪费，对自卸车的装卸效率有所影响，这样就限制了它特有的功能，满足不了双侧倾式自卸车的要求，所以从多方面考虑我选择了单缸直推式倾卸机构。如图3.13所示。举升机构是自卸汽车上的重要工作系统之一，其设计质量直接影响自卸汽车的使用能。而对于举升机构的设计，国内设计单位通常采用传统的“类比作图试凑法”。这种方法工作量大，效率低，而且设计出的举升机构往往存在许多不合理的因素，影响自卸汽车举升性能，对自卸汽车产品的系列化不利。因此，要想获得具有良好工作性能，就必须从根本上改进设计手段和方法。该双侧倾式自卸车的举升机构采用的是直推式的，要考虑到以下因素：伸缩油缸的总节数和举升机构的油缸直径。举升机构各铰点的位置、构件尺寸等应满足自卸汽车的有关参数要求，并且不与底盘上各部件发生干涉，本身各构件之间也无运动干涉图2.13直推式举升机构工作示意图首先，为保证机构进行有效的动力传递，举升过程的传动角应不小于许用传动角。由于举升质量阻力矩随着举升角度的增加而逐渐减小，因此可不要求传动角在整个举升过程中都不小于同一许用角，仅需对举升初始位置时的传动角如图217所示BAC和BCA（或与它们相对应的补角）加以限制即可。其次，举升过程中应保证BCA0，该角度在举升终了时达到最小值，故只需对其终值进行约束。该角度约束的具体值可通过逐步试算进行确定。基于以上分析以下是我们对举升机构进行设计。伸缩油缸的总节数的确定：初估伸缩油缸的单节伸缩工作行程。由设计的已知条件知： ，如图2.14所示。图2.14举升机构起始与终了位置简图图2.15直推式举升机构工作示意图如图2.15所示，根据余弦定理可知：L=-L1 （28）在式中：OA=2114 = =2110 代入式： L=L=1594 .88 根据L=1594.88选取油缸型号为5QTGD140L1600其五级行程分别为:2.7 液压系统的设计液压系统是完成倾卸过程中最主要的部分。自卸汽车的液压系统由三部分组成: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。其工作原理如下：液压原理参见图2.16所示:1、准备：使自卸车处于驻车制动状态，并将变速器置于空挡。启动发动机，然后踩离合器结合取力器使油泵进入工作状态。此时液压油经油泵、单向阀流回油箱；2、举升：扳动手柄使三位四通阀的油路接通，此时从油泵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；3、保持：控制手柄使三位四通阀的油路关闭，并切断取力器停止油泵工作。此时压力油被三位四通阀锁死在油缸内。可按需要使货厢处于任意举升位置保持；4、降落：分缓慢降落与快速降落。将手柄推至一定位置，回油路仅部分打开，实现车厢缓慢降落。若将手柄推到底，则回油路被全部打开，油缸下腔油液向油箱快速回油。图2.16液压原理图2.7.1 液压缸的选取与计算作为液压系统执行元件的油缸分为活塞式和浮柱式两类。活塞式均为单向作用，其缸体长度大而伸缩长度小、使用油压低（一般不超过14Mpa）。浮柱式为多级伸缩式油缸，一般有2-5个伸缩节，其结构紧凑，并且有短而粗、伸缩长度大、使用油压高（可达35Mpa），易于安装布置等优点。浮柱式油缸又分为单向作用式与双向作用式。双向作用式用油压辅助车厢降落，因此工作平稳、降落速度快。直推式倾卸机构多采用单作用多级油缸；而杆系组合式倾卸机构多采用单作用单级油缸。本次设计中为了达到倾卸的高度和对举升过程的控制，采用的是双作用多级油缸。1、油缸直径的确定油缸选型主要依据自卸车翻倾机构所需的最大举升力以及最大举升角。最大举升力N （29）式中：系统效率，通常按=0.8； 液压系统额定工作压力，这里。2、油缸工作行程的确定通过前面求得：L=1600mm 根据L=1600mm选取油缸型号5QTG-140X320该油缸的实际工作压力（210）液压缸的基本数据如表26所示。表26 5QTG-140X320型液压缸的相关参数参数型号L1L2L3L4L5额定压力总行程5QTG-140X320140mm320mm320mm320mm320mm320mm16Mpa1600mm2.7.2 液压泵的选型计算自卸车常用的油泵分为齿轮泵和柱塞泵两种。齿轮泵多为外啮合式，在相同体积下齿轮泵比柱塞泵流量大但油压低。柱塞泵最大特点是油压高（油压范围1635Mpa），且在最低转速下仍能产生全油压，故可缩短举升时间。中型自卸车上多采用齿轮泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等。重型自卸车常采用柱塞泵。液压缸工作容积计算： （211）油泵流量： （212）式中：t举升时间，s，一般要求t20s ； 液压泵容积效率=0.850. 9。取力器速比：举升时发动机工作转速油泵转速 （213）油泵每转流量q： （214）根据以上计算结果，选取CB-D70型齿轮油泵，其性能参数如下：额定流量58.9（实需流量）额定压力8.16（实际使用油压）额定转速1500(实际转速)CB-D70型齿轮油泵性能参数如表27所示：表 27油泵的性能参数型号流量额定压力最高压力额定转速最高转速额定效率驱动功率重量CB-D7065.9210Mpa14Mpa1800r/min2400r/min91%43.2kw16.5kg2.7.3 油箱容积与管路内径计算1、油箱容积的计算油箱容积根据油箱公称容量系列（GB2876-81）选取油箱容量为40L。倍 2、管路内径的计算 高压管路的内径 低压管路的内径 式中：油泵理论流量，； 高压管路中油的流速，； 低压管路中油的流速，。根据管路计算结果选用型号19-150内径公称尺寸为19mm、工作压力为15Mpa、最小弯曲半径为300mm的两层钢丝编织胶管作为高压管，管接头形式为A型扣压式(JB 1885-77)；低压回油管则选用38-50内径公称尺寸为38mm、工作压力为5Mpa、最小弯曲半径为500mm的一层钢丝编织胶管（HG 4-40675）。液压油冬季选用柴油机油8号，夏季选用11号柴油机油。2.7.4 其它液压阀的选型详见表25。表 25 液压阀选型名称公称通径额定流量压力调整范围螺纹连接单向顺序阀20mm50L/min5070kg/cm2XD1F-L20F低压溢流阀20mm100L/min510 kg/cm2XF-L20B卸荷溢流阀20mm100L/min40160 kg/cm2HY-Hb202.7.5 取力器的选择取力器是汽车的一种专用的动力输出装置，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。常用的取力方式可分为发动机取力、变速器取力、传动轴取力和分动器取力四种取力方式。由于我们选择的底盘的变速箱侧面上留有取力器连接口，而且考虑到传动行程短等因素，确定取力方式为变速箱取力。取力原理如图2.17所示。图2.17 变速器II轴取力方案1-发动机；2-离合器；3-变速器；4-取力器；5-油泵取力器实质上是一种单级变速器。其基本参数有取力器总速比、额定输出转矩、输出轴旋向以及结构质量等。其中CA1091系列汽车取力器有PT012/252、PT012/263、PT012/264、PT012/273等30几种型号。其总速比有1.06、0.892、1.253、1.199等多种配比。其额定输出扭矩有210Nm、170Nm、100Nm和392Nm等6。通过之前分析可以看出，选用总速比i=0.892的取力器要求的发动机转速1338r/min，处于发动机最大扭距时的转速范围（373/12001400）Nm/r/min之内。如选其它总速比时则不满足。因此，可以得出结论:确定取力器的总速比为0.892，型号为PT012/273的取力器，其输出旋向与发动机旋向相反。本章小结本章进行了二类底盘的选择，确定了所采用的车型的基本参数，并对二类底盘和总成进行了适用性、可靠性、先进性和方便性分析，确定满足这些条件后在此车型的基础上进行了双侧倾式自卸车车厢的设计和车厢质量的计算，副车架的设计和其与主车架的固定方式的确定，举升机构的设计和液压系统的设计等，并对部分计算进行了校核，结果都满足了相应要求。第3章 自卸车附件设计3.1 铰接装置的设计设计思路是由铰接环、吊耳、销轴来组成铰接装置。环的一端通过焊接安装在副车架横梁的端面处，另外在车厢横梁上装有吊耳，吊耳和环用活动的销轴铰接，车厢就可以通过这样的装置来完成侧翻21。车厢的两侧都装有这样的装置，当车厢向一侧翻转时，将另一侧的销轴通过操纵机构拔来完成侧翻。这样机械式的铰接机构虽然有点复杂，但是它保证了较高的安全系数，有数据显示，当自卸车发生交通事故的时候，70%都是由于铰接装置的意外打开而造成的，我们设计的铰接机构就避免了这样事故的发生。充分体现了以人本的设计理念。3.1.1 铰接环的设计环的材料我们选择的是外径为54mm的圆管，其位置是过盈配合在距外径为102mm圆管式横梁端部为60mm的半径相同的圆孔内。其结构如图3.1所示。图3.1铰接环的结构图3.1.2 销轴的选择在车厢与副车架的铰接处用到了销轴，下面对销轴进行选择和计算：根据结构可知销主要受剪切应力。通过之前的求解可知：因为 =4F/Zd2p，p=80Mpa =4G/2d280 Mpad（4G/280）1/2所以选择标准销GB/T 702-2004 422353.1.3 车厢底部吊耳的设计吊耳的材料：钢板Q235，厚度为40mm，具体形状、尺寸如图3.2所示。图3.2吊耳的结构图3.2 液压缸铰支座与球铰部分设计液压缸铰支座是将液压缸固定在副车架横梁上的装置，通过铰支座可以使得液压缸的位置在副车架以下，为液压缸提供了更大的空间，有利于液压缸的布置。选材：钢板Q235，厚度30mm。加工形状如图3.3所示。球铰装置的安装方式为与副梁焊接，与车厢底板接触并焊接，这样在很大举升力的情况下，唯一的失效形式为球铰受力板被挤溃，但是由于其两边由横梁焊接固定，另两边为与底板焊接固定，使得其挤溃时扩张空间受到限制，再加上受力板的厚度大，所以很难发生挤溃现象。图3.3液压缸铰支座的结构图3.3 侧厢板自动开启机构的设计自卸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，锁启机构自动将车厢锁住。为了不发生运动干涉，本设计采用手动锁止机构如图3.4所示：图3.4车厢锁止机构3.4 导向装置的设计导向装置安装在副车架的横梁与纵梁的交接处，与副车架的连接关系为焊接。之所以安装导向装置是因为当车厢在倾卸后的下落过程中，只有铰点控制车厢的前后摆动，这样不但加大对铰点的破坏还可能在纵向上产生一定的位移，使车厢在下落后另一侧的铰接处无法穿销固定。设计导向机构的目的就是为了使车厢在下降过程中沿预定的导向装置下落，这样就限制了车厢的前后位移，解决了上述可能出现的问题。在副车架上一共安装了四组这样的装置，每个相交处设置一组，这样可以满足三侧翻转时的导向需要。导向装置超过副车架以上的高度不能过高，因为上面车厢横梁高9cm，如果超过9cm就会破坏车厢地板，所以导向装置的高度定为8cm。其结构如图3.5所示：图3.5车厢导向机构本章小结自卸车的其他附件虽然不像举升机构和液压系统那么重要，但是它们对其功能的正常进行起到了保证作用，同时有一些附件并不能缺少，这样人类的生命安全才有了可靠性保证，人们才能在这样的环境下安心地工作。其中这些附件包括铰接装置、液压缸铰支座、车厢板锁启机构和导向装置等，在本章都进行了设计，并保证其能够正常工作。第4章 三翻式自卸车基本性能参数的计算专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一，最基本的性能参数计算包括动力性、燃料经济性和稳定性的计算。4.1 发动机的外特性（1）知道发动机的最大输出功率、最大输出转