毕业设计（论文）-高位自卸车机构设计（全套图纸）.pdf

哈尔滨工业大学 华德应用技术学院 毕业设计(论文) 高位自卸车机构设计 所 在 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指 导 老 师 年 月 日 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 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、举升机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 举升机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。 关键字：自卸汽车，总体布置设计，举升机构 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 Abstract This paper firstly truck design features as well as the domestic and foreign development status of related. Then, from the compartment, the design of lifting mechanism of the design aspects of the overall design of Hongyan dumper. Based on several common lifting mechanism to analyze and compare, then choose one as high dump truck design final plan, then according to the schemes are analyzed and calculated. Finally carried on the verification and validation of the results obtained, the correctness and rationality of the design. Key Words: Dump truck, general layout design, lifting mechanism 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 目 录 摘 要 . II Abstract. III 目 录 . IV 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 本课题的研究内容 . 2 第 2 章 课题总体设计 . 3 2.1 总体布置原则 . 3 2.2 车厢的设计 . 4 2.2.1 自卸汽车车厢的结构形式 . 4 2.2.2 车厢的设计规范及尺寸确定 . 5 2.3 举升机构的设计 . 6 2.3.1 举升机构形式的选择 . 6 2.3.2 直接推动式举升机构 . 6 2.3.3 连杆组合式举升机构 . 7 2.4 高位自卸车的两种机构形式 . 9 2.5 高位自卸车机构中三种液压缸布置方式的分析比较 . 10 2.5.1 问题的提出 . 10 2.5.2 三种方案的分析和比较 . 10 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 2.6 总体方案确定及总体设计 . 12 第 3 章 主要部分分析计算 . 13 3.1 实例分析 . 13 3.1.1 高位自卸车的结构简化 . 13 3.1.2 机构受力分析 . 14 3.2 剪叉臂长度及液压缸安装位置的确定 . 17 3.3 强度校核 . 19 3.3.1 剪叉臂的强度校核 . 19 3.3.2 液压缸底架固定横梁的强度校核 . 22 3.4 轴的强度校核 . 24 3.4.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核 . 25 3.4.2 液压缸缸体尾部销轴的强度校核 . 25 3.4.3 液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 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。举升机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。液动举升机构是工程自卸车常用的一种举升机构，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 220 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 e m 分为：轻型自卸汽车 ()1.5 e mt 2 1 ，这时要把台面升起所需要液压缸提供的推力就会比前两 种布置的推力小很多。虽然液压缸推动支架的力臂随着台面的升起而增大幅度没有方案 二的快，即使所需的液压缸的推力减小更平缓。然而，同时液压缸的行程增加也比较平 缓，最终所需要的液压缸行程也不会很大，布置液压缸的空间也是足够的。因此，在稍 微增加了液压缸推力的同时获得了更多的优点。 图 2-3 方案一 图 2-4 方案二 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 图 2-5 方案三 综上所述，方案三是高位自卸车设计的最佳方案（如图 2- 5 所示） 。 2.6 总体方案确定及总体设计 由于该课题研究的自卸车是高位自卸车，各前述列举的方案是一般的自卸车方案。 由 2.5.2 可知，高位自卸车的最佳总体方案为：机构二形式和液压缸布置三的方式 相结合。 总体结构示意图如图 2-6 所示 图 2-6 总体机构示意图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 第 3 章 主要部分分析计算 3.1 实例分析 整车整备质量是指汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工 具、备胎等所有装置的质量。参考同类普通自卸汽车的整车整备质量，在此 基础上在增加车厢升高装置的质量，便可估算高位自卸汽车的整车整备质 量。 所选 CQ1113T6F23G461 车底盘的整备质量为 4080kg,因为在本次设计选 用的车厢尺寸有较大，为 31001700550，取为 4500kg；再加上双级剪式 举升机构约 500kg。即高位自卸汽车整车整备质量为： 50005004500 0 =+=mkg 总质量ma的计算公式为 52103705000=+=+= pea mmmkg 式中 mp乘员质量（kg） ，按每人 70kg 计。 改装后高位自卸汽车最大轴载质量的分配应基本接近原车底盘轴载要 求。又由于车厢升高的同时，其质心向后移，因此该高位自卸汽车的整车质 心位置可比同类普通自卸汽车的质量略向前移。 3.1.1 高位自卸车的结构简化 机构的简化结构如图 3-1 所示 图 3-1 液压机构的简化结构 机构 b、d 点为固定铰支座，a、c 两点分别可沿机构底架轨道及工作台下方轨道水 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 平移动，a、c 两点采用同样的支撑结构时，其摩擦阻力系数皆为f。aed，ceb 杆件长度 皆为L，且设为无重杆件，e 铰接点位于上述两杆件的中点。fg 为液压缸推力的作用线， 其一端与底架铰接于 f 点，另一端与 aed 杆铰接于 g 点。aed，ceb 与水平面得夹角为， fg 线与水平面得夹角为，且gde=。机构面与所载工件重量合为G，其作用线距 b 点为P，显然，现在机构升降过程中P值不变。 3.1.2 机构受力分析 1.以整体作为研究对象，如图 3-2 所示 图 3-2 整体受力分析图 将2/G分解到 a、b 两端，则有 cos2 L PG Fay=.(3.1) cos cos 2L PLG Fby =.(3.2) cos2L GPf fFF ayax =.(3.3) cos2L GPf FF axbx =.(3.4) fFF cycx = .(3.5) 式中： ax Fa 点所受水平方向上的力； ay Fa 点所受竖直方向上的力； bx Fb 点所受水平方向上的力； by Fb 点所受竖直方向上的力； cx Fc 点所受水平方向上的力； cy Fc 点所受竖直方向上的力。 2.分别以 aed 及 ceb 杆为研究对象，如图 3-2 和图 3-3 所示 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 图 3-2 aed 杆受力分析图 图 3-3 ceb 杆受力分析图 列平衡方程式，有 当 d 点力矩平衡，即0= M d 时，则 0cossincos 2 sin 2 )sin(cos 2 )cos(sin 2 11 =+ + LFLF L F L Fl T l T ayaxey ex . (3.6) 当 b 点力矩平衡，即0= M b 时，则 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 0cos sincos 2 sin 2 =+ + LF LF L F L F cy cxeyex .(3.7) 又 aed 及 ceb 杆的水平与竖直方向受力平衡，即有0 =X和= 0Y， 当0 =X时，有 0cos 2 =+ axexdx FF T F.(3.8) 0= excxbx FFF.(3.9) 当= 0Y时，有 0cos 2 =+ ayeydy FF T F.(3.10) 0= byeycy FFF.(3.11) 整理解得： )sin()cossin( sin2cos 1 2 + + = fl GLfGL T.(3.12) 【静态时： )sin( cos 1 + = l GL T 】 )cossin(2 cos + = fL GLGP Fcy.(3.13) )cossin(2 cos + = fL LP GffFF cycx .(3.14) )cossin(cos2 cossin 2 + + = fL LPf GfFex.(3.15) )cossin(cos2 cossincos2cos2sin 2 + + = fL LfLPPf GFey.(3.16) cos 2 T FFF exaxdx =.(3.17) sin 2 T FFF eyaydy =.(3.18) 式中： T液压缸的推力； dx Fd 点所受水平方向上的力； 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 dy Fd 点所受竖直方向上的力； ex Fe 点所受水平方向上的力； ey Fe 点所受竖直方向上的力。 3.确定角与角的函数关系 角与角的几何关系见图 3-1 )cos( )sin( tan 12 1 + + = ll l 即 )cos( )sin( arctan 12 1 + + = ll l .(3.19) 4.受力分析结论 （1）各铰点处的受力（包括油缸推力）与载荷G成正比； （2） ax F、 ay F、 bx F、 cx F、 cy F、 dx F值随值的增大而增大，在l值确定时，这些力 又与P值成正比;而 by F、 dy F值随值的增大而减小，在l值确定时，它们随P值得减小 而增大； （3）在计算油缸推力T时，动态值比静态值增大了 )sin()cossin( sin2 1 +fl GPf ； （4）油缸的推力T与 1 l值成反比； （5）力 dx F、 dy F随T值的增大而增大。 3.2 剪叉臂长度及液压缸安装位置的确定 1.剪叉臂的长度确定 机构的运动原理如图 3-4 所示 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 图 3-4 机构的运动原理图 为了使工作台面下降至最低位置时滚轮不至于脱离滑道，剪叉臂的长度L应该比底 座的长度 b 小一些，一般可取 bL)9 . 08 . 0(=.(3.20) 由设计参数可知：mma2200=，mmh850。 初选底座长度mmb1500=， 系数为 0.8，则根据式(3.20)可得剪叉臂的长度mmL1200=。 2.液压缸安装位置的确定 由图 3-4 可知 sinLh =.(3.21) 则 maxmax sinLh= minmin sinLh= 所以，56667 . 0 1500 850 sin max max = L h 即 o 5 . 34 max 而 0 min = 初选 o 20= ，mml300 1= ，mml540 2 =,NG5500=,mmP600=，01. 0=f。 而液压机构的有效垂直升降高度h为 )sin(sin minmaxminmax =Lhhh.(3.22) 根据 dgf ，液压缸上下交接点 g、f 的距离 S（即液压缸的瞬时长度）为 )cos(2 21 2 2 2 1 +=l lllS.(3.23) 液压缸两交接点之间的最大距离和最小距离分别为 )cos(2 max21 2 2 2 1max +=l lllS )cos(2 min21 2 2 2 1min +=l lllS 设液压缸的有效行程为S，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最小值时，柱塞 不抵到液压缸缸底，并考虑液压缸结构尺寸 1 K和 2 K（如图 3-6 所示） ，一般应取 SKKS+ 21min .(3.24) 同样，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最大值时，柱塞不会脱离液压缸中的导 向套，一般应取 SKKS+2 21max .(3.25) 式（3.24）和式（3.25）中的 1 K和 2 K根据液压缸的具体结构决定。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计 图 3-6 液压缸结构尺寸 3.3 强度校核 整个机构，受力较大的零部件有内剪叉臂，液压缸的支撑横梁，销轴等，所以进行 校核时，只需对这些受力较大的零件校核即可。 3.3.1 剪叉臂的强度校核 由图 3- 9 和图 3- 10 可知，内剪叉臂 aed 受力要远大大于外剪叉臂 bec，所以这里只 校核外臂。外剪叉臂受力如图 3- 1 所示。又由图 4- 8 可知，的角度越小，则推力T 的 值越大。若T 取最大值时满足强度要求，则该剪叉臂即满足强度要求。当机构在最低位 置时，的值最小，即T 值最大。参照图 3- 1，剪叉臂所受的力都与剪叉臂有一定的夹 角，为方便受力分析，将所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式 子： cossin 1cxcyc FFF=.(7.1) sincos 2cxcyc FFF+=.(7.2) cossin 1exeye FFF+=.(7.3) sincos 2exeye FFF=.(7.4) )cos( 2 1 += T Fg.(7.5) )sin( 2 2 += T F