毕业设计（论文）-高位自卸车毕业设计.doc

哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 I 摘 要 高位自卸汽车是专用自卸汽车一种，高位自卸汽车主要用于运输散装 并可以散堆的货物（如沙、土、以及农作物等） ，还可用于运输成件的货 物，主要服务于建材厂、矿山、工地等。高位自卸汽车主要装备有车厢举 升和倾卸机构，使用方便，运输效率高，具有高度机动性和卸货机械化的 特点。 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 5t 的高位自卸汽车的总体 设计方案，进行了其举升机构、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；剪式举升机构 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 II 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 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 III 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 1 目 录 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 2 第 1 章 绪 论 1.1 研究本课题的目的和意义 随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益 增高，作为汽车大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多 样的型式；大、重吨位的自卸车所占的比例的将进一步增大。因 此对现有的各型自卸汽车进行改装设计是非常必要的，尤其在当今 节约型社会具有很重要的现实意义。 目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下， 卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较 高些，目前的自 卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸 汽车，使它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。 未来是节约型社会、智能化时代；因此未来的自卸汽车主要是 偏重自卸举升机构的创新与智能化，并且具有节约能耗的特点。 1.2 国内外高位自卸汽车的发展概况 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 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 3 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。 高位自卸车作为自卸车家族的重要组成，多品种、小批量也是 其一大特点。高位自卸汽车生产的另一个特点是零部件专业化生产， 大部分专用汽车厂实际是一个总装厂。其产品按结构分工或组织专 业化协作生产如自卸车油缸，副车架等均有个专业厂集中生产。 目前，高位自卸汽车的市场占有量还很小，但随着我国经济的发 展，各种大型项目的实施，高位自卸汽车的市场需求量会逐渐增大， 可以预见，在今后一段时间内市场需求将得不到满足。 1.3 高位自卸汽车分类 自卸汽车按其承载质量的大小可分为超重型、重型、中型以及轻 型；按其外形尺寸、总质及能否在公路上行驶，又可分为非公路用 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 4 自卸汽车和公路用自卸汽车。超重型自卸汽车的外部宽度都大于 2.5m，每轴载荷质量都远大于13t，就属于非公路用自卸汽车。按 其车厢卸货方向的不同，还可以分为后卸式、侧卸式以及三面卸式 等。 专用自卸汽车是在普通自卸汽车的基础上增设特定的机构来实现 自己的功能，以达到特定的目的。普通自卸车，其卸货方式为散装 货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较 高处或使货物堆积得较高些，就难以满足要求。为此需设计一种专 用自卸汽车 高位自卸汽车，它是装备有车厢高位举升和倾卸机构 两套装置，能将车厢举升到一定高度后倾卸物料的自卸汽车，适合 于高货台卸货。其外形如图1.1 所示。 所谓高位自卸汽车是指在普通自卸汽车的基础上安装一个特殊装 置，该装置能够将车厢举升到一定高度，车辆在这一高度卸货。高 位自卸汽车的高位倾卸动作循环方 式有两种：其一，首先将处于原 始水平位置车厢平移举升到一定高 度，保持位置不变，再将车厢倾 卸一定角度卸货。卸货完毕，车厢 恢复高位水平位置，最后平移 下 降到原始位置。其二，按上述程序， 车厢高位倾卸后，车 厢的两 种复 位动作（即角度复位和平移下降复 位）同步进行。 高位自卸汽车的专用装置由举 升机构、倾卸机构和液压系统两大部分组 成。其中举升机构作用是将车厢平移举升到某一预定的高度，从而 实现在该高度进行高 位卸货。目前为止有剪式、L 型、平行四边 形等多种举升机构。 倾卸 机构的作用是使倾斜一定的角度，使车厢 中的货物自动卸下， 然后 再使车厢降落到车架上。它的主要结构型 图 1.1 高位自卸汽车 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 5 式有直推式倾斜机 构、连 杆式倾斜机构两种。而液压举升系统 作 用产生液压能，实 现举升 机构倾翻的动力源；其结构组成有液压泵、 控制阀、限位 阀、举升 液压缸等。液压泵由取力器驱动，取力器的 动力来源于 汽车底盘； 控制阀改变液压系统回路，由驾驶员在驾驶 室中操纵；限位阀限制车厢的最大倾角。大多设在液压缸内，当车 辆升至预定的角度时，限位阀起作用，限制车厢继续倾斜；举升液 压缸将液压能转变为推动车厢的机械能的直接执行部件。 举升和倾卸机构是自卸汽车的重要工作系统，其设计质量直接影 响自卸汽车的使用性能。随着自卸汽车产品技术的发展，它们的结 构型式也不断增多。若能将不同类型的机构按其各自的特点配备到 与之相适应的自卸汽车则无论是高位自卸汽车的工作性能，还是机 构的使用效率，都会得到很大的改善。因此如何选择合适的举升和 倾卸机构，成为高位自卸汽车设计中的首要问题。 高位自卸汽车上现在广泛采用液压倾卸机构。根据油缸与车厢底板 的连接方式，常用的倾卸机构可以分为直接推动式和连杆组合式两 大类。油缸直接作用在车厢底板上的倾卸机构称为直接推动式倾卸 机构，简称直推式倾卸机构。按倾卸点在车厢底板下表面的位置， 该类机构又可分为油缸中置和油缸前置两种型式。前者油缸支在车 厢中部，油缸行程较小，油缸的举升力较大，多采用双缸双柱式油 缸。后者的油缸支在车厢前部，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油缸。 1.4 高位自卸汽车发展方向与前景 随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益 增高，作为汽车大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多 样的型式； 2008 年的北京奥运会和2010 上海世博会都将拉动对自 卸汽车的需求，而且大、重吨位的自卸车所占的比例也将进一步增 大。西部大开发，将促进西部地区专用汽车市场的有效增长，西部 地区基础设施建设投资达7000 亿， 10 年内将修建公路35 万公 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 6 里。专用汽车有着较大的市场发展空间。诸如“西气东输 ” 、 “西 电东送 ” 、 “南水北调 ” 、青藏铁路及国内几条高速公路建设等大型 项目的正式启动，给专用汽车市场特别是重型专用汽车市场注入了 巨大活力。任何大工程的启动都需要工程机械的参与，高位自卸汽 车将会在这些大型舞台里扮演重要的角色。 为使高位自卸汽车能够在不同工况下圆满的完成工作的需求，经 过调查、研究，我国高位自卸汽车的品种开发还应从以下方面努力： 进一步发展和完善中型高位自卸汽车；进一步开发自动机械装卸机 构，以适应农业等部门的需求；进一步提高高位自卸汽车的技术含 量以追求其高附加值等。 1.5 本次设计的主要内容 本设计的目标是设计一种载重5t 的高位自卸汽车，其性能参 数与所选底盘车接近。高位自卸汽车是装备有车厢高位举升机构和 倾卸机构两套装置的载货自卸汽车。因此本设计主要研究的内容有： 车厢高位举升机构的设计计算、车厢倾卸机构的设计计算、液压传 动装置 选型，并进行二类底盘的选择、主要参数数据齐备、进行二 类底盘选型分析、产生具有实践意义的选型总结；然后进行车辆的 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。 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 7 第 2 章 高位自卸汽车底盘的选择与计算 2.1 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。 1.1.1底盘型号的选定 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46t 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 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 8 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 选择红岩 CQ1113T6F23G461 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 2. .1 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 表 2 2. .2 2 底盘技术参数列表 车型CQ1113T6F23G461 驾驶室最高点距车架上翼 面距离（mm） 2056 汽车底盘长（mm）8208驾驶室后围距前轴（mm）508 轴距（mm）4600外气管距前轴距离（mm）752 车架有效长度 （mm） 5578 车架上平面离地高度（满 载）（mm） 1007 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 9 车架外宽（mm）780底盘整备质量（kg）4080 推荐货物重心 （mm） 890底盘轴荷前轴/后轴（kg） 1680/ 2400 车辆前悬/车架后悬 （mm） 1548/1800底盘最大承载质量（kg）7320 汽车底盘总高 （mm） 3060 厂定最大设计总质量 （kg） 1140 0 2.2 基本尺寸参数的确定 高位自卸汽车与普通自卸汽车一样，都是在二类底盘的基础上进 行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，从而保 证其整车性能参数与原车基本保持不变。常见二类底盘机构如图2.1 所示。 2.3 质量参数的确定 2.3.1 额定装载质量m me e 高位自卸汽车是在普通自卸汽车的基础多加了一套举升和倾卸装 图 2.1 CQ1113T6F23G461 底盘结构 A-轴距 D-驾驶室最高点到车架上表面距离 H-底盘总高 J-后悬 K-底盘有效长 L-底盘总长Y-推荐载物重心 U-前悬 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 10 置，所以其装载质量要比普通自卸汽车小，根据 CQ1113T6F23G461 车底盘最大承载质量为7320kg，所以初定额定 装载质量为 5000kg。 2.3.2 整车整备质量m m0 0 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48002000640，因此整车 整备质量相对有所增加，取为5000kg；再加上双级剪式举升机构 约 450kg。即高位自卸汽车整车整备质量为： kg54504505000 0 m 2.3.3 总质量m ma a 总质量ma的计算公式为 kg1064536554505000 0 pea mmmm 式中mp乘员质量（ kg） ，按每人 65kg 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。 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 11 第 3 章 高位自卸汽车结构 方案分析 高位自卸汽车装备有车厢高位举升机构和车厢倾卸机构两套装置， 它能将车厢平移举升到一定高度后倾卸货物。 对高位自卸汽车进行改装设计是，一般应满足以下设计要求： a 具有一般自卸汽车的功能； b 在举升过程中可在任意高度停留卸货； c 举升和翻转机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间， 后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面； d 能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高 度； e 在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开；卸货完毕，车厢恢 复水平状态，后厢门也随之可靠关闭； f 为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移，为保证车厢的 稳定性，其最大后移量amax不得超过 1.2a； g 结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。 表 3 3. .1 1 参考数据 单位 : :m mm m 车厢尺寸 （LWH） 车厢最大升 程 Smax 车厢最 大后移 量 a 额定装 载质量 W（kg ） 驾驶室与 车厢的距 离 Lt 车厢下表 面与车架 上表面的 距离 Hd 480020006401200180015025050003006501000 40002000640120018001802805000300450800 39002000640100015002003504800300450600 39001800630150020002003204500280400500 38001800630150019502003004000280380470 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 12 3.1 高位自卸汽车的举升机构的设计与分析 在高位自卸车改装设计中对举升升高机构设计要求如下： （1）能将满载货物 (5t)的车厢在比较水平的状态下平稳地举 升到一定高度； （2）在卸货过程中要保证汽车具有足够的稳定性； （3）在举升过程中可在任意高度停留卸货。 (a) (b) 图 3.1 高位自卸汽车示意图 a-高位自卸汽车静止状态 b-高位自卸汽车卸货状态 3.1.1 平行四边形举升机构 采用平行四边形的车厢举升装 置的自卸汽车如图3.2 所示， 其结构示意图如图3.3 所示。它 利用油缸OE驱动平行四边ABCD 组成的连杆机构，即可实现车厢 的平 移升降，但在升降过程中， 车厢的纵向位移比较明显。事实 上该车就是在普通自卸汽车的基 础上加装了平行四边形举升装置， 适合于高台卸货或车辆之间装图 3.2 平行四边形举升机构示意 图 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 13 图 3.4 L 型双缸直推式举升机构 卸货物。 平行四边形举升装置的优点有： （1）能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好； （2）液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量; （3）结构简单，易于加工、安装和维修。 平行四边形举升装置的缺点是：车厢上移时，其后移量很大，为了 保证车厢举升到最大高度时，其最大后移量不超过设计要求，需将 杆 AD、BC 做的很长，甚至大大超过了车厢的长度，在稳定性和较 小后移量上很难两全，因此，在工程实际中利用较少。 图 3.3 平行四边形举升机构示意图 3.1.2 L 型举升机构 L 型高位自卸汽车是一种常见的高位自卸汽车，如图3.4 所 示。图 3.5 所示为车厢举升机构示意图，L 形杆BDE一端与铰链 B相联（铰链B通过竖直杆固定在车架上） ，一端与车厢底部的铰 链E相联，同时其上绞接一液压油缸2，液压油缸另一端与车厢底 部的铰链相联。 举升时，液压油缸1 伸长，推动 L 形杆BCD绕铰链B逆时针 转过角度 ，使 E 端上升；与此同时，液压缸 2 也联动工作，使 车厢也转过角度 ，从而使车厢在上升过程中保持水平。随着 BCD杆的转动，E点后移，同时带动车厢后移，当E点与B点等 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 14 高时，后移量达到最大。 L 型高位自卸汽车的举升机构的优点有： （1）该机构充分利用了车厢前面的空间，使车厢底部的机构变 得简单； （2）该机构克服了后移量过大的缺点，机构的尺寸也较小。 L 型高位自卸汽车的举升机构的缺点有： （1）该机构最大的缺点在于车厢全部重量均有L 形杆BAI承 担，由于IC很长，所以BAI受到很大的扭矩作用。这就对L 形 杆的强度提出很高要求，同时也限制了车厢的装载量； （2）液压缸 1 和液压缸 2 需要联动工作才能保证车厢的水平， 使控制机构复杂。 图 3.5L 型双缸直推式举升机构示意图 3.1.3 单级剪式举升机构 单级剪式举升机构是一种很常见的 机械举升，在许多领域都得到了广泛 的应用。采用单级剪式机构车厢举升 装置的自卸汽车如图3.6 所示。如图 3.7(a)所示该举升机构是由 长度相等 的两杆AC和BD彼此铰接于E点； AC杆的A端与水平的液压油缸 拉杆 铰接，并可在滑槽内移动；BD杆的 图 3.6 单级剪式举升机构高位自卸车 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 15 B端与车厢底部为滑动铰接。当液压 油缸拉杆右移时，车厢上升， 同时向后移动；液压油缸拉杆左移 时，车厢下降，同时向前移动 （图 3.7(b)为液压缸垂直安 放） 。 采用此种布置时，在举升后会使CD的距离较小，影响了车厢 工作时的稳定性，特别是在车厢翻转卸货时，这种影响尤为显著。 为了消除这种影响，将E取为两杆的中点，同时，为了使车厢在上 移时能够逐渐后移，需要将C点换成滑动铰接，而D点换成固定 铰接（如图 3.8 所示）。 此时，由于E取为两杆的中，所以在车厢上移过程中，A与 D，B与 C始终在一条直线上；同时由于液压油缸的作用，拉动A点向后 移动，因此，D点也随之向后移动使整个车厢也向后移动。 (a) (b) 图 3.7 单级剪式举升机构示意图 a-油缸水平放置 b-油缸垂直放置 该剪式举升机构的优点有： （1）结构简单，紧凑； （2）机构的受力情况较好，汽车工作稳定性容易得到保证； （3）能够很好的协调车厢上移与后移量之间的关系，满足工作 要求。 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 16 这种剪式机构的缺点是液压缸水平布置时，在举升初始阶段，传 动角较小，不利于工作。 根据以上缺点，可以将液压缸 改为竖直布置的形式如图3.7(b) 所示；另外还可将A、B两点互 换，使A点固定连接，而B点滑 动连接。改进后的剪式机构优点是 将液压缸竖直布置后，可以很好 的解决举升机构传动角过小的问题， 而且，它也具有，结构简单紧凑等 优点，更改连接方式以后，在整个举升过程中车厢无后移量。此结 构在实际生产中应用比较广泛。 但是它的缺点跟它的优点一样明显， 要实现较大的传动角，那么液 压缸的推程就需要很大，甚至多级举 升都不易实现，而且 车厢不举 升时，能供液压油缸布置的地方较小。 为此，可以将液压缸改为斜向布置，即液压缸布置在剪叉机构 的右侧，如图3.9 所示。将液压缸布置在右侧，不但可以很好的就 解决机构传动角小的问题，而且结构紧凑，所用液压缸的活塞推力 也较小，因此可以选用直径较小的液压油缸但具有与上面同样缺点， 油缸推程较大，但它可供布置的地方较大，布置更灵活。这样的布 置结构虽然很好的解决了上述有关空间和传动角的问题，但是在要 求车厢被举升到较高高度时，它所需要的AEC杆和BED杆的长度 将很大，而且此时液压缸的行程也会变得更大。 图 3.8 单级剪式举升机构示意图 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 17 3.1.4 多级剪式举升机构 多级剪式机构是在单级剪式机构的上面再叠加相似的剪式结构， 通常有两级或三级甚至更多；但应用在自卸汽车上的举升机构不大 于三级。利用多级剪式举升机构可以将车厢垂直举升到相当高的高 度， 如图 3.10 所示为双 级剪市式机构高位自卸汽车。图 3.11 所 示为双级式举升机构的几种结构示意图。 这种机构的油缸作用点布置十分灵活，而且在需要举升高度 较大的情况下能够有效减小油缸的行程。该举升机构具有单级剪式 举升机构的绝大部分优点；但因为是多级举升，所以举升装置较为 复杂，而且会升高汽车的重心位置，剪叉臂相对较短，因此一般只 应用于举升高度要求较高的时候。 3.1.5 举升机构的方案的选定 综合上述各举升机构结构的特点以及结合本次改装设计车厢举 升高度的要求，选择双级剪式举升机构作为该自卸汽车的举升机构； 又因为考虑到车厢起始高度和油缸布置空间的限制，所以采用油缸 水平下置的形式，如图3.11(d)所示。经调查研究发现：在实际操 作的过程中很难控制两缸同步工作，而且双缸布置所需要的空间相 对较大；所以本次设计采用单缸的形式。 图 3.9 单级剪式举升机构示意图图 3.10 双级剪式举升机构示意图 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 18 (a) (b) (c) (d) a.油箱倾斜中置 b. 油箱垂直安置c. 油箱水平中置d.油箱水平安置 3.2 高位自卸汽车倾卸机构的设计与分析 高位自卸汽车改装对倾卸机构的设计要求如下： （1）利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢 底部与托架大梁间的空间； （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。 现代自卸汽车倾卸机构主要分为两大类：直推式和连杆式，它 们均采用液压作为倾卸动力。倾卸机构主要由倾卸杆系机构、车 图 3.11 单级剪式举升机构示意图 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 19 厢和副车架组成。其功能是承载物料，并在液压系统的驱动下完成 倾卸动作。 3.2.1 杠杆平衡式倾卸机构 杠杆平衡式倾卸机构示意图如图3.12 所示，该机构具有结构 紧凑，横向刚度比较好，举升时转动圆滑平顺，杆系受力比较小， 举升过程中油缸的摆动角度很小，油缸的行程也比较短等优点。但 因为机构集中在车后部，车厢底板受力大，给车身的整体布局带 来一定的困难，而且，在推杆推动车厢翻转时，车厢倾翻轴支架的 水平间内力非常大，因此，对材料的要求比较高。 3.2.2 单缸直推式倾卸机构 单油缸直推式倾卸机构的示意图如图3.13 所示，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。 3.2.3 油缸前推连杆组合式倾卸机构 油缸前推连杆组合式倾卸机构的示意图如图 3.14 所示 ，这 种机构横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺，三脚架推动车厢举升 时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均 图 3.13 单缸直推式倾卸机构示意 图 图 3.14 油缸前推连杆组合式倾卸机构 示意图 图 3.15 杆系倾卸机构 图 3.12 杠杆平衡式倾卸机构 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 20 匀。 但是油缸在车厢翻转过程中摆动角度较大，且活塞行程稍大。 3.2.4 油缸后推连杆组合式倾卸机构 油缸后推连杆组合式倾卸机构的示意图如图3.16 所示，该 机构结构比较紧凑，横向刚度较好，油缸的推程小，举升时转动圆 滑平顺且布置容易；但举升力系数大，举升臂较大。油缸后推连杆 组合式倾卸结构广泛应用在中轻吨位的自卸汽车上。另外，在改变 三角臂的相对尺寸后可以得到连杆放大式机构；经改进后的结构， 油缸的举升力更小但其需要的布置空间也相对较大。 3.2.5 倾卸机构方案的选定 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，它们均采用液压作为举 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， 图 3.16 油缸后推连杆组合式倾卸机构示意图 图 3.14 油缸前推连杆组合式倾卸机构 图 3.15 杆系倾卸机构 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 21 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。 根据上述各种倾卸机构的对比分析，以及本次高位自卸汽车的改 装设计装载质量和车厢最大倾斜角的要求，最终选择油缸后推连杆 组合式倾卸机构。 3.3 车厢后拦板开合机构的设计与分析 高位自卸汽车改装对车厢后拦板开合机构的设计要求如下： （1）在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，并且车厢与托 架表面的夹角与后拦板与车厢夹角相等； （2）卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。 3.3.1 自转开合机构 自转开合机构结构示意图如 图 3.17 所示，这种方案是最容易 想到的，因为设计要求中提到在 车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动 打开，卸货完毕，车厢恢复水平 状态，后厢门也随之可靠关闭。 所以在本设计中，当车厢翻转 的时候后厢门是完全依靠自重下垂 的，在车厢倾斜卸货的时候，后箱门是可以随之打开的，当车厢恢 复水平的时候，后箱门也可以自动的依靠重力而随之关闭。另外， 为了保持在后箱门关闭后，不会因为其他的情况而再次打开，须在 车厢的底部设计了一个倒锁， 它在后箱门关闭后会自动工作把后箱 门锁死。 该设计方案的最大优点就是结构简单，容易实现，思路也比较清 晰。缺点是该机构在后拦板开启之后就不能再对后拦板的位置进行 控制了，这样后拦板就可能会在空中左右晃动。 为了防止货物散落，与其配置了锁止机构，其设计如 图 图 3.17 自转开合机构 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 22 3.18 所示，车厢固定锁将车门自动夹紧在车厢上，以防止车厢在汽 车空载行驶时因颠簸而上下跳动，其工作原理是：滚轮1 的支座 焊接在车厢 7 上，车厢 倾斜 时， 货物重力使 固定锁滚轮 1 脱离 固 定锁压板 2，迫使压板 2 连同联接在它上面的带四角形凸轮的转轴 一起围绕销 3 沿顺时针方向旋转 。当车厢复位时，后箱门在自重和 惯性力的作用下，使 固定锁滚轮 1 进入 固定锁压板 2，迫使压板 2 连同联接在它上面的带四角形凸轮的转轴一起围绕销3 沿顺时 针方向旋转 ，利用凸轮压迫橡胶块所产生的反力将滚子夹紧，使车 厢与 后箱门 保持 紧密 可靠 。 1-滚轮 2-压板 3-销 4-橡胶块 5-后箱门 6-车厢 3.4 总体机构设计方案的确定 综合上述高位 自卸汽车的各主要机构的选定方案，最终所得到 的整车装配结构如图3.19 所示 。 图 3.18 锁止机构 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 23 1-二类底盘 2-举升液压缸 3-倾卸液压缸 4-倾卸三角臂 5-车厢 6-后厢门开合机构 7-托架 8-剪式举升臂 9-副车架 图 3.19 高位自卸车整车总装示意图 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 24 第 4 章 高位举升机构的设计计算 双级剪式举升机构是一种相对举升位置更高的升高机构，它由 相等的八根剪叉臂组成（车厢两侧各四根）。 如图 4.1 所示，臂AE、CE、BD、BF均相等，剪叉臂AE和BF 通过H点铰接，臂BD和CE通过G点铰接，臂AE和CE通过E点 铰接，臂BD和BF通过B点铰接；F点与副车架铰接，C点与托 架铰接；铰接点A在液压缸N的作用下能够在水平滑槽中移动，另 外铰接点D也能水平移动，且与A点的运动方向相反。由于点A 和D的移动，从而车厢在垂直面内升降并伴随有少量水平位移。 4.1 高位举升机构的运动分析 在车厢举升过程中油缸以一定的速度推动滑快A向后移动， A点的速度为A；由于A点的水平移动带动双级剪式机构运动， 从而使得BFA发生变化 ，即由初始位置的0变为 1=0+；因为剪式机构的运动带动点D同时向上和向前移动， 所以台面 DF 在整个过程中向上向后移动（为货物的高位倾斜做准备） 。其中点B和点 H 的瞬时速度分别为B和H；点D的水平和垂 图 4.1 双级剪式举升机构简图 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 25 直速度分别为Dx和Dy；车厢支撑台面的水平和垂直平移速度分 别为X和Y。 杆BF上B点、 H 点的瞬时转动中心都为F点，从而可求得 （取车厢移动的方向为正方向，即水平向右和垂直向上为正向）， 其运动简图如图4.2 所示。 B点的运动速度B： lVB （4- 00 sinsinlVV BBX 1） （4- 00 coscoslVV BBY 2） 点H分别相对于点A、F以相同的角速度转动，其中点A 又以速度A水平移动 ,而点F静止不动，于是可得： H点相对于点F的运动速度HF： lVHF 2 1 （4- 0 sin 2 1 lV X HF 3） 图 4.2 双级剪式举升机构运动分析简图 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 26 （4- 0 cos 2 1 lV Y HF 4） H点相对于点A以角速度运动的速度HA： lVV AHA 2 1 （4- 0 sin 2 1 lVV AHAX 5） （4- 0 cos 2 1 lV Y HA 6） 则点H的水平和垂直速度和: X H V Y H V （4- AHFHAH VVVV XXX 7） （4- 0 coslVVV YYY HFHAH 8） 且， XX HAHF VV YY HFHA VV 则： （4- 0 sin2lVV X HFA 9） D点相对于B点以角速度转动，则D点速度: D V lVV BD （4- 0 sinlVV XX BD 10） （4- 0 coslVV YY BD 11）将式（ 4-1） 、 （4-2）代入上式 可得： 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 27 （4- 0 cos22 0 lVV V YY X BD D 12） D点的升降速度与车厢支撑台面的升降速度一致，因此台面上 升速度Y： （4- 0 cos2lVV Y DY 13） 由于等臂双级剪式机构的运动特点点A、B、C始终在一条 垂直线上，同样点D、E、F也始终在同一铅垂线上。从上述计算中 可以发现，在车厢被举升的整个过程中，点D、E、F没有发生位 移，即D、E、F三点只在垂直方向上有位移；那么车厢在举升过程 中的水平移动量只取决于点A的水平移动量，则台面的水平运动速 度： X V AX VV 又因为滑快A由油缸 直接水平推动，所以油缸活塞的运 动速度： 塞 V 0 sinlVV A塞 则： （4- 0 tan 2 1 Y VV塞 14） （4- 0 cot2 塞 VVY 15） （4- 0 1 sin l V塞 16） 哈哈尔滨尔滨工工业业大学大学华华德德应应用技用技术术学院学院毕业设计毕业设计 28 4.2 高位举升机构的动力分