（机械工程专业论文）60吨矿用汽车总体设计.pdf

摘要摘要矿用汽车总体设计与其它车辆的总体设计流程基本一样，只是6 0 吨矿用汽车属于特种车辆，总体设计过程还有不同于其它车辆的特点。矿用汽车工作环境差、自重和载重较大，在结构设计时候，要特别注意车辆的承载性、功能性、结构复杂性、节油环保性等性能；制动稳定性、法律法规等方面也会比较复杂。矿用车的自身重量较大，其惯性也会很大，加上矿用车自卸车的重心较高，制动时仍需要有较大的制动力，制动稳定性也不易确定。总体设计过程中，设计者不仅需要关心机构总成布置的合理性和产品的技术先进性，还需要慎重考虑产品的性价比和与其他竞争对手的差异化，以增强该产品的市场竞争力。总体设计在产品开发的各个阶段都起着关键性的作用，它的进展和成果直接影响着整个产品的开发和结果，对产品开发的成败起着决定性作用。另外，总体设计需要设计者具有较强的组织管理能力和筛选信息的能力，还需要有丰富的经验，通过对这些资料的整理分析，参照相同类型车辆的整体布置方案的设计流程和设计方法，根据用户所提要求，先画出该矿车的整体布置草图，然后确定整车主要参数，主要包括总体尺寸参数、质量参数和性能参数。尺寸参数进一步确定整体布置图的细节，质量参数整合优化空满载时前后轴轴荷分配和整车质量利用系数，性能参数主要用来衡量整车动力性。这些参数的确定是为了概念目标值，在后期的零部件选择和总体布置设计时，为了使设计值更加合理更加准确，会有一定修改。通过计算选定了合适发动机、悬架和轮胎，设计性能优越的车架车身，对与总布置草图不一致的地方稍作修改，达到前后一致。总布置设计完成以后，需要对其进行整体运动校核，以免发生干涉现象。最后通过燃油经济性和尾气治理来讨论该车的应用经济性。事实上，矿用车的总体设计的内容不仅仅是上文提到的几项，车辆是一个复杂系统，由许多子系统组成，把这些子系统达到优化统一是一项非常复杂的工作。本文所做的只是冰山一角，一己之见，希望能有投砾引珠之功。关键词：矿用汽车总体设计整体布置图应用经济性a b s t r a c ta b s t r a c tt h eo v e r a l ld e s i g np r o c e s so ft h em i n i n gt r u c ki sn e a r l yt h es a m ea so t h e rt r u c k s ，o n l y6 0t o n sm i n i n gt r u c ki ss p e c i a lv e h i c l e ，h a si t so w nc h a r a c t e r i s t i c s a st h em i n i n gc a rh a sap o o rw o r k i n ge n v i r o n m e n t ，l a r g ew e i g h ta n dl o a d ，i nt h es t r u c t u r a ld e s i g nt i m e ，w em u s tp a ys p e c i a la t t e n t i o nt ot h et r u c k sc a r r y i n gr e s i s t a n c e ，f u n c t i o n ,s t r u c t u r a lc o m p l e x i t y , f u e l e f f i c i e n t ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n ds oo n ；b r a k i n gs t a b i l i t y , l a w sa n dr e g u l a t i o n s ，a n do t h e ra s p e c t sw i l lb em o r ec o m p l e x t h em i n i n gt r u c kw i l lh a v eab i gi n e r t i af o ri t sb i gw e i g h ta n dl o a d ，a n dn e e dl a r g e rb r a k i n gf o r c et ok e e ps t e a d yf o ri t sh i g h e rc e n t e ro fg r a v i t ye v e nr u n n i n gi nal o ws p e e d i no r d e rt oe n h a n c et h em a r k e tc o m p e t i t i v e n e s so ft h ep r o d u c t ，d e s i g n e r sn o to n l yn e e dt oc a r ea b o u tt h er a t i o n a l i t yo ft h eb o d ya s s e m b l yl a y o u ta n dt h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yo ft h ep r o d u c t s ，a n da l s on e e dt oc a r e f u l l yc o n s i d e rt h ep r o d u c tp r i c ea n dt h ed i f f e r e n c e 谢t ht h eo t h e rc o m p e t i t o r si nt h eo v e r a l ld e s i g np r o c e s s t h eo v e r a l ld e s i g np l a y sak e yr o l ei ni nv a r i o u ss t a g e so fp r o d u c td e v e l o p m e n t ，i t sp r o g r e s sa n dr e s u l t sh a v ead i r e c ti m p a c to nt h ee n t i r ep r o d u c td e v e l o p m e n ta n dd e c i d et h er e s u l t so ft h es u c c e s so rf a i l u r eo fp r o d u c td e v e l o p m e n t i na d d i t i o n ，t h eo v e r a l ld e s i g nr e q u i r e st h ed e s i g n e rh a sas t r o n go r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n tc a p a b i l i t i e sa n dt h ea b i l i t yt of i l t e ri n f o r m a t i o n ，b u ta l s ot h ee x t e n s i v ee x p e r i e n c e d r a wu pt h eo v e r a l ll a y o u ts k e t c ho ft h em i n ec a rt h r o u g ha n a l y z i n gt h e s ed a t a ,r e f e r r i n gt ot h eo v e r a l ll a y o u to ft h ep r o g r a md e s i g np r o c e s sa n dd e s i g nm e t h o d o l o g yo ft h es a m et y p e so fv e h i c l e s ，a n dt h eu s e rr e q u i r e m e n t s t h e n ，d e t e r m i n et h ev e h i c l em a i np a r a m e t e r s ，i n c l u d i n go v e r a l ls i z ep a r a m e t e r s ，q u a l i t yp a r a m e t e r sa n dp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s t h es i z ep a r a m e t e rf u r t h e rd e f i n et h ed e t a i l so ft h eo v e r a l ll a y o u t ，q u a l i t yp a r a m e t e r si n t e g r a t eo p t i m i z et h ee m p t yl o a do ft h ef r o n ta n dr e a ra x l el o a dd i s t r i b u t i o na n dt h eq u a l i t yo fv e h i c l eu t i l i z a t i o n ,p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sa r eu s e dt om e a s u r et h ev e h i c l ep o w e r t h i sp a r a m e t e rd e t e r m i n e st h ec o n c e p tt a r g e t ，t h e r ew i l lb es o m ec h a n g e si nt h el a t e rp a r t ss e l e c t i o na n dt h eo v e r a l ll a y o u td e s i g n ，s ot h a tt h ed e s i g nv a l u ei sm o r er e a s o n a b l ea n dm o r es e l e c tt h er i g h te n g i n e ，s u s p e n s i o na n dt i r eb yc a l c u l a t i n g ，d e s i g np e r f o r m a n c es u p e r i o rf r a m eb o d 乳s l i g h t l ym o d i f yi n c o n s i s t e n c i e sw i t ht h eg e n e r a la r r a n g e m e n ts k e t c h ，i no r d e rt oa c h i e v em o r ec o n s i s t e n c y a f t e rt h ec o m p l e t i o no ft h eg e n e r a ll a y o u t ，c h e c kt h eo v e r a l lm o v e m e n ti no r d e rt oa v o i di n t e r f e r e n c e f i n a l l y , d i s c u s st h ea p p l i c a t i o no fe c o n o m yo ft h ec a l t h r o u g ht h et r u c k sf u e le c o n o m ya n de x h a u s tg a st r e a t m e n t i nf a c t ，t h ed e s i g no ft h e o v e r a l ll a y o u to ft h em i n ec a l i sn o tt h ea b o v e - m e n t i o n e ds e v e r a la s p e c t s ，t h e r es t i l ll o t so fw o r kt od o b e c a u s ev e h i c l ei sas y s t e m ，c o m p o s e do fm a n ys u b s y s t e m s ，o p t i m i z i n ga n du n i f y i n gt h e s es u b s y s t e m si sav e r yc o m p l e xt a s k t h i sa r t i c l ei so n l yt h et i po ft h ei c e b e r g ，m yo w np r e j u d i c e s ，a n dih o p ei tc a nh a v es o m ei n i t i a t i o n k e yw o r d ：t h em i n i n gt r u c k ，t h eo v e r a l ld e s i g n , t h eo v e r a l ll a y o u t , a p p l i c a t i o ne c o n o m yi i il绪论1绪论1 1矿用汽车的基本类型矿用汽车是一种应用于露天矿开采的主要完成短途运输土石方、矿石的大型工程机械。矿用汽车工作环境恶劣，我国北方地区的一些煤矿、加拿大北部寒冷地带的矿场，冬季温度都在零下4 0 。c 以下；矿用汽车体型巨大，载重和功率都很大，矿用汽车一般都是载重几十吨甚至几百吨。矿用汽车按照车厢结构的不同可以分为刚性侧卸式( 图1 1 a ) 、刚性后卸式( 图1 1 b ) 、铰接式( 图1 2 ) 和整体底卸式( 图1 3 ) ；按照传动方式的不同可以分为机械传动式( 图1 1 b ) 和电传动式( 图1 4 ) 。a )图1 1 刚性侧卸和后卸矿用汽车b )图1 2 铰接式矿用汽车图1 3 整体底卸式矿用汽车1 4 电传动式矿用汽车侧翻式与后翻式矿用汽车相似，只是倾卸方式不同，这种车辆主要运用于运输矿场中的土石方、原矿料等，载重大，结构简单，坚固耐用，使用方便，运输量大。整体底卸式主要运用于运煤车上。铰接式矿用汽车指的是驾驶室与车体之间是通过铰接和摆动环连接起来的，摆动环的存在允许车架相独立于车1 绪论体而转动，车辆在凹凸不图平的道路上行驶时，所有车轮都能着地，以保证车辆的行驶平顺性和减轻轮胎的负荷率，铰接处的前后车架可达到4 5 。的转向角，从而可以减小最小转弯半径，提高车辆的转弯通过性口1 。机械传动式矿用汽车一般是通过液力变矩器进行传递动力，但是大功率的液力变矩设备的研制比较困难，1 0 0 吨以上的大吨位矿用汽车几乎都是电动轮汽车。1 2 矿用汽车现状与发展趋势1 2 1国外发展现状1 9 3 7 年，美国的一个矿山首次使用自卸汽车运输，这也是矿用车的雏形。矿用自卸汽车的发展历史，大致可以分为四个时期乜儿3 3 试用期、探索期、发展期和稳定期。1试用期二十世纪四十年代，汽车运输方式开始出现在一些矿山中，这个时期的自卸汽车载重较小，只有2 0 吨左右，并且其结构与一般的运输车辆区别不大，仅仅是为了满足承载而加强了底盘和加装倾卸机构。2 探索期二十世纪五十年代，汽车运输的优越性已经慢慢显露出来，许多矿山逐渐开始采用汽车运输。矿用汽车需求量迅速增加，许多公司开始研究开发适用于这种场合的汽车，载重吨位也有所增加，汽车的机构形式和总体布置也开始出现适宜于矿山使用的要求和特点。3 发展期二十世纪六十年代，随着经济的发展，矿山规模迅速扩大，矿用自卸汽车的需求量也相应的有很大的提高，对矿用汽车的质量、性能、载重等方面都提出了更高的要求。有些厂家开始专一生产矿用汽车，总产量、载重吨位都有很大的上升。4 稳定期从七十年代开始，世界矿业增长趋势基本稳定，矿用自卸车的生产已经到了供过于求的状态，一些结构技术数后、性能较差的车辆逐渐被淘汰。矿用自卸车形成了从3 0 吨级到1 5 4 吨级的完整系列，个别厂家生产1 2 两种1 8 0 _ 2 3 021 绪论吨级的车型。1 2 2 国内发展现状我国矿用汽车行业1 4 j 形成的比较晚，起源于2 0世纪6 0 年代末7 0 年代初，刚开始时设计的车辆吨位较低，如天津试制的载重1 5 t ( t j 3 6 0 型) ，北京试制的载重2 0 t ( b j 3 7 0 型) ，重庆试制的载重2 8 t ( c q 3 7 0型) 。随着矿山生产的需求发展，有些公司也开始设计较大吨位的车辆，如上海试制的载重3 2 t ( s h 3 8 0型) 和长春试制的载重6 0 t ( c a 3 9 0 型) 等矿用自卸图1 51 0 8 吨电动轮矿用汽车汽车。但由于技术不成熟，零部件质量不合格等因素的影响，只有1 5 t 、2 0 t 和3 2 t 三种曾经进入了批量生产。进入7 0 年代中期，湘潭电机厂等企业研制了1 0 8 t 电动轮矿车( 图1 5 ) ，各项技术都达到了当时国家合格的标准，经鉴定后进入批量生产。到8 0 年代后期，企业通过与国外企业合资合作的方式，从国外引进先进的技术和产品，在一定程度上促进了我国矿用汽车技术的发展。经过半个世纪的发展，我国已经能生产载重2 0 t 、2 2 t 、2 5 t 、2 7 t 、3 2 t 、3 6 t 、4 2 t 、5 0 t 、6 8 t 、7 7 t 、8 5 t 、9 1 t 、1 0 8 t 、1 5 4 t 、1 9 0 t 等矿用自卸车，形成了较为完整的系列，除了一些超大型矿用车需要进口以外，其它吨位的矿用车基本上可以实现自给自足，但是矿车产业的利润却不是很大，主要的原因是：国内只是负责生产组装，无法得到一些核心的技术专利，造成了只有量没有质的情形，这也是发展过快遗留下来的问题。1 2 3 发展趋势矿用汽车从诞生至今已历经了8 0 年的风风雨雨，随着社会经济的进步和市场需求的变化，一直在创新、提高、改进，载重吨位已可覆盖2 0 t _ 4 0 0 t 的宽大范围。在现代科学技术和信息技术发展的推动下，矿用汽车的发展取得了一项又一项的重大成就。短短几十年，矿用汽车载重从2 0 吨上升到2 1 8 吨，甚至更高，结构由原来的卡车改造到企业专一研发适用矿山工作的矿用汽车，在快速发展之后，发展速度有所降低，发展方向也有所改变，主要是融入更多的先进科学31 绪论技术，体现在下面几个方面：1 、新结构、新材料层出不穷多种先进的设计和制造软件的出现，为车辆结构的优化提供支持，加之新型高强度材料阳1 的应用，使车体本身简化，质量减轻，效率提高。2 、基础总成件技术的提升车辆主要总成开始变化，打破传统、不断创新。出现了可视负荷变化调整的主动式悬挂口1 ( a c s ) 、电动缓行器( a r c ) 、自动防抱死系统( a b s ) ，电子控制系统( e b s ) ，卫星定位系统( g p s ) ，轮胎状态实时监测、驾驶可视监控装置( v i m s ) 等一些利于矿用车使用的总成系统，使其性能得到进一步提升。3 、节能、环保、高度自动化成为时尚能源与环保受到越来越多的重视，促使了新型的动力装置发展，如：电子自动控制的发动机、变速箱及传动系统。4 、可靠性不断增强作为衡量产品质量的传统而又是永恒的重要指标无间隔工作时间和工作寿命明显延长，分别可达3 0 0 0 小时和1 0 年。5 、电子化、智能化程度提高控制系统由声光报警向实时监测、随机反馈提示的方向发展，电子技术已经逐渐扩展到对整车的综合控制和管理，如：将车辆的运输量、车辆装载量、车速、主要总成运行状况及保养等信息随时反应给驾驶员，更方便驾驶员的操作和提高车辆的使用效率。6 、计算机和网络通信技术大显神通由于矿山、工地空间很大，多辆矿车同时运行，一旦出现事故，会造成很大混乱，因而可以通过卫星全球定位( g p s ) 和计算机网络系统进行远程实时信息传递、交换，实现全天候、多方位的联网管理哺1 ，对其统一调度，这样可以极大的提高车辆的利用率及维修效率。矿用汽车的需求量庞大且增长趋势基本上趋于稳定状态，未来的发展趋势需要从质的方面入手，提高整车的性价比，把先进的科学技术融入其中，优化结构布置，提高其动力性、经济性、操纵舒适性和外形美观性等性能。41 绪论1 3 矿用汽车的国内需求我国矿业市场的发展是从计划经济向市场经济的过渡中逐渐开始形成的，目前仍处于发展阶段，表1 1 是我国非油气矿产资源开发利用状况，表明我国每年有数百万吨原矿的生产，在这个过程中可能需要运送几十倍甚至上百倍的土方石，所以对矿用汽车的需求量是极大的。表1 2 显示我国矿业上市公司在逐年增多，近十年来几乎每年都有几个公司上市，0 7 年更是达到1 1 个。这些数据显示了我国矿业发展的潜力，在未来的几十年中矿业将会持续快速发展。从而对矿用汽车的需求也是源源不断。目前，我国表面上矿用汽车的生产基本上能够满足，还有一些出口到国外市场。实际上我国的矿用车还有很大的可开发市场，国内矿用车的大部分市场被日本的小松、美国的尤尼特瑞格( u n i tr i g ) 等国外的矿用车所占据，原因是国外矿用汽车的质量好、性能高。国内矿用汽车比较便宜，但从性价比上考虑，许多人还是选择国外矿用汽车。国内矿用汽车质量较差的原因是零部件质量差( 图1 6 ) 和结构设计不合理。表1 1 我国非油气矿产资源开发利用状况( 2 0 0 5 )矿i “企q k 敷( 个)年产矿鞲r 业忽，。僮利润总颁企业经济类穗憩汁人剐 fj 巾小，小( 琢矿力吨)( 万庀)( 万，0怨汁1 2 6 6 9 53 2 7 94 3 3 85 5 1 4 76 3 9 3 15 2 4 7 3 2 。7 05 5 8 8 4 7 5 8 - 1 37 2 7 9 3 6 4 5 2一、内资企业1 2 6 1 8 33 1 8 74 2 s 35 4 8 8 56 3 8 2 85 1 2 9 6 6 1 75 5 0 6 9 8 8 5 7 17 1 9 0 2 5 6 5 3f i 哥彳f 企此5 4 3 35 3 66 1 92 9 5 61 3 2 21 3 1 3 6 6 0 02 3 4 6 2 6 6 5 1 62 6 8 0 3 5 9 8 6粲f 拳企业2 8 6 6 83 8 15 5 61 1 7 6 41 5 9 6 77 7 4 3 6 3 46 7 7 3 9 3 2 4 27 0 51 8 8 8 4股份合作企业2 7 4 91 5 41 4 01 1 3 51 3 2 01 2 4 3 6 7 81 1 3 0 0 4 6 4 01 5 4 5 7 5 0 0联f ￥企业9 7 21 73 25 0 44 1 93 1 7 2 4 53 4 4 3 9 4 9 15 7 7 5 2 7 2钉澉i 侄公d5 5 4 73 3 44 1 43 0 6 l1 7 3 84 9 1 3 2 9 06 6 2 3 8 1 4 0 91 0 8 2 3 5 3 5 9段份住澉公一日3 4 7 52 2 92 7 51 9 0 l1 0 7 04 5 3 9 4 1 08 8 9 9 2 3 6 1 71 4 8 3 5 9 2 6 1私话企业7 1 1 0 31 4 3 42 0 8 83 0 3 8 33 7 1 9 81 6 6 7 9 5 5 87 5 4 8 2 3 1 4 49 9 5 1 8 7 9 1j 他念q k8 2 3 61 0 21 5 93 1 8 l4 7 9 42 7 2 3 2 0 02 8 7 5 6 5 1 33 1 2 4 6 0 0二、港澳台商投资企业2 2 53 02 11 2 05 45 8 6 5 5 31 4 4 3 0 7 3 82 2 3 1 2 6、外商投资企业2 8 76 23 41 4 24 95 9 0 1 0 06 7 0 5 6 5 0 48 6 8 7 6 7 351 绪论表1 2 我国矿业上市公司年度分布统计l ：j 时间1 9 9 41 9 ，51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 1 ：l f ：f 个数4l81 29693比例( )4 8 21 2 09 6 41 4 4 61 0 8 47 2 31 0 8 43 6 li ：i “时闼2 0 眈2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7含汁扛i l j 个数75503i i8 3比例( )8 4 36 0 26 0 2o 0 03 6 l1 3 2 51 0 0( 资辩永源：揪越通达信以及b 日彳艺颓证券分析系统数揪分析整理两得数据藏爷2 0 0 8q - ：2 列)1ml“| | | 1 m汽车行业总投资口零都件投赉ll ，| i卜1 绪论选择，结构设计和整车运动校核分析。第四章讨论所设计的6 0 吨矿用汽车的应用经济性和尾气排放处理。第五章是总结全文，同时对6 0 吨矿用汽车的结构设计和整体布置上有待改进的地方做了一下展望。726 0 吨矿用汽车的设计目标26 0 吨矿用汽车的设计目标2 1 矿用汽车应用工况分析矿用汽车的工况【1 0 】主要分为典型工况、特征工况和工况适应性，典型工况主要包括最高车速工况、匀速行驶工况、最大爬坡度工况、超车工况，起步加速工况和持续上下坡工况等，分析这些行驶工况主要是研究车辆极限行驶的能力，也可以显示车辆对动力和能量的需求；特征工况针对矿用汽车的行驶环境特征所涉及的典型循环工况，显示的是车辆正常运作时的性能；矿用汽车工作环境复杂，有高原有盆地，有零下4 0 摄氏度的寒冷地带，也有4 0 摄氏度的炎日环境，适应性工况是研究车辆能否适应持续的高原、盆地、高温和低温环境的工况，这是对其使用环境范围的一种分析。为便于计算车辆的燃油经济性和便于实现与现有设计资料的比较分析本设计选择典型工况为主进行：1 、发动机最低转速的确定：最高车速是指汽车在良好路面上能达到的最高速度。矿车主要行驶在由沙石铺成的道路上，路面状况较差，矿车质量大，惯性大，所能行驶的车速不能过高，一般要求是5 0 - - - 6 0 k m h 。为满足这项要求，所采用的发动机最高转速不能低于2 0 0 0 r m i n n 0 1 。2 、发动机最小输出扭矩的确定：最大爬坡度是指汽车在满载良好路面上以一档行驶能爬上的最大坡度。矿场路面状况不好，但是在路面是坡度不会太大，一般在1 0 一- - 1 5 。之间。要满足最大爬坡度( 5 k m h ) 的要求，发动机的输出扭矩不能低于3 0 0 0 n m u 训。3 、持续上下坡问题：是指车辆长时间上坡或下坡车辆性能发生的一些变化。矿场一般都在山区，经常会出现长坡的现象，连续上坡时，要求车辆有足够的动力和抗扭疲劳性能，长下坡时要求车辆有良好的制动效能恒定性。2 2 设计目标根据对该类型该吨位矿车工况分析，对本设计的一些数据要求如下表所示：826 0 吨矿用汽车的设计目标936 0 吨矿用汽车的总体设计36 0 吨矿用汽车总体设计3 1整体布置方案选择矿用汽车车厢有“v ”、“u ”型和平斗式结构。平斗式多用于运输煤炭等，可以充分利用其空间，而矿山上运输土石方的则多用“v ”型和“u ”型车厢，“u ”型车厢制造工艺复杂，价格昂贵，装载量小；“v ”型车厢能使车辆满载时重心前移，把部分载荷分配到前轴上，使前后轴荷均匀分配。目前多数矿用汽车选用的是v ”型车厢，本车设计也拟采用“v ”型车厢。车辆举升方式分为侧倾式和后倾式口。侧倾式多用于平斗车厢和“u ”型车厢。目前大部分矿车采用宽体布置，车厢较宽，不便侧倾，侧倾时影响两侧布置的附件，而“v ”型车厢便于后倾，因此本车设计采用后倾式。油箱总成一般是放在车辆右侧，即使发生交通事故时，油箱也不会碰到其它车辆。矿用车油箱很大以便能储存足够的油，一旦受到碰撞损毁，很容易发生火灾爆炸等事故。其它如备胎、储气筒等都放在左侧。车辆左右配重一般是对称的，这能保证车辆的行驶稳定性和制动稳定性，尤其是转弯时，若是配重不均，很容易翻车。3 2 整车参数计算分析3 2 1整车质量参数计算在绘制总布置草图之前，需要对整车的质量参数进行估算，为总成设计和整车性能的计算提供一些数据依据。各总成件的质量川，可以通过对样件的实际测量得到，同样也可以参照同类车型的样件取得。本文通过参照同类车型样件的质量，再修正得到。1整车质量、载荷分配和质心高度的计算整车整备质量( 自重) m 按照下面的公式计算口钔：nm o = ( 3 1 )l = l式中：o 估算整车整备质量的总成数量；1 036 0 吨矿用汽车的总体设计整车整备质量；单位( k g ) 。空载后轴荷，按下面公式计算： 孥式中：l 轴距，单位( m ) ；，空车后轴荷，单位( k g ) ；鼍第i 个零件质心到后轴的距离，单位( 舢) 。空车前轴荷，按下面公式计算：，2 一r式中：m o ，空车前轴荷，单位( k g ) 。空车质心高度e g o 按下面公式计算：嵫o ：登堕7 式中：玩o 空车质心高度，单位( 姗)乙第f 个零件质心的高度，单位( 栅) 。满载，整车总质量m 按下面公式计算：= 式中：整车总质量，单位( k g )m 用于估算整车最大质量的全部总成和负载的数量；满载后轴荷，按照下面公式计算：毕e , = i m , x l式中：满载后轴荷质量，单位( k g ) ；满载前轴荷按下面公式计算：，2 一，式中：满载前轴荷，单位( k g ) ；满载质心高度h g l 按下面公式计算：( 3 2 )( 3 3 )( 3 4 )( 3 5 )( 3 6 )( 3 7 )36 0 吨矿用汽车的总体设计嵫1 ：娶堕( 3 8 )式中：h g l 满载质心高度，单位( 姗) 。通过对所收集的同类车型数据计算分析，可以得到：整车整备质量, n o ：4 6 0 0 0 k g满载质量：10 6 0 0 0 k g ( 4 6 0 0 0 + 6 0 0 0 0 )2 质量利用系数定义：质量利用系数n 2 1 。是指汽车的装载质量与汽车整车整备质量之比，即：o = 丝( 3 9 )l l | o公式( 3 9 ) 用来衡量单位整备质量的汽车所能承受的装载质量，它表明质量利用系数越大该车型的材料利用率也就越高，设计和工艺水平也越高。车辆设计的过程中，在保证汽车零部件的刚度、强度和可靠性的前提下，尽量减轻其质量。将整车整备质量与满载质量带入公式( 3 9 ) 可以计算出该车的质量利用系数：o = 1 3 0 4 ，3 轴荷分配汽车的轴荷分配是汽车的质量分配到前后轴上的比例，是汽车重要质量参数。轴荷分配对汽车的牵引性、通过性、操纵性和稳定性等使用性能以及轮胎的使用寿命都有一定的影响，设计的过程中需要考虑到轮胎磨损、汽车性能和汽车布置形式等。在总体设计时需要根据汽车的布置形式、使用条件和性能要求进行合理选择来确定其轴荷的分配。表3 1 是我国一般货车设计的轴荷分配：表3 i 一般载货汽车轴荷分配表3 11 236 0 吨矿用汽车的总体设计续表由于本设计所设计的车辆是矿用车，形式的道路一般是比较坎坷泥泞，为确保在这种恶劣状况下的通过性和稳定性，前轴符合一般应在3 0 - - 3 5 ( 4 x 2 ) ，这样可以减小前轮的滚动阻力并且增大后驱动轮的附着力，而空载时后轴的应大于4 1 ，以免后轴过轻而容易引起侧滑。在确定轴荷分配n 耵时还要充分考虑汽车的布置形式以及性能需求，矿用自卸车轴距短、质心高，制动或者下坡时会使前轴负荷增大，故在设计时可适当减小其前轴负荷，加大后轴负荷，从而能更好的均衡前后轴的轴荷分配。根据该矿用自卸车的结构特点和使用条件以及上述轴荷分布标准，本设计的轴荷分布如表3 2 所示。表3 2 轴荷分布表空载满载萱塑煎坠 !亘塑堑塾丛萱塾煎竺篮兰亘塑煎坠趁轴荷2 7 0 0 0 k g19 0 0 0 k g3 5 0 0 0 k g710 0 0 k g3 2 2 整车主要尺寸参数的计算车辆的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬、接近角、离去角、最小离地间隙等，1 轴距尺寸l轴距是车辆上一个很重要的参数。种性能，大致确定了汽车的重心位置。从设计方面来考虑，它关系到汽车的各轴距的选择对整车尺寸参数、质量参数和使用性能都有一定的影响。轴距短，汽车总长、质量、最小转弯半径和纵向通过半径就小一些，对汽车的动力性和通过性都有一定有利的影响，但轴距过短也会有一些不利的影响，轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长，汽车行驶时纵向振动过大，汽车加速、制动或上下坡是轴荷转移过大而导致其制动性和操纵稳定性变坏。同样轴距长也有一定的优点和缺点，优点是车厢长度增加，抗俯仰和横摆性能好，缺点是转向灵活性下降、转弯半径增大，汽车机动灵活1 336 0 吨矿用汽车的总体设计性变差。综合选择，轴距如图2 2 所示：l = 4 3 0 0 m m上面是理论设计时应遵循的原则，实际策划师设计时还需要参照以下的原则：第一，符合系列化车厢长度，在满足轴荷分配的条件下合理确定轴距；第二，考虑平台系列产品间的通用性，与国际标准接轨。2 前悬和后悬尺寸前悬处是布置发动机、水箱、风扇、弹簧支架、驾驶室、保险杠、转向器等部件的位置，需要留有足够的空间，还要考虑到该车辆的美观性。要求既能满足各项性能，也需要有一种协调和强悍有力的视觉感觉。后悬的长度主要有货箱和轴距的长度有关。但确定其长度时还要考虑该车的行驶道路，以免因为后悬过长而使汽车的离去角过小，上下破时有刮地的危险，转弯半径也会增大，转弯不便。综合各种因素，前悬尺寸的设计值l f = 1 4 1 3 m m后悬尺寸的设计值l r = 2 8 0 0 m m3 轮距尺寸轮距是车轮在车辆支撑平面上留下的轨迹中心线之间的距离。如果车轴两端是双车轮时，轮距是双车轮两个中心平面之间的距离。汽车的轮距对车辆的总宽、总重、横向稳定性和安全性都有很大的影响。一般来说，轮距越宽，车辆的横向稳定性越好，驾驶舒适性越高。然而对于重型车辆而言，轮距过宽，会使汽车的总宽和总质量增大，转弯半径增大，车辆的效率和行驶灵活性降低。前轮距的大小主要取决于车架前部的宽度、前悬架的宽度、轮胎宽度、前轮最大转角、转向纵拉杆与转向轮以及车架间的运动间隙等因素。后轮轮距取决于车架后部宽度，车架与车轮之间的间隙以及轮胎宽度等因素。该矿用车的轮距参数如图3 1 所示。本设计的前轮轮距b = 3 3 5 0 m m 。图3 1 矿车轮距参数1 436 0 吨矿用汽车的总体设计4 汽车通过性参数汽车的通过性口司参数主要包括：最小转弯半径、接近角、离去角、最小离地间隙、纵向通过角。最小转弯半径：指方向盘转到极限位置时，外侧前轮的轨迹圆半径。接近角：满载静止时，汽车的前端突出点向前轮所引切线与地面的夹角。离去角：满载静止时，汽车的后端突出点向后轮所引切线与地面的夹角。最小离地间隙：地面与车辆刚性物体最低点之间的距离。纵向通过角：满载静止时，在汽车侧视图上，分别通过前后轮外缘做切线交于车体下部最低位置所形成的最小锐角。最小转弯半径：汽车绕过障碍物的标志，最小离地间隙和纵向通过性是汽车通过障碍物的标志，其计算原理如图3 2 。最小转弯半径的计算，如下：车辆的最小转弯半径 z，：一(l+c)2+d2-(x(l+c)2-r)2( 3 1 0 )，= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = - 一l 0 2 ( 4 ( l + c ) 2 + ( ，+ d ) 2 - 0 5 )式尹? 三车辆前后轴距c r _ 一前悬伊一车宽肜一道路宽度r 最小转弯半径肛一外围转弯半径计算得：，= 9 7 m图3 2 汽车转弯计算示意图1 536 0 吨矿用汽车的总体设计这几项数据都是车辆几何通过性的标志，具体参数如下图所示：图3 3 矿车通过性参数图最小转弯半径：9 7 m接近角：5 4 。离去角：5 5 。最小离地间隙：4 4 7 m m3 2 3 性能参数的计算与分析车动力性计算前面已经提到过汽车动力性，衡量汽车动力性的指标有最高车速、最大加速能力和最大爬坡能力。下面我们就从这三个方面进行计算分析：l 、最高车速汽车的最高车速是体现汽车运输效率的一个重要指标，由于矿场道路不太平坦，矿车载重大，所以矿车最高车速与其他类型的车辆相比差距很大，但是，也必须达到一定数值，对于本车的设计指标是最高车速u a 。= 5 5 k m h 。运用下面公式计算一：= 詈( 协一蒜3 觚)( 3 式中：所选用发动机的功率，单位：枷珊传动系效率，对于单机减速4 x 2 的汽车可取0 9g 汽车的总重力，单位：厂汽车的滚动阻力系数，对于矿用车取0 0 2 51 636 0 吨矿用汽车的总体设计一汽车设计的最高车速，单位：k m hc n 空气阻力系数，对于货车，取o 8 - i 0彳汽车正面投影面积，a = 旦q ，骂前轮距，q 车总高，单位：聊2得出：屹麟= 5 5 k m h图3 4 是一款类型相似载重车辆的爬坡性和缓行特性图，可以作下对比：；赣- ：( v a a x ，晰9 * ? - 1 0 鲫；图3 4 汽车爬坡特性和缓行特性图最大速度也可通过汽车驱动力一行驶阻力平衡图n 刚分析得到，如图3 5 所示。2 、加速时间t加速时间的影响因素很多，比如换挡时刻，启动模式，燃油经济性等，对于矿用车来说，最高车速比较低，加速时间对车辆的性能影响不是很大，所以在次略去对其的计算。汽车薤幼打。行驶疆力簪粥豳图3 5 汽车驱动力行驶阻力平衡图1 736 0 吨矿用汽车的总体设计3 、最大爬坡度k最大爬坡度是汽车爬坡能力的衡量指标，是指汽车满载时在良好路面能爬上的最大坡度。由于汽车的扭矩与车速成反比，所以最大爬坡度一般是在最低档最低速度时计算得到的。0 = a r c s i n ( 心m a )( 3 1 2 )，m a ) ( 车辆在前进方向上的最大静驱动力卜车辆最大爬坡角度卜汽车总重量k2 t a ne = 0 33 3 关键零部件的选择3 3 1 零部件选择的一些规律1 、符合“三化 标准化、系列化、通用化，这样便于购买、更换零部件，从而降低汽车生产和维修成本。2 、满足性能要求的前提下，尽量降低质量减小结构尺寸。矿车是用来运输使用的，并且吨位很大，结构尺寸很大，零部件一般也是比较大，为了降低质心，为其它部件留足放置空间，所以必须使其零部件尽可能轻小。3 、协调选择。选择的过程中，要顾及到彼此间的影响，避免在安装的时候造成干涉，或者在总体布置的时候牺牲一些性能因素来弥补这时留下的缺陷。3 3 2 发动机的选择选择发动机也就是选择具有某种性能的发动机，主要是根据最大功率e 一及其对应转速尸的选择。发动机的主要性能是指发动机最大功率。以及其对应的发动机转速坼；发动机最大扭矩t m 双以及其对应的发动机转速坼；汽车发动机的另一个重要指标是发动机适应性系数沙。选择发动机型号的方法有两种，一是根据同类型的对比选择得到，另一种是先确定发要动机的功率，依据选定的发动机最大功率确定最大扭矩，前提条件是要满足汽车的动力性和经济性。主要有以下三种方法：1 836 0 吨矿用汽车的总体设计1 、比功率法参照同级别同类型的汽车比功率和这些汽车的性能实验数据，选择适合自己设计车辆的比功率值，乘以所设计车型的总质量，就是该车的最大功率蚴。2 、按要求的最高车速的计算方法设计中，应先从保证汽车预期的最高车速来初步确定发动机应有的功率，最高车速虽然只是动力性中的一个指标，也反应了汽车的加速能力和爬坡能力，最高车速越高，要求的发动机功率越大，汽车后备功率大，加速与爬坡能力必然越好。= 寺( 羔u a r m 。 - 焉)( 3 1 3 )式中：只最大功率，单位：k w珊传动系效率，对于单机减速4 x 2 的汽车可取0 9g 汽车的总重力，单位：nf 汽车的滚动阻力系数，对于矿用车取0 0 2 5。锻汽车设计的最高车速，单位：k m hc n 空气阻力系数，对于货车，取0 8 - 1 0彳汽车正面投影面积，彳= 局q ，蜀前轮距，q 车总高，单位：7 1 3 、按照要求的最大爬坡度的计算方法这个方法可以看作是对按照最高车速计算最大公功率的一个补充，对于不同的车辆，有不同的行驶环境，满足最高车速时，不一定能满足最大爬坡度，为了避免这种情况，两者计算得出的结果取较大的。按这种方法计算的公式如下：= 古( 归+ g s i n 氏戤“。)( 3 1 4 )式中：最大功率，单位：咖珊传动系效率g 汽车的总重力，单位：厂汽车的滚动阻力系数，对于矿用车取0 0 2 5最大坡度角1 936 0 吨矿用汽车的总体设计克服最大坡度是所需要的车速，对于一般货车可取1 5 k m h这三种方法n 力有一定的联系，初步选择发动机时都应该计算一下，三则之中选取最大的，保证发动机能同时满足的车辆的爬坡度、最高车速等性能。综合各方面因素，本矿用车选用的发动机是c u m m i n sq s k1 9 一c 7 6 0 。3 3 3 悬架的选择悬架是汽车底盘中最重要的一部分，也是车型变形时经常需要重新设计的部件。它的作用类似与人体结构中骨骼间的软骨组织，传递车架与车桥( 或车身与车轮) 之间的一切力和力矩，缓冲运动时的惯性力，减轻由发动机和路面带来的振动，悬架的好差直接影响到汽车的平顺性、操纵稳定性等整车性能。合理的选择悬架类型是保证悬架与整车系统性能匹配的首要环节。影响悬架选型的因素很多，除了必须考虑整车总布置特性外，还需要结合使用条件、经济性、工艺性、维修性能进行权衡。悬架选型过程中的计算较为复杂，本设计采用参照对比的方法，查询对比相同类型、相似吨位的车辆，来选用合适本车的悬架系统。综合收集数据所得，前悬选用的是麦弗逊式独立悬架n 引。这种悬架具有空满载自适应阻尼特性的油气悬缸n 9 1 ，结构简单，质量轻，响应速度快，下摇臂和支柱的几何结构使车辆能自动调整车轮外倾角，过弯时能更好的适应路面状况，使轮胎的接地面积最大化，加上取消了上横臂，给发动机的转向布置带来了方便。它的缺点是：其结构是直筒式，对左右方向的冲击缺乏阻挡力，抗刹车点头作用较差，稳定性差，转弯侧倾明显。矿用汽车车速较低，对这方面的要不用过高，所以前悬选用麦弗逊式独立悬架。后悬选用非独立悬架，这种悬架由自适应变阻尼油气悬挂系统，a 型架、横向稳定杆和后桥构成，非独立悬架结构简单，成本低，强度高、保养容易、行车中前轮定位变化小，虽然舒适性和操纵稳定性较差，但是矿用车本就行驶在路面较差的道路上，整体考虑，选用独立悬架比较合理。3 3 4 轮胎型号的选定轮胎的尺寸和型号是计算汽车性能和绘制总布置图的重要数据之一。总体设计的开始阶段就应选好，选择的依据是参考国内外相同类型的车大致确定一个范围，然后根据这种车多的使用条件、轮胎静负荷、额定负荷以及汽车的行2 036 0 吨矿用汽车的总体设计驶速度具体确定其型号。下表是我国各种车辆的轮胎和轮毂的规格机器额定负荷：表3 3 我国各种车辆轮胎和轮毂参数心们注：1 、硫化后产品停放2 4 小时候才能测量外缘尺寸( 大型轮胎停放4 8 小