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机械毕业设计车辆工程

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CL01-089@东风尖头140自卸汽车改装设计,机械毕业设计车辆工程

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1 第 1 章 绪 论 1.1 课题的提出 自卸汽车又称翻斗车（ tipper,dump car） ,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的能力和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、煤炭、矿石、粮食、化肥和农产品等散装货物。它具有以下多种分类方式 : 1、按用途分类：公路运输的普通自卸车；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、按最大总质 量级别分类：轻型自卸车（ 1.8-6 吨）；中型自卸车（ 6 吨 -14 吨）；重型自卸车（大于 14 吨）。 3、按传动类型分类：机械传动、液力机械传动和电力传动三种类型。 4、按卸货方式分类：有后倾式、侧倾卸式、三面卸式，以及货厢升高后倾式等多种形式。其中以后倾式应用最广。 5、按倾卸机构分类：直推式与连杆举升式自卸车。直推式又可细分为前置式、后置式等。连杆式又可细分为液压缸前推连杆式、液压缸后推连杆式。 6、按车 厢结构分类：一面开启式、三面开启式与无后栏板式。 自卸车在土木工程中，常与挖掘机、装载机、带式输送 机等联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方，沙石、松散物料的装载运输。由于自卸车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，并标明装载，是常用的运输机械。自卸汽车自 20 世纪初出现以来，不断发展，日趋完善，已成为当今货物运输的主要车辆之一。自卸汽车需求快速增长，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；自卸汽车保持较快发展，已成为 公路运输的主力车型。 随着国内基础设施建设需要不断增加，自卸汽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领先位置，但在种类、型式、材料运用方面与国外还有一定的差距。 中 型自卸车是随着我国农村经济的不断发展，上世纪 80 年代末发展起来的自卸nts 2 开合机构限位装置安全撑杆倾卸机构附件倾卸动力（取力）系统油泵、控制阀等油缸管路系统液压系统副车架车厢倾卸杆系机构倾卸机构二类底盘普通自卸汽车倾 卸装置 运输车辆，其最大总重量在 6t-14t 之 间。国家和地方均出台专门的法规对商用车尺寸、排放、车速等各方面性能进行规范，从而促进了中型自卸车的健康发展。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、工地及般的十木工程等的运输作业中型自卸车以其灵活机动、价格低廉的优点得到了广泛的应用。 倾卸装置是自卸汽车的主要结构部分。其主要组成如下： 普通自卸汽车机构组成图如下图 1.1 所示： nts 3 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； 7-安全撑杆； 8-油箱； 9-油泵 10-传动轴； 11-取力器 图 1.1 普通自卸汽车结构组成 在中型自卸车的设计当中，液压举升机构和车厢的设计一直处于重要的地位。这是因为液压举升机构是自卸车的重要工作系统，其设计方案的优劣直接影响着汽车的多个主要性能指标 ;对提高液压举升机构的设计质量和效率具有重要的意义。 非公路运输自卸汽车主要应用于大型矿山、水利工地等场所，运输的货物通常是由与其配套的挖掘机械来完成装载的。这类 汽车也称为矿用自卸汽车。这类自卸车辆在长度、宽度、高度以及轴荷等方面不受公路法规的限制，但同时它也只能在矿山、工地上使用，而不得用于公路运输。另一类是公路运输用的轻、中、重型（装载质量在 2 10t）普通自卸汽车。这种自卸车主要承担着泥土、砂石、煤炭等松散货物的运输工作，它通常也是与装载机械配套使用的。 随着中国经济的不断发展，东风尖头 140自卸汽车成为了公路运输的重要设备。城市建筑的增加，运输道路的变化，铁路运输效率降低，曲率半径受到限制，爬坡能力低，很难适应短途运输的要求，从而为中型自卸车的发 展提供了机遇。其中东风尖头 140自卸汽车更是应用广泛。 东风尖头 140自卸 汽车随着城市建筑规模的扩大，装载质量的增大，多数自卸汽车经常是满载连续行驶，又需要连续制动，发动机和传动系统满负荷运行时间长，因此东风尖头 140自卸汽车的使用可靠性要求很高，这也是其售价适中，销售量很高的原因。 1.2 课题来源及研究意义 当今汽车工业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代速度的日益加快。汽车产品开发的一个主要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持其基本结构和功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围 内的变动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品。 自卸汽车是以发动机为动力，经过变速器的取力机构和液压倾卸装置，进行车厢自动倾卸，从而实现自动卸货的一种车辆。因其短途卸载方便，动力性、机动性均较好，与装载机，带式输送机，吊车等其它吊装机具配合使生产效率明显提高，被广泛应用于建设工地、矿山、港口、码头等，用来搬运岩石，废土，煤，沙子等物资。 当今汽车工业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代速度的日益加快。汽车产品开发的一个主要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持其基本nts 4 结构和功能不变，对其局部结 构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品。 东风尖头 140 自卸汽 车是一种专用汽车，技术要求适中，社会需求量高。过去很长一段时间，国内卸汽车生产厂家主要靠引进国外车型，通过仿制和部分改造开发自己的新车型。随着设计水平和生产能力逐渐提高，部分自卸汽车生产厂家开始与高校等科研机构合作，开发具有自主知识产权的自卸汽车。如北京首钢重型汽车制造厂与北京科技大学合作，开发的 SGA3550 型矿用自卸汽车。 在 SGA3550 型自卸汽车样机装配过程中，发现了一些设计上的失误，造成部分零件的返 工，延长了样机制作时间。 可见，有必要采用新的设计方法，如国外部分自卸汽车生产厂家采用的虚拟样机技术，保证整车一次装配成功，减少甚至避免零件的返工，缩短新车型的研制时间，降低研制成本，提高整车性能。自卸汽车液压系统是自卸汽车重要组成部分，液压系统性能好坏直接影响整车的工作性能和可靠性。 本课题在满足设计要求下，对东风尖头 140 自卸车的车厢和举升机构进行合理的选择和设计，并为进一步研究整车的计算机辅助设计提供经验，进而提高自卸汽车产品的设计质量和设计效率。同时，也希望能为推广虚拟样机等先进 CAD 技术的应用，以及 为提高我国专用汽车的设计水平进行一些有益的探索。 1.3 自卸汽车国内外研究概况及发展趋势 我国专用车市场 “蛋糕 ”将越做越大。去年以来，我国专用车市场取得较好的经营业绩，全国 395 家改装车企业改装汽车 23.06 万辆，销售 23.05 万辆。客车改装量最大，共改装 103492 万辆，占总量的 44.88；载货汽车 44870 辆，占总量的 19.46；自卸汽车 27125辆，占总量的 11.76；厢式、罐式等专用车销售 40966辆，占总量的 17.77。今年 1 8 月份，各类专用车销售均有较大增幅，乐观估计今年全年专用车产 销将达30 万辆。 通过数字来看，去年一年销售专用车达 23 万辆，结合我国道路、经济等实际情况，应该说数量还是比较可观的。但是问题就在于 395 家改装企业才生产 23 万辆。可以看出，我国汽车改装企业和汽车制造一样，存在着规模小、技术落后、生产点过多等问题。 从改装车生产分布地区来看，也存在较大不均衡性。江苏、河北、安徽、河南等8 个省去年产量之和约占总产量的 75，其他 21 个省仅占总产量的 25。地域的不均衡性也显示出专用车市场前景看好。 目前，我国改装车市场最大销售量约 25 万辆左右，改装量最大的除了客车外，主要有厢 式车、罐式车、自卸车等主要车型。但是总体来看，这些专用车均存在技术附nts 5 加值低、工艺较落后等问题。从品种来看，我国改装车品种较少，仅有 400 多个品种。那么，未来改装车市场到底是什么市场呢？肯定地说，应该向多品种、高、精、尖方向发展。 这种发展方向除了我国公路条件改善外，还和我国公路货物运输市场息息相关。目前，我国公路货运市场的主体依然是以个体户为主，公路货运甚至还谈不上物流管理，具有运输成本高、随意性大、服务没有保证等特点。随着我国加入世界贸易组织，这种格局将要逐步被打破。我国汽车工业保护期只有五年，但是公路货 运市场却可以向外资开放。跨国物流公司正虎视眈眈盯着中国公路货运这块大市场。这场战斗谁是赢者，不言自明。集团化货运市场对卡车的个性化要求将越来越高，同时需求数量也将越来越大。可以毫不夸张地说，未来的卡车发展方向将是专用车。 美国等发达国家专用车市场十分巨大，专用车具有品种多、技术含金量高等特点。就专用车品种而言，美国就有 5000 多个品种，甚至很多专用车已经被 E 化，装有电脑、卫星导航等系统。确切地说，我国专用车市场最终是向多品种、高精尖的方向发展。尤其是随着我国公路运输主体的逐渐变化，将加快产品结构的变化和技术 的升级。 我国自卸汽车生产始于上世纪 60 年代初，经过 40 多年的发展，尤其是在上世纪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。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 1。 国外自卸汽车生产始于上世纪 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；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。 目前 , 各大自卸汽车生产企业生产的自卸车尾钩锁 紧机构多数为拉杆式尾钩锁紧机构、链条式尾钩锁紧机构、液压手动控制式尾钩锁紧机构等 , 这些机构各有特点 , 在运输自卸车中被广泛使用。国内使用的自卸车车箱大部分使 用 16Mn制造而成。其特点是钢板厚 , 车箱沉重 , 截面一般呈方形 , 边板和底板有很多的加强筋。 16Mn的屈服强度较低 , 硬度较小 , 且冲击性能较差。这些特性决定了不适合用于制造轻量化的车箱。nts 6 在欧美 , 很多车箱都使用 HARDOX耐磨钢板材料 , 与传统的方形车箱有着很大的区别 , 其特点是横截面呈 U形或半弧形 , 而且车箱边板和底板几乎没有使用加强筋。HARDOX是瑞典钢铁集团生产的一种耐磨钢板 , 具有较高的屈服强度 , 是 16Mn的三倍以上 , 并且具有较高的硬度和冲击韧性。在设计装载量相同的情况下 , 用 HARDOX钢板制造的车箱与 16Mn用制造的车箱相比 , 板材厚度更薄 , 且不需要加强筋。据国外的一些厂家反馈 , 车箱使用 HARDOX钢板后 , 重量能减少很多。 作为专用车辆的东风尖头 140自卸汽车，几十年来在国内获得迅速发展与普及，至今其保留量大约占专用汽车的 25%，并且日趋完善，成为系列化多品种的产品。东风尖头 140自卸汽车有两个比较显著的发展 趋势：稳定化和智能 化。 对于自卸汽车，一般不专门作底盘设计，而是用具有相同装载质量的载货汽车底盘进行改装。因此，自卸汽车的设计主要是举升机构的设计，举升机构的设计质量是影响自卸汽车使用性能的关键因素。 虽然举升机构是自卸汽车的关键部件，但是很多厂家在进行举升机构的设计时所采用的方法还比较落后，其主要方法是对于不同装载质量的自卸汽车举升机构，根据现有自卸汽车举升机构的大小，凭经验按照一定的比例加大或缩小相应构件的尺寸设计成的，这就是传统的经验类比法。采用这种设计方法，由于举升机构的复杂性以及机构铰点位置布置的复杂性等问题，所 以在决定实际结构时往往取较大的安全系数，结果是材料的潜力不能充分发挥，产品性能也难以发挥。只能靠一次次的设计实验来改进，这样设计出的举升机构必然存在许多不合理的因素，影响自卸汽车举升性能的提高，也必然导致设计制造周期长，成本高。因此，要先获得良好工作性能的举升机构，就必须从根本上改进设计手段和方法，提高举升机构的设计质量。 .电子计算机的发展为此提供了有利条件，以计算机为辅助手段的计算机辅助设计、优化设计软件及计算机图形学，使得自卸汽车举升机构的虚拟设计成为现实，这一设计上的巨大进步带来的经济效益是巨大的 1。 中型专用汽车在专用汽车中所占的比例继续上升，与此同时，中型专用汽车在汽车市场中所占份额也将继续提高，预计几年内将超过普通重型车所占的市场份额；专用车需求进一步向专业化高技术含量发展，专用车生产向柔性化、自动化方向发展，产品配套国际化、模块化；市场竞争更趋激烈，具有较强市场应变能力的企业将不断发展壮大，而应变能力较差的企业将逐步被市场所淘汰；我国专用汽车企业的劳动力优势与国外专用汽车企业的资金优势将逐步弱化，竞争力主要体现在企业的创新能力和市场应变能力；重型专用汽车产量集中度相对提高，逐步形成行业内的知 名企业。 nts 7 随着计算机技术的发展和应用， 50 年代发展起来的以线性规划和非线性规划为主要内容的新的数学分支一数学规划被应用于解决工程设计问题，形成了工程设计的新理论和新方法，即工程优化设计理论与方法。特别从 60 年代以来，最优化技术发展迅速，而且得到了广泛的应用。在汽车工业发达的欧、美、日 等国家，汽车优化设计理论和方法已应用于汽车诸多领域的很多环节，从汽车发动机、底盘、车身等主要总成的优化到整车动力传动系统的匹配，优化设计使他们的汽车工业保持了世界领先地位。 1.4 研究的内容 专用汽车与普通汽车的区别 主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特 殊的运输和作业功能。因此在设计上，除了要满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用功能的要求，这就形成了其自身特点，概括如下： 1、 专用汽车设计多选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计 这首先就需要了解国内外汽车产品，特别是货车产品的生产情况、底盘规格、供货渠道、销售价格及相关资料等。然后根据所设计的专用汽车的功能和性能指标要求，在功率匹配、动力输出、传动方式、外形尺寸、轴载质量、购置成本等方面进行分析比较，优选出一种基本型汽车底盘作为专用汽车改装设计的底 盘。能否选到一种好的汽车底盘，是能否设计出一种好的专用汽车的前提。对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的专用汽车，也应尽量选用定型的汽车总成和部件进行设计，以缩短产品的开发周期和提高产品的可靠性。 2、专用汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配 设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响。在必要时，可适当降低汽车底盘的某些性能指标，以满足实现某些专用工作装置性能的要求。 3、针对专用汽车品种多、批量少的生产持点 专用汽车设计应考虑产品的系列化，以便根据不同用户 的需要而能很快的进行产品变型。对专用汽车零部件的设计，应按 “三化 ”的要求进行，最大限度地选用标难件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。 4、对专用汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。 5、对专用汽车工作装置中的某些核心部件和总成 如各种水泵、油泵、气泵、空压机及各种阀等，要从专业生产厂家中优选。因专用汽车专项作业性能的好坏，主要决定干这些部件的性能和可靠性。 nts 8 6、在普通汽车底盘上改装的专用汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。 7、专用 汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求 8、某些专用汽车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件复杂，要了解和掌握国家及行业相应的规范和标准，使专用汽车有良好的适应性，工作可靠，是要设安全性装置。 由于专用汽车种类繁多、结构复杂、使用面广、开发期短等待点，所以专用汽车设计人员既要具 备汽车设计的知识相能力向时也要掌握专用汽车各种不同工作装置的原理与设计计算。此外专用汽车设计人员还需要对用户的要求，市场动态有充分的了解，这样设计的产品才能在性能上先进，在市场上适销对路，在使用上满足用户的要求。 随 着中型自卸车变得越来越重要，则有关它的设计领域也变得日益重要起来。它的总体设计程序与载货车基本相近。在此基础上拟定设计原则，协调使用、制造与经济三方面矛盾，处理好产品技术先进性与工艺继承性、零部件通用化程度以及生产成本的辩证关系，然后进入具体技术设计阶段。 综上所述，专用汽车的设计有其自身的特点和要求，既要满足汽车设计的一般要求。同时又要获得好的专用性能。这就要求汽车和专用工作装置合理匹配，构成一个协调的整体，使汽车的基本性能和专用功能都得到充分发挥 2。 nts 9 第 2 章 整车参数的确定及校核 2.1 二类底盘的选择及校核 目前，改装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类汽车底盘，也有为某些专用汽车设计的专用底盘。汽车底盘的选择或设计专用底盘主要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、动力匹配等来决定。 我国对于常规的厢式车、罐式车、自卸车等通常是采用二类汽车底盘改装设计。这是目前专用汽车设计中选用底盘型式最多的一种。所谓二类汽车底盘，即在基本型整车的基础上去掉货箱。在改装设计的总布置时，在没有货箱的汽车 底盘上，加装所需的工作装置或特种车身。采用二类汽车底盘进行改装设计工作的重点是整车总体布置和工作装置设计。在设计时若严格控制了整车总质量、轴载质量分配、质心高度位置等，则基本上能保持原车型的主要性能。但是，还要对改装后的整车重新作出性能分析和计算。 对客车、客货两用车、厢式货车等则通常采用三类汽车底盘改装设计。所谓三类汽车底盘， 般是在基本型车的基础上，去掉货箱和驾驶室。近年来，我国乘用车发展很快，对乘用车使用性能的要求也在不断提高，再用原来的三类汽车底盘改装的客车已越来越不受欢迎。因此，各类专用客车 底盘应运而生。这些专用客车底盘的基本特点是利用基本型总成，按客车性能要求更新进行整车布置，更新设计悬架系统。这种底盘不仅在质心位置、整车性能特别是平顺性方面有很大的变化，而且在传动系统和动力匹配、以及制动系统等总成方面也有较大的改装设计。 目前在用普通汽车底盘作改装设计时 。 把更换了发动机的底盘，如将汽油发动机改换成柴油发动机亦当作三类底盘处理 3。 在专用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求： 1)适用性 nts 10 对货运车用的总成应适应货运要求，保证货运安全无损；对乘用车用的总成应适 于乘客的需要达到乘座安全舒适；对各种专用改装车的总成应适于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装选型设计。 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均衡 3)先进性 所选用的底盘或总成 。 应使整车在动力性、经济性、制动性、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。在选用专用汽车底盘时，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小很大约部分，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地占有市场、企业能否增加效益等问题。二是汽车底盘供货要有来源，要同生产汽车底盘的主机厂有明确的协议或合同，无论汽车底盘滞销或紧俏，一定要按时将底盘供货。 综上所述，本文改装的自卸车选择 EQ3092FJ 底盘。 2.1.1 整车尺寸参数的确定 承担公路运输的普通自卸车通常是由同种货车变型设计 而成。其总体设计程序与载货车相近。首先，进行一系列的市场调研和同类车型资料的收集分析，摸清产品主要技术经济指标，了解有关设计法规等。在此基础上拟定设计原则，协调使用、制造与经济三方矛盾，处理好产品技术先进性与工艺继承性、零部件通用化程度以及生产成本的辩证关系，然后进入具体技术设计阶段。 在技术设计阶段，首先进行自卸车结构选型，确定举升机构类型与货厢结构形式，然后选择自卸车总布置主要参数。 东风尖头 140自卸汽车是选择 EQ3092FJ型自卸车底盘，利用该车发动机动力驱动液压举升机构取力器 -传动轴 -液压 泵 -举升油缸，将车厢举升到一定角度卸货，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车。该车最大装载质量为 4.3t，是适用于公路运输的中型自卸汽车。倾卸机构采用油缸前推式举升机构。该自卸汽车主要由车厢、副梁、液压举升机构、液压系统等部件组成，主要技术参数见表 2.1。 表 2.1 整车参数 nts 11 汽车外形尺寸 mmmmmm 260024606500 最大装载质量emkg 4300 整备质量0mkg 5255 轴距 mm 3950 轮距（前后） mm 1810 1800 前悬 FL mm 1065 后悬 RL mm 1485 接近角 1 34 离去角 2 33 货箱尺寸 mm 75022503100 倾斜时间（举升落下） 15s 13s 最大举升角 50 总质量 kg 9750 最高车速（ km h） 85 额定 装载质量是自卸汽车的基本使用性能参数之一。考虑到厂家的额定装载质量的合理分级，以利于产品系列化、部件通用化和零件标准化。此外，额定装载质量还必须与选用的二类货车底盘允许的最大总质量相适应。 改装部分质量主要包括：车厢质量、副车架质量、液压系统质量、举升机构质量以及其他改装部件的质量。改装部分质量既可通过计算、称重求得，也可以根据同类产品提供的数据进行估算。 自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够油料、液压油和冷却液的空车质量 3。它一般是二类底盘整备质量与改装部分质量的总合，是自卸汽车总体设计的重要设计参 数之一。 整备质量0m： 5255kg； 装载质量em： 选取 4300kg； 驾驶员质量rm： 65kg/人，额定载员 3 人， 195653 kg； 自卸汽车总质量是指装备齐全，包括驾驶员，并按规定装满货物的质量 。其值可nts 12 按下式确定 : 0a e rm m m m =5255+4300+195kg=9750Kg 货厢最大举升角是当货厢举升角是当货厢举升至设计极限位置时，货厢底部与车架平面之夹角。它取决于常运货物静安息角的大小。多数货物静安息角在 4045错误 !未找到引用源。 范围。故为保证卸货干净，一般自卸车最大举升角常取 5060错误 !未找到引用源。 。此外，尚应注意在最 大举升角时，车厢后板下垂最低点与地面保持一定卸货高度。举升时间指满载时从开始 举升至最大举升角所需时间。降落时间系指空载时货厢从最大举升角降至车架的时间。此两项参数太长将影响运输生产率；太短又势必增大液压系统负荷。故一般设计举升时间要求 为 15s-25s，降落时间要求为8s-15s4。 2.1.2 总体布局的设计 专用车的总体布局要满足车辆自身的质量及专用车的特殊用途。东风尖头 140 自卸汽车的总体布局要求各部满足国家标准及使用安全，各个部件间要满足配合要求，尤其是车厢及举升机构的布局要使自身车辆使用方便，美观。 2.1.3 取力器布置方案的选定 取力器，除少数专用汽车的工作装置因 考虑工作的可靠性和特殊要求而配备专门动力驱动外（例如部分冷藏汽车的的制冷系统 ）， 绝大多数专用汽车上的的专用设备都是以汽车自身的发动机为动力源。 各类专用汽车的专用工作装置的动力来源，主要由汽车发动机提供。取力器就是其中一种动力输出的专用装置，它能够实现从发动机取出部分功率，用于驱动各类液压泵、真空泵、空压机以及各类专用汽车工作机械。除了少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠相符殊的要求而配备专门动力驱动外，绝大多数专用汽车上的专用设备都是以汽车底盘自身的发动机为动力源，经过取力器，用来驱动齿轮液压泵、真空泵、柱塞泵、轻质油液压泵、自吸液压泵、水泵、空气压缩机等，从而为自卸车、加油车、牛奶车、垃圾车、吸污车、随车起重车、高空作业车、散装水泥车、拦板起重运输车等诸多专用汽车配套使用。因此，取力器在专用汽车的设计和制造方面显得尤为重要。 根据取力器相对于汽车底盘变速器的位置，取力器的取力方式可分为前置、中置和后置三种基本型式，每一种基本形式又包括若干种具体的结构 5。 常见的取力方式分类： nts 13 发 动 机 前 端 取 力前 置 式 发 动 机 后 端 取 力夹 钳 式 取 力变 速 器 上 盖 取 力取 力 器 取 力 方 式 中 置 式 变 速 器 侧 盖 取 力变 速 器 后 端 盖 取 力分 动 器 取 力后 置 式传 动 轴 取 力下面着重介绍几种常用的取力方式： 1） 发动机前端取力 发动机前端取力是一种常用的形式，一般是有正时齿轮室或由发动机的风扇，水泵的皮带轮输出。 图 2.1是有一种发动机前端取力的布置方式，取力后用来驱动混凝土搅拌运输车的滚筒。这种取力方式适用于有普通长头式汽车底盘改装的专用车辆。由于该取力方式的取力器到装用装置的距离太长，且需要转换传动方向，若采用机械传动其机构就很复杂，因此一般采用液力传动。 图 2.1 发动机前端取力 2）夹钳式取力 图 2.2 是飞轮前端取力的布置方案，在飞轮前端的曲轴齿轮通过中间轴齿轮带动取力器齿轮，从而驱动取力器的输 出轴。这种取力方式的有点是不受主离合器的控制，但因改变了曲轴末端的结构，对其平衡发动机制造会有一些影响。这种布置在机场消防中应 用 较多 。 nts 14 1 发动机 2 取力器 3 水泵离合器 4 高压水泵 5 变速器 6 离合器 图 2.2夹钳式取力 3）发动机后端取力 如图 2.3所示，这种取力方式 类似飞轮前端取力，取力器不受主离合器的控制，但区里齿轮位于主离合器之后。这种取力方式常用于有平头式汽车底盘改装的大、中、型混凝土搅拌运输车，取力器到滚筒的距离较短，因而传动系统简单，传动效率较高。 1 阀 2 液压泵 3 取力器输出 4 变速器 5 发动机曲轴及飞轮 图 2.3发动机后端取力的传动路线 4）变速器上盖取力 这种布置方案是改制原变速器的上盖，将取力器置于变速器之上，用一个惰轮和变速器的第一轴输人齿轮常啮合，再由该惰轮将动力传给取力器的输出轴， 固需改制原变速器顶盖， 如图 2.4所示。这种取力方式亦具有和发动机同转速输出的特点，因而适合于需要高转速输入的工作装置 ，如自卸车、冷藏车、垃圾车等一般都从变速器上端取力。 nts 15 1 齿轮轴 2 离合器套 3 花键轴 4 蜗杆 5 涡轮 6 离合手柄 7 法兰 8 变速器第一轴 9 拨叉 10 拉杆 11 取力器壳体 12 惰性齿轮 13 小齿轮 图 2.4变速器上盖取力器 5）变速器后端盖取力 1 发动机 2 离合器 3 变速箱 4 取力器 5 汽车传动轴 图 2.5变速器后盖取力示意图 如图 2.5 为一种变速器后端盖取力传动示意图。动力有中间轴直接取出，并在中轴的后端盖处输出。 6）变速器侧盖取力 nts 16 图 2.6变速器侧盖取力器 1-气缸； 2-活塞； 3、 4-O型封圈； 5-活塞杆； 6-弹簧； 7-拨 叉； 8-滑动齿轮； 9-接合齿轮； 10-油封； 11-输出轴； 12-滚针轴承； 13-中间齿轮； 14-外壳； 15-定位销； 16-十字轴； 17、 21-传动轴； 18-泵架； 19-弹性柱销联轴节； 20-液压泵； 22-连接套筒 根据所选二类底盘的特点，本次设计采用发动机前端取力的方式。 2.1.4 整车性能分析 自卸车的整车性能分析也很重要 ,下面是对自卸车的各项性能进行了逐一分析 ,确保自卸车在使用过程中安全可靠 。 一汽车动力性能分析 1.基本参数确定 发动机的输出转矩和输出功率随着发动机的转速变化的二条重要 特性曲线，为非线形曲线。工程实践表明，可用二次三相式来描述汽车发动机的的外特性，即 cbnanTeee 2（ 2.1） 式中 eT 发动机输出转矩 (N m); en 发动机输出转速 (r/min); a、 b、 c 待定系数，由具体的外特性曲线决定。 根据外特性数值建立外特性方程式 如果已知发动机的外特 性，则可利用拉格朗日三点插值法求出公式中的三个待定系数的 a、 b、 c。在外特性曲线上取三点，即1eT、1en、2eT、2en及3eT、3n，依拉氏nts 17 插值三项式有 )()()()()()(231321312321323121321eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee nnnn nnnnTnnnn nnnnTnnnn nnnnTT (2.2) 将上式展开，按幂次高低合并，即可得三个三个待定系数为： )()()( 2313 33212 23121 1 eeee eeeee eeeee e nnnnTnnnnTnnnnTa（ 2.3） )()()()()()(231332132122313121132eeeeeeeeeeeeeeeeeeeee nnnn Tnnnnnn Tnnnnnn Tnnb (2.4) )()()( 2313 3213212 2313121 132 eeee eeeeeee eeeeeee eee nnnnTnnnnnnTnnnnnnTnnc（ 2.5） 因为不知道外特性曲线图，故按经验公式拟合外特性方程式。 如果没有所要发动机的外特性，但从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率及相应转速和该发动机的最大转矩及相应转速时，可用下列经 验公式来描述发动机的外特性： 22 )()( etptpememe nnnnTTTT （ 2.6） 式中 emT 发动机最大输出转矩（ N m） ,取 283Nm； tn发动机最大输出转矩时的转速（ r/min）， 2667r/min； pn发动机最大输出功率时的转速（ r/min） ,4000r/min； pT 发动机最大输出功率时的转矩（ N m）。 pemp nPT 9550=9550994000=236.36N m 由上述公式可得：2222)()()()(2)(pttpememptpemtptpemnnnTTTcnnTTnbnnTTants 18 所以 a=-2.6210-5 ； b=0.14； c=96.3. 2.汽车的行驶方程式 自卸车在直线行驶时，驱动力和行驶阻力之间的关系式如下： t f w i jF F F F F （ 2.7） 式中 : tF 驱动力； fF 滚动阻力；wF 空气阻力；iF 坡度阻力； jF 加速阻力。 1）驱动力tF的计算 自卸车在地面行驶时受到发动机限制所能产生的驱动力tF与发动机输出转矩eT的关系为： dget riiTF 0 （ 2.8） 式中 gi 变速器某一挡的传动比，分别为 4.65,3.42,2.51,1.85,1.36： 0i主减速器传动比， 6.28； 传动系统某一挡的机械效率， 0.87； dr驱动轮的动力半径 ,0.469m； 发动机外特性修正系数， 按 GB标准试验中 =0.85。 2）滚动阻力fF的计算 自卸车的滚动阻力fF的计算公式为： cosgfmF af （ 2.9） 式中 am汽车的总质量， 9750kg； 道路坡度角 ,16.7。 ； f 滚动阻力系数， 0.02。 nts 19 滚动阻力系数 f 取决于轮胎的结构形式及气压、车辆的行驶速度、路面条件等因素。当车速在 50 km/h 以下时， f 可取常数；当车速超过 50 km/h 时，可用经验公式kvff 0 来求得7。（式中0f、 k 、 v 分别为常数项、比例系数、道路清障车行 驶的速度） 3）坡道阻力iF的计算 汽车上坡行驶时，整车重力沿坡道的分力为坡道阻力，其计算公式为： singmF ai （ 2.10） 4)空气阻力wF的计算 汽车的空气阻力与车速 v 的平方成反比，即： 2047.0 vACF DDw （ 2.11） 式中 DC 空气阻力系数， 0.85； DA 迎风面积（ m2）， 4.7m2。 5)加速阻力jF的计算 加速阻力是汽车加速行驶时所需克服的惯性阻力计算公式为： jmFaj （ 2.12） 式中 j 汽车加速度（ m/s2）； am 汽车整备质量（ kg）； 传统系统回转质量换算系数， 0.03 0.05。 的计算公式为： 222021 rmiiIrmIagfaw （ 2.13） 式中 wI 车轮的转动惯 量 （ kgm2）； fI发动机飞轮的转动惯量（ kgm2）； r 车轮的滚动半径（ m）。 nts 20 进行动力性计算时，若wI、fI的值不确定，则可按下述经验公式估算 值： 2211 gi （ 2.14） 式中 05.003.021 。低挡时取上限，高档时取下限。 将式（ 2.8 ）、（ 2.9 ）、（ 2.10 ）、（ 2.11 ）、（ 2.12 ）综合，得：jmAvCfgmriicbnan aaDadgee 202 )s inc o s()( （ 2.15） 又因为 rviin age 377.00（ 2.16） 将式（ 2.16）代入（ 2.15）中得： )s inc o s(212 fCCBvAvjm aaa （ 2.17） 式中： gmCrCiiCrrbiiBACrraiiAadgdgDdg2012202330377.0142.03 .汽车最高车速的确定 当汽车以直接挡行使时有公式： DDdo ACrr aiA 047.0142.0 23 =1.9398 do rrbiB 377.02 =87.005 dor ciC 1 = 1284.28 gmCa2=95550 )(4)(2122 CfCAkCBD o=1031.52 表 2.2汽车参数 nts 21 名称 符号 数值与单位 发动机最大功率 emP 99kw 发动机最大功率时的转速 pn 4000r/min 发动机最大转矩 emT 283N m 发动机最大转矩时的转速 tn 2667 r/min 车轮动力半径 dr 0.483 m 车轮滚动半径 r 0.469 m 主减速比 oi 6.278 汽车迎风面积 DA 4.7m2 汽车满载总质量 am 9750kg 表 2.3 各档位时的系数 A、 B、 C1、 C2和 D的计算结果 档位 A B 1C 2C D 1 -66.448 1021.25 4391.09 -95550 1244.21 2 -43.144 725.68 3229.57 -95550 1211.20 3 -20.621 544.37 2370.24 -95550 1154.61 4 -8.978 206.27 1746.99 -95550 1098.47 5 -1.9398 87.005 1284.28 -95550 1031.52 二 燃油经济性计算 专用汽车的燃油经济性通常用车辆在 水平的混凝土或沥青路面上，以经济车速 v满载行驶的百公里油耗量来评价，百公里油耗 Q ，单位 L/100km。可以根据发动机万有特性来计算。根据 eP 和en的计算值，在万有特性图上查出有效燃油消耗率eg（ g/kW h），再利用下式计算百公里燃油消耗量 Q （ kg/100km）： nts 22 vgPQ ee02.1(L/100km) (2.18) 式中： 燃油的密度，（ kg/L）。汽油可取 =6.96N/L 7.15N/L；柴油可取 =7.94N/L 8.13N/L8。 自卸车的最高车速为 85km/h, 则 0 4 .4 4 1 6 51 4 2 8 .20 .3 7 7 0 .3 7 7 0 .5 3 6gaei i vnr 469.0377.0 8536.1278.6 =4104.54r/min 在经济车速下发动机功率为 : 31 3 6 0 0 7 6 1 4 0a DDe a am g f CAP v v = 3857 6 1 4 0 7.485.0853 6 0 0 02.08.99 7 5 086.0 1 99.65KW 由（ 2.18）式得： 67.88502.1 14.065.99 Q=18.56L/100km 三 .整车稳定性分析 行驶稳定是保证自卸车安全的一项重要性能指标。因此，设计时要 对自卸车空载质心高度、空载侧倾角和最小转弯直径进行了计算，保证行驶的安全性 9。 计算时可根据已有的资料，或利用试验结果，也可用计算方法来确定专用车各总成的质量及其质心位置坐标，然后按照力矩平衡方程式，求出整车的质心位置。 针对东风 尖头 140 自卸车已有的资料，又因轮距为 3950mm ，可得 重心离地高度为 89.1ghm。 自卸车空载的侧倾角 是评价整车稳定性的重要参数 。如图 2.7 所示。 自卸车空载侧倾角 的计算公式为 a r c t a n / 2Bh （ 2.19） B车轮外侧倾翻点宽度 ，为 2460mm; h自卸车质心高度，为 1893mm； 则 )1 8 9 32/2 4 6 0a r c t a n (a 38。 nts 23 根据 规定，自卸车空载侧倾角 应大于等于 35 ，故设计满足侧向稳定性条件。 图 2.7 自卸车侧倾角 在计算本设计的自卸车的最小转弯直径时，取自卸车的转弯极限位置计算。如图 2.8 所示 图例 ，由此自卸车的最小转弯半径 : R 23.123.195.395.3 =4.2 （ 2.20） 故计算最小转弯直径 :D=8.4m 由与所选底盘的最小转弯直径 为 16m，图 2.8 的极限位置打不到，所以汽车的转弯直径为 16m。 图 2.8 最小转弯半径 nts 24 2.2 本章小结 . 本章分别从整车动力性、燃油经济性、最大托举重量的稳定性等几个方面，对改装后的自卸车进行了合理性的性能计算分析。从计算分析的结果可以看出，该设计方案满足各方面的性能要求。 nts 25 第 3 章 液压举升机构的设计 3.1 液压举升机构时应满足的性能 对于液压举升机构考虑到工作环境、工作性质及工作内容等的要求，在设计过程中应满足以下功能 ： 1、较强的免维护性 2、良好的动力性 举升机构作为自卸车卸料时的动力来源，为保证卸料顺利完成，要求其必须具有良好的动力性能。自卸车由于其特定的使用环境和用户群体决定了它经常处于超载状态，这就要求举升机构要具有一定的过载系数。 3、平稳性 要求举升机构在倾卸货物时具有较好的平稳性，不得有较大的动力冲击，降低冲击力对机构各部件的损伤概率，保证机构的使用寿命。 4、卸料性 自卸车顾名思义就是省却了人力卸料之苦，通 过特定的机构使用液压力自动卸料。因此，自卸车举升机构应达到的卸料目标是 ： 在较短的时间内使货箱举升一定的角度，即举升机构将货箱举升到最大举升角所需的时间 （ 对此国家规定了时间限值 ）； 货箱被举升机构举升到最大转角时，货物应顺利地倾卸完毕 （ 即最大举升角达到货物的安息角 ） 。 5、紧凑性 自卸车多数是大吨位的工程运输车辆，其装载工具多为大型装载机械。为了装载方便，自卸车的货箱布置位置一般较低，同时又要考虑到自卸车的工作环境，应使其具有较好的通过性 （ 即离地间隙受限 ） ，因此，自卸车的举