CL01-049@HQ5120XLB后栏板起重运输汽车改装设计
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机械毕业设计车辆工程
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CL01-049@HQ5120XLB后栏板起重运输汽车改装设计,机械毕业设计车辆工程
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黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的目的意义 随着现代物流业的迅速发展，汽车的运输量迅速增长，货物的装卸量和频率也随之加大。对于大吨位的厢式 载货汽车 而言，由于车厢地板离地较高 ,且货物质量较大，装卸困难 ,特别是在单人操作时，货物装卸很不方便，工作效率低。基于此， 许多厢式载货汽车 装有举升栏板 1。起重 栏 板可大幅度提高运输及装卸效率 , 减轻操作人劳动强度 , 广泛用于邮政、金融、石化、商业、制造等行业。 栏板起重运输汽车是在普通 载货 汽车 基础上发展起来的， 由其安装在汽车尾部而得名。 载货类 汽车 最初都是完全人力化装运 ，近年 来，随着我国国民经济持续、快速、健康的发展 。中央政府和各地方政府的重点投资城市化进程、新农村建没、基础设施建设。特别是近几年来，国家近年来持续扩大内需，迅速繁荣的商品运输促使 物流量成倍的增长，再加上各类型公路的建设速度加快，公路货运发展得到迅猛 的 增长，专业运输单位和个体运输经营者如雨后春笋般地多了起来。很多公司都有了自己的运输车队，仅靠手工作业， 不能充分发挥车辆的效能以提高企业效率。同时由于汽车运输量成倍增长， 随着 货 物的装卸量和频率也随之加大， 大吨位载货汽车比例逐渐增大 。对于大吨位的厢式 载货汽车 而言， 由于车厢地板离地较高，且货物质量较大，装卸困难。这种分情况下拥有机械化装卸装备，特别是在单人操作时，能够极大地提高装卸货物的工作效率 。可见，实现货车装运的机械化是势在必行的， 为此迫切的需 一种可实现自起重装卸功能的专用 载货汽车 。 后 栏板起重运输汽车， 仅利用一套后 栏板起重装置就可以实现货物的机械化装运，因而被逐渐重视。 1.2 后栏板 起重运输汽车国内外研究概况 栏板起重装置的发展 , 在国外大体上可分为四个时期。第一代产品产生于 20世纪30 年代末 , 其特点主要是单缸举升 , 而栏板翻转靠手动 , 起升质量为 500kg左右 , 栏板(又称载物平台 ) 触地倾角 9 10。目前 , 这种产品在东南亚、日本仍在使用 , 20世纪90年代 , 还在美国得到了新的发展。第二代产品产生于 20世纪 50年代初的欧洲市场 , 在第一代产品的基础上增加了翻转关门油缸。举升与翻转分别由二个独立油缸实现。最nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 常见的是四只油缸的型式 , 也有双缸的。起升质量在 500kg以上 , 载物平台触地倾角 10, 翻转动作凭操作者经验控制。该种产品目前主要用于美洲及东南亚地区。第三代产品产生于 20世纪 70年代末的欧洲市场 , 是在第二代产品的基础上增加第五只油缸。这只油 缸在液压系统中主要起相对位置的记忆功能 , 使载物平台触地、离地的翻转动作不再由操作者控制而由液压系统本身控制 , 从而使升降过程相对平稳与安全。触地倾角一般为 8 10。若兼作厢门用 , 因平台尺寸增大 , 倾角也可能小于 8。目前该类产品普遍用于欧美地区。第四代产品产生于 29世纪 90年代初 , 其液压系统及功能原理同第三代产品 , 只增加了记忆油缸的尺寸 , 使记忆动作的范围进一步增大。它不同于第三代产品的关键在于其载物平台增加特殊结构 , 由一体改为两体活动联接 , 使平台触地后不仅能自动翻转 , 而且有一个下沉的动作 , 使触地倾角达到 6, 甚至在 6以下。目前该产品在荷兰、南斯拉夫和中国已申请了实用新型发明专利。国内已有定型产品投放市场。从操作性能、安全可靠性等使用效果上 , 第四代产品将逐渐取代了第二、三代产品。而第一代产品 ,由于其结构简单 , 重量轻 , 虽然技术含量低 , 但具有便于维修等优点在发展中国家将仍 拥 有 巨大 的市场。 栏板起重装置在国内的发展只是近二十几年的事情。国产化产品早期用汽车发动机作为动力。 1992年实现以汽车蓄电池作为液压泵站的驱动力。 1992年以后 , 栏板起重装置因国内厢式车的发展而开始发展起来 , 技术水平也逐渐向国际靠近。但就其发展而言 , 仍处于起步阶段。国内市场的扩展 , 还需要时间与机遇。从时间上讲可能不会太久 , 从品种上讲 , 短时期内将仍是以多种型式并存 , 但最终可能是单缸产品和五缸产品为主。 现代车辆 的 装备技术 必需 与生态型、现代化国际大都市发展相适应，具有国际先进、技术创新的装备特征 ,必需 从满足单一的普通作业需求，向满足文明作业、环境保护、质量监管、城市容貌等作业和管理需求方向发展 2。 1.3 设计 的主要 内容 与技术路线 本次设计的重点是对 后栏板 起重运输汽车的后栏板起重装置采用的各种方案进行比 较分析，并 分别列出各方案的优劣点，以便选择最合适方案。 本次的设计目标是设计一种 整车总 质量 为 12t， 起重质量大于 500kg 的后栏板起重运输汽车 的 后栏板 起重运输汽车，其性能参数与原载货车接近。 后栏板 起重运输汽车是装备有栏板起重装置的 载货汽车 ，因此本设计的 基本内容： （ 1）研究后栏板起重运输汽车的组成、结构与设计； （ 2）进行后栏板起重运输汽车的总体结构布置； nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 （ 3） 进行二类底盘的选择； （ 4） 进行后 栏板 起重机构、车厢设计、辅助装置设计选型； （ 5） 整车性能计算分析。 拟解决的主要问题： （ 1）车辆的总体布置 ； （ 2）副车架设计、副车架和主车架的连接； （ 3）举升机构的详细设计； （ 3）液压装置进行设计计算选型； （ 4）整车性能分析计算。 技术路线如图 1.1 所示。 图 1.1 二类底盘选型 总体布置 举升机构设计计算、分析 车厢结构设计计 液压系统设计 绘制设计装配图与零件图 整车性能计算分析 整车设计修正 副车架结构设计计算、分析 升降机构设计 取力器的选型 确定设计步骤，方案设计分析 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章 后栏板 起重汽车方案设计与分析 2.1 后栏板 起重运输汽车的结构 与分类 栏板起重运输车采用汽车车厢的栏板或附加起重栏板为起重装置，并利用车身的动力源， 驱动栏板进行升降以装卸货物。 后栏板 起重运输汽车按栏板起重装置的动力源分可分为发动机式和蓄电池式。前者通过取力器，利 用汽车发动机的动力驱动栏板起重装置工作；后者则依靠车载蓄电池向栏板起重装置提供动力。按起重栏板的功用分可分为 后栏板 起重式 和附加栏板起重式 。前者的起重栏板是经加固的车厢栏板，因此它具有双重功能。后者的起重栏板仅作为起重装置用，不起车厢栏板的作用，它用于厢式汽车的后栏板起重装置，如图2.1所示。 图 2.1 后栏板 起重运输汽车 后栏板 起重运输汽车由两大部分组成，即二类底盘和后栏板起重装置。其中 后栏板 起重装置是 后栏板 起重运输汽车的主要结构部分。其主要组成如下： 后栏板锁止机构动力系统液压系统后起重栏板升降机构后栏板起重装置二类底盘后栏板起重运输汽车单 缸对中式栏板起重装置的结构如图 2.2 所示 。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 1 取力器； 2 齿轮液压泵； 3 液压油箱； 4 滤清器； 5 液压控制箱； 6 液压缸； 7 升降机构； 8 起重栏板 图 2.2 一种栏板起重装置结构 栏板起重运输汽车在进行装卸作业时，即栏板起重装置工作时，动力系统获得的动力带动齿轮液压泵工作，并向液压系统提供压力油，液压缸在液压油的作用下，活塞杆推动升降机构运动，最后起重栏板在升降机构的带动下相应运动，完成起重 、 举升、装卸货物的功能。 2.2 后栏板 起重汽车升降机构的 分类 与 选型 在 后栏板 起重汽车改装设计中对升降机构的 设计要求： 1.能上下平移，使起重栏板能完成翻转起闭和着地倾斜等不同形式的运动。 2.工作可靠，在液压系统停止工作时，升降机构不得有明显的自动沉降现象。 3.使起重栏板能将 最少 500kg 货物平稳地升降到一定高度，且能在任意位置停住。 后栏板 起重装置的升降机构的基本原理 ： 后栏板 起重装置的种类很多，但其基本原理却是相同的 , 即平行四连杆机构的平行移动原理 , 如图 2.3 所示。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 图 2.3 平行四连杆机构 图中 AB 、 BC 、 CD 、 DA 四连杆铰结 ， CDAB ， DABC ， BCAB ， 固定 AB杆 ， 给 BC 杆一力矩 ， 使其以 B 为圆心转动 ， 则 CD 杆始终与 AB 杆保持平行状态。如果使 AB 杆处于竖直 状态 ， DC 杆扩展为 DCE ， 那么 ， DE 就能始终以水平状态升降，其中 DCE 即为所说的 后栏板 ，如图 2.4所示。 图 2.4 转化后的 后栏板 起重装置机构图 2.2.1 单缸对中式升降 机构 单缸对中式升降机构如图 2.5 所示 ， 简化结构如图 2.6 所示。其运动由三部分组成 , 一是栏板的上下平移运动 ； 二是栏板运动到着地点的倾斜运动 ； 三是栏板在上止点的翻转运动。其中栏板的上下平动及着地点的倾斜运动是由油缸 1 活塞的往复直线运动转换而成。对于翻转运动则是由弹簧助力靠人完成的。 上下平动时 ， D 、 A 两点固定，铰接点 E 受限位杆 3 的推力板下端调整螺钉 F 点的限制而固定，整个机构可视为以 DA 为固定边的 DABC 平行四边形机构，完成上下平动的要求。倾斜运动时， D 、 A 两支点固定，但铰接点 E 的约束解除，整个机构可视为以 DA 为固定边的 DAEBC 铰链五杆机构，从而实现下止点位置的倾斜运动。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 1 支架； 2、 5、 7、 12、 13 销轴； 3 滚子 ； 4 阶梯 销轴； 6 拐臂轴； 8 锁片； 9 螺钉； 10 调整螺钉； 11 下杆； 14 连杆；15 转换限位杆； 16 上杆； 17 限位块； 18 铰销； 19 锁紧杆； 20 限位板； 21 侧拐臂 图 2.5 单缸对中式举升机构 1 油缸总成； 2 推力板总成； 3 限位杆； 4 下杆； 5 上杆 ； 6 限位块； 7 栏板 图 2.6 单缸对中式结构简图 单缸对中式举升机构的优点是结构简单、成本较低，同时可以避免双缸工作时的不同步问题；缺点是举升重力较小，要求车架下有较大的安装空间，制造工艺较复杂。 2.2.2 双缸对称式升降机构 图 2.7 为双缸对称式升降机构的结构图，其特点是采用双液压缸分别驱动两套对称布置的平面连杆机构，实现栏板的翻转、升降、平移和着地后的倾斜运动。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 1 固定支座； 2、 5、 7 销轴； 3、 11、 12 圆柱销； 4 活动支座； 6 浮动铰链； 8 液压缸； 9 下杆； 10 上杆； 13 栏板支座； 14 滑座； 15 拨叉轴； 16 滑块； 17 连接角铁 图 2.7 双缸对称式升降机构 该机构利用变换平行四杆机构的固定边，实现栏板的翻转及升降平移运动。而栏板着地后的倾斜则是将平行四连杆机构转换为五杆机构实现的。 图 2.8 为栏板的翻转运动简图 。为了实现栏板的翻转， D 点固定，使上杆 3 成为固定杆，即在 ACDO 平行四杆机构中， OD 为固定边。当液压缸 2 的活塞杆伸长时，浮动铰链板 4 推动活动支座 1 绕 O 点顺时针转动。同时栏板 6 绕 D 点转动。当 OA 转至竖直位置时，栏板则转到水平位置，如图双点画线所示。 图 2.9 为 栏板的升降运动简图。 此时， 在 ACDO 平行四杆机构中， OA 为固定边。D 点的约束，上杆 3 由固定杆变为活动杆。当液压活塞杆收缩 ， 该机构在重力的作用下绕 O 、 A 两点顺时针转动，栏板 6 为平行四杆机构中 ACDO 的 DC 边，因而平行下降至 地面。反之，若活塞杆伸长，推动浮动铰链板 4，同时带动平行四杆机构中 ACDO绕 O 、 A 两点逆时针转动，栏板则平行上升。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 1 活动支座； 2 液压缸； 3 上杆； 4 浮动铰链； 5 下杆； 6 栏板 图 2.8 栏板翻转运动简图 1 活动支座； 2 液压缸； 3 上杆； 4 浮动铰链； 5 下杆； 6 栏板 图 2.9 栏板升降运动简图 图 2.10 为栏板着地后倾的运动简图，栏板着地后，由于地面的约束， C 点只能沿地面平移。同时地面对 C 的支反力形成一个绕 B 点逆时针转动的力矩作用在下杆 5 上。此时若液压缸 2 活塞杆收缩，浮动铰链板 4 绕 A 点作顺时针转动，下杆 5 杆头平面的 约束被解决，此时的机构变为五杆机构，当浮动铰链板 4 作顺时针转动时，上杆 3 绕 Onts黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 点转动，下杆 5 与栏板 6 则作平面复合运动 。 当 C 移至 C (因位移小，图中没有画出 )时，栏板后端触地，至此完成栏板着地的后倾运动。 1 活动支座 ； 2 液压缸 ； 3 上杆 ； 4 浮动铰链 ； 5 下杆 ； 6 栏板 图 2.10 栏板着地后倾的运动简图 双缸对称式升降机构的优点是可减小液压缸的直径，缺点是安装调试复杂。 2.2.3 四缸驱动式升降机构 四缸驱动栏板如图 2.11 所示， 栏 板工作过程中 ， 翻转缸和举升缸交替工作 ,装卸平台下降 ， 起升过程与之相反。在结构上 ， 该设计充分考虑了空间问题 ， 把直流电 机与齿 轮 油泵通过弹性联轴器相连 ， 结构简单 ， 成本低 ， 且能传递较大的扭矩。 1 翻转缸； 2举升缸 (带杠杆 )； 3支承座 图 2.11 四缸驱动 栏板 四缸结构中 BC 杆、 EF 杆均为油缸 ， 这是不同于单缸的区别，其结构如图 2.12所示。 四缸机构的优点是四缸同时工作可使液压缸的直径进一步减小，安装空间减小。其缺点是采用四个液压缸，较单缸和双缸机构液压系统复杂。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 图 2.12 四缸式升降机构简图 2.2.4 五缸驱动式升降机构 五缸 驱动式后栏板结构如图 2.13 所示 。 五缸结构中的第五缸是液压记忆缸 , 在液压回路中 ， 只参与载物平台触地后平台的翻转动作 ， 而不参与平台升降 ， 其基本结构与四缸相同。 图 2.13 五缸驱动式 栏板结构 一般举升重力小于 8kn 时，选用单缸不仅结构简单、成本低，还可避免双缸工作时的不同步问题。 综上所述，从机构制造难度、安装方便性、举升重量等多方面考虑，选用 单缸对中式。 2.3 后栏板 起重装置的液压系统 后栏板 起重装置的液压系统的改装设计要求： （ 1） 应能保证升降机构平稳地上下平移。在额定起重量全程上升、下降时间 均应控制 1015 s 之间。 （ 2） 在额定起重量升降过程中的任一位置停留 5min， 其静沉量应小于 20 mm。 （ 3） 液压系统应有执行元件安全保护装置等液压系统的通用要求。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 2.3.1 单缸驱动栏板起重装置的液压系统 单缸对中式后栏板起重装置的液压系统由液压泵、油箱、滤清器、液压控制箱及液压缸组成， 如图 2.2 所示。 在液压控制箱中，装有溢流阀、手动换向阀、双向液压锁及单向节流阀等。 其液压系统的管路布置见图 2.14。 溢流阀 5调节液压系统的压力；节流阀调节液压缸活塞杆的移动速度；手动换向阀 7(手动， P、 O 连接三位四通 )控制活塞杆的移动方向。来自液压泵的多余的油液经 溢流阀 1流向油箱。 双向液压锁 8 能使液压缸中的活塞在行程中任何位置停住，防止升降机构自行沉降。其锁紧的可靠程度仅受液压缸内部泄露的影响。双向液压锁实际上是两个液控单向阀的组合阀，其结构如图 2.14所示。两个液控单向阀 的油口 P1、 P2分别与换向阀的油口 A、 B相通；油口 T1、 T2分别与液压缸的无杆腔和有杆腔接通。当手动换向阀手柄位于举升位置时，压力油从油口 P1进入双向液压锁，一方面顶开左端阀芯从油口 T1流入液压缸的无杆腔，另一方面压力油推动活塞向右移动，顶开右端阀 芯， 使油口 P2与T2想通，于是液压缸有杆腔的液压油经油口 T2 、 P2流向换向阀的开油口，使得液压缸的活塞杆向外伸出。反之，则液压缸的活塞杆向内收回。当换向阀手柄处于中位时，双向液压锁的两油口 P1、 P2与换向阀的通路切断，无液压油通过，因此，两端阀芯在各自复位弹簧的作用下关闭阀口，使得液压缸两腔的压力油处于封闭状态，从而起到锁定活塞的作用。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 1 油箱 ； 2 滤油器 ； 3 液压泵 ； 4 节流阀 ； 5 溢流阀 ； 6 单向阀 ； 7 手动换向阀； 8 液压锁； 9 液压缸 图 2.14 一种单缸液压控制系统原理图 单缸液压系统的优点是，只有一个液压缸，因而其液压系统简单。 价格便宜。 缺点是，由于只 有一个液压缸，且仅用于实现举升作用，栏板的翻转必须靠手动来实现 。 2.4 后栏板 起重装置动力源结构型式 1、 通过一 个 取力器从发动机齿轮箱引出动力传动给液压油泵 ， 带动液压油泵旋转供给高压油推动液压系统执行装置油缸动作 。 优点：可根据机构要求配备相应取力器获得不同功率及转速的动力源以满足机构工作要求 ； 可连续长时间工作、功率大、结构普通、成本低 ， 适于大功率工作场所如自卸翻斗车、汽车起重机、压缩式垃圾车及交通拯救车等专用车。 缺点：安装复杂、结构散乱、液压系统管路接头多、液压油漏点多、维护难 ， 且只有在汽车发动机 起动时才能工作。 2、 利用汽车自带的蓄电池作电源 ， 采用集液压油箱、液压油泵、直流电机及控制阀于一体的动力装置供给高压油推动液压装置油缸动作。 优点：结构紧凑、安装简单、液压系统管路接头少、液压油漏点少、外形美观 ，nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 且工作时 ， 汽车发动机可不必起动。 缺点：功率偏小、电机工作电流大、易发热。这种装置用于间歇式工作的场所 ，但成本高。 根据在小批量生产中尽量降低成本的原则， 因此，此次设计中 后栏板 起重装置为采用 取力器 为动力源，以驱动四连杆机构运动，从而使承载平台完成上升下降等各种动作 2.5 安全机构 由于 后栏板 起重装置 是装置于车辆尾部而跟随着车辆移动的设备，为了确保行车安全和保护设备，就必须有及安全装置。 本次设计中选择采用 添加 后栏板 锁止机构， 后栏板 锁止机构既能保持 后栏板 的关闭状态 。 2.6 本章小结 本 章主要对 后栏板 起重运输汽车的升降机构和液压系统进行了方案的设计与比较分析，最后确定了满足要求的升降机构和液压系统类型。同时也对 后栏板 、 后栏板 起重装置的性能参数、动力源型式、安全机构 进行了简要的比较分析和确定。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 第 3 章 后栏板 起重运输车底盘的选取 根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民 经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。 3.1 底盘的选取 3.1.1 汽车底盘选型要求 汽车底盘一般应满足 以 下要求： 1、 适用性 专用汽车底盘应适用于专用汽车的特殊使用功能要求 ,在此基础上进行改装造型设计； 2、 可靠性 汽车底盘工作可靠 ,出现故障的几率要小，零部件要有足够的强度刚度和使用寿命，并且各总成零部件的使用寿命趋于一致； 3、 先进性 所选汽车 底盘 ,在动力性 ,经济性，操作稳定性，行驶稳定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，并且满足国家或行业标准； 4、 方便性 所选底盘要便于改装，检查保养及维修，结构紧凑与调试装配空间合理匹配。 3.1.2 底盘选型 专用车辆采用的底盘主要分为二类和三类 。二类底盘，是在整车的基础之上去掉厢体；三类底盘，是从整车上去掉货箱和驾驶室。 选取的底盘的好坏，直接影响到专用车的性能。在选取汽车底盘时，主要是根据专用车的用途，装载质量，使用条件，性能指标，专用装置或设备的外形尺寸及动力匹配等进行。目前，进 80%的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。 选取二类汽车底盘进行改装设计时，重点工作是整车总体布置和有特殊工作需求nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 的装置的设计，对底盘仅做辅助的性能分析和必要的强度校核，确保改装后的整车性能在基本上与底盘接近 ,达到合理的匹配。 3.1.3 底盘的选取 根据以上，本设计所主要从解放汽车中选择。所选二类汽车底盘为：解放牌CA1127L5 载货 货车 ，具体参数如表 3.1。 表 3.1 解放牌 CA1127L5 载货货车底盘参数 原货箱尺寸： 60002300550mm 以原货箱钢板厚度为 3mm，密度为 7.85kg/m3 估算原货箱质量 原货箱质量 m=（ 6502300.3+2650600.3+2230600.3） 7.85=6007605g600kg 3.2 选用的底盘主车架的主要尺寸 由上选用的底盘 CA1127L5 底盘 ,其主车架尺寸如下： 主车架的 纵梁截面尺寸 : 235756mm 底盘型号 CA1127L5 额定载质量 (kg) 6805+600-1500=5905 整备质量 (kg) 5200-600+1500=6100 外形尺寸 (mm) 900024762400 发动机型号 CA6102B6 排量 (ml) 5560/155 额定功率 /转速（ KW/(r/min)） 108/3000 轴距 (mm) 5160 前轮距 /后轮距 (mm) 1800/1740 接近角 /离去角 (度 ) 30/17 前悬 /后悬 (mm) 1190/2650 燃油类型 柴油 轴数 /轮胎数 2/6 轮胎规格 9.00-20 最高车速 (km/h) 96 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 主车架上面尺寸到地面高度 : 860mm 3.3 栏板起重车质量参数的估算 额定载 重质量是栏板起重车基本使用性能的参数。由上面的叙述知道，本设计的栏板车辆额定载质量定位 5900kg。 整车整备质量也是栏板起重车的重要性能参数。在 栏板起重 车的设计过程中，主要采用同类产品提供的数据进行估算整车整备质量。整车整备质量包括底盘质量、底盘以外外加的副车架、车厢、起重装置、支架 以及液压系统等装置的质量，是加满各种油液料后的 质量。本设计的 后栏板 起重车 整车整备质量估算为 6100kg 。 装载质量1m， 选取为 5900kg： 整车整备质量2m， 估算为 6100kg： 驾驶员质量3m，按 65kg/人 ,额定载员 2 人 ,65kg2=130kg 汽车总质量是指装备齐全，装满额定货物后的汽车质量，包括驾驶员在内的额定载员质量。即： M=m1+m2+m3=5900kg+130kg+6100kg=12130kg 3.4 本章小结 本章按确定的设计目标，选择了这次设计的底盘 CA1127L5，给出了选用底盘的 主要参数 ,并对所设计的 后栏板 起重运输车进行了主要参数计算。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 第 4 章 车厢的结构设计 4.1 车厢的结构设计 目前，由于用户对厢式货车产品有不同的要求，钢板厢式货车仍有一定的市场。其材料有彩钢板、镀锌板、镀塑板等。利用此种材料具有两种制作方式：一种是有骨架式，一种是无骨架式。 1.有骨架式 利用 1 2 mm的钢板覆在骨架外面形成平板式或瓦楞式厢式货车，利用铆钉进行联结。此种结构比无骨架式使用材料要多一些，加工简便，售价低，便于无设备企业小批量生产。 2.无骨 架式 利用 82 mm钢板加工成集装箱型竖瓦楞 ， 侧板、顶和门的用材均为竖瓦楞型，因而不需骨架。但此种结构对加工及设备要求较高，售价较低，目前较受客户欢迎。 厢式车辆的产品名称和型号编制应符合 JB 2321-78改装车辆产品名称、型号编制方法的有关规定。厢式车辆的总高和总宽不应超过 GB 1589-79( (汽车外廓尺寸限界的有关规定，即“总高 4m，总宽 (不包括后视镜 )2.5m。如特殊需要时，总宽最大不应超过 2.6m。 根据本次设计的宗旨理念要求：工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高，选择有骨架车厢 架构。 3.车厢 骨架 结构设计 骨架结构形式既要满足车厢强度和刚度要求，又应尽量减小车厢自重。在材料、截面积相等及壁厚不变的条件下，管形截面的抗扭刚度最佳，箱形截面次之，开口截面最差。从抗弯的观点看，闭口截面稍次于开口截面。从提高整个厢体的刚度出发，宜采用闭口截面。此外，骨架结构设计还要考虑内外蒙皮装配的工艺性要求及内外蒙皮、底架、门框（扇）等零部件通用化程度，以缩短设计和制造周期，降低生产成本。车厢骨架 一般都设计成“井”字形的矩形框架结构。在制造工序上，首先将组成车厢顶盖、底板（包括副车架的纵梁、横梁）、前 围、后围、左右侧围六大块，分别加工为nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 骨架分总成，然后将这六大块骨架分总成焊接成一个完整的车厢骨架。地板是整个车厢的基础，受力比较严重，因此其纵梁和横梁均采用槽型截面纵横搭接的结构，以提高强度和刚度。纵梁间距应与所选底盘车架的纵横间距相等，以便安装。各横梁的纵向位置应根据汽车后轴轴线位置确定。与后轴轴线相邻的两横梁要避免因轮胎跳动而产生运动干涉，因此间距要比其他横梁间距大，一般取 1000mm左右，其他横梁间距取500700mm，本次设计底板如图 4.1所示 。 图 4.1 根据标准 JB 2320-84厢式车辆 可知 厢式车辆的车厢长度和侧立柱跨度应符合表4.1的规定。 表 4.1 车厢型式 车厢长度 侧立往跨度 开式 3900 1720 闭式 3900, 4200, 4700 5000, 5500, 6300 740, 800 调温式 产品标准规定 冷藏式 产品标准规定 轿车式 7800, 9100 SIB 本次设计采用材料为 Q195尺寸为 75X45X2的方矩管作为底板横梁，尺寸为nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 30x40x1.5的方矩管作为侧立柱和顶部骨架的材料，骨架之间的连接方式为焊接。根据主车架宽度确定底板纵梁的宽度 为 865mm。 根据标准 GB1589 79汽车外廓尺寸界线的有关规定，即“总高 4m，总宽 (不包括后视镜 )2.5m”。如特殊需要时，总宽最大不应超过 2.6m。 选择 本次设计 车厢高度 2500mm，同时根据表 4.1确定闭式车厢长度为5500mm， 侧立柱跨度为 800mm。车厢侧壁、前壁、上壁骨架分别如图 4.2、图 4.3、图4.4所示。 1 车厢顶壁横梁； 2 车厢底板横梁 图 4.2 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 图 4.3 图 4.4 4蒙皮的设计选用 蒙皮是薄壁板件。通过一定的固接方式（如铆接、焊接、粘接等）覆盖在骨架上，成为车厢 的内外表面。蒙皮通常采用 0.81.5mm 厚的薄钢板。非金属蒙皮厚度为23mm。本次设计以厚度为 1， 2mm 材料为 Q195 的钢板作为内外蒙皮，以厚度为 3mm，材料为 Q195 的钢板作为车厢底板用铆钉链接，在底板上铺毛毡或 5mm 厚防水胶合板。蒙皮采用整体平整蒙皮共 9 块。 车厢质量估算 75X45X2 方矩管 质量 约 为 30kg/m ,30x40x1.5 方矩管 质量 约 为10kg/m 所以车厢质量 m5.5X10X12+2.5X10X18+2.45X30X9+2.45X10X10=1422kg1500kg 4.2 本章小结 本章主要对车厢结构进行了 选型 设计 ,确定了各个壁面横梁与纵梁的位置关系及车厢高度， 并选择了车厢骨架 及蒙皮 材料 ，估算了车厢质量。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 第 5 章 后栏板起重车结构设计 5.1 副车架的 改装 设计 5.1.1 副车架外形设计 在设计 后栏板 起重车 时，所选取的二类底盘只有主车架，为了增加车架的强度刚度，延长车架的使用寿命，在原有主车架的基础上增加了副车架。其形状同主车架，在主副车架 之间加一定厚度的松质木条。其长度同副车架的长度，宽度同副车架的厚度。主副车架用 u 型螺栓 和止推连接 板 进行加固连接。副车架示意简图见图 4.1。 图 4.1 副车架示意简图 5.1.2 副车架选材 在汽车制造工艺中，钢板冲压成型工艺占有十分重要的位置。冲压成形的零件具有互换性好、能保证装配的稳定性、生产效率高和生产成本低等优点。 载重汽车用中板数量较多，受力的车架纵梁和横梁、车厢的纵梁和横梁均采用中板冲制且多以低合金高强度钢板冲压生产，也是适应提高汽车承载能力、延长使用寿命、降低汽车自重和节能节材以及安全行驶等要求的发展趋势。 目前，我国载重汽车车架的纵梁和横梁已经全部采用低合金高强度钢钢板制造。纵梁可以 用抗拉强度为 510MPa 的 16MnL 和 09SiVL(必须是用往复式扎机生产的 )、10TiL 和 B510L 钢板生产 。 由以上，副车架材料选用载重汽车横纵梁的一般选用材料 ,纵梁采用 16MnL。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 5.2 升降机构支架的设 1、支架的外形设计 升降机构的支架在装卸中起到承载的作用，它是安装连杆机构、液压缸以及和车架连接的构件，其长度和宽度尺寸要根据所选底盘车架的结构及升降机构的型式确定。按照升降机构的支架和汽车底盘车架的连接关系，可看出，在确定支架宽度是需要给出足够 的安装空间位置。支架用螺栓和铆焊在车架梁腹板上的连接角 铁固定，因此应根据所选螺栓的规格，留出适当的扳手空间。 支架的长度根据车架的具体结构确定。支架的长度 a 与副车架上的两根纵梁的间距 a 0 接近，方便支架和车架的连接。 2、支架选材 在全面分析支架的工作条件、受力状态、工作环境和零件失效等各种因素的前提下，选用 槽钢焊接而成 。 5.3 升降机构各杆的初步设计计算 5.3.1 升降杆的长度计算 升降 杆的理论长度为简化后的平行四杆机构的两摇杆的长度，这一尺寸应根据所选底盘 的结构和改装车厢的布置确定。初定时，此长度不宜过大，因为长度过大，起重栏板的载荷对拐臂 轴所形成的力矩也大，所需液压缸的推力大。但也不应过小。 一般以起重栏板上、下两个极限位置确定上、下杆的理论长度，此时，上、下杆的理论中线与水平线的夹角 为 40 50，如图 4.2 所示， 图 5.2 起重栏板的上下极限位置 图 5.3 栏板升降机构运动简 图 由图 5.2 可知，上下杆的理论长度 L0 为： 0L=1H/ sin (m) (5.1) nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 式中 1H 车厢地板平面到上杆与支架链接点的垂直距离（ m） ; 上杆在上极限位置时与水平线的夹角（ ） 。 初步分析，设上下杆在极限位置时与水平线的夹角均为 a，于是得： 1H= 1 ()2 HC(m) (5.2) 式中 C 平行四杆机构中连杆的长度（ m），一般可取 C=0.15 L0。 代入式 (4.1)得： 0L= 1 ()2 HC 1sin（ m） （ 5.3） 即 0L 0.5sin 0.075H （ m） （ 5.4） 当 取 40 50时， sin =0.64 0.77,于是有： 0L=（ 0.7 0.6） H （ m） （ 5.5） 车厢 底板 距地面高度为 1170mm，于是 可取 得0L=730mm. 5.3.2 拐臂半径 r 和液压缸的初始长度 L1 由图 4.3，可得液压缸、支架和中间拐臂等构件的几何尺寸 的关系为： 22112 c o sL d r d r （ 5.6） 式中 1L 液压缸初始状态时，活塞杆头部铰接点到液压缸铰接点之间的距离（ m）； d 支架 OA 的长度（ m） ; r 中间拐臂的曲柄半径（ m）； 1 初 始角（ ）。 将上式两端同除以 2d ，并令液压缸初始位置相对长度11/Ld ，拐壁半径相对长度 /rd ，则得到以相对长度所表示的构件尺寸关系为： 22111 2 c o s （ 5.7） 同理可得，在液压缸活塞处于终止位置时，个构件的尺寸关系为： 2 2 2222 c o sL d r d r （ 5.8） 式中2L 液压缸终止位置时，活塞杆头部铰接点到液压缸铰接带点之间的距离 (m); 终止角 （ ）。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 将上式两端同除以 2d ，并令21LL，其中 为活塞伸出系数，一般可取 1.5 1.7 ，可得： 3.7699-0.26522 42 A ACBB （ 5.9） 取 =0.3 7 5 6.0c o s21121 （ 5.10） 式中 2 1AC 2 122 ( c o s c o s )B 确定1、2后，可求出式中 A 、 B 、 C 等值。据统计，1在 20 30之间，2则等于升降机构转角与1的和。 取1=20， d=600。 于是得出1L=462mm，2L=666mm ，所以取液压缸的行程为 204mm，取 r=150mm。 5.3.3 摆动液压缸的校核 图 5.4 液压缸传动角的校核 摆动液压缸轴线或延长线与拐 臂轴线的夹角 ，称为摆动液压缸的传动角，且90。该角度直接影响机构的传力效果。当主要参数初步确定后，应进行传动角校核。如图 5-28 所示，机构由初始位置向终止位置运动过程中， 角由 1逐渐增大到 90，然后又逐渐减小到 2.由此可判定，传动角 r 的最小值必然出现在机构两极限位置上。按照 0AB1 的几何关系 有： cos（ 180-1） =（ d2-r2- 21L ） /2rL1 （ 5.11） 式中 1 初始位置传动角。 将上式代入上式 。且在等式右边除以 d2，则可以拐臂半径相对长度 表示的初始位置传动角 1 的计算公式为 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 cos1=121co s21co s =-0.881865 所以 1=164 同理，终止位置传动角 2 的计算公式为 cos2=222co s21co s =.564128 所以 2=58 传动角的最小允许值 一般为 40 , 满足机构传动角要求的条件是 1 2 所以摆动液压缸传动角满足要求 213。 5.4 本章小结 本章主要对举升机构进行了运动分析，确定了举升机构的主要尺寸参数并加以校核。充分证明所得升降机构的相关参数符合其工作要求。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 第 6 章 液压系统的设计与选型 6.1 液压系统设计分析 后栏板 起重运输汽车的液压系统原理图已在前面第 2 章方案设计与分析中分析及设计确定，本章主要完成对液压元件的计算、选型以及设计。由于取力器 、液压泵、举升液压油缸、液压阀等常见液压元件已实现 高度标准化、系列化与通用化并由专业 化液压件厂集中生产供应。 因此对于这些液压元件只需要计算选型，其内容为液压缸的直径与行程 、液压泵的工作压力与流量、液压阀的通径、以及油箱的容积与管路内径等。 6.1.1 液压缸的选型与设计 液压缸的选型主要依据后栏板起重运输汽车完成起重、升降所需的最大作用力Fmax以及液压缸实际工作行程。前者用以确定液压缸的直径，后者则用来确定液压缸的工作行程。 1.设计要求 起重栏板在升降机构的驱动下应能完成上下平移、翻转启闭和着地倾斜等运动。 工作可靠，在液压系统停止工作时，升降机构不得有明显的自动沉降现象。 机构简单紧凑 ，便于安装。 栏板起重装置安装后，仍能保证整车的轴载质量分配及离去角等参数的设计要求。 2、液压缸工作行程的确定 mmllS 204462666m i nm a x （ 6.1） 式中 maxl 工作时液压缸两铰接点的最长距离， mm； minl 工作时液压缸两铰接点的最短距离， mm。 根据举升机构及支架长度初选液压缸 为 DG J 110 C EE 车用重型液压缸 ， 缸内径D=110mm。 minl =462mm nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 28 6.1.2 液压泵的选型计算 1. 液压控制系统最大工作压力 P 的确定 （ 1） 栏板起重装置四杆机构受力分析 四杆机构的受力见图 6.1。栏板起重装置的起重力为 5 kN。 CD 杆件处的最大工作阻力矩 M=0.5WL，式中： L 为栏板上载荷质心至铰链点 C 的距离； W 为作用在栏板上的总载荷。 （ 2） 油缸最大推力 图 6.1四 杆机构 的外载 由图 6.1 可得到油缸最大推力 F ，即 KNL MLWFAGABc 13315016s in 74055.07305s in (6.2) 式中： LAB 铰链 AB 间的距离； LAD 活塞杆端铰接点到铰链 A 的距离； 油缸机构的传动角 （ 3） 液压系统的最大压力 maxP M P adFP C 1411.014.3 13344 22m a x (6.3) 式中： d 油缸的内径。 将有关结构参数代入上式，如 ABL =730 mm L=150 mm ， d= 110 mm ， W =5 kN ，L=740mm， 得到 P=14MPa。即溢流阀的限流压力为 14MPa。 （ 4） 油泵排量的确定 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 29 首先应确定由图 1 中完成起重栏板上下平动及着地点的倾斜运动油缸的行程。该栏板起重装置的行程 S=204mm,则油泵所需的流量 m i n/8.37994.3/964.22785.0124 4.201114.32.12 LsLtSAKQ (6.4) 式中： K 系统的泄透系数，取 K 1 2； A 活塞的面积； t 升降时间，由设计要求可取 2010 t ， 取 t=12s; 液压泵的容积效率 ，取 0.85。 代入计算得： Q=3.8L min。 常见的液压泵有齿轮泵、柱塞泵、叶片泵类型。齿轮泵具有结构简单、工艺性好、体积小、重量轻、维护方便，使用寿命长的优点，叶片泵和柱塞泵结构较复杂、价格较高。在后栏板起重运输汽车的液压系统中采用齿轮泵即可满足工作的需要， 常用系列有 CB、 CBX、 CG、 CN 等。 由系统的 Pmax 及油泵所需的排量 Q 可 从标准油泵系列中选取所需油泵型号 为 CB-32，其技术参数如下 额定转速 为 1500r/min；额定功率为8.7KW。 . 根据底盘型号确定取力器型号为 CA6-80G， 其连接方式为 内花键 6-25 20.6 6，最大输出扭矩 33kg/m,输出转速比为 0.95,旋向与发动机相反。 6.1.3 油箱容积的计算 油箱尺寸的确定，不仅要满足系统供油的要求还要保证油缸全部排油而不溢出并且系统在最大可能充满油时，油箱的油位不低于最低限度。 油箱的容积一般可取为： V=(3 5)Qmin=11.4 19L 式中： q 液压泵的最大排量 根据标准该栏板起重装置的液压系统油箱可选取为 AB40 01 060B，工作容积20L。 6.2 本章小结 本章 主要是 对栏板装置及液压缸的受力进行了分析，并 对液压系统 的各组成元件进行了主要参数计算，从而完成了对液压缸、液压泵、 取力器 、油箱 的选型。另外，还对油箱容积
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