12吨摆臂式自卸汽车改装设计【汽车毕业设计含6张CAD图+说明书论文1.8万字43页，开题报告，任务书】
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设计说明书.doc[18000字，43页]
副车架.dwg
摆臂.dwg
法兰盘.dwg
液压系统工作原理图.dwg
装配图.dwg
货箱.dwg
目 录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
第1章 绪论3
1.1选题的背景目的及意义3
1.1.1选题的背景3
1.1.2目的及意义3
1.2 国内外研究现状3
1.3专用汽车的设计特点6
1.4 设计研究的主要内容7
第2章 底盘车架的选择与改装8
2.1二类底盘的选择8
2.2主车架的改装9
2.2.1主车架的钻孔与焊接9
2.2.2主车架加强板得设计10
2.3副车架的设计10
2.3.1副车架的截面形状及尺寸11
2.3.2加强板的布置12
2.3.3副车架的前端形状及安装位置12
2.3.4纵梁与横梁的连接设计13
2.3.5副车架与主车架的连接设计15
2.4本章小结15
第3章 总体布置设计17
3.1 专用汽车总体布置原则17
3.2车厢的设计17
3.3最大举升角的确定18
3.4 摆臂机构的设计18
3.5液压系统的设计 19
3.6取力器的选择20
3.7本章小结22
第4章 总体参数性能分析校核23
4.1主要尺寸参数23
4.1.1外廓尺寸24
4.1.2轴距与轮距24
4.1.3前悬与后悬24
4.2质量参数24
4.2.1装载质量24
4.2.2整备质量25
4.2.3总质量25
4.2.4轴载质量26
4.3总体性能计算分析26
4.3.1发动机的动力性27
4.3.2燃油经济型计算28
4.3.3动力性评价指标30
4.3.4整车动力性计算31
4.3.5燃油经济性计算35
4.3.6摆臂自卸汽车稳定性计算36
4.4本章小结39
结论40
参考文献41
致谢42
附录A43
附录B46
第1章 绪论
1.1选题的背景.目的及意义
1.1.1选题的背景
2009年，中国汽车产业提前走出金融危机的阴影，全年汽车产销量突破1300万辆，跃居全球第一位，其中商用汽车产销突破330万辆（含专用汽车130万辆），同比增长超过30％。汽车市场的繁荣为我国专用汽车行业的发展创造了条件。当前，我国专用汽车产业正处于快速发展阶段，产业结构、经济规模和技术水平发生了深刻变化，专用汽车企业与底盘生产企业的融合不断深入，专用汽车已成为传统汽车产品转型升级的重要方向和载体。
1.1.2目的及意义
随着经济的发展，城市规模不断扩大，城市人口快速增长，城市垃圾量急剧上升，其处理越来越受到人们的重视。摆臂式自装卸汽车是专用汽车的一种，摆臂式自装卸汽车可以平移起落货箱，它同时具有货物和箱体自动装卸的功能，而且两种功能由同一个车载工作装置完成。由于它具备自动装卸箱体功能，装料时一般均将箱体卸下降低装料高度，装满料后，则将箱体自动装车并运输。该车使用方便，运输效率高，依据其机动灵活的特点被广泛应用于中小吨位货物和垃圾的。
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1 目 录 摘要 . Abstract . 第 1 章 绪论 . 3 1.1选题的背景目的及意义 . 3 1.1.1选题的背景 . 3 1.1.2目的及意义 . 3 1.2 国内外研究现状 . 3 1.3专用汽车的设计特点 . 6 1.4 设计研究的主要内容 . 7 第 2 章 底盘车架的选择与 改装 . 8 2.1二类底盘的选择 . 8 2.2主车架的改装 . 9 2.2.1主车架的钻孔与焊接 . 9 2.2.2主车架加强板得设计 . 10 2.3副车架的设计 . 10 2.3.1副车架的截面形状及尺寸 . 11 2.3.2加强板的布置 . 12 2.3.3副车架的前端形状及安装位置 . 12 2.3.4纵梁与横梁的连接设计 . 13 2.3.5副车架与主车架的连接设计 . 15 2.4本章小结 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 总体布置 设计 . 错误 !未定义书签。 3.1 专用汽车总体布置原则 . 错误 !未定义书签。 3.2车厢的设计 . 17 3.3最大举升角的确定 . 18 3.4 摆臂机构的设计 . 18 3.5液压系统的设计 . 19 nts 2 3.6 取力器的选择 . 20 3.7本章小结 . 22 第 4 章 总体参数性能分析校核 . 23 4.1主要尺寸参数 . 23 4.1.1外廓尺寸 . 24 4.1.2轴距与轮距 . 24 4.1.3前悬与后悬 . 24 4.2质量参数 . 24 4.2.1装载质量 . 错误 !未定义书签。 4.2.2整备质量 . 错误 !未定义书签。 4.2.3总质量 . 错误 !未定义书签。 4.2.4轴载质量 . 错误 !未定义书签。 4.3总体性能计算分析 . 26 4.3.1发动机的动力性 . 错误 !未定义书签。 4.3.2燃油经济型计算 . 错误 !未定义书签。 4.3.3动力性评价指标 . 30 4.3.4整车动力性计算 . 31 4.3.5燃 油经济性计算 . 错误 !未定义书签。 4.3.6摆臂自卸汽车稳定性计算 . 36 4.4本章小结 . 39 结论 . 40 参考文献 . 41 致谢 . 42 附录 A . 43 附录 B . 46 nts 3 第 1 章 绪论 1.1 选题的背景 .目的及意义 1.1.1 选题的背景 2009年，中国汽车产业提前走出金融危机的阴影，全年汽车产销量突破 1300万辆，跃居全球第一位，其中商用汽车产销突破 330万辆（含专用汽车 130万辆），同比增长超过 30。汽车市场的繁荣为我国专用汽车行业的发展创造了条件。当前，我国专用汽车产业正处于快速发展阶段，产业结构、经济规模和技术水平发生了深刻变 化，专用汽车企业与底盘生产企业的融合不断深入，专用汽车已成为传统汽车产品转型升级的重要方向和载体。 1.1.2 目的及意义 随着经济的发展，城市规模不断扩大，城市人口快速增长，城市垃圾量急剧上升，其处理越来越受到人们的重视。 摆臂式自装卸汽车是专用汽车的一种，摆臂式自装卸汽车可以平移起落货箱，它同时具有货物和箱体自动装卸的功能，而且两种功能由同一个车载工作装置完成。由于它具备自动装卸箱体功能，装料时一般均将箱体卸下降低装料高度，装满料后，则将箱体自动装车并运输。该车使用方便，运输效率高，依据其机动灵活的特点被广 泛应用于中小吨位货物和垃圾的。 1.2 国内外研究现状 自卸车 指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆。根据驱动模式的不同还分为 6X4， 8X4 以及半挂自卸车。根据用途的不同还分为矿用自卸车，用于运输煤矿，沙石；环卫绿化自卸车，用于运输垃圾等。根据车厢翻动的方向还有前举式和侧翻式自卸车。目前还有双向侧翻自卸车，主要应用于建筑工程。近几年，国民经济的快速发展，使得自卸车成为市场热点，其产销量大幅度增长，据统计，自卸车在中重型卡车市场需求量上约占百分之四十的份额，成为卡车市场的兵家必争之地。我国自卸车的发展向重型化 和轻型化两极发展。 2009 年 1 季度，重卡销量同比下滑 39.16% ， 3 月自卸车独挑大梁。 2009 年 1 季度重卡销量共计101800 辆，比去年同期 (167323 辆 )下滑了 39.16%。在 3 月销售的 10 万多辆重卡中，自卸车占到了相当大的比重，部分企业自卸车的销量占到总销量的近一半nts 4 甚至更多。如自卸车占到欧曼重卡总销量的 45%，占到东风柳汽总销量的 50%以上，占上汽依维柯红岩总销量的 80%以上；自卸车也是重汽、陕汽、华菱这 3家企业的销售重点。自卸车的热卖，与国家基础设施建设的拉动密不可分。在主销产品价格方面， 3 月重卡 销售主要集中在 20 万元以上的中高端车型。如红岩的金刚、特霸，东风天龙等车型。在销售区域方面，很多重卡企业销售的重点区域集中在西部地区，由于灾后重建的因素，四川当之无愧地成为了重卡销售的重点市场。当然，各企业在传统的优势地区依然扮演着重要角色，如华菱在东南沿海一带、上汽依维柯红岩在华北地区等。在自卸车迎来发展良机的同时，载货车也不甘落后，特别是对于一些以载货车见长的企业来说，载货车仍占据了总销量的大部分比重。 2009 年上半年，国内重卡市场增长远远好于年初的预期。国家的政策支持直接导致 3、 4 月份工程类重卡走俏 ;4 月中下旬之后 ,工程类重卡新增和更新需求逐渐放缓 ,重卡市场步入了以牵引车销售为增长动力的行情 ,延续了回暖走势。 8 月份，重卡销售 5.68 万辆 ,环比增长 5.93%,同比增长 71.84%。半挂牵引车销量继续好转。短期看 ,重卡业还将受益于计重收费带来的卡车重型化深度变迁中 ,国家积极的财政政策将带来重卡业的渐进式复苏。目前 ,各项宏观经济指标显示物流回暖 ,出口亦有复苏 ,重卡业形势良好。预计 2009 年汽车全行业销售 1247 万辆 ,同比增长 33%左右。其中 :重卡销售 57 万辆 ,同比增长 5.5%。随着重卡销量快速回升 ,全年销量略 有增长 ,利润增长主要来自毛利率的提高。 2010年行业将完全恢复正常 ,预计销量增长幅度在 15%左右 ,从而带动利润的持续增长。 2008年底，国务院推出了拉动内需的 4万亿投资计划 ， 其中大部分资金投向了基础设施建设领域。政府提出的十项规划中强调要加快保障性安居工程建设、加快农村基础设施建设、加快铁路及公路和机场等重大基础设施建设、加快地震灾区灾后重建等要求。这些项目的建设将需要相当数量的重型卡车，这对于重卡行业尤其是重型自卸车来说，产生明显的拉动作用。随着 2009 年基础建社的开工和灾后重建工作的逐步完工，对重型自 卸车的需求是逐月增加。 2009年虽然重型货车总销量前 5个月出现以 3月为最大值，开口向下的抛物线状，但是重型自卸车逐月不降反升，对重型货车的贡献度是逐月增大。目前我国有重型自卸货车生产企业 90 多家，但主要的生产企业仅有十多家，这十多家企业占据着市场 85%的份额，这十多家企业中最大部分企业仅有一个重卡品牌，所以企业的高度集中必然带来品牌的高度集中。 09年 1-5月我国的重型自卸货车品牌主要集中在福田、东风等前 12个品牌上，这 12 个品牌占据着该行业 80%以上的市场份额。其余品牌占据着市场不到 20%的市场份额。由于重 卡市场的起伏与国民经nts 5 济的发展脉搏几乎同步，因此，上半年重卡的销售走势，背后反映出国内 GDP及投资指数的逐渐复苏。但是每年的基建工程是上半年开工，而上半年重型货车销售的 60-70%都是自卸车，下半年自卸车销量至少会下降一半。 随着我国工业化与城镇化的同步加速，中国专用汽车市场仍将保持高位需求。 2020 年之前，中国仍将处于工业化和城市化同步加速的发展阶段，具有投资规模大、产业链长、加工度高、中间产品多、增长持续时间长的特点，且由于我国资源分布很不均匀，中部原煤产量高，东部钢材产量大，运输强度依然很高，专用汽车产 业发展面临机遇。 到 2020年前中国商用车市场将保持年均 9%左右的增长速度，从而为专用汽车的发展提供良好的发展空间。庞大的基础设施建设项目将给工程类专用汽车带来极大的需求空间和市场增量，高等级公路建设总量依然巨大，带动修建公路的工程车辆、维护公路的特种作业车辆、公路运营车辆的快速发展。同时，我国能源消耗总量巨大，能源物资的运输也会扩大专用车总需求量。 城市化进程加快，城市功能的提高，对建筑、环卫、园林、电力、通信、公安、司法、机场、金融以及各类商业运输等城市建设和服务方面的专用汽车将产生较大的需求 ;物流 业的快速发展，也将极大带动厢式汽车、保温、冷藏汽车、半挂厢式汽车等专用汽车的快速发展。 国际专用汽车产业正加速与中国专用汽车行业的合资合作步伐和力度。同时，中国政府为促进汽车产业更快、更好地发展下去，也相继出台了各项政策与标准法规，包括国家汽车产业发展政策、国家汽车产业调整和振兴规划等，这些政策为专用汽车产业的发展创造了条件。 随着经济发展及物流效率的提升，中重型专用车的需求结构和需求特性将发生显著变化，公路用车比重将平稳增长，以公路使用为主的物流类和作业类专用车市场发展空间将更为广阔，工程类专用车比重 会逐年下降到一个相对稳定的状态。 目前商用车产品的技术水平很低。这主要是由目前的现实国情所决定：购车能力低，驾驶者收入低 ;运输的货物价值量低 ;标准低，管理不严 ;行走路况差，很多商用车不走高速公路。随着这些情况的改变，如购买能力不断提高，运输货物价值也随高品质、高附加值产品需求上升，国家节能标准法规、安全标准法规等加速出台和提高以及国家高速公路网的形成，商用车产品高端化趋势将越发明显，商用车产品升级对专用车将提出更高的要求。 现在，国外专业车企业在新结构，新材料，标准化模块等方面引领着时代潮流，主要表现在 以下几个方面： nts 6 1. 新结构新材料的应用 国外轻量化新材料主要为铝合金，高强度钢，塑料及复合材料等。各大汽车企业都已把这些轻量化材料的多少作为衡量汽车制造技术和新材料开发水平的重要指标。 与普通钢材相比，铝合金的特点是质量轻，耐腐蚀性好，易于加工等，但是成本较高。相比铝合金，高强度钢材料应用上存在弹性模量高，刚性好，耐磨性强，耐冲击性好及较高的疲劳强度等优势。而塑料业广泛应用于工具箱，挡泥罩等。 2. 标准化及模块化设计 国外车辆的标准化程度较高，许多企业都采取总成模块化设计理念，一些集成化的零部件如护栏， 爬梯，备胎架，保险杠总成等均由专门的零部件厂商提供。整车生产企业采用螺栓等可拆卸的装配方式将这些集成零件与整车装配，极大地提高了生产效率，也方便维修。 近年来，我国交通与基础设施建设的加快，为自卸车的发展创造了契机。我国的专用汽车企业纷纷参与国际市场竞争。但我国的自卸车在材料，结构，技术含量，耐久性及安全性等方面与欧美产品还有很大差距 1.3 专用汽车的设计特点 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。 nts 7 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 图 1 1为菜厂牵引车、半挂车和全挂车系列型谱。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。 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 对于某些特 殊车辆，如重型半挂车、油田修 井车、机场宽体客车等，应作为特定作业环境的 特种 车辆来处理。 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。 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。 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。 1.4 设计研究的主要内容 二类底盘的选择，总体布置，摆臂机构的设计，副车架的设计，支腿的设计，取力器的选用，液压系统的选择与布置，改装车性能校核， CAD绘制装配图，零件图等。 nts 8 第 2 章 底盘车架的选择与改装 2.1 二类底盘的选择 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。 目前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汁。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。 无论选用二类或三类汽车底盘，很难完全满足某些专用汽车的性能要求。例如用普通汽车底盘改装厢式货车、存在质心过高，轴荷分配不合理的问题；改装消防车，首先是底盘车速就达不到要求；改装客厢式专用车，存在平顺性差的问题。因此，可以这样说，若要使我国的专用汽车上质量、上档次，一定要开发出一些具有特点的专用汽车底盘。 在专 用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求： nts 9 1) 适用性 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，例如各种取力器的输出接口等。 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。 本文设计的摆臂式自卸汽车 自卸车是在 CA1120 专用汽车底盘的基础上改装设计而成的。 2.2 主车架的改装 主车架是汽车底盘上各总成及专用工作装置安装的基础，改装时受到的影响最大，因此，要特别引起注意。 2.2.1 主车架的钻孔和焊接 主车架是受载荷很大的部件，除承受整车静载荷外，还要受到车辆行驶时的动载荷，为了保持主车架的强度和刚度，原则上不允许在主车架纵梁上钻孔和焊接，应尽量使用车架上原有的孔。如果安装专用设备或其它附件，不得不在车架上钻孔或焊接时应避免在高应力区钻孔或焊接。主车架纵梁的高应力区在轴距之间纵梁的下冀面和后悬的上冀面 处。因为这些部位纵梁应力较大，钻孔容易产生应力集中。 对于主车架纵梁高应力区以外的其余地方需要钻孔或焊接时，应注意以下事nts 10 项： 1) 尽量减小孔径，增加孔间距离，对钻孔的位置和孔径规范，应满足图 2.1和表 2.1 的要求。 表 2.1 主车架钻孔的尺寸要求 尺寸 车型 重型车 中型车 轻型车 孔间距 /mm A 70 60 50 B 50 40 30 C 50 40 30 孔径 /mm 15 13 11 图 2.1 主车架钻孔的孔径和孔间距 2) 在纵梁翼面高应力区外的其它部位 钻孔，只能在中心处钻一个孔，如图2-1 所示。 3) 在纵梁的边、角区域亦禁止钻孔或焊接，如图 2.2、图 2.3 所示的区域即为不允许钻孔和焊接加的部位。因为在这些部位进行钻孔或焊接，极易引起车架早期开裂。 图 2.2 主车架纵梁禁止钻孔区 图 2.3主车架纵梁禁止焊接区 4) 严禁将车架纵梁或横梁的男面加工成缺口形状。 本课题中由于主车架与副车架之间的连接选用止推连接板形式，故主车架不用考虑钻孔，只需考虑焊接的位置得当。 2.2.2 主车架加强板的设计 1) 设主车架纵梁加强板的条件 主车架改装时，为了减少车架纵梁的局部应 力。或者为了使车架加长后仍能满足强度和刚度的要求，对装载质量增加；轴距和总长发生变化，使车架采用中部拼接或尾部加长时；为了使车架高应力区 (危险断面 )满足强度和刚度的要求，同时又使车架在某一区间的截面尺寸变化不致太大，这些情况，常常在车架纵梁上采用加强板。 nts 11 2) 加强板的形状 加强板的截面形状推荐选用 L 型，其厚度应不小于车架厚度的 40。 L 型加强板的冀面应贴合在车架纵梁翼面受拉伸的一边。加强板的端头形状应逐步过渡，如切成小于 45 的斜角，或在端头中部开光滑槽，如图 2.4 所示。 3) 加强板的布置 加强板布置的合理，可以有 效地减少车架的应力。若布置不合理，则可能使车架产生应力集中。为了避免应力集中，加强板的端头位置不应在刚度变化部位和集中载荷作用的地方。例如，应使加强板的端头和副车架的端头充分重叠一部分或使二者相互离开足够的距离，如图2.5 所示。 4) 加强板的控制 加强板和主车架的固定最好采用铆接。加强板末端和铆钉孔之间的最小距离为 25mm，铆钉的间距为 70 150 mm。当铆接有困难时，可在加强板上加工孔塞焊于纵梁胶板上，塞焊孔直径为 20 30 mm，塞焊孔与加强板端部的最小距离为 25mm，孔间距为 100 170 mm。 图 2.4 加强板的湍头形状 1-主车架纵梁； 2-加强板 图 2.5 加强板的合理布置 1-加强板； 2-主车架纵梁； 3-副车架 2.3 副车架的设计 在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷，同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架 (副梁 )过渡。本车在工作中受较大的弯曲应力。因此，本车副车架纵梁采用两根抗弯性能较好的平直槽行梁。 在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定的要求。 2.3.1 副车架的截面形状及尺寸 专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图2.6 所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。对于随车起重运输车的副车架来说，在安装起重装置的范围内，应按如图nts 12 2-7 所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。 图 2.6 副车架的截面形状 图 2.7 加强后的副车架截面形状 1-副车架； 2-腹板 图 2.8 加强腹板的位置 参照国内外总质量相近车型的副车架纵梁端面尺寸，确定副车架纵梁端面尺寸为 200、 65、 10mm。 2.3.2 加强板的布置 车架中部 (液压举升机构位置 )所受弯曲、扭曲最大，因此在这一区域应加加强板，考虑到零件的工艺性，由于下翼板所受弯曲应力较大，因此，加强板紧贴下翼板，为了避免下翼板由于钻孔而导致抗弯强度下降，除与后加强板重叠部位，该加强板主要与腹板连接。 在纵梁上加上加强板，加强板端头区域车架容易产生集中应力。为了降低应力集中，加强板端头形状有三种设计方式，见图 2.9 图 2.9 加强板的三种设计方式 本副车架为了批量生产时工艺简单，采用了图 2-9（ a） U 型的端头形状 2.3.3 副车架的前端形状及安装位置 nts 13 1) 在保证使用可靠的前提下，为了提高挠曲性，减小副车架刚度，应尽量减少副车架的横梁，以减少对纵梁的扭转约束。 2) 副车架油缸支承横梁与翻转轴横梁形成框架。油缸支承横梁应尽量靠近后悬架前支承处的横梁，最好能位于后框架之内。因为这段主车架变形小，所以副车架对其扭转约束力也相应减弱，同时保证了举升机构的几何特性。 3) 在副车架结构要求刚性较高时，可在主、副车架中间增加一层橡胶垫，当主车架变形时以弹性橡胶的变形来减弱副车架对主车架的约束 4) 副车架与主车架连接如图 2-10 所示。 图 2.10 副车架与 主车架的连接 A-A 处是截面突变点，在受冲击载荷时，此处出现应力集中，严重时造成主车架断裂。这就要求副车架的前端结构要设计成渐变截面，以减缓应力集中 (见图 2.11) 图 2.11 副车架的前端结构 副车架前端形状常有三种形状 (见图 2.12)。 对于这三种不同形状的副车架前端，在其与主车架纵梁相接触的翼面上部加工有局部斜面，其斜而尺寸如图 2-12(c)所示：0 1h mm；0 1 5 2 0l m m。 nts 14 图 2.12 副车架的三种前端形状 . （ a） U 形；（ b）角形；（ c） L形 如果加工上述形状困难时，可以采用如图 2.13 所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大。 对于钢质副车架：0 5 7h m m；0 2 0 0 3 0 0l m m对于硬本质副车架；0 5 1 0h m m；0lH. 副车架在汽车底盘上布置时，其前端应尽可能地往驾驶室后围靠近。 图 2.14 为某散装水泥运输车的罐体、副车架相对于汽车底盘的安装 位置。在满足轴荷分配的前提下，其中 A 不宜过大，留足空压机的位置即可； B 为副车架的前增离主车架拱形横粱的距离，一般在 100 mm 之内； C 为固定副车架的前面第一个 U 型螟栓距拱形横梁的距离，一般控制在 500800 mm 的范围内。 图 2.13 副车架前端简易形状 （ a）刚质副车架 ；（ b）硬木质副车架 图 2.14 副车架的安装位置 2.3.4 纵梁与横梁的连接设计 横梁与纵梁的连接方式主要有三种，见图 2.15 图 2.15 横梁与纵梁的连接 nts 15 1-纵梁； 2-连接板； 3横梁 图 2.15（ a）横梁与纵梁上 下翼板连接，该种连接方式优点是利于提高纵梁的抗扭刚度。缺点是当车架产生较大扭转变形时，纵梁上下翼面应力将大幅度增加，易引起纵梁上下翼面的早期损坏。由于车架前后两端扭转变形较小，因此本车架前后两端采用了该种连接方式，为了提高纵梁的扭转刚度采用了纵向连接尺寸较大的连接板。横梁仅固定在腹板上 图 2.15（ b）横梁仅固定在腹板上，这种连接形式连接刚度较差，允许截面产生自由跷曲，可以在车架下翼面变形较大区域采用，以避免纵梁上下翼面早期损坏。 图 2.15（ c）横梁同时与纵梁的腹板及上或下翼板相连，此种连接方式兼有以上两 种方式连接的特点，但作用在纵梁上的力直接传递到横梁上，对横梁的强度要求较高。由于该车平衡悬架的推力杆与平衡悬架支架上的两根横梁连接，因此，这两根横梁与纵梁共同承受平衡悬架传递过来的垂直力 (反 )和纵向力 (牵引力、制动力 )。 综合以上考虑，本副车架的纵梁与横梁的连接采用第 3 种方式，即横梁同时与纵梁的腹板及上或下翼板相连，同时为了降低成本和适于批量生产，本车架纵梁和横梁的连接方式采用螺栓连接。 2.3.5 副车架与主车架的连接设计 副车架与主车架的连接常采用如下几种形式。 1) 止推连接板 图 2.16 是斯泰尔重型 专用汽车所采用的止推连接板的结构形状及其安装方式。连接板上端通过焊接与副车架固定，而下端则利用螺栓与主车架纵梁腹板相连接。止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副车架与主车架纵梁产生相对水平位移。相邻两个推止推连接板之间的距离在 500 1000 mm 范围内。 2) 连接支架 连接支架由相互独立的上、下托架组成，上、下托架均通过螺栓分别与副车架和主车架纵梁的腹板相固定，然后再用螺栓将上、下托架相连接，见图 2.17 所示。图 2.16 止推连接板的结构 1- 副车架； 2-止推连接板； 3-主车架纵梁 nts 16 由于上、下托架之间留有间隙，因此连接支架所能承受的水平载荷较小，所以连接支架应和止推 连接板配合使用。一般布置是在后悬架前支座前用连接支架连接，在后悬架前支座后用止推连接板连接。 3) U 型夹紧螺栓 当选用其它连接装置有困难时，可采用 U 型夹紧螺栓。但在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用 U 型螺栓。当采用U 型螺栓固定时，为防止主车架纵梁翼面变形，应在其内侧衬以木块，坦在消声器附近，必须使用角铁等作内衬。 图 2.17 连接支架 1-上托架； 2-下托架； 3螺栓 综合考虑三种连接方式的特点，以及装配工艺性，本文设 计的 CA1120 主副车架之间止推连接板和连接支架一起使用。 2.4 本章小结 本章主要先阐述了二类底盘的选择，以及需要满足那些专用功能，然后针对所选定的二类底盘进行副车架的选择与改装设计，指出了二类底盘改装时应该注意哪些问题，最后是主副车架的联接以及横梁纵梁的连接。 nts 17 第 3 章 总体布置设计 3.1 专用汽车总体布置原则 专用汽车总体布置的任务是正确选定整车参数，合理布置工作装置和附件。使取力装置、专用工作装置、其它附件与所选定的汽车底盘构成相互协调和匹配的整体， 达到设计任务书所提出的整车基本性能和专用性能的要求。在进行总体布置时应按照以下原则： 1) 尽量避免对汽车底盘各总成位置的变动 因为一些总成部件位置的变动，不仅会增加成本，而且也可能影响到整车性能。但有时为了满足专用工作装置的性能要求，也需要作一些改动，如截短原汽车底盘的后悬、燃油箱和备胎架的位置作适当调整等。但改变的原则是不影响整车性能。 2) 应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥 3) 装载质量、轴载质量分配等参数的估算和校核 为适应汽车底盘或总成件的承载能力和整车性能要求，在总布置初步完成后应对某些参 数其中最主要涉及的是装载质量的确定和轴载质量的分配进行估算和校核，这些参数对整车性能有很大影响。若不满足要求应修改总体布置方案。 4) 应避免工作装置的布置对车架造成集中载荷 5) 应尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量 由于专用汽车工作装置的增加，使得专用汽车的整备质量比同类底盘的普通货车要增加。据统计，一般自卸车要增加耗材 5 10，一般罐式车要增加耗材 15 25，因此，减少整备质量，充分利用底盘的装载质量，增大质量利用系数，是专用汽车改装设计过程个要追求的主要指标之一。 6) 应符合有关法规的要求 例如对整车的长、宽、高、后悬等尺寸在相关法规中部有明确的规定，一定不能超出标准的要求。 3.2 车厢的设计 本文所涉及的摆臂式自卸车主要用于城市内煤的运输，煤的密度为1.27-1.33g/cm，按以下公式计算车厢的体积 nts 18 zmV（ 3.1） V 车厢体积， m； zm 目标载质量， kg； 货物密度， kg/m 修正系数（货物装载时，会多堆出一些，车厢栏板越高，取值越小，这里取 1.1）； zmV=31033.11.17890 =5.4m 初定车厢：长 3000mm，宽 1500mm，高 1200mm 3.3 最大举升角的确定 确定车厢最大举升角的依据是倾卸 货物的安息角。常见货物的安息角如下表所列。 表 3.1 常见货物的安患角 物料 煤 焦炭 铁矿石 细砂 安息角 27 45 50 40 45 30 45 物料 粗砂 石灰石 粘土 水泥 安息角 50 40 45 50 40 50 设计的车厢最大举升角max必须大于货物安息角，以保证把车厢内的货物卸净。设计时，自卸汽车车厢最大举升角可在 50 60之间选取。对于本文所涉及的摆臂式自卸汽车，主要用于城市内煤的运输，这里定其最大举升 角为 50。 3.4 摆臂机构的设计 摆臂机构是由两个摆臂和一个摆臂轴构成的，其主要作用是通过液压缸的压力带动车厢的运动，使车厢完成自卸功能。 摆臂吊卸工况受力分析如图 3.1所示， P为摆臂和副车架铰接点， A为液压缸和摆臂的铰接点，当吊装车厢时，取摆臂为分离体，由 0pM得 021 111 xexayyax BGAFAF （ 3.2） nts 19 式中：axF，ayF 液压缸作用在 x轴， y 轴上的投影 xA1，yA1 液压缸上铰支点的 x， y坐标值 eG 吊装重力 xB1 点 B的 x坐标值 整理得 xayaxea AA BGF111s inc os21 （ 3.3） 图 3.1摆臂受力分析 3.5 液压系统的设计 摆臂式自卸汽车液压系统的设计可分两步进行。 1.确定系统布置方案 依据摆臂式自卸汽车专用功能对液压系统的要求来确定系统方案。摆臂式自卸汽车一般以高压齿轮泵为液压动力源，以较小的自重力获得较大的能量。采用多用途的多路换向阀分别控制摆臂，支腿和倾斜钩。下面图 3.2为摆臂式自卸汽车液压系统原理图。 nts 20 图 3.2 液压系统原理图 2液压缸的选用 选用摆臂液压缸，可先按 初定的系统额定工作压力eP，再参考液压缸标准系列选择合适的液压缸。液压缸活塞直径 D必须满足 e4PFD a（ 3.4） 3.6 取力器的选择 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 (例如部分冷藏汽车的机械制冷系统 )，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nts 21 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，如下所列。 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 力其中，变速器侧盖取力，由于在设计变速器时已考虑了动力输出，因而一般在变速器 左侧和右侧都留有标准的取力接口，也有专门生产与之配套的取力器的厂家，这种取力器较为常用，故本课题中，为了便于设计，节约成本，同时也考虑到大批量生产，采用变速器侧盖取力方式。 图 3.3 变速器侧盖取力器 1-气缸； 2-活塞； 3、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 nts 22 3.7 本章小结 本章主 要先介绍了专用车的特点，然后对总体方案的进行布置，确定设计的总体方向和先后顺序。确定车厢的尺寸及举升角，摆臂的结构尺寸，以及后面的液压系统的设计计算，还有取力器的选择等。 nts 23 第 4 章 总体参数性能分析校核 4.1 主要尺寸参数 自卸汽车尺寸参数主要有：轴距、轮距、外廓尺寸 (车辆长、宽、高 )等，如图 4.1 所示 由于自卸汽车多在 车底盘上改装而成，因此其轴距 L、轮距 B、前悬 LF、接近角 1 等参数，改装前后均保持不变。车厢与驾驶室的间距 C 100 250 mm。车厢长度 LH应根据额定装载质量和主要运输的货物密度，并参照同类车型车厢尺寸确定。 图 4.1 自卸汽车的主要尺寸参数 4.1.1 外廓尺寸 外廓尺寸即指整车的长、宽、高，由所选的汽车底盘及工作装置确定，但最大尺寸要满足法规要求。 由于本文所设计的摆臂式自卸汽车是在 CA1120 底盘上改装而成，故其车高、宽及一些参数都没有很大的变化，参考 CA1120 以及国内外一些同额定总质量，装载质量自卸车的尺寸参数，确定本课题设计的摆臂式自卸汽车的外廓尺寸如表4.
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