车辆工程毕业设计12辽宁工程技术大学普通自卸汽车结构设计

辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 1 前言 汽车是作为一种交通工具而产生的 ,但发展到今天已经不能把它理解为单纯的行的手段 .因为 “汽车化 ”改变了当代世界的面貌 ,它已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表 .中国汽车工业的振兴也必然会使中国的面貌焕然一新 ,在繁荣经济 ,促进四个现代化的实现 ,提高中国人民的生活水平 ,推动社会与地球上近四分之一的人类进步方面 ,发挥重大作用 .现在人类社会在不断的进步与繁荣，交通的变革与发展在促进社会的发展中起了突出的作用，汽车作为一种交通工具的产生对社会更具有重要的意义。人类社会及人们生活的 “汽车化 ”，大大地扩大 了人们日常活动的范围，扩大并加速了地区间、国际间的交往，成倍地提高了人们外出办事的效率，极大地加速了人们的活动节奏，促进了世界经济的大发展与人类的快速进步，开创了现代 “汽车社会 ”这样一个崭新的时代。 据统计 :在以前蒸汽机轮船与蒸汽机车的问世曾推动了当时的产生革命。继蒸汽机轮船与火车出现之后， 1886 年德国工程师戴姆勒与奔茨二人以汽油内燃机为动力，分别独立地制成了最早的实用汽车。 1903 年美国人亨利 福特创建了福特汽车公司， 1908 年推出了 “T”型车，并于 1913 年建成了流水作业装配线进行汽车的大批量生产。这 项大生产技术的出现，为提高汽车质量、降低生产成本及以后的汽车工业大发展创造了条件。 1921 年 “T”型汽车的产量已占世界汽车产量达 200 万辆。 1927 年夏。 “T”型车成为历史，共售出 1500 多万辆。 汽车问世百余年来 ,特别是从汽车产品的大批生产以及汽车工业的大发展以来 ,汽车已经为世界经济的大发展、为人类进入现代生活 ,产生了无法估量的巨大影响 ,为人类社会的进步 做 出了不可磨灭的巨大贡献 ,掀起了时代的革命 . 汽车的作用对国际化的发展起着不可磨灭的作用 ,首先 ,以美国为例 :美国汽车工业早已经发展成为与钢铁、建筑并列的三 个最大的行业之一 .如今美国的信息产业与高薪技术产业发展迅猛 ,但汽车工业仍不失为美国产业最主要的支柱之一 .在全球的汽车保有量中 ,美国生产的汽车占 34.8%.日本汽车工业在 1941 年已经有 5 万辆的年产能力 ,1955 年就能达到 15万辆 . 下面具体介绍一下我国汽车工业的发展 . 在旧中国没有真正的制造汽车的工业 .只有到中华人民共和国成立之初，毛泽东主席、周恩来总理等第一代国家领导人非常关注、亲自参与建立中国汽车工业的重大决策，在前苏联援助中国建设一批重点工业项目中列入建设一座现代化的载货汽车工厂，并在中央重工业部下属 机器工业局筹备组建期间，开始了筹建的前期工作。 1953 年 7 月，毛主席亲笔贺国翘：普通自卸汽车结构设计 2 题名的第一汽车制造厂在吉林省长春市动工兴建，在中央动员、全国支援和参与建设者的奋力拼搏下，实现了党中央提出 “力争三年建成长春汽车厂和出汽车、出人才、出经验 ”的目标，国产第一辆解放牌载货汽车于 1956 年 7 月 13 日驶下总装配生产线，从此结束了中国自己不能制造汽车的历史，圆了中国人自己生产国产汽车之梦。 1957 年 5 月，一汽开始仿照国外样车自行设计轿车； 1958 年先后试制成功 CA71 型东风牌小轿车和 CA72 型红旗牌高级轿车，毛主席等国家领导人亲 自试乘了东风牌小轿车，十分高兴地称赞： “坐上自己制造的汽车了 ”；之后，红旗牌高级轿车被列为国家礼宾用车，并用作国家领导人乘坐的庆典检阅车。 进入 60 年代，国民经济实行 “调整、巩固、充实、提高 ”方针，在国家和省市支持下，形成了一批汽车制造厂、汽车制配厂和改装车厂，其中，南京、上海、北京和济南共 4 个较有基础的汽车制配厂，经过技术改造成为继一汽之后第一批地方汽车制造厂，发展汽车品种，相应建立了专业化生产模式的总成和零部件配套厂，为今后发展大批量、多品种生产协作配套体系形成了初步基础。 在这个历史阶段，力求探索 汽车工业管理的改革，国家决定试办汽车工业托拉斯，实施了促进汽车工业发展的多项举措， 60 年代中期工业托拉斯停办。与此同时，汽车改装业和摩托车制造业起步，重点发展了一批军用改装车，民用消防车、救护车、自卸车和牵引车相继问世，并为社会经济发展提供了城市、长途和团体这三大类客车。北京最早试制二轮摩托车提供军用，之后南京、南昌和济南等地相继试制三轮摩托车和机器脚踏车，当时主要用于军事、邮电、体育和城市短途运输，摩托车工业处于起步阶段，与汽车工业创建密切相关的汽车科研事业和专业教育体系初步形成。 1964 年，国家确定在 三线建设以生产越野汽车为主的第二汽车制造厂、四川和陕西汽车制造厂。二汽是国内自行设计、国内提供装备的工厂，采取了 “包建 ”（专业对口老厂包建新厂、小厂包建大厂）和 “聚宝 ”（国内的先进成果移植到二汽）的方法，同时在湖北省内外安排新建、扩建 26 个重点协作配套厂。一个崭新的大型汽车制造厂在湖北省十堰市兴建和投产，当时主要生产中型载货汽车和越野汽车。与此同时，川汽、陕汽和与陕汽生产配套的陕西汽车齿轮厂，分别在四川省重庆市大足县和陕西省宝鸡市（现已迁西安）兴建和投产，主要生产重型载货汽车和越野汽车。 60 年代中后期， 国家提出 “大打矿山之仗 ”的决策，矿用自卸车成为其重点装备，上海32 吨试制成功投产之后，天津 15 吨、常州 15 吨、北京 20 吨、 一 汽 60 吨（后转本溪）和甘肃白银 42 吨电动轮矿用自卸车也相继试制成功投产，缓解了冶金行业采矿生产装备需辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 3 要。 为适应国民经济发展对重型载货汽车的需求，济南汽车制造厂扩建黄河牌 8 吨重型载货汽车的生产能力，安徽淝河、南阳、丹东、黑龙江和湖南等地方汽车也投入同类车型生产。邢台长征牌 12 吨重型载货汽车（源于北京新都厂迁建）、上海 15 吨重载载货汽车投产问世。 据不完全统计 :在此期间，一汽、南汽、 上汽、北汽和济汽 5 个老厂分别承担了包建和支援三线汽车厂（二汽、川汽、陕汽和陕齿）的建设任务，其自身投入技术改造扩大生产能力；地方发展汽车工业，几乎全部仿制国产车型重复生产；据粗略统计，解放牌车型 20多家，北京 130 车型 20 多家，跃进车型近 20 家，北京越野车近 10 家；改装车生产向多品种、专业化发展，生产厂点近 200 家； 1980 年大中轻型客车生产 13400 辆，其中：长途客车 6000 多辆；汽车零部件品种增多，厂家增加到 2100 家；摩托车工业初步形成， 1980年 24 个厂家生产 4.9 万辆。 在改革开放方针指引下，汽 车工业进入全面发展阶段，主要体现在：汽车老产品（解放、跃进、黄河车型）升级换代，结束 30 年一贯制的历史；调整商用车产品结构，改变 “缺重少轻 ”的生产格局；建设轿车工业，引进技术和资金，生产国产轿车形成生产规模；行业管理体制和企业经营机制改革，汽车、摩托车车型品种、质量和生产能力大幅增长。 1981 1998 年，全国生产各类汽车累计 1452 万辆，其中：轿车 260 万辆，累计投资（包括引进外资）近 1500 亿元。至 1998 年底初步统计，有 20 多个国家、地区在中国建立了 600 多家外商投资企业，注册资本 100 多亿美元。 中共十四大和人大八届四次会议确定将汽车工业列为国民经济支柱产业， 1994 年国家颁布汽车工业产业政策， 1992 1998 年是中国汽车工业快速发展的 7 年，主要体现在： 汽车、摩托车产量稳步增长，经济效益有所改善。 1992 年全国汽车年产量首次超过100 万辆， 1998 年生产 162.8 万辆，世界排名第 10 位。 1997 年全国摩托车年产量突破 1000万辆， 1998 年生产 879 万辆，成为世界摩托车生产大国，排名第 1 位。 1998 年中国汽车工业产品销售收入 2504.7 亿元，工业总产值（现行价） 2527.8 元。 产品 品种增加，开发能力增强。全行业汽车基本车型 6 大类 120 多种，各类改装汽车、专用汽车 750 多种，摩托车 15 个排量 1000 多种。主要企业集团用于研究开发的投资，一般为年销售收入的 1 2，有的企业为 3 5，除轿车产品外，具有一定的自主开发能力。 生产集中度明显提高，经济规模初见端倪。 1998 年全国生产汽车 162.8 万辆中， 14 家贺国翘：普通自卸汽车结构设计 4 汽车企业集团（公司）生产 148.5 万辆，其生产集中度占全国年产量的 91.21。 1998 年全国生产轿车 50.7 万辆，占全国汽车总产量的 31.14。 1998 年全国生产摩托车 879 万 辆中，年产 20 万辆以上的 11 家，其生产集中度占全国年产量的 60。 市场结构、产品结构趋向合理，产品质量进一步提高。 1998 年全国商用车（货车客车）产量的轻（包括微）、中、重型车比例为 78.5:17.8:3.7；全国载货车产量的轻（包括微）、中、重型车比例为 67:27.7:5.3；全国载货车与乘用车（轿车客车）的产量比例为 40.6:59.4。1991 年全国私人汽车保有量 96 万辆（其中：客车、轿车 30 万辆）占当年全国民用汽车保有量 606 万辆的 15.8； 1998 年私人汽车保有量 423.7 万辆（其中：客 车、轿车 230.7 万辆），占当年全国民用汽车保有量 1319 万辆的 32.1。全国千人汽车保有量，从 1991 年的 5.2 辆到 1998 年增长为 10.7 辆。 中国汽车工业经过 50 年的发展，特别是改革开放 20 年来的发展，取得了长足进步。“六五 ”、 “七五 ”和 “八五 ”这 3 个 5 年计划以平均 17.54和 24.5的速度大幅增长； 1994年后产品结构调整，每年以 3 7的速度持续增长。从此 ,中国的汽车工业发展形成了 ,向大规模、专业化、高水平的生产型过渡 ,以形成在国际上的竞争力 . 当前，汽车已进入人类社会的各个领域。工业、农 业、商业与国际贸易、教育、科技、文化、艺术、卫生保健、国防以及其他各项建设事业，以至人类的现代生活领域及家庭，都与汽车有紧密联系。汽车已为世界经济的大发展、为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，为人类社会的进步 做 出了不可磨灭的巨大贡献，掀起了一场划时代的革命。 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 5 1 自卸汽车主要性能计算 1.1 普通自卸汽车底盘选型 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，除了满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用功能要求，这就 形成了其自身的特点。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。在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。 如上所述，专用汽车底盘选型的好坏对专用汽车性能影响很大。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。目前我国对于常规的自卸汽车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。 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 对货运车用的总成应适应货运要求，保证货运安全无损；对各种专用改装车的总成 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，出现故障的机率少，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等车型的先进水平。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。 由上条件考虑，此次设计我所选用的汽车底盘为东风 EQ3126GD19D 型汽车，其底盘贺国翘：普通自卸汽车结构设计 6 为二类底盘 1 。其具体信息 如表 1-1。 表 1-1 东风 EQ3126GD19D 型汽车底盘的 具体 参数 Tablet.1-1 Tablet of Dongfeng EQ3126GD19D car underpens parameter 外型尺寸（ mm） (长 宽 高 ) 685024702850 货厢栏板内尺寸（ mm）（长 宽 高 ） 45002300800 轴数 2 轴距（ mm） 3950 轮距（前 /后）（ mm） 1910/1800 总质量（ kg） 11995 额定载质量（ kg） 5000 整备质量（ kg） 6800 驾驶室前排准乘人数（人） 3 接近角 /离去角（ ） 26/20 前悬 /后悬（ mm） 1250/1650 发动机参数 如表 1-2。 表 1-2 发动机参数 Tabler.1-2 Tablet of engine parameter 发动机型号 YC6J180-21 最大功率 /转速（ kw/ r/min） 132/2600 最大扭矩 /转速 (Nm/ r/min) 5901700 1.2 动力性计算 1.2.1 普通自卸汽车计 算有关整车参数 普通自卸汽车的计算有关整车参数如表 1-3 所示。 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 7 表 1-3 普通自卸汽车计算有关的整车参数 Tablet.1-3 Tablet of cars count of parameter 名 称 符 号 数值与单位 发动机最大功率 emP132 KW 发动机最大功率时的转速 pn2600 r/min 发动机最大转矩 emT590 Nm 发动机最大转矩时的转数 Tn 1700 r/min 车轮动力半径 dr0.520 m 车轮滚动半径 r 0.536 m 主减速比 0i4.77 汽车列车迎风面积 DA 5.4435 2m 汽车列车总质量 am11995 kg 其中汽车列车迎风面积 DA 的计算式为： DA =BH， B 为轮距（ m）， H 为整车高度（ m）。 1.2.2 变速器速比 此次设计的普通自卸汽车的牵引车变速器速比 2 如表 1-4 所示。 表 1-4 牵引车变速器速比 Tablet.1-4 Tablet of draught cars transmission 挡 位 1 2 3 4 5 6 7 8 gi8.35 6.12 4.56 3.38 2.47 1.81 1.35 1.00 1.2.3 确定动力性计算时所需的有关系数 系数 、 、0f、 k 和 DC 的确定结果如表 1-5 所示，回转质量 换算系数 如表 1-6 所示。 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 8 表 1-5 动力性计算所需确定的有关系数 Tablet.1-5 Tablet of dynamic count certain coefficient 名 称 符 号 数 值 发动机外 特性修正系数 0.90 直接挡时传动系效率 0.89 其它挡时传动系效率 0.86 空气阻力系数 DC 0.5 滚动阻力系数 0f0.012 k 0 表 1-6 回转质量换算系数 的计算结果 Tablet.1-6 tablet of circumgyrate mass s result 挡位 1 2 3 4 5 6 7 8 1.2992 1.1709 1.1046 1.067 1.0462 1.0350 1.0292 1.0259 1.2.4 发动机的外特性 发动机的外特性是指发动机油门全开时的速度特性，是汽车动力性计算的重要依据。外特性一般有三种获得的方法，即由发动机厂家或汽车底盘制造长家提供，直接由发动机台架实验测出或由经 验公式拟合。工程实践表明，可用二次三项式来描述发动机的外特性，即： eT=a 2en+ben+c (1-1) 3 式中 eT发动机输出转矩（ Nm）； ne发动机输出转速（ r/min）； a、 b、 c待定系数，由具体外特性曲线决定。 根据经验公式可得： eT=emT-22 )()( etptpem nnnnTT （ 1-2） 式中 emT发动机最大输出转矩（ Nm） ； tn发动机最大输出转矩时的转速（ r/min）； 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 9 pn发动机最大输出功 率时的转速（ r/min）； pT发动机最大输出功率时的转矩（ Nm），p T=9549pemnP。 由式（ 2-1）和（ 2-2）式，可得： a=2)( ptpemnnTT b=2)()(2ptpemtnnTTn c=emT-22)()(pttpemnnnTT 发动机最大输出功率 时的转矩： pT=9549pemnP=95492600132=484.795 Nm 由此可得： a=2)( ptpemnnTT =2)26001700(795.484590 =-0.1299 310 b=2)()(2ptpemtnnTTn =2)2 6 0 01 7 0 0()759.484590(1 7 0 02 =0.4416 c=emT-22)()(pttpemnnnTT =590-22)2 6 0 01 7 0 0(1 7 0 0)7 9 5.4 8 450( =214.639 即发动机的外特性方程为： 693.2144416.0101299.0 232 eeeee nncbnanT 1.2.5 汽车行驶方程式 汽车的动力性可由汽车的行驶方程式表示，其计算公式为： jiwft FFFFF (1-3) 式中 tF驱动力（ N）； fF滚动阻力（ N）； 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 10 wF空气阻力（ N）； iF坡道阻力（ N）； jF加速阻力（ N）。 a:驱动力tF专用汽车在地面行驶时受到发动机的限制所能产生的驱动力tF与发动机输出转矩eT的关系为： tF=dge riiT 0 (1-4) 式中 gi变速器某一挡的传动比； 0i主减速器速比； 传动系统某一挡的机械效率； dr驱动轮的动力半径（ m）； 发动机外特性修正系数。 b:滚动阻力fF专用汽车的滚动阻力fF由下式计算： fF= gfmacos 式中 am专用汽车的总质量（ kg）； 道路坡度角（ ）； f滚动阻力系数。 滚动 阻力系数 f 取决于轮胎的结构型式及气压、车辆的行驶速度、路面条件等因素。当车速在 50 /h 以下时， f 可取常数。当车速大于 50 /h 时， f 可表达成车速 V 的线性函数，有： f=0f+kv c:坡道阻力iF辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 11 专用汽车上坡行驶时，整车重力沿着坡道的分力为坡道阻力，其计算公式为： iF= agma sind:空气阻力wF大 量实验表明，汽车的空气阻力与车速 v 的平方成正比，即： wF= 2047.0 vAC DD 式中 DC 空气阻力系数，专用汽车 DC 可取为 0.50.9。本次设计所取 DC 为 0.5。 DA 迎风面积（ 2m ），可按 A=BH 计算。 B 为轮距 （ m）， H 为整车高度（ m）。 e:加速阻力jF加速阻力是汽车加速行驶时所需克服的惯性阻力，有： jF= jma式中 j汽车加速度（ m/ 2s ）； 传动系统回转质量换算系数。 将（ 1-1）式、（ 1-4）式代入（ 1-3）式可得： jmvACafgmriicbnan aDDadgee 202 047.0)s i nc o s()( (1-5) 又因 rviin ge 377.0 0，并将其代入（ 1-5）式，整理后，得： )s inc o s(212 afCCBvAvjm a (1-6) 式中 gmCrciiCrrbiiBACrraiiAadgdgDDdg20120223033 7 7.00 4 7.01 4 2.0 (1-7) 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 12 1.2.6 动力性评价指标的 计算 a:最高车速 按照汽车最高车速的定义，有 0,0 j ，代入式（ 1-6）可得： 0212 fCCBvAv 将上式代入 kvff 0得： 0)()( 20122 CfCvkCBAv 因 0)(4)( 20122 CfCAkCB 则令 )(4)( 20122 CfCAkCBD (1-8) 又因通常 A0,所以方程的第二个根即是所求专用汽车的最高车速maxv,有 : A DkCBv 2 )( 2m ax (1-9) 根据式 (1-5)和式 (1-6)计算各挡位时的系数 A、 B、 21 CC、 和 D 值。 计算结果如表（ 1-7）所示。 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 13 表 1-7 各挡的 A、 B、 21 CC、 和 D 的计算结果 Tablet.1-7 Tablet of block A、 B、 1C 、 2C and Ds result 挡 位 A B 1C 2C D 1 -0.3483310 0.5280 410 0.1302 510 -0.1176 610 0.6656 410 2 -0.1372310 0.2837 410 0.9543 410 -0.1176 610 0.3321 410 3 -0.5684210 0.1575 410 0.7111 410 -0.1176 610 0.1943 410 4 -0.2322210 0.8652 310 0.5271 410 -0.1176 610 0.1052 410 5 -0.914110 0.4620310 0.3852 410 -0.1176 610 0.5502 310 6 -0.367410 0.2481310 0.2822 410 -0.1176 610 0.2869 310 7 -0.159910 0.1380310 0.2105 410 -0.1176 610 0.1532 310 8 -0.726010 0.7573 210 0.1559 410 -0.1176 610 0.7851 210 将直接挡（第 8 挡位）的 A、 B、 21 CC、 和 D 值代入式（ 1-9），可 得该自卸汽车的最高车速maxv，即： 23.106)107260.0(2 107851.0)101176.0(0107573.02 )( 0 2622m a x A DkCBv /h b:计算最大爬坡度maxi将最低挡（第一挡位）的 A、 B、 21 CC、 和 D 值代入式 2124 4AC ACBE 可得： 2809.0101176.0103483.04 101302.0103483.04105280.04 4 63 5324212 ）（）（ ）（）（AC ACBE将 E 值代入式 ）（ 20m a x 1a r c s in EfE 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 14 可得： 63.15)2809.01012.02809.0a r c s i n (1a r c s i n 220m a x ）（ EfE 所 以该车的最大爬坡度maxi为： 2798.063.15maxmax tgtgi 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 15 2 自卸汽车的用途与结构特点 2.1 自卸汽车用途与结构特点 2.1.1 用途与分类 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功能与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、矿石、粮食和农产品等散装并可三堆的货物。其最大的优点是实现了卸货 的机械化，从而提高了卸货效率，减轻劳动强度，节约劳动力。因此，几十年来它在国内外获得迅速发展与普及，至今其保有量大约占专用汽车的 25，并日趋完善，成为系列化多品种的产品。它具有以下多种分类方式。 1. 按用途分类 一般按用途分为两大类：一类属于公路运输的普通自卸车；另一类属于非公路运输的 重型自卸车，重要用于矿区装卸作业与大中型土建工程。 2. 按装载质量级别分类 可分为轻型自卸车（其装载质量一般小于 3.5t）；中型自卸车（ 4t8t）；重型自卸车（大 于 8t）。 3按传动类型分类 可分为机械传动、液力机械传动和电 传动三种类型。载重 30t 以下的自卸车主要采用机械传动；载重 80t 以上的重型自卸车多采用电传动。 4 按卸货方式分类 有后倾式、侧倾式、三面倾式、底卸式，以及货箱升高后倾式等多种形式。其中以后 倾式应用最广。侧倾式仅适用于车道狭窄与卸货方向变换困难的场合。货箱升高后倾式适用于 货物堆集、变换货位和往高处卸货的场合。底卸式与三面卸式用于少数特殊场合。 5 按倾卸机构分类 分直推式自卸车与杠杆举升式自卸车。直推式又可细分为单缸式、双缸式、多级式等。 杠杆式又可细分为杠杆前置式、杠杆后置式、杠杆中置式等。 6 按车厢结构分类 按 栏板结构分一面开启式、三面开启式、与无后栏板式（簸箕式）。按底板横断面形 状分矩形式、船底式、弧底式。 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 16 2.1.2 结构特点 普通自卸汽车一般是在载货汽车二类底盘（当载货汽车拆除货厢后便称为二类底盘）的基础上，经变型设计而成。通常由底盘、动力传动装置、液压倾卸机构、副车架以及专用货箱等主要部分组成。总质量小于 19t 的普通自卸车，一般才用 FR42 式二类底盘，即发动机前置后轴驱动的布置形式。总质量超过 19t 的自卸车多采用 64 或 62 的驱动形式。 车厢是用于装载和倾卸货物。它一般是由前栏板、左右侧栏板、后栏 板和底板等组成。 图 2-1 为典型的底板横剖面呈矩形的后倾式车厢结构。为避免装载时物料下落碰坏驾驶室顶盖，通常车厢前栏板加做向上前方延伸的防护挡板。车厢底板固定在才车厢底架之上。车厢的侧栏板、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。 图 2-1 车厢结构图 Fig.2-1 The diagram of railway configuration fig 举升机构的动力传动装置一般从变速器总成的顶部或侧面安装取力器输出动力。取力器直接带动油泵或通过传动轴带动油泵，从而产生油压驱动力。 自卸汽车的倾卸装置由以下三个基本 部分组成： 倾卸机构 由货厢、副车架、铰链轴以及倾卸杠杆机构等组成。 液压驱动系统 由取力器、传动轴、油泵、管路系统、举升油缸以及分配阀等组成。 附件系统 由安全撑杆、举升限位装置、后箱板自动启闭装置、货箱下落导向板、以辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 17 及副车架连接装置等组成。 矿用重型自卸车由于受特殊的使用要求与使用环境制约，具有与普通自卸车不同的许多特点。如装载量大、车速 低、运距短、其轴荷不受公路法规限制可以选择较大，以及在恶劣道路条件下有良好的通过性与机动性等。因此，需专门设计底盘，其整车基本采用FR42 短轴距后卸货形式。其驾 驶室一般为平头偏置式。该密封良好的单座驾驶室平行布置在发动机的一侧，具有视野宽阔，通风良好、便于动力维修、整车面积利用率高等优点。传动系有机械传动与电传动两种并存的形式。悬架大多采用钢板弹簧，也有采用橡胶悬架或硅油悬架。制动系均为动力制动。其中，中、小吨位车多采用气压制动，大吨位车则多采用油气制动（气顶油），并已出现先进的高压全液压制动。货箱举升机构普遍采用前端直推式。 2.2 自卸汽车主要性能参数的选择 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基本相近。总体设计 人员应进行一系列的市场调研和同类车型资料的收集分析，摸清产品的重要技术经济指标，了解有关设计标准法规等。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辨证关系然后进入具体技术设计阶段。 在技术设计阶段，首先进行自卸车的结构选型，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。 2.2.1 整车尺寸参数的确定 自卸汽车主要尺寸参数包括轴距、轮距、外廓尺寸、前悬、后悬、接近角、离去角 4等。详见图 2-2. 多数自卸汽车是同吨位级载货车的变型改装车，故其轴距 L、轮距 B、前悬 FL 、接近角 1r 均可不变。后悬则减短，离去角 2r 增大。货厢与驾驶室之间距 C 常在100mm250mm 范围内选取。货厢长 HL 根据装载质量和货物密度确定。 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 18 图 2-2 自卸汽车主要尺寸参数 Fig.2-2 The diagram of cars main size parameter 2.2.2 质量参数的确定 自卸车质量参数包括厂定最大装载质量em、整备质量om、厂定最大总质量am、质量利用系数G、容积利用系数V，以及重心位置等。 1.厂定最大装载质量em根据用途、使用条件、用户要 求以及所选用底盘允许承载能力综合确定。同时应主机 到吨位的合理分档与产品的系列化。 由此并根据所选车辆的具体参数，确定其em=5t。 2.整备质量omom指的是装备齐全、加满油水的空车质量。它等于底盘的整备质量与汽车改装部分质量之和。改装部分质量包括取力装置、液压系统、举升机构、副车架、货厢以及其它改装附件的质量。 由此并根据所选车辆的具体参数，确定其om=6.8t。 3.厂定最大总质量amam是按规定装满货物、坐满司乘人员的整备质量。可按下式计算： rea mmmm 0辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 19 式中：0m自卸车整备质量， kg； em厂定最大装载质量， kg； rm 额定司乘人员质量，每人按 65kg 计。 因此并根据所选车辆的的具体 参数，确定其am=11995kg。 4 质量利用系数GG是厂定最大装载质量em与其整车干质量gom之比。 goeG mmG越大，则该车材料消耗少，材料利用率高。因此G可反映自卸 车设计制造水平 提高G的主要措施在于设法减轻倾卸机构与货厢质量。承担公路运输 15t 以下的中、重型自卸车之G约为 1.1 1.5;15t 以上矿用自卸车G约为 1 1.15。改装自卸车的G一般均比基本车型低 。 5.货厢最大举升角、举升时间、降落时间 货厢最大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范围。故为保证卸货干净，一般自卸汽车最大举升角常取 5060。此外，尚应注意在最大举升角时，车厢后板下垂至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的时间。 降落时间是指空载时货厢从最大举升角降至车架的时间。 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 20 3 自卸汽车举升机构的设计 3.1 举升机构的类型与选择 自卸汽车举升机构又称倾卸机构，包括货厢、副车架、车厢铰链、举升油缸等。现代自卸汽车的举升机构均以液压能作为举升动力。 目前，自卸汽车上常用的举升机构一 般分为两大类：直推式和连杆组合式。 直推式按照油缸与车厢连接点的位置又分为前置式与后置式。按照举升油缸的级数分为单级与多级。按照油缸数目分为单缸与双缸。 直推式举升机构具有结构简单、易于设计、布置简单、结构紧凑、油缸行程小、举升效率高等优点，但 通常采用多级液压缸，制造成本高，密封性要求高等缺点；连杆组合式一般由三角臂、副车架和车厢构成。此类举升机构具有举升平顺，举升刚度好，使油缸行程成倍增长，可采用结构简单、密封性好、易与加工的单缸，布置灵活多样，制造工艺相对简单等优点，但其结构布置比较复杂，系统质量较大等缺点 。 此次设计，采用东风 EQ3126GD19D 型自卸汽车底盘，举升机构采用双缸三级直推式举升机构 。 3.2 举升机构运动与受力分析及参数选择 3.2.1 直推式举升机构的运动与受力分析及参数选择 东风 EQ3126GD19D 型自卸汽车举升机构采用 单 缸三级直推式举升机构，入图 3-1 所示。 a：机构运动分析 该车总布置基本参数如下： 厂定最大装载质量am： 5000kg; 最大举升角max： 55 2 用作图法进行机构的运动分析，其结构详见图 4-1。图中 OAB 为举升初始位置，其举升总质量质心为 C。由总布置获得： a=55、 b=1860、 18000 b、 1L =160。 油缸总行程 L 计算：总行程 L 应保证最大举升角max的设计要求。可根据余弦定理，从 OA ,B 中解出： 12m a x,2,2 )c o s (2( LOBOAOBOAL (3-1) 5 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 21 式中 1861186055 2222 baOA )1 8 6 055a r c t a n ()a r c t a n (1 ba1.693 1020212)(a r c t a n babbL 4.75 4.1811)c o s ( 21 0, bOB 代入式 (3-1)得 : mmL 16701607.1829160)75.455c o s (4.1811186124.18111861 0022 根据 L=1670mm, 选 取 油 缸 型 号 为 3TG-D100L1670, 其 三 级 行 程 分 别 为555,555,560 321 LLL 。 图 3-1 东风 EQ3126GD19D 型自卸汽车举升机构运动图 Fig.3-1 The diagram of Dongfeng EQ3126GD19D car raise exercise fig b：举升机构受力分析与参数选择 如前所述，自卸汽车之油缸举升力应保证最大举升质量时所需的举升力矩。为此，对东风 EQ3126GD19D 型自卸汽车举升机构的最大受力状况（即举升初始状态）进行受力分析，如图 3-2 所示。 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 22 图 3-2 东风 EQ3126GD19D 型自卸汽车举升机构受力图 Fig.3-2 The diagram of Dongfeng EQ3126GD19D cars raise press fig 通过受力分析，求得油缸举升力 P、各级油缸直径321 ddd 、，以及各级油缸力矩比系数321 、等主要参数如下： a:油缸举升力 P 油缸举升力 P 对货厢翻转中心 O 产生的举升力矩pM与对举升总质量wm对 O 点的阻力矩wM应取得平衡。即： wp MM 油缸举升力矩 s in OAPMp最大举升阻力矩 iwww XmM 由此可知： iww XmOAP s in 所以，油缸举升力 wiw mOAXP sin(3-2) 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 23 式中 wm举升总质量，等于厂定最大装载质量em与货厢质量gm之和。本次设计中之602410245000 gew mmm ； iwX质心至翻转中心水平坐标，它是随车厢举升角 变化 。 )c o s (0 OCX iw，当 =0时， iwX为最大值， mmOCOCXw 1 7 0 0c o s 0m ax ； 油缸轴心线与底座 OA 之夹角，在举升过程中 为变量，因此油缸举升力也随之成为变量。 由式（ 4-2）可知，当 iwX为最大， 角为最小时，油缸举升力 P 为最大举升力，由图 可知： mmOCOCX w 1 7 0 0c o s 0m ax ； 又因为： 77.58min 由此可求得maxP 6： 14.69136024796.01861 170077.58s i n m a xm a x wow mOA XP c:油缸直径的确定 油缸推力 与油缸直径的关系式为： pdP i4 2 (3-3) 式中 p液压系统额定工作压力，由于 p 越高，对密封要求也就越高，成本亦上升， 故本次设计所选 p 为 10MaP。 将式（ 3-3）代入式（ 3-2）中，即可得到各级油缸的最 小直径： wwi mOAXpds in42由 此 可得： pOAmXd wwi sin4 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 24 按上式可计算出各级油缸的最小直径后，再经过标准化，选定油缸直径系列为：。， mmdmmdmmd 6080100 321 由式（ 3-3）可计算出各节油缸总推力分别为： Npdp 7854104 1.04 62211 Npdp 5027104 08.04 62222 Npdp 2 8 2 7104 06.04 62233 d:各级油缸力矩比系数 各级油缸刚要伸出时的力矩比系数等于相应的举升力矩与阻力矩之比。 即： wipii MM 举升力矩piM按式： s in OAPM p 可求得如下： 1 3 7 0 065.69s i n18617854s i n 111 op OAPM Nm 900086.74s in18615027s in 222 op OAPM Nm 486061.67s in18612827s in 333 op OAPM Nm 阻力矩wiM可按式： c o sm axwwiwwwi XmXmM 可求得如下： 1444600c o s170085041 wM Nm 1376081.17c o s170085042 wMNm 950085.35c o s170085043 wM Nm 代入式： 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 25 wipii MM 可求得如下： 89.1106.144 1013722 5 5111 wpMM 31.1106.137 109022 55222 wpMM 02.11095 106.4822 5 5333 wpMM 将上述全部计算结果汇总如表 3-1。 表 3-1 东风 EQ3126GD19D 举升机构特性参数汇总表 Tablet.3-1 Tablet of Dongfeng EQ3126GD19D car raise identity confluence tablet 名称 单位符号 计算结果 运动参数 车厢举升角 () 0 17.81 35.85 55 油缸与底座夹角 () 69.65 74.86 67.61 58.77 油缸行程 L(mm) 0 560 1115 1670 各级缸径 d(mm) 100 80 60 力学参数 各级缸初推力 P(Nm) 7850 5023 2825 举升力矩 pM (Nm) 13700 9000 4860 力矩比系数 1.89 1.31 1.02 贺国翘：普通自卸汽车结构设计 26 4 普通自卸汽车液压系统设计 4.1 液压系统工作原理与结构特点 4.1.1 工作原理 图 4-1 为普通自卸汽车液压系统工作原理。该系统由取力器、油泵、液压控制阀、油缸、限位阀、油箱 、操纵系统以及油管系统等组成。 图 4-1 举升机构液压系统工作原理 Fig.4-1 The diagram of cars raise hydraulic pressure system theory 其工作原理如下 7 ： a:准备 先使自卸汽车处于驻车制动状态，并将变速器置于空挡。 将转阀手柄置于水平初始位置。启动发动机，然后踩离合器，结合取力器使油泵进入工作状态。此时液压油经油泵、单向阀、液压换向阀流回油箱。 b:举升 将转阀手柄逐渐向上转动关闭换向阀。此时从油泵经单向阀来的高压油，经分流体后分别进入左、右油缸，实现举升。油缸举升到最大行程 时，拨动限位阀，将高压油路与回 油路接通而卸荷，举升停止，货厢处于举升最高位置。 辽宁工程技术大学 毕业设计 （论文） 27 c:保持 将转阀手柄置于 “保持举升区间 ”，并切断取力器停止油泵工作。此时压力油被锁死在油缸内。可按需使货厢处于任意举升位置保持。 d:降落 分缓慢降落和快速降落 将转阀手柄推至慢落位置，回油路仅部分打开，实现车箱缓慢降落。 若将转阀手柄推到底，则回油路被全部打开，油泵下腔油液经分流体向油箱快速回油。 4.1.2 液压系统结构布置 自卸汽车液压系统由液压能产生部件、工作部件与操纵控制部件三大部分组成。 a:液压能产生部件 液压