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机械毕业设计论文
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机械毕业设计87自卸车改装设计毕业设计论文,机械毕业设计论文
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武汉理工大学毕业设计 1 摘要 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。自卸汽车 27125 辆，占总量的 11.76 。 随着国内基础设施建设需要不断增加，自卸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第一位置，但在种类、型式、材料运用方面与国外还有一定的差距。 本文首先对自卸车的设计特点以及国内外发展现状做了相关的概述。接着，从车厢的设计、举升机构的设计、取力器的设计等方面进行了 EQ3090 自卸车的总体设计，并对主车副车架进行了改装与设计。对整个 EQ3090 自卸车的外廓尺寸、轮距与轴距尺寸、前悬后悬以及整车的装载质量、整备质量、总质量和轴载质量进行了相关的计算与设计。 关键字： 自卸 汽车 总体布置设计 副车架 轴载质量 举升机构 nts武汉理工大学毕业设计 2 Abstract Since last year, our country Special Purpose Vehicle industry is in the boom, with 395 car refit enterprise all around the country refitting 230.6 thousand cars, selling 230.5 thousand. auto unload vehicle the 27125 car, account for 11.76% of total deal. along with the development of local foundation facilities, in recent years auto unload vehicle yield has been keeping in higher production & sales, remains in the first place in Special Purpose Vehicle production. However, in aspects of category, pattern, material application, compared with foreign countries there is still a long way to go. In this paper, firstly, I made a general about the auto unload vehicle design and its development domestic and abroad. Then, at the point of compartment, rising organization etc, I started the design of the EQ3090 auto unload vehicle. Also, I refit and designed the vice-car stalk. To whole EQ3090 the lading quantity, reorganization quantity, measure, tread, wheelbase, forward suspension behind， proceeded the related calculation and design. Key words: auto unload vehicle total arrangement vice-car stalk raising organizationnts武汉理工大学毕业设计 3 1 概述 1.1 专用汽车设计特点 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。 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。 nts武汉理工大学毕业设计 4 1.2 国内专用车发展现状 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。 1.3 自卸车概述 自卸汽车是利用本车发动机动力驱动液压举升机构，将其车厢倾斜一定角度卸货，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车。 自卸汽车按其用途可分为两大类：一类属非公路运输用的重型和超重型 (装载质量在20t 以上 )自卸汽车。主要承担大型矿山、水利工地等运输任务，通常是与挖掘机配套使用。这类汽车也称为矿用自卸汽车。它的长度、宽度、高度以及轴荷等不受公路法规的限制，但它只能在矿山 、工地 上 使用。另一类用于公路运输用的轻、中、重型 (装载质量在 2 20 t)普通自卸汽车。它主要承担砂石、泥土、煤炭等松散货物运输，通常是与装载机配套使用。 某些自卸汽车是针对专门用途设计的，故又称专用自卸汽车。如：摆臂式自装卸汽车、自装卸垃圾汽车等。 图 1-1 为普通自卸汽车的结构组成。 普通自卸汽车技装载质量em分为：轻型自卸汽车 1.5emt、中型自卸汽车 3 .5 8emt和重型自卸 汽车 8emt ；按运载货物倾卸方向分为：后倾式、侧倾式、三面倾式和底卸式自卸汽车；按车厢栏板结构分为：栏板一面开启式、栏板三面开启式和簸箕式 (即无后栏板 )自卸汽车。 nts武汉理工大学毕业设计 5 随着国内基础设施建设需要不断增加，自卸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第一位置，但在种类、型式、材料运用方面与国外还有一定的差距。自卸汽车继续快速增长，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 ； 牵引汽车保持较快发展，已成为长距离公路运输的主力车型 。 图 1-1 普通自卸汽车结构组成 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-邮箱； 9-油泵； 10-传动轴； 11-取力器 nts武汉理工大学毕业设计 6 2 总体布置设计 2.1 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 例如气卸散装水泥罐式汽车的专用功能是利用压缩空气使水泥流态化后，通过管道将水泥输送到具有一定高度和水平距离的水泥库中。气卸水泥的主要性能指标是水泥剩余率或剩灰 率，为了降低这一指标，可将罐体布置成与水平线成一定角度，如图 2-1 所示。但这样布置会使整车质心提高，减少了侧倾稳定角，因此也可以水平布置。所以在进行总布置时，要从多方面综合考虑。 图 2-1 斜卧式粉罐汽车总体布置 1-装料口； 2-排气阀； 3-空气压缩机； 4-虑气器； 5-安全阀； 6-进气阀； 7-二次喷嘴阀； 8-压力表； 9-卸料口； 10-调速器操纵杆； 11-卸料软管； 12-进气管道 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 例如在图 2-2 混凝土搅拌运输车的布置方案中，图 (a)的布置形成了明显的集中载荷，而在图 (b)的布置中、由于采用了具有足够刚性的副车架，因而可将这种集中载荷转化成均布载荷，有利于改善主车架纵梁的强度和寿命。 nts武汉理工大学毕业设计 7 图 2-2 主车架纵梁载荷状态比较 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。 2.2 车厢的设计 2.1.1 自卸汽车车厢的结构形式 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 ， 图 2-3 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 碰坏驾驶室顶孟，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。 后倾式车厢广泛用于轻、中和重型自卸汽车。它的左右侧栏板固定，后栏板左右两端上部与侧栏板饺接，后栏板借此即可开启或关闭 。 nts武汉理工大学毕业设计 8 图 2-3 车厢结构图 1-车厢总成； 2-后栏板； 3、 4-铰链座； 5-车厢铰支座； 6-侧栏板； 7-防护挡板； 8-底板 侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角，如图 2-4 所示。其栏板开启、关闭的铰接轴为上置式，开启时，栏板呈自由悬垂状，多用于有 侧 倾要求的中 型自卸汽车。 矿用白卸汽车和重型自卸汽车的车厢多采用簸箕式，以方便装载，倾卸矿石、砂石等。有的簸箕式车厢采用双层底板结构，以增加底板的强度和刚度，并可减轻自重。簸箕式车厢如图 2-5 所示。 图 2-4 侧顷式及三面倾卸式车厢 图 2-5 簸箕式车厢 本文设计的 EQ3090 是 承担市区或市郊短途运输的 普通 自卸汽车 ，没有侧倾要求，故采用后倾式车厢。 2.1.2 车厢的设计规范及尺寸确定 将全金属焊接车厢设计成等刚度体车 厢 是自卸汽车 设计的 重点 .但是 很难 既能保证高强度又能保证轻 量 化。 就整车而言， 可以 看 成由车轮、前轴、后桥壳、悬架、车架、车厢及其橡胶缓冲块等不同刚度单元组合而成的弹性体，受力时，将按照 各自 的刚度产 生 各 自 的变形，其变形 量与 刚度成反比，吸收的能 量 与刚度成 正 比。 车 厢刚度， 无 论是弯曲刚度还是扭转刚度，都会增加 车 架的相应刚度，两者的刚度是相辅相成、 互相 补偿的。当汽 车 前后左右 车 轮处 于 高差较大的路面， 车 架扭曲较大时， 车厢应该有一定的扭转随动 性。如果车相的扭转刚度过大，当车 架扭转到一定程度时，车厢nts武汉理工大学毕业设计 9 前支承缓冲块相应的 一侧压 到极限位置，车厢纵梁的另 一 侧可能离开缓冲块， 车 厢前端的一大部分重 量 转移到一侧的车架纵 梁 上 ，纵梁可能 超载损坏。如果车厢 扭转刚度过小，能与车架扭转随动， 当 车架产生较大扭曲时，车厢可能因变形过大而早期损坏。 全金属焊接等刚度车厢设计 的 规范化的定量的设计计算方法 并不是很完善，根据一些经验，可以知道一些 设汁规范和经验数据 ： 1) 车厢底板和侧梁断面应小些，布置应密集，这样易于形成等刚度。自卸汽车的车架断面系数 也 应比同级吨位的货车车架大一倍。 2) 对于两轴载质为 10t 的车厢，车架按 1.5t 整体重物从 lm 高处落人车厢的冲击负荷进行计算，车厢底板厚度应不小于 10mm，其选材强度等级大于 60kg 级。 5t 自 卸汽 车的车厢底板厚度应不小于 6mm，本文所设计的 EQ3090 自卸车，其额定载荷为 4.5t，故其车厢底板厚度取 6mm。 车厢的内部形状应为簸箕形，底板前窄后宽，单边角度 1 1.5，横端面下窄上宽，单边角度 1 1.5。这样，当车厢倾卸时，货物不易在车厢内卡住，易于倾卸。 由此，确定出 EQ3090 车厢的尺寸如表 2-1： 表 2-1 EQ3090 车厢主要尺寸 长 (mm) 宽 (mm) 高 (mm) 底板厚 (mm) 3650 2294 800 6 侧板厚 (mm) 底板倾斜角度 ( ) 侧板倾斜角度 ( ) 6 1 1 2.3 举升机构的设计 2.3.1 举升机构形式的选择 举升机构分为两大类 ： 直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为举升动力 直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的 2 级或 3 级伸缩式套筒油缸。 按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置和后置 (也称中置 )两种，如图 2-6 所示。前置式 油缸支在车厢前部 ,油缸的举升力较小 ,油缸行程较大 ,一般用于重型自卸汽车上 ,油缸则通常采用多级伸缩油缸。 ，后置式 油缸支在车厢中部 ,油 缸行程较小 ,油缸的举升力较大 ,多采用双缸双柱式油缸 。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况则与前置式的相反。 图 2-6 直推式举升机构的布置 (a)前置式； (b)后置式 nts武汉理工大学毕业设计 10 常用的连杆组合式举升机构布置有两种：油缸前推式 (又称 T 式 )和油缸后推式 (又称 D式 )，如图 2-7 所示。 图 2-7 连杆组合式举升机构 (a) 油缸前推式； (b) 油缸后推式 1- 铰支座； 2-车厢； 3-油缸； 4-三角臂 直推式和连杆组合式举升机构的综合比较见表 2-2： 表 2-2 直推 式与连杆组合式举升机构的综合比较 类 别 项 目 直推式 杆系倾卸式 结构布置 简便，易于布置 比较复杂 系统质量 较小 较大 建造高度 较低 较高 油缸加工工艺 多级缸，加工精度高，工艺性差 单级缸，制造简便，工艺性好 油压特性 较差 较好 系统密封性 密封环节多，易渗漏，密封性差 密封环节少，不易渗漏，密封性好 工作寿命 磨损大，易损坏，工作寿命短 不易磨损，工作寿命长 制造成本 较高 较低 系统倾卸稳定性 较差 较好 系统耐冲性 较好 较差 直推式举升机构结构 简单 ,较易于设计。但由于是油缸直接顶起车厢 ,为了达到一定的举升角度 ,往往需采用多级油缸 ,而为了提高整车的稳定性 ,又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏或双缸不同步 ,进而造成车厢举升受力不均。目前 ,该类举升机构主要用于重型自卸汽车。 连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性 ,减小了油缸行程 ,同时还能借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性 ,只需采用单级单缸的油缸型式就可满足要求。因此 ,该类举升机构制造工艺相对简单 ,在生产实际中获得了广泛应用。 油缸前推式举升机构适用于中、重型自卸汽车；油缸后推式适用于中 、轻型自卸汽车。 综 上所述 ， 对于 EQ3090 自卸车，本文选用油缸后推式举升机构。该种举升机构通过三角板于车厢底板相连推动车厢，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举升支店在车厢中心附近，车厢受力状况较好。 nts武汉理工大学毕业设计 11 图 2-8 后推连杆组合举升机构原理图nts武汉理工大学毕业设计 12 2.3.2 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表 2-3 所列。 表 2-3 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。此外，在最大举升角max。时，车厢后栏板与地面须保持一定 的 间距 H，如图 2-9 所示。为了避免车厢倾卸时与底盘纵梁后端发生运动干涉，故图 2-9 中 的 L 必须大于零。设计时，自卸汽车车厢最大举升角可在 50 60之间选取。 对于 EQ3090 自卸车 ，这里定其最大举升角为 55。 图 2-9 自卸汽车后倾最大举升角的确定 2.4 取力器的设计 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。 nts武汉理工大学毕业设计 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 2-10 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 2.5 功率和比功率计算 2.5.1 功率平衡计算 专用汽车在行驶过程中所需的驱动功率 Pt 按下式计算： 3m a x m a x1 3 6 0 0 7 6 1 4 0a DDt m g f CAP v v 式中 am 整车总质量 kg ； f 滚动阻力系数； nts武汉理工大学毕业设计 14 汽车底盘传动系的机械效率； DC 空气阻力系数； DA 整车迎风面积 2m ； maxv 最高车速 /km h ； 0P 专用工作装置在车辆行驶中从汽车底盘所取的功率 kW ； 0 专用工作装置的机械效率。 若考虑发动机功率有一定的储备，则需要给发动机确定一定的负荷率，其范围一般在75 90。当外载负荷变化大，或车辆行驶所需的功率估算不准确时，应取下限值，即0.75；当外载负荷变化小，或所需的功率估算较准确时，取上限值，即 0.90，一般负荷率不大于 0.90。这样可计算出专用汽车发动机所需要的总功率 P 为： 0 . 7 5 0 . 9 0tPP k W2.5.2 比功率计算 所谓汽车的比功率dP是指单位汽车总质量的发动机功率，若不计风阻，其计算式有 daP P m k W k g 据统计，专用汽车（含汽车列车）比功率的大致范围是： 3335 1 0 0 . 0 1 5 0 . 0 2 15 1 0 0 . 0 0 7 5 0 . 0 1 11 9 1 0 0 . 0 0 4 7 8 0 . 0 0 7adadm k g P k W k gm k g P k W k gm k g P k W k g pf目前，随 着公路条件的改善，车辆运输速度的提高，比功率有增加的趋势。例如有的国家规定，对于大客车、货车 (专用车 )及汽车列车，其比功率不能低于 0.006kW kg ，以防止车辆的动力性不足，阻碍车流。 经 Matlab 编程可以得到以下结果： 9 9 . 3 9 4 7P k W ； 0 . 0 1 0 8 0 9 6 5dP k W k gnts武汉理工大学毕业设计 15 3 底盘车架的改装 3.1 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： 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。 nts武汉理工大学毕业设计 16 本文设计的 EQ3090 自卸车是在 EQ1090 的基础上改装而成，故其底盘选用 EQ1090 的底盘。 3.2 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。 3.2.1 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 3-1 和表 3-1的要求。 表 1-3 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 3-1 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 3-1 所示 。 3) 在纵梁的边、角区域亦禁止钻孔或焊接，如图 3-2、图 3-3 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 3-2 主车架 纵梁禁止钻孔区 图 3-3 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。 3.2.2 主车架的加长设计 因专用汽车法布置的需要，对主车架有时要进行加长。例如厢式零担货物运输车和轻泡货物运输车，若用普通汽车底盘改装则需要将轴距加大，改装长货厢来提高运输效率，此时要将车架在其中部断开后再加长。也有将车架后悬部分加长的改装设计。 nts武汉理工大学毕业设计 17 车架加长部分应尽量采用与原车架纵梁尺寸规格一样、性能相同 的材料。车架的加长部分与车架的连接一般采用焊接。首先在纵梁腹板处，按与纵梁轴线成夹角 45。或 90。的方向把纵梁断开，然后把切口断面加工成坡口形状，如图 3-4 所示。最后将加部分与车架纵梁对接起来。为了获得 v 型焊缝对接接头的最佳强度，防止焊缝起点出现焊接缺陷，应朱用引弧焊法或退弧焊法。焊接时应根据纵梁的材料选择合适的焊条型号、直径及焊接规范。可采用手工电孤焊或气体保护焊，并选用磁性焊条，保证在高载荷、变形和振动的情况下的焊接强度。 图 3-4 纵梁的坡口形状 3.2.3 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。 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 3-5 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 3-6 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 3-5 加强板的湍头形状 1-主车架纵梁； 2-加强板 图 3-6 加强板的合理布置 1-加强板； 2-主车架纵梁； 3-副车架 nts武汉理工大学毕业设计 18 3.3 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，材料为 16MnReL。 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。 3.3.1 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 3-7 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 3-8 和 图 3-9 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 3-7 副车架的截面形状 图 3-8 加强后的副车架截面形状 1-副车架； 2-腹板 图 3-9 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 100、80、 6mm。 3.3.2 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 3-10。nts武汉理工大学毕业设计 19 图 3-10 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 3-10（ b） 角型的端头形状。 3.3.3 副车架的前 端 形状及安装位置 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 3-11 所示。 图 3-11 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 3-12) 图 3-12 副车架的前端结构 副车架前端形状常有三种形状 (见图 3-13)。 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 3-13(c)所示：0 1h mm；0 1 5 2 0l m m。 nts武汉理工大学毕业设计 20 图 3-13 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 3-14 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 3-15 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 3-14 副车架前端简易形状 （ a）刚质副车架 ；（ b）硬木质副车架 图 3-15 副车架的安装位置 3.3.4 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 3-16 图 3-16 横梁与纵梁的连接 1-纵梁； 2-连接板； 3 横梁 图 3-16（ 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 3-16（ 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nts武汉理工大学毕业设计 21 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 3-16（ 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铆接。 3.3.5 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 3-17 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 3-18 所 示。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 3-17 止推连接板的结构 1- 副车架； 2-止推连接板； 3-主车架纵梁 图 3-18 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 EQ3090 主副车架之间采用止推连接板式。nts武汉理工大学毕业设计 22 3.3.6 副车架的强度校核 如果已知车架在危险工况下，危险截面的弯矩为maxM，则可计算出副车架在危险截面的弯矩2maxM，即 : m a x 2 m a x 1 2M J M J J 副车架最大弯曲应力2max满足以下强度条件 : m a x2 m a x 122 HMJJ式中 : H 副车架截面高度 ； 许用弯曲应力 (可查有关手册 )。 以上所得出的副车架弯矩计算和强度校核公式完全可以用于设计计算和指导副车架的结构设计。 自卸汽车车厢在举升过程中，举升力随着举升角度的变化和货物下卸量的变化而变化。为了确定油缸最大举升力和其他支承件的结构强度，必须了解车厢在整个举升过程中力的变化规律，可以用解析法或作图法求得。一般情况下，用作图法比较方便。 从静止开始，每隔 5 求一次举升力。作图方法如下 : 车厢举升时，整个系统匀速运动，是一个力平衡系统。可根据平衡体三力汇交原则作出力图 (见图 3-18a)。 已知条件 :货厢与货物总质量以及质心作用点 A;油缸支承点以及 BB方向 ;车厢翻转轴对翻转轴套的作用点 C;假设车厢；满载不卸货，即 G 为定值。 作图步骤 :第一，取力的比例尺度 ;第二，作出重力 AA;第三，作 BB平行线交于 A 点 ;第四，作 CA 平行线过 A点交于创点 ;第五，得力平衡三角形 AA创，按力的比例量出力的大小和方向。 A C为翻转轴 对车厢翻转轴套的反力， CA 为油缸对车厢支承点的推力，方向如图 3-18 所示。第六，车厢举升每隔 5 重复以上步骤，将数据填入表格，即可得到举升力的变化规律。这种方法简单、快速、较准确，能够指导设计。 图 3-18 举升力的作图法 经过计算，得出： 2m a x 4 . 3 5 /k g m m 去疲劳系数为 1.4，考虑到自卸汽车的使用条件较差，取动荷系数为 4.7，则最大动应力为： nts武汉理工大学毕业设计 23 2m a x 4 . 3 5 1 . 4 4 . 7 2 8 . 6 2 3 /k g m m 纵梁材料额
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