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机械毕业设计论文
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高位自卸汽车,机械毕业设计论文
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哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文） 题 目 高位自卸车设计 专 业 交通运输 (汽车运用工程 ) 学 号 107932226 学 生 季磊 指 导 教 师 李玉龙 答 辩 日 期 2010 年 12 月 29 日 哈工大华德学院 nts 哈工大华德学院毕业设计（论文）评语 姓名： 季磊 学号： 1079312226 专业： 交通运输 毕业设计（论文）题目： 高位自卸车设计 工作起止日期： _2010_年 _10_月 _11_日起 _2010_ 年 _12_月 _28_ 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： _ 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见： _ _ _ _ 评阅教师签字： _ 评阅教师职称： _ nts 答辩委员会评语： _ 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩 委员会作出如下评定： 学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语： _ 答辩委员会主任（签字）： 职称： _ 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员（签字）： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 年 月 日 nts 哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书 姓 名： 季磊 院 （系）： 汽车工程系 专 业： 交通运输（汽车运用工程） 班 号 ： 0793122 任务起至日期： 2010 年 10 月 11 日 至 2010 年 12 月 28 日 毕业设计（论文）题目： 高位自卸车设计 立题的目的和意义： 目前国内生产的自卸车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的，若需要将货物卸到较高处或使 货物堆积得较高些，目前的自卸车难以满足这种需求，为此设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后在倾斜车厢卸货。来满足难为将货物卸到或堆积到较高处的难题。 因此，通过对 高位自卸车的设计 实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和锻炼学生利用所学知识分析问题和解决问题的能力。 技术要求与主要内容： 一、 要求正确进行二类底盘的选择、主要参数数据齐备，设计一种 高位自卸车 （装载质量 2500kg） 二 、 本设计主要研究方法： 1.文献调研和实际考察，研究前人经验、现实的需要以及存在的问 题； 2.对所要研究的课题进行初步可行性分析； 3.进行实地设计和改进 三、论文要求 1.参考文献篇数： 10 篇以上（其中不少于 2 篇外文文献）； 2.内容充实，结构清晰合理，符合规范； 3.必须进行大量的实地调查。 四、 设计（论文）完成后应提交的成果 :1. 根据相关参数完成 汽车起重机回转伸缩机构及液压控制系统 设计、计算和校核； 2.撰写设计说明书 10000 字以上； 3.绘制两张零号图纸以上，其中至少有一张 CAD 图。 nts 进度安排： 第 12 周（ 10 月 13 日 10 月 22 日）：收集资料，完成开题报告，完成总体设计方案 并 及时写好毕业设计日志； 10 月 22 日开题检查 第 37 周（ 10 月 23 日 11 月 26 日）： 1、完成整体设计，材料的选择和相关计算，完成所有草图的绘制； 2、 11 月 19 日指导教师进行中期检查； 3、 11 月 26 日全系中期检查并 及时写好毕业设计日志。 第 89 周（ 11 月 27 日 12 月 10 日）： 1、完成所有正式图纸的绘制和论文草稿；2、 12 月 10 日结题检查。 第 1011 周（ 12 月 11 日 12 月 16 日）： 1、对毕业设计论文的内容、格式、英、汉文摘要、毕业论文等内容进行修改， 2、完成正式论文的装订； 3、 12 月 16 日上 交所有毕业设计相关材料。 第 12 周（ 12 月 17 日 12 月 28 日）： 1、准备毕业设计答辩。 2、 12 月 28 日答辩 同组设计者及分工： 指导教师签字 _ 年 月 日 系（教研室）主任意见： 系（教研室）主任签 字 _ 年 月 日 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） I 摘 要 高位自卸汽车是专用自卸汽车一种， 高位自卸汽车主要用于运输散装并可以散堆的货物（如沙、土、以及农作物等），服务于建材厂、矿山、工地等。还可用于火车与汽车之间的货物运输，或者是飞机场内运输行礼。高位自卸汽车主要装备有车厢举升和倾卸机构，使用方便运输效率高，具有高度机动性和卸货机械化的特点。 文中阐述了高位自卸汽车改装设计的目的和意义、发展状况以及应用前景。分析了装载质量为 5t 的高位自卸汽车的总体设计方案， 设计的主要内容有： 举升机构、倾卸机构和后厢门开合机构等主要机构的方案分析和选择、运动分析、动力学分 析以及强度和刚度的计算校核 。介 绍了液压系统的计算过程。最后对改装完成后的高位自卸汽车进行了必要的动力性、燃油经济性和稳定性等主要整车性能的计算分析，计算结果表明整车性能满足要求。 关键词： 高位自卸汽车；剪式举升机构； 倾斜机构；力学分析； 改装设计； nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） II Abstract High-order dump truck is one of special-purpose dump truck, it mainly be used to transport those goods which can be scattered such as sandstone, soil and some crops, and also be used to transport unit goods, severing for tectonic grounds, mines, workshop. High-order dump truck have carriage rise and dump organization to lift to equip mainly, easy to use, it is with high efficiency to transport, the mechanized characteristic that have high mobility and unload. First,it talking about the purpose and meaning of this design aout the High-order dump truck.And then, analytical argument a kind of lading quality for the high with 5ts High-order dump truck of total design,about the sport and motive analytical of it,s lifting and revolving.At last, regard high-order dump truck as the research object, analyse software ANSYS10.0 with the finite element , has set up finite element model to the principal organ of the high-order dump truck, carry on statics characteristic analyse to model. Moreover,in brief introduced the method and calculation process of the design that the liquid press system in the text. Finally carry on necessary of the calculation of the main whole car of the functions such as motive, the fuel economy and stability etc.Then the result expresses that the car function satisfy designing request. Keyword:; High-order dump truck; The shear type of lifting; Finite element; Statics analysis； Refiting design； nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） III 第 1章 绪 论 1.1 目的和意义 随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多样的型式；2008 年的北京奥运会和 2010 上海世博会都拉动对自卸汽车的需求，而且大、重吨位的自卸车所占的比例也将进一步增大。因此对现有的各型自卸汽车进行改装设计是非常必要的，尤其在当今节约型社会具有很重要的现实意义。 目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁 卸下 ， 卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车，使它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。 随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多样的型式。自卸汽车按其载质量的大小可分为超重型、重型、中型以及轻型；按其外形尺寸、总质及能否在公路上行驶，又可分为非公路用自卸汽车和公路用自卸汽车；按其车厢卸货方向的不同，还可以分为后卸式、侧卸式以及三面卸式。目前国内外已经 研制成功并投入使用的自卸汽车有超重型 自卸汽车、重型自卸汽车、三面卸自卸汽车、高通过性自卸汽车以及液压举升系统自卸汽车等五种类型；其中三面自卸汽车目前应用的比较少，而液压举升系统自卸汽则应用的日益广泛。 未来是节约型社会、智能化时代；因此未来的自卸汽车主要是偏重自卸举升机构的创新与智能化，并且具有节约能耗的特点。 1.2 卸汽车定义、组成、功用 自卸汽车自上世纪初诞生以来不断发展，日趋完善，以成为当今货物运输的主要专用车之一。 自卸汽车利用车辆自身的发动机驱动液压系统，从而使车厢倾卸机构nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） IV 按预定的运动轨迹运行，使 车厢倾斜一定角度卸货 货物依靠其自重自行卸下，卸货完毕后车厢依靠其自重复位。 自卸汽车按其载质量的大小可分为超重型、重型、中型以及轻型；按其外形尺寸、总质及能否在公路上行驶，又可分为非公路用自卸汽车和公路用自卸汽车。 超重型自卸汽车的外部宽度都大于 2.5m，每轴载荷质量都远大于 13t，就属于非公路用自卸汽车。按其车厢卸货方向的不同，还可以分为后卸式、侧卸式以及三面卸式。具体分类如下： 三面卸式侧卸式后卸式按车厢卸货方向吨重型吨中型吨轻型公路运输自卸汽车矿用自卸汽车按用途公路用自卸汽车非公路用自卸汽车按能否在公路上行驶轻型中型重型超重型按装载质量自卸汽车)128()84()5.32(超重型自卸汽车因其主要用于矿山采掘工程，专用于运送爆破后的岩石、矿石，也 多称为矿用自卸车。其中小吨位的车型和载质量 3080t 的车型也在大中型水电站施工及大江截流工程中广泛应用，运送岩石、土方等。超重型自卸汽车的主要特点有：一 是 作业效率高，每吨运输成本低；二 是 用途专一，其车型庞大，只在矿区或水电站施工区内行驶；三 是 价格昂贵，与大批量生产的公路用车型相比，这类车型批量很小、专门设计，按订货量组织生产，所以每车价格昂贵；四 是 转运困难，因整车外形尺寸庞大，多采用总成运输，现场组装整车。 专用自卸汽车是在普通自卸汽车的基础上增设特定的机构来实现自己的功能，以达到特定的目的。普通自卸车， 其卸货方式为散装货物沿汽nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） V 车大梁卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，就难以满足要求。为此需设计一种专用自卸汽车 高位自卸汽车，它是装备有车厢高位举升和倾卸机构两套装置，能将车厢举升到一定高度后倾卸物料的自卸汽车，适合于高货台卸货。其 外形如图 1-1所示。 所谓高位自卸汽车是指在普通自卸汽车的基础上安装一个特殊装置，该装置能够将车厢举升到一定高度，车辆在这一高度卸货。高位自卸汽车的高位倾卸动作循环方式有两种：其一，首先将处于原始水平位置车厢平移举升到一定高度，保持位置不变 ，再将车厢倾卸一定角度卸货。卸货完毕，车厢恢复高位水平位置，最后平移下降到原始位置。其二，按上述程序，车厢高位倾卸后，车厢的两种复位动作（即角度复位和平移下降复位 ） 同步进行。 高位 自卸汽车的专用装置由举升机构 、倾卸机构 和液压系统两大部分组成。其中举升机构作用是将车厢 平移举升到某一预定的高度，从而实现在该高度进行高位卸货。目前为止有剪式、 L 型、平行四边形等多种举升机构。倾卸机构的作用是使 倾斜一定的角度，使车厢中的货物自动卸下，然后再使车厢降落到车架上。它的主要结构型式有直推式倾斜机构、连杆式倾斜机构两种。而 液 压举升系统 作用产生液压能，实现举升机构倾翻的动力源；其结构组成有液压泵、控制阀、限位阀、举升液压缸等。液压泵由取力器驱动，取力器的动力来源于汽车底盘；控制阀改变液压系统回路，由驾驶员在驾驶室中操纵；限位阀限制车厢的最大倾角。大多设在液压缸内，当车辆升至预定的角度时，限位阀起作用，限制车厢继续倾斜；举升液压缸将液压能转变为推动车厢的机械能的直接执行部件。 举升 和倾卸 机构是自卸汽车的重要工作系统，其设计质量直接影响自卸汽车的使用性能。随着自卸汽车产品技术的发展 ，它们 的结构型式也不断增多。若能将不同类型的机构按其 各自的特点配备到与之相适应的自卸汽车则无论是 高位 自卸汽车的工作性能 ， 还是机构的使用效率 ， 都会得到很大的改善。因此如何选择合适的举升 和倾卸 机构，成为 高位 自卸汽车设图 1-1 高位自卸汽车 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） VI 计中的首要问题。 高位 自卸汽车上现在广泛采用液压 倾卸 机构。根据油缸与车厢底板的连接方式 ， 常用的 倾卸 机构可以分为直接推动式和连杆组合式两大类。油缸直接作用在车厢底板上的 倾卸 机构称为直接推动式 倾卸 机构 ， 简称直推式 倾卸 机构。按 倾卸 点在车厢底板下表面的位置 ， 该类机构又可分为油缸中置和油缸前置两种型式。前者油缸支在车厢中部 ， 油缸行程较小 ， 油缸的举升力较大 ， 多采 用双缸双柱式油缸。后者的油缸支在车厢前部 ， 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。常用车厢倾卸机构如下： 油缸后推杠杆式油缸后推连杆式油缸前推杠杆式油缸前推连杆式连杆组合式油缸前置油缸中置直接推动式车厢倾卸机构1.3 国内外高位自卸汽车的发展概况 我国自卸汽车生产始于 20 世纪 60 年代初，经过 40 多年的发展，尤其是在 20 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。公路用自卸汽车的装载质量从220t、矿用自卸 汽车装载质量从 20154t 以 下 基本形成完整的 专用 汽车系列，为我国自卸汽车的腾飞打下了坚实的基础。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。 自卸汽车生产企业无论是在数量上还是在质量上都得到了空前的发展，全国生产和改装汽车的企业由最初不足 11 家发展到 1989 年的 113nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） VII 家，到 1998 年的 721 家，占全国汽车生产企业的 86.4%，其中改装车厂632 家，主机（整车制造）厂 92 家。专用汽车企业的性质和生产模式也都发生较大改变。由原有分散的中、小型国有企业，通过联合、兼并、重组、民营等手段形成了企业的集团化、大型化。以前 “小而全 ”的生产格局也不复存在，自卸汽车的生产模式将朝着单一种类、系列化、多品种的专业化模式发展。 国外自卸汽车生产始于 20 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；随着使用范围的不断扩大、用户要求的不断提高，自卸汽车正朝者多品种、系列化、小批量的方向发展；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。 高位自卸车作为自卸车家族的重要组成，多品种、小批量也是其一大特点。高位自卸汽车生产的另一个特点是零部件专业化生产，大部分专用汽车厂实 际是一个总装厂。其产品按结构分工或组织专业化协作生产如自卸车油缸，副车架等均有个专业厂集中生产。 目前，高位自卸汽车的市场占有量还很小，但随着我国经济的发展，各种大型项目的实施，高位自卸汽车的市场需求量会逐渐增大，可以预见，在今后一段时间内市场需求将得不到满足。 1.4 高位自卸汽车发展方向与前景 随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多样的型式；2008 年的北京奥运会和 2010 上海世博会都将拉动对自卸汽车的需求，而且大、重吨位的自卸车 所占的比例也将进一步增大。西部大开发，将促进nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） VIII 西部地区专用汽车市场的有效增长，西部地区基础设施建设投资达 7000亿， 10 年内将修建公路 35 万公里。专用汽车有着较大的市场发展空间。诸如 “ 西气东输 ”、“ 西电东送 ”、“ 南水北调 ” 、青藏铁路及国内几条高速公路建设等大型项目的正式启动，给专用汽车市场特别是重型专用汽车市场注入了巨大活力。任何大工程的启动都需要工程机械的参与，高位自卸汽车将会在这些大型舞台里扮演重要的角色。 为使高位自卸汽车能够在不同工况下圆满的完成工作的需求，经过调查、研究，我国高位自卸汽车的品种开发还 应从以下方面努力：进一步发展和完善中型高位自卸汽车；进一步开发自动机械装卸机构，以适应农业等部门的需求；进一步提高高位自卸汽车的技术含量以追求其高附加值等。 1.5 本次设计的主要内容 本设计的目标是设计一种载重 5t 的高位自卸汽车，其性能参数与所选底盘车接近。高位自卸汽车是装备有车厢高位举升机构和倾卸机构两套装置的载货自卸汽车。因此本设计主要研究的内容有：车厢高位举升机构的设计计算、车厢倾卸机构的设计计算、液压传动装置设计计算 选型，并进行二类底盘的选择、主要参数数据齐备、进行二类底盘选型分析、产生具有实践意义 的选型总结；然后进行车辆的总体布置和性能分析，并用总布置草图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置；最后通过正确的计算，完成部部件设计选型，达到工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的设计要求，并附之以总装配图，清楚表达设计。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） IX 第 2章 高位自卸汽车设计计算 2.1 基本尺寸参数的确定 高位自卸汽车与普通自卸汽车一样，都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同 ，从而保证 参数与原车基本保持不变。 常见二类底盘机构如图 2-1 所示。 2.2 质量参数确定 2.1.1 额定装载质量 me 高位自卸汽车 是在普通自卸汽车的基础多加了一套举升和倾卸装置，所以其装载质量要比普通自卸汽车小，根据 CQ1133TLG501 车底盘最大承载质量为 7320kg，所以初定额定装载质量为 5000kg。 2.2.2 整 车整备质量 m0 整车整备质量是指汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车A-轴距 D-驾驶室最高点到车架上表面距离 H-底盘总高 J-后悬 K-底盘有效长 L-底盘总长 Y-推荐载物重心 U-前悬 图 2-1 CQ1133TLG501 底盘结构 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） X 工具、备胎等所有装置的质量。参考同类普通自卸汽车的整车整备质量，在此基础上在增加车厢升高装置的质量，便可估算高位自卸汽车的整车整备质量。 所选 CQ1133TLG501车底盘的整备质量为 4080kg,因为在本次设计选用的车厢尺寸有 较大，为 4800 2000 640，因此整车整备质量相对有所增加，取为 5000kg；再加上剪式举升机构约 450kg。即高位自卸汽车整车整备质量为： 545045050000 m2.1.2 总质量 总质量 ma 的计算公式为 1 0 6 4 53655 4 5 05 0 0 00 pea mmmm kg (2-1) 式中 mp乘员质量（ kg），按每人 65kg 计。 改装后高位自卸汽车最大轴载质量的 分配应基本接近原车底盘轴载要求。又由于车厢升高的同时，其质心向后移，因此该高位自 卸 汽车的整车质心位置可比同类普通自卸汽车的质 心 略向前移。 2.3 高位自卸汽车底盘的选择 专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。 一般专用改装车辆在选用底盘时应满足下述要求： 1.用性 对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要 目标进行改装造型设计。 2.可靠性 所选用汽车底盘要求工作可靠，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平衡。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XI 3.先进行 应使用整车在动力性、经济性、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的汽车底盘 ； 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 所选用的底盘要便用于安装、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。 除了上述主要要求外，还有两个值得注意的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的 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的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量。 2.3.1 底盘型号选定 专用汽车底盘的选择主要是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、动力匹配等决定，目前，几乎 80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基 本与原车接近。目前国内市场上底盘的种类多、品种全，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量 范 围4 6t 的中型汽车，选用的底盘也多为这些系列的产品。 底盘性能对比见表 2-2。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XII 表 2-2 底盘性能对比列表 解放 东风 红岩 适用性 适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求 适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求 适用于各吨位载重货车的改装设计要求以及部分专用车辆的特殊要求 可靠性 工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命 工作性能好，故障率低， 零部件要有足够的强度和寿命 性能可靠，出现故障率低，各部件要有足够的强度 先进性 动力性、经济性、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 动力性、经济性、操纵稳定性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平 动力性、经济性、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 方便性 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 安装、检查保养和维修方便，结构紧凑 价格 较便宜 比较便宜 便宜 供货来源 市场拥有量多 市场拥有量多 市场拥有量较多 常见吨位 各种吨位车型 各种吨位车型 轻、中型载货车型 经过实际调研和上网搜集各类底盘及其技术参数相关方面的资料，并结合本次改装设计专用车的用途、最大装载质量、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、成本等各方面的综合要求，不难发现，在进行小规模的轻、中型载货汽车或专用车辆改装制造时，选用红岩系列底盘相对较合理。所以选择红岩 CQ1133TLG501底盘作为本次高位自卸汽车的底盘，其主要技术参数见表 2-3 在实际改装过程中，后悬改动比较多。为满足本设计的要求，需 将后悬截短 400mm。nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XIII 汽车全长变为 8600mm。 表 2-3 底盘技术参数列表 车型 CQ1133TLG501 驾驶室最高点距车架上翼面距离（ mm） 2056 发动机 WD415.24 YC6A240-20 YC6A260-20 驾驶室最大翻转半径（ mm） 2480 汽车底盘长（ mm） 9000 驾驶室后围距前轴（ mm） 508 轴距（ mm） 5000 外气管距前轴距离（ mm） 752 车 架 有 效 长 度（ mm） 5578 车架上平面离地高度（满载）（ mm） 1007 车架结构（腹高、板厚） 243、 8+5 车轮最大弹跳高度（ mm） 188 车架外宽（ mm） 780 底盘整备质量（ kg） 4080 推 荐 货 物 重 心（ mm） 890 底盘轴荷（ kg）前轴 /后轴 1680/2400 车辆前悬 /车架后悬（ mm） 1506/2224 底盘最大承载质量（ kg） 7320 汽 车 底 盘 总 高（ mm） 3125 厂定最大设计总质量（ kg） 11400 驾驶室翻转中心位置（ mm） 110、 1312 备注 11.00R20 胎/T6 驾驶室 2.4 本章总结 本章主要进行高位自卸汽车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数 查询各牌号对应的底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们的适用性、可靠性、先进性、方便性、价格以及供货来源等各方面因素选择比较使用的底盘；综合各方面情况最后选用红岩 CQ1133TLG501 底盘作为本次高位自卸汽车的底盘 。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XIV 第 3章 高位自卸汽车结构 方案分析 高位自卸汽车装备有车厢高位举升机构和车厢倾卸机构两套装置，它能将车厢平移举升到一定高度后倾卸货物。 目前国内生产的自卸汽车，其卸货方式为散装货物沿车厢地板卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积 得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。 对高位自卸汽车进行改装设计是，一般应满足以下设计要求： 1.一般自卸汽车的功能； 2.满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度，最大升程 Smax 见表 3-1； 3.为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移，车厢处于最大升程位置时，其后移量 a 见表 3-1。为保证车厢的稳定性，其最大后移量 amax不得超过 1.2a； 4.在举升过程中可在任意高度停留卸货； 5.在车厢倾卸货 物 时，后厢门随之联动打 开；卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，后厢门和车厢的相对位置见图 3-1； 6.举升和翻转机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面； 7.结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能 。 表 3 - 1 参考数据 单位 : m m 车厢尺寸（ LWH） 车厢最大升程 Smax 车厢最大后移量 a 额定装载质量W（ kg） 驾驶室与车厢的距离 Lt 车厢下表面与车架上表面的距离 Hd 48002000640 12001800 150250 5000 300650 1000 40002000640 12001800 180280 5000 300450 800 39002000640 10001500 200350 4800 300450 600 39001800630 15002000 200320 4500 280400 500 38001800630 15001950 200300 4000 280380 470 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XV 3.1 高位自卸汽车的举升机构的设计与分析 在 高位自卸车改装设计中对举升升高机构设计要求如下： 1.能将满载货物 (5t)的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度； 2.在卸货过程中要保证汽车具有足够的稳定性； 3.在举升过程中可在任意高度停留卸货。 (a) (b) a-高位自卸汽车静止状态 b-高位自卸汽车卸货状态 图 3-1 高位自 卸 汽车示意图 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XVI 3.1.1 多级剪式举升机构 多级剪式机构是在单级剪式机 构 的上面再叠加相似的剪式结构， 通常有两级或三级甚至更多；但应 用在自卸汽车上的举升机构不大于 三级。利用多级剪式举升机构可以 将车厢垂直举升到相当高的高度，如图 3-2 所示为双级剪市式机构高 位自卸汽车。 这种机构的油缸作用点布置十分灵活，而且在需要举升高度 较 大的情况下能够有效减小油缸的行程。油缸既可布置在支撑杆的滑动铰接处，也可以布置在支撑杆的中心铰接处，还可以直接铰接在支撑杆上，它能够很好的解决举升机构传动角和液压油缸推程的关系。该举升机构具有单级剪式举升机构的绝大部分优点；但因为是多级举升，所以举升 装置较为复杂，而且会升高汽车的重心位置，剪叉臂相对较短，因此一般只应用于举升高度要求较高的时候。 3.1.2 单级剪式举升机构 单级剪式举升机构是一种很常见的机 械举升，在许多领域都得到了广泛的应用。 采用单级剪式机构车厢举升装置的自卸汽 车如图 3-3 所示。如图 3-2 所示该举升机 构是由长度相等的两杆 AC 和 BD 彼此铰 接于 E 点； AC 杆的 A 端与水平的液压油 缸拉杆铰接，并可在滑槽内移动； BD 杆 的 B 端与车厢底部为滑动铰接。当液压油缸拉杆右移时，车厢上升，同时向后移动；液压油缸拉杆左移时，车厢下降，同时向前移 动 （图 3-1-2 为液压缸垂直安放）。 图 3-1-1 多 级剪式举升 高位自卸车 图 3-1-2 单级剪式举升 高位自卸车 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XVII 采用此种布置时，在举升后会使 CD 的距离较小，影响了车厢工作时的稳定性，特别是在车厢翻转卸货时，这种影响尤为显著。为了消除这种影响，将 E 取为两杆的中点，同时，为了使车厢在上移时能够逐渐后移，需要将 C 点换成滑动铰接，而 D 点换成固定铰接（如图 3-1-2 所示）。 3-1-3 举升机构的方案的选定 综合上述各举升机构结构的特点以及结合本次改装设计车厢举升高度的要求，选择 单 级剪式举升机构作为该自卸汽车的举升机构；又因为考虑到车厢起始高度和油缸布置空间的限制，所以采用油缸水平下置的形式，如图所示。经调查研究发现：在实际操作的过程中很难控制两缸同步工作，而且双缸布置所需要的空间相对较大；所以本次设计采用 单 缸的形式，在车厢两边下侧的内剪叉臂之间用螺栓组安装一跟杆，然后油缸的作用力在该杆的中间，从而达到类似双缸同步作用的效果。 3.2 高位自卸汽车倾卸机构的设计与分析 高位自卸汽车改装对倾卸机构的设计要求如下： 1.利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与托架大梁间的空间； 2.结构要紧凑，可靠，具有很好的动力传递性能； 图 3-1-3 单级剪式举升机构示意图 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XVIII 3.完成倾卸后，要能够复位。 现代自卸汽车倾卸 机构主要分为两大类：直推式和连杆式，它们均采用液压作为倾卸动力。倾卸机构主要由倾卸杆系机构、车厢和副车架组成。其功能是承载物料，并在液压系统的驱动下完成倾卸动作。 3.2.1 油缸后推连杆组合式倾卸机构 油缸后推连杆组合式倾卸机构的示意图如 3-2-1 图所示，该机构结构比较紧凑，横向刚度较好，油缸的推程小，举升时转动圆滑平顺且布置容易；但举升力系数大，举升臂较大。油缸后推连杆组合式倾卸结构广泛应用在中轻吨位的自卸汽车上。另外，在改变三角臂的相对尺寸后可以得到连杆放大式机构；经改进后的结构，油缸的举升力更小但其需 要的布置空间也相对较大。 代表 车型：五十铃 TD50A-D、 QD352、 HF352。 3.2.2 俯冲式杆系倾卸机构 俯冲式杆系倾卸机构示意图如图 3.21 所示，它的结构简单，造价低，横向刚度好，举升转动圆滑平顺；但油缸必须增大容量。 图 3-2-1 油缸后推连杆组合式倾卸机构示意图 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XIX 代表 车型： 73 型。 3.2.3Y 形倾卸机构 Y 形杆系倾卸机构示意图如图 3.2.3 所示，该机构结构简单，造价低，举升转动圆滑平顺；但油缸必须增大容量，横向刚度差，举升机构尺寸大，不易布置。该结构在现代自卸汽车的生产中应用较少 。 3.2.4 倾卸机构方案的选定 从以上几种方案分析中可以看到倾卸式具有的共同特点，它们均采用液压作为举升动力。不同的是直推式是利用油缸直接举升车厢实现倾卸，油缸推动力直接作用在车厢上，不需要杆系作用；而杆系倾卸式的倾卸机构由连杆、三角架或推杆等组成。不同的倾卸机构的布置和组成也不相同，图 3-2-2 俯冲式杆系倾卸机构 图 3-2-3 Y 型 倾 卸 机 构nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XX 但他们都具有举升平顺，举升刚度好，使油缸行程成倍增大，可采用结构简单、密封性好、易于加工的单缸，布置灵活多样等优点。 根据上述各种倾卸机构的对比分析，以及本次高位自卸汽车的改装设计装载质量和车厢最大倾斜角的要求，最终选择油缸后推连杆组合式倾卸机构，如图 3-2-1 所示。 3.3 车厢后拦板开合机构的设计与分析 高位自卸汽车改装对车厢后拦板开合机构的设计要求如下： 1.在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，并且车厢与托架表面的夹角与后拦板与车厢夹角相等 ； 2.卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭 ; 3.3.1 自转开合机构 自转开合机构结构示意图如图 3-3-1 所示，这种方案是最容易想到的，因为设计要求中提到在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，卸货完毕，车厢恢复水平状态，后 厢门也随之可靠关闭。 所以在本设计中，当车厢翻转的时候后厢门是完全依靠自重下垂的，在车厢倾斜卸货的时候，后箱门是可以随之打开的，当车厢恢复水平的时候，后箱门也可以自动的依靠重力而随之关闭。另外，为了保持在后箱门关闭后，不会因为其他的情况而再次打开，须在车厢的底部设计了一个倒锁，它在后箱门关闭后会自动工作把后箱门锁死。 该设计方案的最大优点就是结构简单，容易实现，思路也比较清晰。缺点是该机构在后拦板开启之后就不能再对后拦板的位置进行控制了，这样后拦板就可能会在空中左右晃动。 3.3.2 滑块式开合机构 图 3-3-2 所示为滑块开合机构的示意图，该机构就是一个简单的四连杆机图 3-3-1 自转开合机构 图 3-3-2 滑块开合机构 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XXI 构，其中连杆 1 是和后箱门固连在一起的， 3 是一个可以绕车厢体转动的移动副。在车厢翻转时，通过联动机构使连杆 2 在 3 内滑动，从而推动 1绕 C 旋转，从而使后厢门开启。 滑块开合机构的主要优点是能够保证车厢门打开和关闭的准确位置，比较容易实现和车厢的联动关系；但是杆 2 在转动的同时还要在移动副中进行滑动，所以，如果个 别位置 润滑不 良 ，就很有可能造成机构的自锁，使得后车厢门不能正常的打开 。 3.3.3 连杆式开合机构 本机构完全由四杆机构构成， 如图3-3-3 所 示。这是一种简单的四连杆机构，其中连杆 3 是和后箱门固连在一起的，杆 1是一个可以绕车厢体转动的移动副，并且连杆 3 和连杆 1 都铰接在车厢上。当车厢翻转时，通过联动机构使杆 3 转动，从而带动后厢门 2 转动，完成其开启和关闭动作。 连杆式开合机构的优点是结构简单；可以实现与其他机构的联动，能够确保车厢门的打开关闭时候的准确位置，而且打开后拦板不会出现前后晃动。该机构的缺点就是虽然原理简单，但对机构尺寸的要求较高，而且联动机构需要从车厢底部连上来，机构位于车厢外面，增加了车辆的宽度，而且并不美观。 3.3.4 杠杆式开合机构 杠杆式开合机构也是由四杆机构构成，它是在连杆式的基础上稍做改进而得到的，其结构示意图如图 3-3-4 所示。其中连杆 ABC 是和车厢通过铰接点 B 铰接在一起的，连杆 AC 和 DE 也分别和后厢门铰接在一起。当车厢翻转时，杆 ABC 绕 B 点转动，从而带动后厢门 CD 转动并上移，完成后厢门的开启。杠杆式开合机构的优点是结构简单；可以实现与其他机构的联动，能够确保车厢门的打开关闭时候的准确位置，而且打开后后拦板不会出现前后晃动；另外采用这种机构不用再额外安装后厢门关闭后的锁止机构，从而简化结构、节省材料。但该联动机构需要从车厢底 部连上来，机构位于车厢外面，增加了车辆的宽度，不美观。 图 3-3-3 连 杆式开合机构 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XXII 3.3.5 后厢门机构方案的选定 通过上述四种开合结构的综合对比分析，以及对本车型改装设计要求的综合考虑，最后选择杠杆式开合机构，如图 3-3-4 所示。 3.4 车厢未落报警机构的设计与分析 自卸汽车具有自动卸料、工效高的优点 ， 被广泛应用于矿山和土石方施工工程中。自卸汽车常用于基建工程 ， 且多在夜间进行工作 ， 因此在驾驶操作时若稍不注意如在卸完土石料后忘了落下汽车大厢就驾车行驶 ， 则很容易 刮 断空中各类线路设备及发生人员伤亡事故 ， 造成不应有的损失 。为了提醒自卸汽车驾驶员 ， 可以在自卸汽车加装了举升报警装置，如图 3-4 所示。加装举升报警装置所需的部件有 ： 一只倒车蜂鸣器、一个制动灯开关、一只举升指示灯、仪表灯灯泡 ， 以及两块角铁。 安装方法 ： 将报警蜂鸣器装于驾驶室仪表盘下面 ， 将举升指示灯装在仪表盘上易于安装且视线好的位置。考虑到汽车在行驶过程中会引起震图 3-3-4 杠杆式开合机构 图 3-4 举升装置报警电路原理图 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XXIII 动 ， 把报警开关安装在汽车的后半部。固定报警开关的角铁装在附梁垫上或焊于附梁上；把另一块角铁焊到汽车大厢上 ,用来控制报警开关的开闭。在汽车大梁上焊一个螺钉，用来连接报警开关的负极线。从熔断器处引出一根火线接在报 警蜂鸣器和举升指示灯的正极上，把报警蜂鸣器和举升指示灯的负极线接到报警开关的一端，报警开关另一端导线接到大梁螺钉上。 全部安装好后，调试到报警开关的通断间隙能确保：当汽车大厢刚举离附梁时报警蜂鸣器就发出 “ 嘟嘟 ” 报警声，同时举升指示灯点亮；当汽车大厢落下刚接触到附梁时报警蜂鸣器的报警声就停止，同时举升指示灯熄灭。 3.5 车厢锁止机构的设计与分析 车厢锁止机构的设计要求是：结构简单，能够可靠防止车厢因路面不平整引起的上下跳动。 锁止机构是防止车辆在运行中由于路面不平等因素引起车厢上下跳动的一种辅助装置。高位自卸 汽车的锁止机构同普通自卸汽车的锁止机构类似，其设计如图 3-5 所示，车厢固定锁将车厢自动夹紧在托架上，以防止车厢在汽车空载行驶时因颠簸而上下跳动，锁止机构的工作原理是：滚轮 1 的支座焊接在车厢纵梁 7 上，车厢下降复位时，固定锁滚轮 1 压开固定锁压板 2，迫使压板 2 连同联接在它上面的带四角形凸轮的转轴一起围绕销 3 沿顺时针方向旋转，利用凸轮压迫橡胶块所产生的反力将滚子夹紧，使车厢与托架保持可靠 。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XXIV 1-滚轮 2-压板 3-销 4-橡胶块 5-副车架纵梁 6-垫木 7-车厢底架纵梁 3.6 举升锁止机构的 设计与分析 举升锁止机构的设计要求是：结构简单，操作方便，能够可靠保证车厢举升后在任意高度能 停止 ，防止因自动升降而产生的危险。 实际生活和生产中有摩擦副式和机械式等多种类型的锁止机构，考虑到布置空间的局限和所选 单 级剪式举升机构的运动特点，可以选用齿轮齿条式锁止机构，其结构图如图 3-6 所示。它主要有齿轮 1、齿轮 2、齿条 3、杠杆 4 以及滑槽 5 等组成，其中齿轮 1 可以水平移动但不能转动；而齿轮 2 只能转动不能移动；齿条 3 可以水平移动；杠杆 4 绕 O 点转动；齿条 3 与举升机构水平移动的销铰接。车厢被举升的时候，在杠杆 4 的作用 下，齿轮 1 向左移动，此时齿轮 2 可以自由转动，齿条 3 也能水平移动；当车厢需要停留在某一高度卸货时，杠杆 4 的作用使得齿轮 1 右移并与齿轮 2 啮合，使齿轮 2 锁止，此时齿条也被齿轮 2 锁止，从而实现了锁止举升机构的目的。 图 3-5 举升装置报警电路原理图 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XXV 3.7 本章小结 本章 先后采用对比分析以及列举举例的方法 介绍了高位举升机构、车厢倾卸机构以及后厢门开合机构等高位自卸汽车的三大主要机构的设计方案 。其中车厢高位举升机构有单级剪式和多级剪式等 二 种设计方案；车厢倾卸机构有油缸后推杠杆组合式、俯冲杆系式以及 Y 型等 三 种可用设计方案；后厢门开 合机构有自转式、滑块式、连杆式和杠杆式四种方案。然后通过分析各设计方案的优缺点和适用条件的结果，结合当前生产生活中的需求选择最佳机构设计方案 多 级剪式举升机构、油缸后推连杆式倾卸机构和杠杆式后厢门开合机构。 另外 ， 简单阐述了 车厢未落报警机构、车厢举升锁止机构、防止在行驶过程中车厢上下颠簸的车厢锁止机构等 其他一些辅助装置的设计和安装。 1-小齿轮 2-大齿轮 3-齿条 4-杠杆 5-滑槽 图 3-6 举升锁止机构示意图 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XXVI 第 4章 高位 举升 机构的设计计算 4.1 高位举升机构参数的确定 4.1.1 基本几何尺寸的确定 如图 4.4 所示， AC、 BD、 为杆长相等的 两 杆， AC 与 BD，铰接 于 中点 E, A、 C、 E 为滑动 铰接。 设 AC BD l，初始位置0DBA ，当到达最大升程时 由几何关系可得： m a x 1 0s i n s i nSl 10 c o sc o s la为了使整个举升机构不超过车厢底部安装空间，需满足： 0sin dlHLl 0cos取0sin 5 0 0l ，联立 以上方 程 求解并圆整得： 图 4.4 双级剪式举升机构简图nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计 （论文） XXVII 0145004025.125l mma mm4.1.2 举升液压缸推力 T 及行程 S 的确定 考虑到超载的因素，因此计算台面荷重应有一定的安全系数，即台面荷重： 646801.18.9)3007005000( gmmmG e ）（ 车厢托架 N 由式得： 1.567089 NFT N 由于液压缸的作用力同时作用在两等距离的内剪叉臂上，所以油缸对单侧内剪叉臂的作用力 P 为： 6.2 8 3 5 4 42 NFP N 402S a m m 4.2 高位举升机构的校核 本次设计的剪式举升机构各铰接点均采用同型号的双头螺纹销连接，因此在对该机构进行校核的时候，除了要对剪叉臂进行强度校核外，还要对各铰接点的销轴进行强度校核。由于在该机构的运动过程中各铰接点的受力在不断变化，只需最大受力点进行校核。 4.2.1 各铰接点销的选择与校核 考虑到整车结构的整体布局需要 ，以及结合高位自卸汽车的整车装配草图，取 1430
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