拉臂式垃圾车的改装设计【含7张CAD图纸和说明书】
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1摘 要 垃圾处理工作是城市建设和管理的重要内容，与人民生活密切相关。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，环卫部门需处理的垃圾从数量到种类都日益增多。无疑，垃圾处理工作量将加大，这样，垃圾处理的效率问题将是我们面对的一个重要问题。拉臂式垃圾车可将地下垃圾箱内的垃圾及垃圾箱一同拉至车上运走同时可自卸，降低了工人的劳动强度。该垃圾车的收运方式是目前世界上广泛采用的垃圾收运方式，可以实现一车多箱，大大降低了配备成本和空间等等；其专用装置的功能均以汽车发动机为动力，通过液压机构手动或电控来实现。车辆的箱体采用优质碳钢密封焊接结构，具有强度高、重量轻、不产生二次污染等优点。本文作为拉臂式垃圾车的设计说明，首先介绍了拉臂式垃圾车国内外研究现状，由于该类车的设计资料我国尚不完善，考虑该车同时能实现自卸功能，故参照自卸车相关设计方法对车厢箱体、举升机构、副车架及翻转架进行设计，并对不同设计方案进行了比较分析，保证了拉臂式垃圾车的先进性及实用性。关键词：自卸功能；举升机构；一车多箱；液压机构；翻转架1ABSTRACT Garbage disposal is an important content of urban construction and management, which is closely to peoples life .As the development of our country economy and the growth of peoples living standard, sanitation departments need to dispose an increasing number and kinds of garbage. Its no doubt that the workload of garbage disposal will be increased, in this way, the efficiency of garbage disposal will be a significant problem we are facing. The truck can drag the underground rubbish along with the dustbin up to the truck, then carry away and download automatically, that decrease greatly workers power of work. The truck can also realize” one truck several carton”, which reduce tremendously the match cost and space, etc. The function of its isolated plant was powered by automobile engine, and realized by the manual or electric operation of hydraulic mechanism. The body of carton adopts quality carbon steel totally-sealing welding structure, it has strong point of high strength, light weight, do not produce secondary pollution.The article acts as the design specification of the pull arm garbage truck, first introduced the pull arm garbage truck research situation, as the class of vehicle design data is not perfect, considering the car can achieve dump function at the same time, by the same type of vehicles related design to finish the design of lifting bodies, the subframe and flip stand, and different designs were compared to ensure that the pull arm garbage trucks advanced and practical.Key words: Dump Function; Lifting Mechanism; Truckload with Many Trunks; Hydraulic Mechanism; Flip Frame2目 录摘 要IAbstractII第 1 章 绪 论11.1 课题的提出11.2 我国专用汽车现阶段发展概况11.3 我国专用汽车未来的发展趋势21.4 拉臂车国内外研究现状31.5 课题研究的目的和意义51.5.1 课题的目的51.5.2 课题研究的意义6第 2 章 拉臂式垃圾车主要性能参数选择72.1 拉臂式垃圾车总体尺寸72.2 质量参数的确定72.3 其他性能的参数82.4 本章小结8第 3 章 拉臂式垃圾车车厢的结构与设计93.1 拉臂式垃圾车车厢的结构形式93.1.1 车厢的结构形式93.1.2 车厢材料103.2 车厢尺寸参数的确定103.2.1 车厢尺寸设计103.2.2 车厢内框尺寸103.2.3 车厢地板高度113.3 车厢板的锁启机构113.4 本章小结12第 4 章 举升机构的设计134.1 拉臂架装置结构和工作原理134.1.1 拉臂装置结构特点134.1.2 拉臂架装置工作原理134.2 拉臂架装置的受力分析144.3 拉臂架装置结构参数选用与设计1634.3.1 拉臂架装置各铰支点布置164.3.2 拉臂油缸的选用和油缸安装角取值174.4 拉臂强度校核184.5 换箱工况的运动分析184.6 本章小结26第 5 章 液压系统设计195.1 液压系统布置195.2 液压元件的设计与选择205.3 取力器的选择215.4 本章小结22第 6 章 副车架的设计246.1 专用汽车副车架的设计246.1.1 副车架截面形状及尺寸246.1.2 副车架的前端形状246.2 副车架与主车架的连接256.2.1 副车架与主车架的连接256.2.2 纵梁与横梁的连接设计266.3 副车架主要尺寸参数设计计算276.3.1 副车架主要尺寸设计276.3.2 副车架的强度刚度校核276.4 本章小结30结 论31参考文献32致 谢33附 录 A34附 录 B3745第 1 章 绪 论1.1 课题的提出拉臂式垃圾车的收运方式是目前世界上广泛采用的垃圾收运方式，可以实现一车多箱，大大降低了配备成本和空间等等；其专用装置的功能均以汽车发动机为动力，通过液压机构手动或电控来实现。车辆的箱体采用优质碳钢板全密封焊接结构，具有强度高、重量轻、不产生二次污染等优点。1图1.1 拉臂式垃圾车整车工况图1.2 我国专用汽车现阶段发展概况近年来随着我国经济的高速发展，汽车工业作为国家支柱产业获得了迅猛发展。专用汽车作为汽车工业的重要组成部分，也获得了快速发展。一方面，随着产业政策逐步落实和行业标准法规政策不断完善，从政策标准法规上规范生产、提高技术水平及产品质量；另一方面，随着我国城市化建设、高速铁路建设、公路建设及道路运输业的快速发展，为我国专用汽车提供了大量的市场需求，专用汽车的产品品种日趋丰富、合理，产品质量、技术水平不断提高，年产量也大幅提高。我国专用汽车起步于20世纪50年代末60年代初，早期主要侧重于应用。虽然应用较早，但全面发展始于20世纪80年代，比发达国家晚了近 30年。经过20余年的发展，我国专用汽车已经具有一定规模，特别是近年来，我国专用汽车发展迅速。据资料统计，1999年全国专用汽车生产厂546家，2005年专用汽车企业628家，2006年已经增加到800家；生产能力也有了长足的发展，1999年产量为17.42万辆，2004年为35万，62005年为50万辆，2006年已接近60万辆，2007年更是达到了70万辆。目前，我国专用汽车产量占载货车总量的40%左右，有接近5000个产品品种，已经成为我国汽车工业的重要组成部分。预计“十一五”期间，我国专用汽车产品将达到6000个品种，年产量90万辆，占当年载货车产量的 65%。 另外，我国专用汽车产品与发达国家和地区的专用汽车产品相比已基本接近，虽然在一些方面和发达国家和地区的同类产品相比还有一定差距，但总体上我国专用汽车行业在国际专用汽车行业中已占有重要地位，已经基本具备参与国际市场竞争的能力。产品品种、档次、工艺装备、自主研发等方面都有了很大提高，基本实现了从进口向出口的转变。“十五”期间，专用车企业大多进行了结构调整，很多中小企业通过改制、兼并、重组等方式基本实现了企业性质的转变。大多数专用车企业拥有完备的产品研发体系，少部分产品已达到国际先进水平。1.3 我国专用车未来发展趋势1、品种多样化专用汽车产品是专门为特殊用途服务的，随着社会经济、技术的发展，由于专用汽车服务的广泛性和专业性，形成了专用汽车多品种的特点。目前世界上专用汽车品种发展速度极快，功能要求越来越细，专用化程度越来越高。由于各行业的特点不同，我国专用汽车及其底盘发展趋势对具体品种的需求量也不同。未来专用汽车新品种将主要集中在城市建设与服务和高等级公路运输与管理两大板块，专用汽车市场将出现多个热点同时并存的局面，从而形成市场的多元化。2、材质轻量化汽车轻量化是在保证汽车整体品质和性能不受影响甚至提高的前提下，通过合理的结构设计和使用轻质材料来尽可能的降低产品自身重量。围绕节能、环保、降低成本以及提高动力性、经济性、可靠性、安全性等基本性能，各国专用汽车企业都开展了新技术、新材料、新工艺的研究开发工作。欧、美、日在 20 年前就开始研究新材料的应用，主要是铝、镁合金和工程塑料等。而我国专用汽车行业的轻型材料的应用与之相比，还有不少的差距，铝合金及不锈钢材料的罐体、厢体的应用才刚刚起步。因此国家有关部门在加大管理、改革税收的同时，要积极引导用户去购买经济性好的轻量化产品，切实推进我国专用汽车的轻量化。3、产品重型化统计数据显示，2007 年重型卡车的市场销量为 487481 辆，同比增长 58.64%。从中长期来看，推动重型卡车行业增长的因素主要是公路货运需求、基础设施建设和房地产开发投资等。同时，道路条件的改善和交通运输业的发展为公路运输的高速化、7集装箱化创造了良好条件，为大吨位、大功率、多轴化专用汽车的广泛应用提供了广阔空间。 “十一五”期间，根据专用汽车产品需求新格局，适合高等级公路运输的重型牵引车、各种半挂汽车列车，适合于物流系统需求的各种重型厢式汽车等将会得到快速发展。4、产品高技术、高附加值随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，市场对高技术、高附加值专用车产品的需求将会增强。同时，随着市场竞争的加剧，产品成本的增加，劳动密集型产品以价格取胜的竞争优势将被进一步弱化，企业之间的竞争也将会转向高技术、高附加值产品的竞争。 “十一五”规划，国家提倡机、电、气、液、微电子、智能化技术的综合应用，将能够大大增强专用车产品的附加值和技术含量，提升性价比，通过鼓励自主创新的政策将引导企业不断提高产品的使用功能和附加值，推动粗放式产品结构向知识经济结构转变。5、企业合资合作、资产重组趋势“十五”期间，欧、美、日等地区受劳动力价格及经济低迷状况的制约，专用车生产企业纷纷来中国进行合资合作。如：湖北双龙引进美国前卸式混凝土拌车技术、东莞永强与卢森堡宝亚公司合作生产消防车等等。通过合资合作，我国专用汽车行业的产品质量及工艺水平有了很大的提高。 “十一五”期间，发达国家进入中国专用车市场的频率和幅度将大幅增加，中高端产品会快速发展。.同时，根据我国经济方针和产业政策，国家将继续加快国有中小型专用车企业改革，通过管理、技术入股等方式建立现代企业制度；鼓励企业通过强强联合、兼并、重组等方式，组成有国际竞争力的大型专用汽车集团；支持有特色的专用车企业提高科技含量和产品集中度，逐渐形成国有民营并存、整车和零部件相协调的发展格局。1.4 拉臂车国内外研究现状国外对拉臂车的研究较早，如芬兰百特科集团已有 104 年的历史，一些大的垃圾车制造公司已经能生产出技术成熟的拉臂车产品，如芬兰的百科特货运装卸技术公司、美国的 STELLAR 公司、荷兰的海沃（HYVA）及德国的 OTTO 等公司生产的液压拉臂车系列涵盖了装载能力从 2 吨至 40 吨的数十种型号，被广泛应用在市政、建筑公司和废弃物处理回收等行业。我国拉臂车在装卸能力、安全系统、材料及快速作业等方面都不如国外同类产品。其原因除加工工艺落后外，主要是我国在这方面的研究还是最近十几年的事情，因此引进国外产品进行消化吸收不仅可以节约大量的资金和时间，而且在技术上能够实现迅速赶超。目前我国对拉臂车的研究主要集中在高校及科研单位。8同济大学机械工程学院的盛金良、李刚为改善拉臂式垃圾车的性能，以拉臂车工作平稳性和降低液压系统压力波动为目标，建立了数学模型，并采用计算机编程的手段对其进行优化设计，改善了工作装置的结构。同济大学的王晓和黄宗益与上海环境科技装备有限公司合作，首次对旋转式拉臂车进行运动学、动力学数学建模和优化设计，并与普通拉臂车的动力学特性进行了对比，有效地降低了液压缸所受的作用力，减少了卸料作业过程中箱体的倾斜角度，使其综合性能得到显著提高。河北工程大学的王桂梅、李江波等采用多体动力学软件 ADAMS 建立了垃圾运送车拉臂系统的仿真模型，将拉臂车的性能能分析和参数优选集成起来，实现了产品的虚拟设计：针对产品生产的小批量、多品种的特点，通过参数化手段，方便的进行模型间的切换，体现了并行设计的优势。青岛大学的刘大维、陈焕明等针对拉臂车工作装置变负载、多工况的工作特点，利用系统动力学仿真分析软件 ADAMS 建立了机械液压模型进行联合仿真；为得到较为真实的动力学响应，将箱体滚轮与地面、箱体与副车架导向轮定义为非线性弹簧-阻尼碰撞接触力约束关系，分析结果表明：机械-液压联合仿真能够有效地模拟工作装置在装箱和举升卸料过程中油缸力和拉臂作用力的动态变化规律，为拉臂车工作装置动态分析提供了一种有效方法。广西大学的陈树勋、王海波等以拉臂式压缩垃圾车的车厢为研究对象，首先建立垃圾箱内压缩垃圾的变密度函数，利用 ADAMS 进行动力学仿真分析，求得各种实际工况下拉臂与汽车底盘作用在车厢上的包括瞬时加速度、惯性力等在内的实际载荷；在对拉臂式垃式压缩垃圾车车厢进行结构有限元分析的基础上，采用 ANSYS 为分析器的导重法对车厢结构成功地进行了优化设计，在满足结构强度要求的前提下，使结构质量减少 31%。广西大学的梁光明利用 ADAMS 软件建立了拉臂机构的运动学和动力学模型惊醒仿真分析，得到了拉臂机构在不同工况下的受力情况，为拉臂机构的有限元分析提供载荷边界条件，并利用 ANSYS 高效的优化计算方法，对拉臂结构惊醒优化迭代计算，得出满足刚度与强度要求的结构总重量最小化的设计方案。长沙环卫机械研究中心的周敏介绍了 5t 拉臂式垃圾车的工作装置和工作原理，并对换箱工况的拉臂装置受力分析进行讨论，得到了拉臂完成换箱、倾卸动作的回转铰支点的位置参数、拉臂换箱回转半径、拉臂油缸活塞杆端回转半径的设计原则，及油缸安装角的取值范围。91.5 课题研究的目的和意义1.5.1 课题的目的地球是我们赖以生存的家园，并为我们提供了如此美丽的环境。但是随着社会经济的迅速发展和城市人口的高度集中，生活垃圾的产量正在逐步增加，我们的这个家园正在被垃圾所包围。 一般生活垃圾可分为废纸、塑料、玻璃、金属和生物垃圾等五类。垃圾对人类生活和环境的主要危害是： 第一、占地过多。堆放在城市郊区的垃圾，侵占了大量农田。垃圾在自然界停留的时间也很长：烟头、羊毛织物15年；橘子皮2年；易拉罐80100年；塑料100200年；玻璃1000年。 第二、污染空气。垃圾是一种成份复杂的混合物。在运输和露天堆放过程中，有机物分解产生恶臭，并向大气释放出大量的氨、硫化物等污染物，其中含有机挥发气体达100多种，这些释放物中含有许多致癌、致畸物。塑料膜、纸屑和粉尘则随风飞扬形成“白色污染”。 第三、污染水体。垃圾中的有害成份易经雨水冲入地面水体，在垃圾堆放或填坑过程中还会产生大量的酸性和碱性有机污染物，同时将垃圾中的重金属溶解出来。垃圾直接被弃入河流、湖泊或海洋，则会引起更严重的污染。第四、火灾隐患。垃圾中含有大量可燃物，在天然堆放过程中会产生甲烷等可燃气，遇明火或自燃易引起火灾、垃圾爆炸事故不断发生，造成重大损失。 第五、有害生物的巢穴。垃圾不但含有病原微生物，而且能为老鼠、鸟类及蚊蝇提供食物、栖息和繁殖的场所，也是传染疾病的根源。许多的垃圾堆积在一起，不仅占用很多的土地，而且会产生一些有毒有害的物质，发出阵阵的臭味，污染空气、水源。同时，滋生蚊、蝇、蟑螂、老鼠，传播疾病，对人们的健康危害极大。 许多的垃圾堆积在一起，不仅占用很多的土地，而且会产生一些有毒有害的物质，发出阵阵的臭味，污染空气、水源。同时，滋生蚊、蝇、蟑螂、老鼠，传播疾病，对人们的健康危害极大。 目前，全球每年产生的垃圾量在激增，达到500亿吨，这就需要更多的土地来堆放垃圾。然而，能堆放垃圾的特殊留用地已越来越难找到；垃圾填埋时，化学物质可能泄露，污染地下水和土地；此外，如果利用焚烧处理垃圾，有可能造成空气污染。面对过量的废物，最有效的解决方法就是将垃圾妥善的集中收集起来并通过专用车辆对其运输最终进行筛选回收再利用或进行科学的统一处理。拉臂式垃圾车是目前垃圾收集、运输环节应用十分广泛的专用车辆，在垃圾运输过程密封性好不会产生二次污10染等危害。 1.5.2 课题研究的意义垃圾处理工作是城市建设和管理的重要内容，与人民生活密切相关。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，环卫部门需处理的垃圾从数量到种类都日益增多。无疑，垃圾处理工作量将加大，这样，垃圾处理的效率问题将是我们面对的一个重要问题。垃圾的处理包括垃圾的收集、运输及最终处理，其中垃圾运输是重要的一环，这不仅因为它的效率直接影响整个垃圾处理工作的效率，而且如运输工具选择不慎，会在运输过程中产生泄漏、废气等污染，严重影响垃圾处理工作及城市环境。拉臂车是一种箱体可自卸式的垃圾转运车辆，其车载工作装置通过连杆机构实现箱体自动装卸和垃圾倾斜的功能。由于这种车辆工作效率比较高，因此被广泛用于多种货物的箱体装、运、卸服务。其工作原理是在垃圾中转站，利用拉臂车的车载工作装置，将垃圾集装箱拉上垃圾车，然后运往垃圾处理点进行卸料。卸料时不需要卸下垃圾集装箱，直接将集装箱推起、倾卸，倒出其中的垃圾。清空后，垃圾车直接把空的集装箱运回垃圾中转站。其特点是操作简便、工作效率高、机动性能好、车厢密封性好、运输垃圾量大、不易污染环境、适用于采用垃圾集中收集方式的垃圾处理系统。11第 2 章 拉臂式垃圾车主要性能参数的选择2.1 拉臂式垃圾车总体尺寸表2.1 整车总体尺寸外形尺寸（）高宽长214018905310轴距3000mm轮距（前/后）1380/1458(mm)前悬1032mm后悬1403mm接近角19离去角15最小离地间隙185mm2.2 质量参数的确定拉臂式垃圾车质量参数包括厂定最大装载质量、整备质量、厂定最大总质em0m量、质量利用系数等。amG1、厂定最大装载质量em根据装载质量级别分类中，轻型自卸车小于3.5吨的规定，由于本设计中拉臂式垃圾车需要实现自卸功能，因此这里取最大装载质量为2000kg。22、整备质量0m整备质量指的是装备齐全、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之和。改装部分质量包括取力器装置、液压系统、举升机构、副车架、货厢以及其它改装附件的质量。在总体设计时，常参考同类样车及总成，进行零部件称重或质量分析，初步估算出改装部分质量与整备质量。这里参考同类车型取整备质量为3490kg。3、汽车总质量amma汽车总质量是按规定装满货物、司机和乘坐人员的整备质量。可按下式计算： 12 Pe0ammm式中： 自卸车整备质量，kg0m 厂定最大装载质量，kgem P乘员质量（每人按65kg） 取5685kgam4、质量利用系数G是厂定最大装载质量与其整备质量之比G (2.1)57. 034902000mm0eG越大，则该车材料消耗少，材料利用率高。因此可反映汽车设计制造水平。G提高的主要措施在于设法减轻倾卸机构与货厢质量。一般3吨以下轻型自卸车之G约为0.5-1.0。G32.3 其它性能参数货厢的最大举升角是指当货厢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，一般自卸车最大举升角通常取5060 。此外，尚应注意在最大举升角时，车厢后板下垂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时间。降落时间系指空载时货厢从最大举升角降至车架的时间。此两项参数太长将影响运输生产率；太短又势必增大液压系统负荷。故一般设计举升时间要求为15s-25s，降落时间要求为8s-15s。42.4 本章小结本章主要对拉臂式车的整车尺寸参数、质量参数以及其他性能参数进行了确定。整车尺寸参数通过选取二类底盘来确定，质量参数中的整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有较大影响，质量系数正是反映汽车制造先进性因素之一，本设计在充分考虑质量系数前提下选取了适当的汽车载质量和整备质量。13第 3 章 拉臂式垃圾车车箱的结构与设计3.1 拉臂式垃圾车车厢的结构形式3.1.1 车厢的结构形式 拉臂式垃圾车能够实现换箱与自卸功能，因此，其车厢的结构形式与自卸车车厢的结构形式大致相同，在车厢的设计流程中，车厢内部尺寸、造型、参数的可多参照自卸车车厢的设计进行参照。拉臂式垃圾车车厢为防止二次污染的产生，车厢整体采用全密封形式，在参照自卸车厢设计时需要多加出上盖板的设计。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。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上栏板饺接，后栏板借此即可开启或关闭。本设计所采用的车厢为改装后的后倾式车厢，即在图3.1基础上添加上盖板。1-车厢总成 2-车厢铰支座 3-车厢后板 4-车厢锁 5-底板滑梁 6-滚轮图3.1 车厢结构图143.1.2 车厢材料拉臂式垃圾车车厢箱体采用 10 号低合金槽钢、16 号方管与12mm、8mm、5mm、4mm、16Mn 钢板焊接而成，在全面分析车厢的工作条件、受力状态、工作环境和零件失效等各种因素的前提下，选用 16Mn 工程用钢材。53.2 车厢尺寸参数的确定3.2.1 车厢尺寸设计外廓尺寸应在厢式货车总体设计阶段予以确定。为了防止紧急制动时货厢与驾驶室之间留有 100-250mm 的间隙。厢体宽度主要由底盘轮距 1458mm、使用要求及法规限宽的因素决定,这里取车厢宽度为 1500 mm；厢体高度由改装后的质心高度（影响汽车的行驶稳定性）决定，在满足装载容积及装卸方便的情况下，应尽量减小厢体高度，以降低质心，提高汽车行驶稳定性，这里取车厢高为 1000 mm。6将全金属焊接车厢设计成等刚度体车厢是车厢设计的重点。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。如果车厢的扭转刚度过大，当车架扭转到一定程度时，车厢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过早损坏。 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：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。自卸汽车车架断面系数也应比同级吨位的货车车架大一倍。车厢的内部形状应为簸箕形，底板前窄后宽，单边角度 11.5，横端面下窄上宽，单边角度 11.5。这样，当车厢倾卸时，货物不易在车厢内卡住，易于倾卸。153.2.2 车厢内框尺寸内框尺寸确定了车厢容积的大小。应从车辆用途、装载质量、货物密度以及包装方式、尺寸规格等方面考虑，以便提高运输效率。车厢容积按下式计算 (3.1)911110xxxhblV式中车厢容积（）; V3m 厢内有效长度、宽度、高度（mm）。1x1x1xhbl、初选车厢尺寸：宽1500mm； 高：1000mm;由给定需要的容积V在3-4 m3可得出：车厢长度=2000.04-2666.67mm, 选取 =2600mmxLxL确定车厢实际容积为： 3m9 . 3100015002600V车厢容积校核：当车厢满载时，取过载系数 0.9，3m17. 37009 . 02000满V选取车厢尺寸的容积满足汽车满载时实际需要的容积，由此确定，本设计车厢尺寸100015002600车厢板厚的选取见表 3.1：表3.1车厢板厚参照表前板 mm上板 mm边板 mm后板 mm底板 mm范围4-64-64-85-66-12选取446663.2.3 车厢地板高度 车厢地板高度直接影响货物装卸的方便性和汽车质心的高度。该高度过高，对行驶稳定性产生不利影响；过低，则轮胎与地板下平面容易发生运动干涉，这是不允许的。影响车厢地板高度的主要因素有：轮胎直径、道路条件、悬架动挠度以及车辆空载时车轮与地板下平面之间预留的空间等。设计时该预留空间一般取 230左右。mm163.3 车厢板的锁启机构自卸车汽车车厢板的锁启机构有手动和自动两种，现在大多采用自动锁启机构。当自卸汽车卸货时，车厢逐渐倾斜，当倾斜到一定程度，倾斜方向的车厢板便自动开启，使车厢内的货物卸出。卸完货后，车厢逐渐下落，直至落到原始位置，锁启机构使自动将车厢板锁住。本设计采用的门锁开闭机构原理简图如下，图3.2 车厢后门锁本车车厢后门锁结构简单，主要由一个挂钩手动完成锁扣，挂钩形状如图所示，在一端开有一孔供车厢上的圆销穿过，在挂钩外侧用螺栓加一挡片完成轴向定位，车厢需要锁止时，手动将拉钩扣在车厢后板上的另一圆销上即完成锁止，车厢后门被固定。3.4 本章小结本章主要对拉臂式垃圾车的车厢的结构和尺寸以及材料的选择进行设计，同时对车厢后栏板的锁止紧固机构进行设计。在设计过程中根据给定的任务数据和相关设计规范，确定多种设计方案，综合考虑各种方案的优缺点，最终选择本设计的设计方案。17第 4 章 举升机构设计4.1 拉臂架装置结构和工作原理4.1.1 拉臂装置结构特点 拉臂式垃圾车拉臂架装置主要由拉臂和拉臂油缸、联动架、车箱保险钩和保险钩油缸、以及副车架组成。拉臂架装置结构布置如图 1 所示, 拉臂采用的是不可伸缩的直角折弯式结构, 其一端与拉臂油缸的活塞杆端铰接于铰支点 B 另一端与联动架前端轴心铰接于铰支点 C , 形成了拉臂的回转轴心。拉臂油缸的缸头端铰接在副车架前端铰支点 A 上 联动架后端轴心铰接在副车架后部的铰支点 D , 形成联动架的回转轴心。联动架上设置了车箱保险钩和保险钩油缸。7图4.1 拉臂架装置结构布置4.1.2 拉臂架装置工作原理拉臂式垃圾车通过拉臂架装置完成两种不同的功能动作) 换箱和倾卸。当拉臂架装置进行换箱动作时, 首先抽出车箱保险销, 车箱解除了保险。拉臂油缸活塞杆伸长举起拉臂, 使拉臂绕铰支点 C 顺时针回转, 拉臂钩就往后移动。如果副车架上装有车箱, 则车箱被推置地上。当地上车箱要提上车架时, 使拉钩先钩住车箱18吊环, 然后收缩活塞杆, 使拉臂以铰支点 C 为轴心逆时针回转, 将车箱提上放平后,手动将保险销插入定位孔, 使车箱固定在副车架上。当拉臂架装置进行倾卸动作时, 与换箱动作不同, 车箱保险钩在整个倾卸过程中要处在保证拉臂与车箱不分离, 即拉臂、联动架及车箱通过车箱保险钩相互联结为一体, 以副车架后部的铰支点 D 为轴心顺时针回转, 举升车箱直到卸去垃圾。车箱复位时, 只要拉臂油缸活塞杆回缩, 整个拉臂机构仍以铰支点 D 为转轴点逆时针回转, 直至车箱复位。4.2 拉臂架装置的受力分析拉臂架装置在换箱与倾卸时, 受力情况不同。因倾卸工况与换箱工况的回转轴心不同, 拉臂油缸活塞杆回转半径 DB 要比 CB 大。故倾卸工况所需油缸的推力和拉力要小于换箱工况所需油缸的作用力。现仅对换箱工况拉臂架装置的受力分析进行讨论。4.2.1 拉臂的受力分析 换箱工况拉臂受力分析如图 2 所示。在图 2 中是以拉臂回转轴心 C 为坐标原点建立坐标系, A 点是拉臂油缸与副车架的铰支点 B 点为拉臂油缸与拉臂的铰支点 拉臂油缸作用力只的大小和方向随拉臂的转动而改变; E 点是车箱的吊环轴心(即吊环位于拉臂钩的轴心)位置, E0为从副车架上吊卸车箱初始状态的车箱吊环轴心位置; E1为从地面吊装车箱初始状态车箱吊环轴心的位置; 为油缸轴线与 X 轴的正向夹角;拉臂回转轴 C 点到车箱吊环轴心 E 点的距离即拉臂回转半径 Re。 为 C 点与 E 点连线 CE 与 y 轴的正向夹角; C 点与 B 点的距离即拉臂油缸活塞杆端轴心的回转半径Rb。 为连线 CB 和连线 CE 的夹角。8拉臂式垃圾车在换箱过程中, 拉臂受力的两个典型工况是:当 E 点位于 E1时, 拉臂可从地面上吊装满载车箱; 当 E 点位于 E0时, 拉臂从副车架上吊卸车箱的初始状态 ;或者是拉臂倾卸满载车箱时, 未开始倾卸(车箱保险钩还未起作用)而拉臂先绕 C 点转动使车箱开始滑动的初始状态。当拉臂吊卸车箱时, 取拉臂作为分离体, 其平衡方程为: 0M即 0xeybyxbxEGBFBF（4.1）式中：为拉臂油缸作用力在 x 轴 y 轴的投影；为油缸上铰接bybxFF 、bFyxBB 、19点 B 在 x、y 轴的坐标值；为吊装重力随着拉臂的位置变化而不同；为 E 点再eGxEx 坐标值。图4.2 换箱工况拉臂受力分析由图2可知： ；cosbbxFF；sinbbyFF）；（cosbxRB 。）；（sinbyRBcosexRE 代入（1）式整理得： （4.2）（）（）（sincossincoscossincosbeebeebRRGRRGF由（2）式可计算出拉臂各位置受到的油缸作用力。bF当E点位于点时，代入（4.2）式可计算出拉臂从副车架上吊卸车厢初始状态0E所需的油缸作用力值：0bF （4.3）（00be0ebsincos0RRGF当拉臂从地面吊装车厢初始状态时，当E点位于点, 时，其平衡方1E11,程为： 0eM即： (4.4)0x1eyx1byy1bxEGBFBF根据上述分析同理可得：20 (4.5)）（11b1e1ebsincos1RRGF（4.3）和（4.5）式分别可计算出 时拉臂油缸所受到的拉力和推力。43 拉臂架装置结构参数选用与设计43.1 拉臂架装置各铰支点的布置按以下三方面确定：a因拉臂车具有倾卸工作性能，故拉臂车最好选用自卸底盘，可根据所选定的底盘长度，确定拉臂架装置副车架的总长度。为了保证拉臂车进行换箱和倾卸动作时底盘受力合理，拉臂完成倾卸动作的回转铰支点 D 的轴线位置应布置在距底盘后轮弹簧钢板后支座轴线的后部，间距约为 0100mm。b根据铰支点 D 先初选定拉臂换箱回转铰支点 C 的轴线位置。在设计生产拉臂车的实际过程中，曾出现拉臂在进行换箱动作初始状态时拉臂虽举升车箱，但拉臂未能绕铰支点 C 转动，却随联动架一起绕铰支点 D 转动，从而无法让车箱开始下滑；当举升一定高度后，在车箱重力作用下，铰支点 C 会突然落下，使拉臂、联动架及车箱突然下落，产生较大；中击，造成换箱动作极不安全平稳。要解决此问题，确定铰支点 C 的轴线位置尤其重要。首先一方面铰支点 C 水平轴线不能高于铰支点 D 水平轴线布置。另外，由铰支点 C 受力分析可知，铰支点 C 的水平轴线必须低于拉臂油缸缸头铰支点 A 的水平轴线，同时起始动作时拉臂钩垂直轴线必须布置在铰支点C 和铰支点 A 之间。c拉臂重要结构几何参数有拉臂换箱回转半径、拉臂油缸活塞杆端回转半径eR、两回转半径之间的夹角。由前述分析可知，越小，越大，则拉臂油缸所bReRbR需的作用力越小。故在满足使用要求的前提下，拉臂换箱回转半径越小越好，拉eR臂油缸活塞杆端回转半径尽可能越大越好，这样可使拉臂结构紧凑，作业空间小bR。943.2 拉臂油缸的选用和油缸安装角的取值范围0按以下二方面确定：a通过作图法或解析法计算确定以上各铰支点的位置和拉臂等构件的几何尺寸后，可初步确定拉臂油缸的最大行程和安装距。将作图法的结果代入(3)、(5)式中，计算出油缸作用力和的值，作为油缸的负载依据来确定油缸缸径。0bF1bF21b拉臂油缸安装角是拉臂架装置重要的结构参数。由前述知，拉臂架装置在0进行换箱或倾卸动作的过程中，拉臂油缸均要克服车箱(满载)的重力产生的阻力矩，而且吊装吊卸车箱起始动作时的阻力矩是要克服的最大阻力矩，而且在开始动作时拉臂架装置的各铰支点的静摩擦阻力矩和惯性阻力矩最大。故拉臂油缸安装角。需0满足。由前分析所知，当越大时，拉臂油缸所需的最大推力就越小，选择a00的拉臂油缸缸径就可越小。因拉臂油缸的安装位置位于副车架和车箱底板之间，油缸安装布置空间有限，故拉臂油缸的安装角取值范围也极为有限。设计原则是要尽可能使安装角大，选择0合理的拉臂油缸缸径来满足拉臂车的使用性能要求，不增加油缸的成本和重量，同时便于布置。分析比较国内一些厂家生产的 5 t 拉臂车及实际设计生产拉臂车的经验，5 t 拉臂车安装空间约在 250300 mm 之间，一般拉臂油缸安装角应在 35之0间取值，本设计选取 4。1044 拉臂强度校核图4.3 拉臂结构尺寸示意图在装箱操作过程中拉臂结构主要受到液压缸的拉力、自身的重力、和车厢对拉臂斜向下的拉力。对其受力分析的油缸拉力 76700N,与拉臂成 149，车厢拉力为 29400，与拉臂延长线成 39。对拉臂直角拐点截面进行校核：截面面积mm22500150150sA22剪切力NGFF2162645cosmgcos3945sin45cos00002s拉臂车拉臂结构材料选用 Q345 钢材，其屈服极限为 345MPa，安全系数选取1.33则其许用应力=259.39MPa 11许用切应力a8 .1493MP 259.39MPaa2.196MPAFSS满足强度要求。45 换箱过程运动分析拉臂式垃圾车装用功能主要是实现货物的自卸功能与箱体的自动装卸功能，现对换箱工况进行运动分析。箱体在地下初始位置时，需与车尾部保持有的距离，拉臂与水平线成。m5 . 30143当主推油缸回收时，箱体在拉臂拽动下以拉臂与翻转架铰接点为旋转中心旋转缓慢上升，当箱体底板与汽车副车架接触时，箱体底板与水平面成，拉臂转动。换043086箱过程箱体最大举升高度为，主推油缸最大行程，发动机转速m85. 2mm800。min/ r21004.6 本章小结本章主要对拉臂式垃圾车举升机构进行分析、设计、校核，拉臂举升机构是拉臂式垃圾车专用装置的重要部分，其设计对实现专用车的专用功能有重要意义。拉臂采用 Q345 工程钢材，并对其在极限工作状态下危险截面进行受力分析与校核，经校核后拉臂符合设计要求。文中同时对与拉臂相连的主推油缸安装角进行了选取。23第 5 章 液压系统设计拉臂车工作装置包含之行动作的机械系统和提供工作动力的液压系统，且两个系统相互作用，互相影响，良好的液压系统有助于提高工作装置的工作效率。125.1.液压系统结构布置液压传动系统一般由五个部分组成：工作介质、动力元件、控制元件、执行元件和辅助元件。1 工作介质。工作介质是指液压回路中循环流动的液体，是能量的传递着。2 动力元件。动力元件是工作介质的驱动部分，一般是液压泵。3 控制元件。控制元件是用来控制工作介质的流动、流量和压力，以保证执行元件按照设计回路进行动作，常见的控制元件有单向阀、溢流阀、换向阀等。4 执行元件。执行元件是用以将液压能转化成机械能，通过液体的流动将液压回路与机械构件联系起来，主要有液压缸和液压马达。13如图 5.1 所示为简化的起吊装箱液压工作回路模型，其他几个回路与此类似起吊箱体时，换向阀由中位移至左位(下)时，液压油直接进入液压缸上腔，使活塞向下运动，从液压缸下腔流出的油通过背压阀回到油箱，如达到一定压力，则向液压缸上腔补油；当换向阀由中位移至右位(上)时，压力油经单向阀进入液压缸底部，液压缸上腔里的液压油回到油箱，活塞向上运动，举升箱体倾卸垃圾。1424图5.1 液压系统回路5.2.液压元件的设计与选择1.液压缸的确定液压缸选型主要依据所需最大作用力 (5.1)42maxDPF PFDmax4 (5.2)式中: 系统效率 =0.8 P 液压系统额定工作压力如表 5.1，液压设备常用工作压力中初选 P=10MPa表5.1 液压设备常用工作压力机 床设备类型磨床组合机床龙门刨床拉床农业机械工程机械液压机、重型机械工作压力0.8-2.03-52-88-1010-1620-32其中，液压缸最大作用力mm2.468429400.893000gmmaxmaxmaxPFDNGF表 5-2 为 GB2348-80 规定液压缸内径系列 表5.2 液压缸内径 mmmm25810121620253240506080100125160200250320400选取 D=100mm选定液压缸为车辆用双作用单活塞杆型号 DG-J100C-E1L-E表5.3 DG-J100C-E1L-E液压缸活塞面积缸径 mm无杆侧有杆侧推力 N拉力 N最大行程 mm10078.5453.911100007670020002.液压泵选定液压泵工作压力计算a8.26100785.00ma106max2max6maxMPPSPAFAFMPAFP）油缸截面面积（油缸最大作用力选择型号为 CBF-E25 齿轮液压泵表5.4 CBF-E25齿轮液压泵公称排量L/min压力MPa转数r/min容积效率%总效率%驱动功率KW重量Kg25162500928419.54.03.其他液压元件的选定1）过滤器过滤器选择朝阳液压生产的型号为 YLX-40X 过滤器2）单向阀单向阀选取型号为 DT8P13）背压阀背压阀型号 RC10 榆次液压厂生产264）换向阀4WE5N6 O 型三位四通换向阀5.3 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。15271-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-连接套筒图5.2 变速器侧盖取力器5.4 本章小结本章主要对拉臂式垃圾车的液压系统结构、液压缸进行了设计，对液压油泵取力器进行了选取，综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。其中包括对液压系统的工作原理及结构特点进行了阐述。油缸的选择及计算是液压系统设计的重点，也是本设计的重中之重本章对举升液压缸的性能参数进行了计算，对液压泵进行了选择，取力器在专用汽车的设计和制造方面显得尤为重要，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。取力器分为前置式、中置式、后置式，本设计采用变速器侧盖取力。28第 6 章 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，专用汽车的副车架多采用 16Mn 板材压制的型钢经焊接而成。166.1 专用汽车副车架的设计6.1.1 副梁的截面形状及尺寸 专用汽车副车架的纵梁（简称副梁）截面形状如图 6.1 所示，截面尺寸取决于专用汽车的种类及其载荷的大小。在载荷过于接种的地方，可用腹板将槽形截面封闭起来，以提高副梁抗弯和抗扭的能力。为了避免由于副梁刚度的急剧变化而给车架带来新的应力集中，副梁的形状、位置及与车架的连接都应认真研究。29图6.1 副车架截面尺寸1-副车架 2-腹板图6.2加强后副车架截面 图6.3加强腹板的位置6.1.2 副车架的前端形状副车架前端的形状应采取逐渐过渡的方式，避免由于副梁刚度突然变化而给主车架带来新的应力集中。如图 6.4 所示。图6.4 （a）U形 （b）角形 （c）L形如果加工上述形状困难时，可采用如图 6.5 所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大。17对于钢质副车架：h=5-7mm；l=200-300mm30对于硬木质副车架：h=5-10mm；l=H6.2 副车架与主车架的连接6.2.1 副车架与主车架的连接1.止推连接板1-副梁 2-止推连接板 3-纵梁 1-螺栓 2-上、下托架 3-螺母图 6.5 止推连接板的结构 图 6.6 连接支架如图 6.5 所示是斯太尔 91 系列重型专用汽车所用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梁固定，而下端则利用螺栓与车架纵梁腹板相连接。止推连接板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副梁与车架纵梁产生相对水平移动。相邻两止推连接板之间的距离在 500-1000mm 范围内。2.连接支架连接支架如图 6.6 所示，由相互独立的上、下托架组成，上、下托架均通过螺栓分别与纵梁和车架纵梁的腹板相固定，然后再利用螺栓将上、下托架相连接，此时上、下托架之间留着间隙。上、下托架可以从底盘生产厂或零部件配套厂选购，也可根据技术要求来配制。连接支架所能承受的水平载荷较小，因此一般与止推连接板配合使用。3.U 形螺栓当选用其他连接装置困难时，可采用 U 形螺栓夹紧，但在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用 U 形螺栓。当采用 U 形螺栓固定时，为防止车架纵梁翼面变形，防止紧固松动，需要在 U 形螺柱连接部位的车架纵梁槽型截面内衬一垫木或型钢，但在靠近消声器附近，必须使用钢内衬。6.2.2 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，如图 6.7311-纵梁2-连接板3-横梁图6.7 横梁与纵梁的连接图 6.7（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 6.7（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 6.7（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 1 种和第 2 种方式，即横梁与纵梁上下翼板连接，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。6.3 副车架主要尺寸参数设计计算6.3.1 副车架主要尺寸设计副车架对主车架起到加固作用，其宽度和选用的底盘的宽度相同，高度也相同，长度在底盘主车架长度基础上去掉主车架与车厢之间的距离长度。其尺寸设计如下：副车架长度：3500mm(从车厢到驾驶室方向 220mm);副车架宽度：920mm;副车架高度：200mm326.3.2 副车架的强度刚度校核1、额定装载时整车重心作用点的求解在垃圾车按额定装载质量进行运输时，对主车架来说，其整车重心后移。其受力简图见图 6.8设定拉臂车在额定装载质量下，其前后轴承受的载荷相同，即有： NFF1470028 . 9300021由图，可以列出：XFXFFF2121221000)12005310(求得 ： mm25552511011XXFF图6.8 主车架额定装载运输重心作用简图2、副车架剪力及弯矩的求解副车架和主车架通过 U 型螺栓相联，在拉臂车额定装载时，由主车架重心作用简图及求得的整车重心作用点，可以画出额定装载质量时拉臂车副车架受力简化6.9。18图6.9 副车架额定装载受力简图将此时受力的副车架看为简支梁(见下图 6-10)，以便进行强度刚度及弯曲变形33的校核。由图 6-10，可以列方程组：图6.10 副车架等效简支梁简图 1OGACFOCFBC 1CGAOFOCFBO可求得：NOCBCFACGF172623500100022940025552940010即大小为 17262N，方向与设定的方向相同。OF可求得： NOCBOFAOGFC25623500250014700945294001即大小为 2562N，方向与设定的方向相反。CF由以上，可画出实际的副车架等效梁示意图 6.11。图6.11 副车架实际等效梁简图列出弯曲剪力及弯矩方程：OA 段 ： 34 )9450(17262)(01XNFXFQ )9450(17262)(01XXXFXMAB 段：)2500945(121388 . 9300017262)(02XNGFXFQXXGXFXM1213827783000)945()(02BC 段： )35002500(2562)(103XNFGFXFQ645330002562)2500(2)945()(03XXGXGXFXM根据以上剪力和弯矩的求解，可以画出剪力及弯矩图 6-12。3、副车架强度刚度校核对于塑性材料，其弯曲正应力强度条件为： maxmaxzMW由maxzzIWy即有: (6.1)maxmaxmaxzMyI式中， 梁内最大弯矩截面弯矩值；maxM 抗弯截面模量；zW 梁截面对中性轴的惯性矩；zI 最大弯矩截面距中性轴最远处。maxy对于矩形副车架截面，截面惯性矩zI (6.2)2322112hhzIby dybh即有：45.45MPaa10661010010304.30633maxMP由于副车架设计成对称的矩形，其截面上下边缘最大抗拉应力与最大抗压应t力相等，即有：c a210a45.45maxcmaxtmaxMPMP ）（）（35在所选材料的许用应力范围内。19图6.12副车架额定载荷时剪力及弯矩图6.4 本章小结本章主要对拉臂式垃圾车的副车架的结构、连接形式、主要尺寸进行了设计，对副车架的刚度和强度进行了校核。本章对副车架的主要尺寸参数进行了细致的设计计算，包括尺寸设计、强度刚度的校核，副车架剪刀及弯矩的求解。经过大量的选型与计算完成了副车架的设计计算。最终确定本设计的设计方案。结 论本次拉臂式垃圾车的设计是在选定总体设计方案基础上，进行对拉臂式垃圾车车专用功能部分即拉臂结构尺寸参数的设计、校核及液压元件的选定和副车架的设计、校核等。在此过程中取得如下成果。（1）了解拉臂式垃圾车的概念、功用、结构和不同类型的拉臂式垃圾车的优缺点，通过所收集的相关资料结合下达的任务数据，从而完成对整车总体设计方案的最终确定。（2）通过任务数据，对车厢结构进行设计和材料的选定。（3）对举升机构进行运动学和力学分析，确定举升机构相关尺寸参数。36（4）通过举升装置的工作确定液压系统，对取力器、液压缸、液压油箱、进行计算和选型，在保证其功能实现的基础上完成了对其的简要设计。（5）最后对拉臂式垃圾车的副车架进行尺寸、连接形式设计，并对其强度校核。至此，对拉臂式垃圾车的设计基本完成。将设计过程数据编撰成本册说明书，通过 AUTOCAD 软件对相关零件和部件进行制图。拉臂式垃圾车的收运方式是目前世界上广泛采用的垃圾收运方式，可以实现一车多箱，大大降低了配备成本和空间等等；其专用装置的功能均以汽车发动机为动力，通过液压机构手动或电控来实现。车辆的箱体采用优质炭钢板全密封焊接结构，具有强度高、重量轻、不产生二次污染等优点。但由于所学和所掌握的知识有限，本设计还还存在很多问题，例如材料强度不高，密封性考虑不周全、副车架结构不明确等问题参考文献1叶传泽，舒广仁.环境卫生机械设备M.北京建设部城市建设司,1988.2 徐达,蒋崇贤.专用汽车结构与设计M .北京：北京理工大学出版社, 1998,8.3 冯晋祥.专用汽车设计M. 北京：人民交通出版社，2007,1.4王柱江.自卸汽车最大举升角的确定J.专用汽车,1999, 2.5齐乐华.工程材料与机械制造基础M.北京：高等教育出版社,2006,4.6蒋崇贤.专用汽车设计M .武汉：武汉工业大学出版社,2002,5.7周敏.拉臂式垃圾车拉臂架装置结构设计要点J.专用汽车,2007,12.378陈树勋.压缩垃圾车结构的载荷描述与优化设计J.2008,3.9陈树勋，王海波，应鸿烈.拉臂式压缩垃圾车车厢结构的有限元分析与优化设计J.装备制造技术,2008,4.10盛金良，李刚.拉臂式垃圾车工作装置优化设计J.工程机械, 2001,1.11吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社,2006,5.12王海峰，周远，屈渊波.微型拉臂式垃圾车液压系统设计J. 专用汽车,2010,5.13贾铭新.液压传动与设计M.北京：国防工业出版社, 2001,1.14齐晓杰，安永东.液压、液力与气压传动M.北京：化学工业出版社,2007,9.15卞学良.专用汽车结构与设计M.北京：机械工业出版社，2007,7.16刘仁家，陶性华.机械设计师手册（第一版）M.北京：机械工业出版社,1989.17马兰.机械制图M.北京：机械工业出版社,2006,5.18周松鹤.工程力学M .北京：机械工业出版社, 2007,5.19杨可桢,程光蕴.机械设计基础M.北京：高等教育出版社,2006, 5.20 Atkinson，A.C（1996）The Useless of Optimum Experimental Designs. J.R. Statist. Soc.B.58,59-76.21 NA Stanton, MS Young, GH Walker - International Journal of Vehicle Design,2007.致 谢首先，我要感谢吕德刚老师对在此次设计中对我的指导，虽然吕老师平时授课量特别大，但老师总是一直在关注我的设计进度，并悉心对我在设计过程中遇到的难点、疑点进行指导。整个设计过程，从确定命题、设计方案拟定、中期检查、到后期的详细设计和修改都是吕老师在一旁指点，正是老师一次次耐心的指导才能使我顺利按进度完成本次设计内容。这次设计是我第一次进行全面和系统的设计，不免会有疏漏和不足之处，可能存在计算不够准确，设计内容不够合理等问题，还有许多细节未做到及时处理，请38教员指正，以帮助我不断提高，不断进步。我相信通过这次全面系统的设计以及在这个过程中各位老师的不断点拨，在今后的工作中我一定会做到更好。最后，感谢母校黑龙江工程学院给我提供一个舒适的学习环境，感谢大学四年里我的所有授课老师和参加答辩的各位老师，正是他们的无私奉献和谆谆教导才使我积累了一定的课程知识从而进行本次设计，当然所学知识并不只为完成此次设计内容，我要带着四年来老师所传授的知识去工作岗位上展现自己的力量，不辜负各位老师的的期望。附 录 AThe Design of Pull Arm Garbage Truck1The introduction of Pull Arm Garbage TruckPull arm garbage truck is equipped with two types of chassis that has a trunk load and unloading functions to pull arm device-specific vehicles. It can be achieved with car trunk the combination and separation, while the bulk of the trunk to achieve self-unloading cargo operations. The model has been widely used in foreign countries, often in the domestic industry as a sanitation refuse collection vehicles. 5 t pull arm garbage truck is one of the commonly used models, compared to 8 t Arm pull over large tonnage trucks, the pull-arm 39device structure is relatively simple and easy to domestic Manufacturers; And large tonnage often imported pull arm device. Domestic Manufacturers producing 5 t pull the car pulling the boom arm structure of the device, although about the same, but the important structural parameters of the selection and design of different structural arrangement, it will directly affect the car performance.202 Pull the boom structure and principle of the device2.1 The structural characteristics of pull-arm device5 t pull arm garbage truck pulling device consists of pulling the boom arm and pull arm cylinder, the United Moving frame, trunk insurance hook and cylinder, and the frame. La Boom device structural arrangement shown in figure 2, pull telescopic arm is not used right-angle bend structure. the end of the cylinder and pull the piston rod side arm hinged on the hinge pivot B; Another linkage frame front end and hinged at the hinge pivot C, the formation of a rotary arm pull heart. Cylinder head cylinder arm pull side hinged front frame on the hinge pivot A; linkage frame hinged rear axle frame rear hinge pivot D, the formation of linkage rotary frame heart. Insurance linkage trunk rack hook set the hook cylinder and insurance cylinder.2.2 The working principle of the device arm pullPulling garbage truck arm by pulling the device to complete the function of two different dynamic, for boxes and dumping. When the pull device for boom box action, the first cylinder insurance hook action open the trunk insurance hook, trunk lift insurance. Pull lift arm cylinder piston rod elongation from the pull arm, pull arm to pivot around the hinge C clockwise rotation, the hook arm to pull back move. If the frame is equipped with a trunk, the trunk was pushed home ground. When put on the frame, so that the first hook retractor trunk rings, and contraction of the piston rod, pull arm to hinge pivot counter-clockwise rotation axis C, will put on the flat trunk, the insurance cylinder hook action, pull carriages insurance hook fixed to the frame to the trunk.When the pull-arm device dumping action, and action for different box, trunk insurance hook dump in the whole process to ensure that tension in the arm and trunk are not isolated, that is pull arm、the linkage through the trunk rack and trunk link between the insurance as one of the hook, by the deputy rear frame hinge pivot clockwise rotation axis D, lifting carriages lifted until the refuse rubbish. Trunk reset, as long as the retraction of cylinder piston rod pull arm, the pulling arm body still hinge pivot point D is the shaft counterclockwise rotation, until the trunk reset. 3 La Boom Selection and design of device structure parameters 3.1 Device to pull the boom pivot hinge arrangement and geometry of the main structure 40Determined by the following three areas: a. Arm by pulling a dump truck performance, it is 5 t pull the best selection of cars from the arm unloading chassis, the chassis can be selected according to the length of pull arm device to determine frame the total length. To ensure the car to pull arm for changing trunk and dumping action by the force of the chassis reasonable and complete the dumping arm pull action pivot hinge rotation axis D of the location should be arranged in behind the rear spring plate from the chassis rear bearing axis, the spacing is about 0 100 mm. b. According to the first hinge pivot D arm pull for me the beginning of the selected pivot hinge rotation axis C. In the design and production of the actual process of pulling the car arm in arm had appeared during the pull action although the initial state, pull arm lift carriages, failed to pull arm pivot around the hinge C rotation, but with the linkage frame with the rotation around the hinge pivot point D, which can not get trunk open the beginning of fall; when lifting a certain height, the action of gravity in the trunk, the hinge will pivot C a sudden fall, so pull arm, the linkage frame and carriages suddenly drop, resulting in relatively large; in hit, resulting in extremely unsafe for me a smooth action. To resolve this problem, determine the hinge point C of the axis position is especially important. First the one hand, the horizontal axis of pivot C can not above the level layout of pivot D. In addition, by the hinge can pivot C stress analysis know, the hinge pivot axis of C must be below the level of tension hinge pivot arm cylinder head horizontal axis, while the hook arm pull-start action must be arranged in the vertical axis of the hinge pivot between C and the hinge pivot left foot. c. Important geometrical parameters arm pull a pull arm foot radius of gyration for pull the oil boom turning radius of the cylinder piston rod end of radius of gyration of the angle between the two radius. From the above points analysis we know that, The smaller of radius. The greater the force needed to pull the smaller cylinder arm. Meet the requirements under the premise of arms-for-me pull-foot turning radius, the smaller the better, La boom cylinder rod side radius of gyration R. The bigger the better as far as possible, so that can pull compact boom, operating small space. 213.2 The selection of pull arm cylinder and cylinder installation angle y. The range of Determined by the following two aspects: a. By mapping method or analytical method to determine the location of the above the hinge pivot and Pull arm geometry and other components, may initially determine the pull-stroke arm cylinder and installation distance. b. Pull arm cylinder mounting angle of La Boom is the important structural parameters of devices. By the former knowledge, pull the boom box or device for carrying out the process of dumping action, pull the oil boom cylinders have to be overcome trunk (full load) 41resistance torque generated by gravity, and the lift
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