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车辆工程毕业设计论文
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车辆工程毕业设计5摆臂式自卸汽车改装设计,车辆工程毕业设计论文
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I 摘 要 垃圾车在现代生活中起到的作用越来越大，越来越被人们的重视。现代的垃圾车 设计在专用车设计中的占有的地位也越来越高。目前，垃圾车设计普遍 存在着 价位过高，与当前垃圾车的实际接受能力存有一定的距离 ，致使高消费的垃圾专用车的消费量较小。 本设计 从市场现实需求角度出发，看重实际， 把设计功能较完善合理，充分满足功能要求作为设计目标。在设计中 ,积极使用新型材料、降 低 成本 价格 ,以期生产出 占有市场优势 ,功能全，价格 低，市场需求 量较 多的实用型摆臂 式 垃圾车。 设计中， 针对现有的 垃圾车露天式厢斗不环保的问题 ,改进为带柔性滑盖的密封型厢斗，并且后厢板带有铰接装置，实现垃圾的倾卸更快捷，有望成为摆臂式垃圾车密封 型 车厢的新产品。 关键词 ： 垃圾车； 车厢； 摆臂； 支腿； 液压系统 nts II Abstract Garbage truck the role which plays in the modern life is getting bigger and bigger, more and more by peoples value. The modern garbage truck design the status which holds in the private car design is also getting higher and higher. At present, garbage truck design universal existence changes to the high consumption, has certainly with the current actual garbage truck market demand is uncoordinated, the cause high consumptions trash private cars consumption quantity is small. Regards the reality, from market realistic demand angle embarking, is perfect the design function reasonably, in satisfies the function request in the foundation, uses the new material, to truncate the low price, to hold the market superiority positively to take the design idea and the starting point, produces the function entire, the cost is low, the market demand many practical suspends the arm garbage truck. In the design,existing newest outdoor type compartments do not environmental protection problems, improvement for belt flexible a seal type compartments measures, and trunk plate with hinged device, realization of rubbish dump, is expected to become more efficient swinging arm roll-off garbage trucks sealed type carriage of new products. Key words: Garbage Truck; Container; Suspending Arm; Suspport Leg; Hydraulic Sgstem nts - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 概述 改革开放以来，随着中国的经济高速发展，城市数量及人口显著增加，城市规模和范围不断扩大。随着城市化进程的加快，中国城市 生活垃圾产量不断增长，近几年，中国城市生活垃圾清运量的增长趋势开始变缓，进入了一个低增长阶段。但是，随着城市垃圾的累积量越来越大，高效的城市垃圾处理已变的刻不容缓。 为了避免垃圾在运输中造成二次污染，因此，保持垃圾在运输过程中的全程密闭，是现代垃圾车最基本的要求。 据了解，目前国内大量使用的密闭垃圾车主要有自卸式垃圾车、摆臂式垃圾车、车厢可卸式垃圾车以及压缩式垃圾车。其中，自卸式垃圾车在市场价格上占有较大优势，但其在使用上要配备垃圾的装载车辆，增加了人力和物力的成本；车厢可卸式垃圾车，同样需要附加垃圾装载车 辆，增加了运作费用；压缩式垃圾车，相当于一个流动垃圾中转站，能够把垃圾挤入车厢压实，并具有垃圾自动 倾卸 等功能。压缩式垃圾车收集垃圾 的 方式简便、高效、压缩比高、装载量大，特别是其突出的密闭性好、更环保等优点，被认为是垃圾车的主要发展趋势。但是我国大多城市现有的垃圾收集是定点收集方式，要变固定方式为流动方式，不仅要改变人们的习惯，还要耗费大量人力物力重建垃圾收集站。同时，垃圾车的购买大部分依靠财政拨款，资金成为又一不利因素。因此，压缩式垃圾车在很多城市无法迅速推广，只在上海、武汉、广州等大城市有较大比例的使用。 而摆臂式垃圾车，能够在一定程度上集括了上述几种垃圾车的长处。该车的特点是货斗与车体分开，能够实现一台车与多个货斗联合作业，循环运输，充分提高了车辆的运输能力，特别适用于短途运输，在价格上也同样占有较大优势。 本设计针对中型汽车底盘，在其性能允许范围内，进行摆臂式 自卸汽车（以下称之为摆臂式垃圾车） 的车厢、摆臂、垃圾厢斗、车尾支腿及液nts - 2 - 压系统的加置设计，使其能够轻易完成垃圾清置部门的各项使用要求。同时，增大垃圾厢斗的盛载容积，增加一次运输垃圾货物的数量，加强实用性。 1.2 摆臂式 垃圾车 定义以及组成功用 摆臂式垃 圾车是 在二类汽车底盘上装有使车厢或货斗具有装卸功能的摆臂装置的专用汽车。 主要由二类货车底盘 、 摆臂机构 、 车厢及厢斗 、 液压操作系统 及其他辅助机构组成。具体各设计组成机构与功能如下（如图1 1）： 1.操纵装置：上面的按钮与操纵杆用来控制自装卸过程中的各个动作； 2.地坑式厢斗：用于盛载各种垃圾货物； 3.举升液压缸：通过控制杆的向前 (向后 )推动，使主液压缸伸缩，驱使主臂向前 (向后 )摆动 ,达到提升 (放下 )箱体的目的。空箱时可以使用快速调节功能 ,可让主臂快速向后摆 动 ,放下箱体。此时 ,向后推动控制杆的同时 ,按下控制杆上的按钮； 4.摆臂：通过摆臂液压缸的伸缩与拉伸动作带动摆臂摆动 ,同时与摆臂通过链条相连的厢斗被带动转动 ,完成厢斗的装与卸 。 5.车厢 U 形钢板部分：起到固定摆臂绕点的作用 ,同时在平行的中空钢板里安置了支腿液压缸与支腿； 6.支腿及支腿液压缸：在摆臂旋转实现厢斗的装卸及垃圾货物的倾卸时 ,支腿打开 ,支撑到地面上 ,稳定车身； 7.车厢：用于放置厢斗或整体货物； 8.汽车底盘主车架：主要起到支撑固定摆臂垃圾车各种零部件，承载汽车垃圾货物载荷的作用； 9.副车架：起 到增加主车架强度、刚度，增加主车架抵抗弯曲变形的能力，同时辅助主车架支撑与承载； 10.液压泵：从液压油箱中泵取液压油，输出高压力液压油液，并使高压力液压油液在液压系统管路中运行，通过各种液压阀及液压部件完成各种需要的动作。 nts - 3 - 1.操纵装置 2.箱体 3.伸缩液压缸 4.摆臂 5.U形钢板 6.支 腿 7.车厢体 8.主车架 9.副车架 10. 液压泵 图 1 1 摆臂式垃圾车结构组成示意图 此种车 广泛用于施工单位 ， 厂矿企业 ， 城市环 卫部门 以及 港口码头、车站，实现 了 运输、装卸 的 机械化。 它的 特点是货斗与车体分开，能实现一台车与多个货斗联合作业，循环运输，充分提高了车辆的运输能力，特别适用于短途运输 。当作为 垃圾车时，可广泛适用与城市街道学校垃圾处理，适用全国通用垃圾斗，可一车配多个垃圾斗，各个垃圾点放置多个垃圾斗，带自卸功能，液压操作，倾倒方便。 1.3 国内外摆臂式自卸汽车的发展现状 20世纪 80年代末以来，我国 垃圾 车的研发机构、改装生产企业通过引进、消化、吸收国外先进技术，加快了国产 垃圾 车新产品的研发和生产，使国产 垃圾 车的技术装备水平得 到较快发展和很大提高，改变了传统的 垃圾装运 作业方式，由人工作业向机械化、半机械化方向发展， 垃圾 车的装备技术由简易型向技术密集型方向发展。 目前，我国摆臂垃圾车同国外同类垃圾车相比 ,在 功能 上已 接近国外同类产品水平 ,但在 性能 上还 存在 着 较大差距。生产企业 的 加工装备简陋、nts - 4 - 工装模具不全、工艺技术落后、生产规模小，低端产品特征明显，整车性能较差 ，并且在 技术 上 缺乏自主知识产权和概念创新。 国外发达国家的汽车工业起步较早 ,技术较为成熟。在垃圾车处理方面 ,他们也已经形成规模化和产业化 ,各种垃圾车的研究生产技术先进。针对垃圾处 理的流程模式 ,在不同的处理阶段 ,选择应用不同的车型：在垃圾的收集过程中 ,采用压缩式垃圾车 ,进行流动式收集 ,再分类整理后应用大型全封闭式自卸车运到再处理点进行进一步处理。由于垃圾的最初存放处理阶段较为有条理 ,城市环境美化要求和意识较高 ,摆臂式垃圾车较为少用 ,已有淡出趋势。 1.4 摆臂式自卸汽车的发展方向和前景 现代环境意识的增强，对垃圾处理车的要求也越来越高。 现代 垃圾 车辆 的 装备技术 必须 与生态型、现代化国际大都市发展相适应，具有国际先进、技术创新的装备特征 ,必须 从满足单一的普通作业需求，向满足文明作业、环境保 护、质量监管、城市容貌等作业和管理需求方向发展。 这些特征如下： 1.集成化 即从一般的机械化向装备技术集成方向发展，这是集成化的技术基础；从单一功能的设备向装备系统集成方向发展，这是集成化的形态体现 。 2.环保化 现代化城市的环卫作业车辆，将从只满足基本作业功能需求向满足环保作业功能需求的方向发展。通过技术创新、产品改进、功能完善，提高产品在控制污水、扬尘、噪声、废气等污染方面的性能 。 3.人性化 环卫车辆的人性化是体现现代文明社会以人为本的理念，分别反映在操作人员工作环境和作业过程中对周围环境 和人们的影响 二 个方面。 在操作人员工作环境方面，将以提高驾驶操作的舒适性，减轻作业人员的劳动强度为发展目标，使驾驶、作业人员的工作环境得到改善和提高。 在作业中对周围环境和人们的影响方面，将以改变长期以来环卫车辆外形和作业的粗放形象为目标，通过对车辆外形和性能的改进，消除或减nts - 5 - 轻视觉污染，避免或减少作业时对周围环境和人员的影响，使环卫车辆与作业环境相协调。 4.数字化 以数字化装备理念对传统环卫车辆进行技术改造和创新，是 垃圾车 装备现代化发展的一种创新理念。 以上特征要求也正是摆臂式垃圾车的发展和努力优化的方向 。但是由于摆臂垃圾车车厢的容积较大 ,需要占用较大地方 ,同时不利于城市的美观要求 ,摆 臂式垃圾车已不是垃圾车发展的主流方向，但是在近期内也不会被淘汰。 1.5 本设计研究的主要内容 本设计主要的设计内容 ,是根据垃圾货物清置部门的使用要求，进行目标底盘的选取，并进行对能实现特殊功能装置的加置设计，包括 副车架的设计、 车厢体的设计、摆臂机构设计、厢斗设计、液压系统的选型计算以及相关设计零部件的必要刚度、强度校核等。 nts - 6 - 第 2 章 摆臂式 垃圾车 的底盘选取 2.1 底盘的选取 选取的底盘的好坏，直接影响到专用车的性能。在 选取汽车底盘时，主要是根据专用车的用途、装载质量、使用条件、性能指标、专用装置或设备的外形吃讯及动力匹配等进行。目前，近 80%的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。 2.1.1 底盘满足的要求 在专用汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求： 1.适用性 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。 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，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，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。 2.1.2 底盘分类 二类底盘：基本车型上去掉货箱，在改装设计布置时，在没有货箱的汽车底盘上，加载所需要的工作装置或特种车身。 用途：油罐车，洒水车，吸粪车，吸污车，化工液体运输车，仓栅车，载货车，自卸车，随车吊，粉粒物料运输车，散装水泥车，高空作业车，清障车，牵引车等。 三类底盘：基本车型去掉驾驶室与货箱后再根据设计进行特种设计（更换发动机也算作第三类底盘）。 用途：客车， 客货两用车。 四类底盘：是在三类底盘上再去掉车架总成后剩余的散件。 nts - 7 - 2.1.3 二类底盘的选取 选取 二类底盘进行改装设计时，重点工作是整车总体布置和有特殊工作需求的装置的设计，对底盘仅作辅助的性能分析和必要的强度校核，确保改装后的整车性能在基本山与底盘接近，达到合理的匹配。 2.1.4 选用的底盘主要参数 根据以上，本设计所用底盘主要从东风汽油与柴油摆臂垃圾车底盘中选用。以下表 2 1 将两种底盘参数列出 ,进行比较 。 表 2 1 东风 EQ1092FJ和 EQ1092F19DJ 底盘参数比较 由比较可以看到， EQ1092FJ 和 EQ1092F19DJ 两种型号底盘在整体性能上相差无几，不同之处在于两种底盘汽车采用的燃料。采用汽油的汽车底盘在价格上略占有优势，但在燃料价格上，采用柴油的底盘具有长效优底盘型号 EQ1092FJ EQ1092F19DJ 额定载质量 (kg) 4000 4500 整备质量 (kg) 3550 3550 外形尺寸 (mm) 6605*2364*2370 6605*2364*2370 发动机型号 EQ6100-1 YC4E140-20 排量 /功率 (ml/kw) 5420/99 4257/105 钢板弹片数 (前 /后 ) 8/11+8 9/11+8 轴距 (mm) 3950 3950 前轮距 /后轮距 (mm) 1810/1800 1810/1800 接近角 /离去角 (度 ) 34/19 34/19 前悬 /后悬 (mm) 1065/1590 1065/1590 燃油类型 汽油 柴油 轴数 /轮胎数 2/6 2/6 轮胎规格 9.00-20 9.00-20 驾驶室准乘人数 3 3 最高车速 (km/h) 90 85 nts - 8 - 势。同时，采用柴油的底盘载重较大，功率稍大。因此选用 EQ1092F19DJ作为本次设计的底盘。 由上述 选用的底盘 EQ1092F19DJ 底盘 ,其主车架尺寸如下： 主车架的长度 : 6605mm 主车架的宽度 : 860mm 主车架上面尺寸到地面高度 : 932mm 主车架的厚度： 60mm 2.2 总质量的估算 额定载重质量是摆臂垃圾车基本使用性能的参数。由上面的叙述知道，本设计的垃圾车辆额定载质量定位 4500 kg。 整车整备质量也是摆臂垃圾车的重要性能参数。在摆臂垃圾车车厢的设计过程中，主要采用同类产品提供的数据进行估算整车整备质量。整车整备质量包括底盘质量、底盘以外外加的副车架、车厢、摆臂、厢斗以及液压系统等装置的质量，是加够各种油液料后的空车质量。本设计的垃圾车整车整备质量估算为 3700 kg 。 装载质量1m选取为 4500kg 整车整备质量2m估算为 3700kg 驾驶员质量3m65kg/人 ,额定载员 3人 ,6 5 3 1 9 5kg kg 汽车总质量是指装备齐全，装满额定货物后的汽车质量，包括驾驶员在内的额定载员质量。即： 1 2 3 4 5 0 0 3 7 0 0 1 9 5 8 3 9 5M m m m k g k g k g k g 本章小结 本章按确定的设计目标，主要对东风汽车汽油 EQ1092FJ 底盘和柴油EQ1092F19DJ 底盘进行了对比，选择了 这次设计的底盘，给出了选用底盘的主要参数 ,并对所设计的摆臂垃圾车进行了主要参数计算 。 nts - 9 - 第 3 章 摆臂式自卸汽车改装设计的基本结构 3.1 副车架的设计 在设计摆臂式垃圾车时，所选取的二类底盘只有主车架，为了增加车架的强度刚度，延长车架的使用寿命，在原有主车架的基础上增加了副车架。其形状同主车架，主副车架用 U型螺栓进行加固连接。 3.1.1 副车架外形的设计 副车架示意简图 如 图 3 1所示 。 图 3 1 副车架示意简图 3.1.2 副车架选材 在汽车制造工艺中，钢板冲压成型工艺占有十分重要的位置。冲压 成形的零件具有互换性好、能保证装配的稳定性、生产效率高和生产成本低等优点。 载重汽车用 中板 （ 中板是一种宽厚比和表面积都很大的扁平 钢材 ）数量较多，受力的车架纵梁和横梁、车厢的纵梁和横梁均采用 中板 冲制且多以低合金高强度钢板冲压生产，也是适应提高汽车承载能力、延长使用寿命、降低汽车自重和节能节材以及安全行驶等要求的发展趋势。 目前，我国载重汽车车架的纵梁和横梁已经全部采用低合金高强度钢钢板制造。纵梁可以用抗拉强度为 510MPa 的 16MnL 和 09SiVL(必须是用nts - 10 - 往复式扎机生产的 )、 10TiL 和 B510L 钢板生产， 横梁可以用抗拉强度为390MPa的 08TiL 和 B420L 钢板来生产。 由以上，副车架材料选用载重汽车横纵梁的一般选用材料 ,纵梁采用16MnL，横梁采用 08TiL 生产。 3.2 车厢的设计 车厢在运输中起到承载的作用，其由两部分组成。一部分用于盛放垃圾厢斗，将其设计成平面，底部与车厢大梁焊接；另一部分用于约束和放置摆臂液压缸、支撑约束摆臂，放置支腿和支腿液压缸，将其设计成两片平行钢板通过点焊联结后再分别与车厢大梁和车厢侧壁焊接，实现两部分的一体 (在本设计中称为 U型钢板 )。同时，车厢与驾驶室之间设计 安全挡板 ， 与驾驶室空留一段距离 ,起到安全和便于维修检查的作用。车厢示意图 如 图 3 2所示 。 1.安全挡板 2.车厢底部大梁 3.U型钢板 4.车厢体平面薄钢板 图 3 2 车厢示意图 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 Q235工程用钢材。 3.3 厢斗的设计 3.3.1 厢斗形状的确定 ： nts - 11 - 摆臂式垃圾车的厢斗一般分为方形和船形两种形式。方形用于地坑式放置，船形置于地面，以便适用于公共场所、街道、生活区的垃圾收集。为了增加垃圾的运送量和汽车的运输效率，加强实用性 ，本设计采用方形厢斗，厢斗呈密闭式。 3.3.2 厢斗的密封与开合机构的设计 厢斗上部采用柔性滑盖，实现运送中的密闭。其结构 如 图 3 3 所示 。 图 3 3 厢斗密封示意图 当将厢斗卸置到垃圾收集点，运送人员可以通过人力把厢斗盖打开至适当的位置，以供社区人进行垃圾的投放。 后厢板采用绞接实现垃圾的方便倾卸。结构 如图 3 4 所示。 图 3 4 后厢板示意图 当垃圾车进行垃圾的倾卸时，打开后厢板两侧的连接削，举升机构升至一定高度后，后厢板在重力的作用下自行打开，垃圾开始倾卸。倾卸完毕后 ，厢斗复位。再将后厢板两侧连接削复位，防止车辆运行中由于惯性，后厢板自行撞击。 3.3.3 厢斗的选材 在遵循满足使用性能要求，较好工艺性和较好经济性的前提下，厢斗nts - 12 - 选用选用 Q235工程用钢材。 3.4 摆臂式垃圾车举升机构的设计 摆臂式垃圾车的举升机构均采用车厢两侧双杠举升，采用液压驱动。举升机构主要由液压缸体，摆臂和悬挂链条组成，主要完成装载和倾卸放置。 摆臂式垃圾车对倾卸机构的设计要求如下： 1.装载机构应保证在设计的载荷下连续正常工作，工作循环不大于40s； 2.装载机构应能在任何工作位置上停 留。在满载提升过程的中间位置上停留 5min，其提升液压油缸的活塞杆的沉降量不大于 10mm； 3.倾卸料的卸料角 (包括后翻和侧翻 )不应小于 45 度； 4.卸料机构每个工作循环 (从卸料动作开始至复位 )时间不应大于60s； 5.倾卸机构在满载的情况下，在倾卸角为 2025 度位置上停留 5min，其举升液压缸的活塞杆沉降量不应大于 10mm。 当进行厢斗的装载时，液压缸外伸的活塞杆拉动摆臂，带动与摆臂相连的链条，将厢斗安稳举升到车厢上；进行厢斗的卸载时，液压缸的活塞杆推动摆臂做类似的动作，实现厢斗的卸载；进行垃圾的倾倒时 ，将吊置在摆臂上倾倒用的铁链挂到厢斗的勾环上，打开后箱体的锁削，当液压缸推置厢斗到一定高度时，箱体后部被链条勾住抑制了后箱体的运动，此时随着液压缸的继续举升，箱体前半部分随之抬高，后厢盖在自重和垃圾货物的压力下，自动打开，完成了垃圾的倾卸。 3.4.1 摆臂液压缸的选用 由于液压缸要完成摆臂的升降，所以液压缸选择单杆双作用液压缸，在两侧各放置一个，液压缸后座绞接固定在车厢上，活塞杆的一端和摆臂的一处合适位置绞接。其安装结构 如图 3 5所示 。 3.4.2 摆臂的设计 摆臂呈工字型，摆臂的两侧下端与 U型钢板绞接， 上部用 横梁 将两侧nts - 13 - 摆臂连接，在略低于 横梁 处的摆臂上安置能够随着厢斗的翻转而跟随着连接在其上 的链条转动的滑动轴，在摆臂的中部安置用于卸料并带有链条的挂环。如 图 3 6所示 。 图 3 5 摆臂 液压缸示意图 图 3 6 摆臂示意图 在进行摆臂的刚度、强度及弯曲变形校核的前提下，考虑到较好的工艺性及合理性的经济性，摆臂选用 Q235 工程用钢材。 摆臂链接的铁链长度尽量实现能够刚好满足厢斗与摆臂滑动轴之间的距离，防止厢斗在起吊的时候厢斗底部与车厢造成过大的摩擦。 3.5 支腿的设计 支腿在料斗卸 料，在厢斗的提升过程中或者需要时可以独立打开，其结构形状设计成三角形状，采用液压缸实现支腿的打开与伸缩收回。如图 3 7 所示 。 由于支腿液压缸在工作的过程中，起到打开与收缩支腿的作用，选用双作用单杆液压缸，其结构形状同摆臂液压缸。 nts - 14 - 在参考同类车型支腿材料选用的基础上，考虑到支腿的受力，选用Q235作为支腿材料。 图 3 7 支腿示意图 在参考同类车型支腿材料选用的基础上，考虑到支腿的受力，选用Q235作为支腿材料。 以上对摆臂式垃圾车车厢各结构形状的设计说明，进行优化组合后，可得整车形状结构， 如图 3 8 所示 。 图 3 8 整体结构示意图 本章小结 本章主要对摆臂式垃圾车的 副车架、 车厢、厢斗、摆臂及支腿的结构形状设计进行了说明，确定了本设计的 基本 结构设计图样，为下一章的设计计算奠定了基础。 nts - 15 - 第 4 章 摆臂式 垃圾车 设计的设计计算 4.1 摆臂式 垃圾 车副车架主要尺寸参数设计计算 4.1.1 副车架主要尺寸的设计 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， 长度前端留出安全距离（与驾驶室之间为 400mm，与车头之间为150mm） 其尺寸设计如下： 副车架长度： 4716mm 副车架宽度： 860mm 副车架高度： 120mm 副车架厚度： 60mm 副车架与主车架连接如图 4 1 所示。 图 4 1 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 (如 图 4 2所示 ) 图 4 2 副车架的前端结构 nts - 16 - 副车架前端形状常有三种形状 (如 图 4 3所示 )。 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 4.3(c)所示：0 1h mm；0 1 5 2 0l m m。 图 4 3 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 4 4 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 mm；0 2 0 0 3 0 0l m m对于硬本质副车架；0 5 1 0h mm；0lH图 4 4副车架前端简易形状 （ a） 刚质副车架 ；（ b）硬木质副车架 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 如 图 4 5所示 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。 图 4 5 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 - 17 - 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，如 图 4 6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。 图 4 6 连接支架 1-上托架； 2-下托架； 3螺栓 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。 综合考虑三种连接方式的特点，以及装配工艺性， 本设计采用 U 型夹紧螺栓进行主副车架的连接。 4.1.2 副车架的强度刚度及弯曲适应性校核 在摆臂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 如 图 4 7 所示 。 图 4 7 主车架额定装载运输重心作用简图 nts - 18 - 设定摆臂垃圾车在额定装载质量下，其 前后轴承受的载荷相同，即有： 5.411352 8.9839521 FF 由图，可以列出： xFxFxGFF 2121 2215 9 015 9 039 5 0 求得 mmx 3 5 6 52 21 5 9 03 9 5 0 副车架和主车架通过 U 型螺栓相联，在摆臂垃圾车额定装载时，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摆臂垃圾车副车架受力简化 如 图 4 8所示 。 图 4 8 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 如 图 4 9 所示 )，以便进行强度刚度及弯曲变形的校核。 可以列方程组： 图 4 9 副车架等效简支梁简图 nts - 19 - BCFOCFACG 20BOFOCFAOG 23可求得： OC BCFACGF 204 7 1 61 5 9 08.98 3 9 5213 5 6 58.98 3 9 5 N87.48322 即0F大小为 48322.87N，方向与设定的方 向相同。 可求得： OC BOFAOGF 234 7 1 63 1 2 68.98 3 9 5211 1 5 18.98 3 9 5 N37.7187 即3F大小为 7187.37N，方向与设定的方向相反。 由以上，可以画出实际的副车架等效梁示意 图如 图 4 10所示 。 图 4 10副车架实际等效梁简图 nts - 20 - 列出弯曲剪力及弯矩方程： OA段 ： NFXFQ 87.4 8 3 2 201 11510 X XXFXM 87.4832201 11510 X AB段： 13.339488227187.4832202 GFXFQ 31 2611 51 X XXGXFXM 13.3 3 9 4 89 4 6 9 3 9 2 11 1 5 102 31 2611 51 X BC段： 37.7187203 FGFXFQ 47163126 X 3 1 2 621 1 5 103 XGXGXFXM3 3 8 9 5 6 5 237.7187 X 47163126 X 根据以上剪力和弯矩的求解，可以画出剪力及弯矩图 如图 4 11所示 。 图 4 11 副车架额定载荷时剪力及弯矩图 nts - 21 - 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： zWM maxmax(4 1) 由 maxyIW zz 即有： zIyM maxmaxmax 式中 maxM 梁内最大弯矩截面弯矩值 zW 抗弯截面模量 zI 梁截面对中性轴的惯性矩 maxy 最大弯矩截面距中性轴最远处 对于矩形副车架截面，截面惯性矩 zI 3222 121 bhdybyI hhz (4 2) 即有： 3333101201060121106093338.11427mmmmN MPa806.168 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t与最大抗压应力c相等，即有： nts - 22 - M P act 510806.168m a xm a xm a x 在所选材料的许用应力范围内。 副车架弯曲变形校核： 由以上知道副车架的等效简支梁形式，利用叠加法可求得梁的最大挠度maxy和最大转角max，然后进行副车架弯曲变形的校核。 当梁的形式为 如 图 4 12所示形式时，梁的挠曲线方程为： 图 4 12 副车架等效简支梁 2226 bxlE IlF bxy a0 x (4 3) 3223a16 xxblxbE IlF b xy 1xa (4 4) 梁的转角方程为： EIl blFabA 6 (4 5) EIl alFabB 6 (4 6) 式中 F 为作用在梁上的力，规定其向 下为正 ,向上为负； E 为梁构成材料的弹性模量 , 52 .1 1 0E M P a ； I 为梁的惯性矩 。 进行叠加后求得，在摆臂垃圾车额定装载时 ,其挠度 y 为 ： nts - 23 - xxy 6315 100 0 0 2 7 4 5 0 7.01050.5 a0 x 66315 100 1 2 8 6 3 2 5 7.0100 0 0 2 7 4 5 0 7.01050.5 xxy 1xa 即有最大挠度maxy： 315ma x 1050.5 xy 315 47161050.5 000256608.0 求得 A、 B 两处转角 为 ： 151039191040 15904716159032165.41135356547163565115182271 A 81002745.0 151039191040 31264716159031265.41135115147163565115182271 b 8109 5 6 8 6 0 5 2 2.0 即梁的最大转角max： 8m a x 109 5 6 8 6 0 5 2 2.0 度 由计算的挠度和转角，参照选材的许用挠度和许用最大转角，均在许用数值之内。 4.2 摆臂式 垃圾车 车厢主要参数的设计 车厢长度： 4546mm（不包括 U型钢板尾部多出副车架的部分） 车厢宽度： 2350mm 车厢厚度： 5mm （用于盛放厢斗的车厢部分） 挡板肋高度： 1051mm （下端部 分分别于车厢大梁、车厢板和 U型钢板焊接） 挡板钢板厚度： 5mm nts - 24 - 挡板宽度： 2350mm 挡板肋宽度： 15mm 挡板肋厚度： 15mm 4.3 摆臂式 垃圾车 厢斗主要参数的设计 与同类产品进行比较， EQ1092F19DJ 底盘垃圾车厢斗载重容积约为106 立方米之间，拟定长 宽 高为 3500 1940 1305，即其容积为： 386.8130519403500 mmmmmmmV 在常用容积之内，即厢斗的长，宽，高选为： 厢斗长度： 3500mm 厢斗宽度： 1940mm 厢斗高度： 1305mm 厢斗钢板厚度： 5mm 厢斗加强肋厚度： 20mm 厢斗加强肋宽度： 30mm 厢斗上摆臂链结点尺寸确定： 厢斗链结点尺寸： 链结点距前后厢斗尺寸： 542mm 链结点高度： 887mm（距离厢板高度） 4.4 摆臂机构的设计计算 摆臂倾斜角，是摆臂在未工作的情况下，摆臂和车厢水平面之间的角度。由同类产品类比，选取摆臂的倾斜角度参数为 46度 。 如 图 4 13所示 ，可以计算出摆臂绞接绕点到摆臂顶端的长度： 图 4 13摆臂计算示意图 nts - 25 - 123050 1 5 0 6 02402c o s 4 6 c o s 4 6A A A 2843.12mm 选 A长度为 2843mm。 式中 1A 是摆臂绕点到铁链轴承相对应的摆臂距离； 2A 是铁链绕点到摆臂顶端点相对应的摆臂距离。 即有摆臂总长度： 6 0 3 0 2 9 3 3AA 总 长 度 (mm) 参照现在生产的同类产品，摆臂旋转绞接点的高度设定为 1050mm 摆臂支点在摆臂上的垂直相交点，选择在离摆臂绕点 800mm 处，可计算出摆臂液压缸的支点到摆臂液压缸支点臂在摆臂上的垂直相交点之间的距离。其计算坐标简图如 4 14所示 。 图 4 14 摆臂支点臂长度的确定计算简图 在坐标图中 O点 为摆臂绕点 ,作为坐标原点； A 为支点臂在摆臂上的投影点 ； nts - 26 - B为支点臂与车厢钢板的接触点。 直线 OA的斜率 K 为： K = 035.146180 ootgn 令 A点的坐标 (X,Y)，有： 2 2 2800xy 同时有： yx 1.035 联立两公式，求得 A点坐标为 ( 555.873,575.329 )。 直线 AB 和 OA垂直相交，即有 AB 的斜率 K为： K = 966.046180 1 ootgn且 AB过 A 点 ( 555.873,575.329 )，有直线 AB 为： 0 . 9 6 6 1 1 1 2 . 3 0 2 0yx 直线 BC为车厢钢板表面所在的直线，由前面的参数选择，有 BC 所在的直线方程： 1 2 7 5 1 0 5 0 2 2 5y 联立直线 AB，求 B点坐标 (X,Y)为： 9 2 0 .6 2 0X 225Y 在直角坐标中 ,求得支点臂长度 AB为： 5 0 7 .1 1 2AB mm 取 507mm。 摆臂链条长度计算 ： 摆臂链条长度的计算可以参照示意简图 如图 4 15所示 。 nts - 27 - 图 4 15 摆臂连接链条长度计算示意简图 由图，结合前面的摆臂长度计算，可以出摆臂的竖直高度 h： ooAh 46s in284346s in 2045.08 mm 即有摆臂轴承中心 A 到摆臂绞接绕点所在水平面的竖直距离为： 8 0 2 0 4 5 . 0 8 8 0OAhh 1965.08 mm AC段对应的竖直高度ACh： 2 2 5 8 7 0A C O Ahh 870.08 mm 则摆臂链条 AC长度为： 228 7 0 . 0 8 3 0 5 0 7 6 2 2AC 1756.62 mm 取 AC长度 1757mm。 摆臂最大旋转角的确定计算 ： 将摆臂静止摆角和最大摆角处的工作状态简化 如 图 4 16 所示 。 nts - 28 - 图 4 16 摆臂静止与最大摆角状态简图 图中 OA 为摆臂绞接绕点到摆臂上滚轴中心点所对应的摆臂长度； BC 为车厢所在的水平面； OD 为摆臂绕点所在的水平面。 由简图，在最大摆角处 ,摆臂滚轴中心到地面的距离，即为摆臂滚轴中心到车厢水平面的距离 AC： 10501275461735 otg nAC 1571.645 在最大摆角处 AD 长度为： 1 5 7 1 . 6 4 5 1 0 5 0AD 521.645 在三角形中，由 5 2 1 . 6 4 5s i n1735c o s 4 6ADOA 0.210 计算 a角为： a r c s i n 0 .2 1 0 o102.12 即有最大转角 A 为： oooA 102.1246180 nts - 29 - oo 45897.121 在许用值 45 180oo内。 摆臂强度刚度及弯曲变形的校核： 摆臂液压缸最大推力的计算： 液压缸最大推力maxF由 maxkGF (4 7) 式中 G 是总质量， 8 3 9 5 9 . 8G m g 82271N ； 为机械效率，取 0.80 。 即有： m a x 2 . 8 6 8 2 2 7 10 . 8 0F 2 9 4 1 1 8 . 8 2 5N 摆臂强度刚度校核 ： 将摆臂工作过程受力示意图简化 如 图 4 17 所示 。 图 4 17 摆臂受力简图 将厢斗及垃圾货物的重力 G 分解为与摆臂平行的1G和与摆臂相垂直的2G，即有： nts - 30 - 1 sinG G b2 cosG G b将液压油缸的推力 F 分解为与摆臂平行的1F和与摆臂相垂直的2F，有： 1 sinF F c2 cosF F c由上面分析，可将摆臂受力等效为直杆压缩（ 如 图 4 18所示 ） 图 4 18 摆臂受力等效的直杆压缩部分 和悬臂梁的弯曲变形（ 如 图 4 19所示 ）的组合。然后分别进行最大轴力下杆件压缩的强度、刚度校核和最大剪力 、弯矩下的弯曲强度、刚度及弯曲变形校核。 图 4 19 摆臂受力等效的悬臂梁弯曲部分 以图 4 17为原形建立直角坐标系， 如 图 4 20所示 。 在坐标图中，将液压缸近似看为水平安装， D 点为液压缸的底座端坐标，从液压缸底座端到摆臂绞接绕点预留 2300mm，结合前面的计算，有nts - 31 - 以下各点坐标： D（ 2300， 225） A（ 800 cos ， sin800 ） 图 4 20 摆臂直角坐标 角 a 和角 b 在摆臂转动过程中其数值大小相等，即 a b，角 c 随着摆臂转角的变化，也变化，需要确定角 a和角 c之间的关系。 对直线 OA，其斜率 180OA t g n t g n 且直线 OA 过 A点，则直线 OA的方程为： 8 0 0 s i n 8 0 0 c o sy t g n x 由直线 BD 与直线 OA相互垂直，即有直线 BD 的斜率： 11BD OA tg n 同时直线 BD过 D 点，有直线 BD 的方程为： 12 2 5 2 3 0 0yxtg n 联立以上两方程
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