运输车液压举重机构的实体设计与分析

学士学位毕业论文（设计）运输车液压举重机构的实体设计与分析学生姓名： 学 号：指导教师： 所在学院：工程学院专 业：机械设计制造及其自动化本科毕业设计任务书题 目：运输车液压举重机构的实体设计与分析 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 车 刚 毕业设计任务书一、毕业设计原始资料1某运输车举升机构的实物。2期刊网关于国内运输车举升系统的发展。32008 年农垦总局重点实验室相关材料。二、毕业设计任务及要求1运输车举升机构是一个较为复杂的机械系统，它的选型、优劣关系到自卸车的整车及举升性能，在样车的投入市场初期，出现了一些质量和设计不合理的问题，因此调研黑龙江省某型号运输车举升机构的应用情况； 2探讨了当今使用率最高的三维CAD软件，通过对国产某型号运输车主要部件结构特点的分析，借助PRO/E软件进行装载机工作装置的三维实体设计，由PR0/MECHANISM和MECHANICA模块，真实地反映其几何形状，还反映各部件空间位置，有效检测工作装置的各部件是否发生干涉，并及时解决问题；改变相应的参数，评估和优化产品在静态和动态性能，从而提高了计算效率。3确定了举升机构各个部件的基本参数与尺寸。重点对举升机构进行运动仿真及对关键部件进行有限元分析，验证设计的合理性，省去了制造样机进行反复实验、修改等环节，缩短了产品的开发周期、提高产品质量和降低产品成本。4尝试对三角板进行校核计算；三、毕业设计工作量1设计说明书毕业设计说明书应包括下列内容：封面、毕业设计任务书、中文摘要、英文摘要、目录、前言、正文、参考文献、致谢、附录、论文评定成绩，并按顺序排列。设计说明书的字数应在 22000 字以上，采用 A4 纸打印。2查阅参考文献查阅文献 10 篇以上，其中查阅与课题有关的外文文献 2 篇以上，并将其中的1 篇文献的摘要的原文和译文（不少于 3000 汉字）附在附录中。3设计图纸毕业设计图纸应符合国家有关制图标准，正确体现设计意图，图面整洁，布置匀称，尺寸标注齐全，字体端正，线型规范。图纸全部由计算机绘制。序号 图 纸 内 容 规格 比例1 总装配图一张 1 号图纸 待定2 三维装配图二张 4 号图纸 待定4其它工作量：（1）国外机型调研一周。四、毕业设计进度安排序号 起止日期 设 计 内 容1 3月 1日 3月 14日 撰写开题报告，开题答辩。2 3月 15日 3月 20日 论文综述的修改。3 3月 21日 4月 04日 确定方案，初步计算。4 4月 5日 5月 23日 总体设计，画图和论文撰写与修改。5 5月 24日 5月30日 毕业设计答辩。6 5月 31日 6月 6日 毕业设计整改。五、参考资料1. ，北京农业大学出版社。 2.中国农业机械化科学研究院 机械工业出版社，2007 年版。3.汽车设计手册中国农业大学出版社。4.机械设计手册 ，机械工业出版社。4.汽车构造学 ，机械工业出版社。5.中国知网电子资源数据库。六、审批意见1教研室意见：教研室主任签名： 年 月 日2 学 院 意 见 ：教学院长签名： 年 月 日目 录摘要 .VABSTRAT .VI前言.1 1.概 述.2 1.1 课题研究的目的 .32.液压举升机构分类与选型.32.1 直接推动式举升机构 .42.2 连杆组合式举升机构 .43. 液压系统参数确定.63.1 车厢的最大举升角 .63.2 确定车厢与车架铰接点 O 的位置 .73.3 根据本厂及配套厂家的现有资源，初选油缸参数。 .74. 前推连杆放大式举升机构技术分析.84.1 液压举升机构运动学分析 .84.2 液压举升机构静力学分析 .135.机构仿真分析.155.1 虚拟样机模型的建立 .175.2 创建约束副和驱动 .175.3 仿真结果与分析 .186. 三角板结构分析.20毕业设计感想.23总结.24结束语.24致谢.25参考 文献.26附录 1.28附录 2.29运输车液压举重机构的实体设计与分析摘要随着科学技术的不断发展，CAD/CAM 技术得到了前所未有的发展，利用CAD/CAE工具对机械系统开展研究已成为一种趋势，从二维几何绘图到三维实体造型以及机械运动仿真和机构有限元分析等功能模块给设计人员提供了十分方便的设计手段。目前，大多数的工厂和学校在进行整机设计时，基本上还停留在静态设计的基础上，还停留在计算机辅助绘图的水平。文章主要基于美国PTC公司的PRO/E(WILDFIRE)软件，是当今使用率最高的三维CAD软件，当机构的结构修改以后，只需要改变相应的参数，让设计人员评估、理解和优化产品在静态和动态性能，从而提高了计算效率。本车举升机构是一个较为复杂的机械系统，它的选型、优劣关系到自卸车的整车及举升性能，在样车的投入市场初期，出现了一些质量和设计不合理的问题，如图5-1所示，本节借助PRO/E软件进行装载机工作装置的三维实体设计，由PR0/MECHANISM和MECHANICA模块，不仅可以真实地反映其几何形状，还能反映出各部件空间位置，有效检测工作装置的各部件是否发生干涉，并及时解决问题；此外，它还能够对举升机构进行运动仿真及对关键部件进行有限元分析，验证设计的合理性，省去了制造样机进行反复实验、修改等环节，缩短了产品的开发周期、提高产品质量和降低产品成本。关键字：举升机构 PRO/E(WILDFIRE) CAD/CAM技术 运动仿真AbstratAlong with the development of science and technology of CAD/CAM technology, the unprecedented development, using CAD/CAE tools for mechanical systems research has become a trend, from 2d to 3d geometrical graphics and mechanical motion simulation and institutions such as finite element analysis function module design personnel to provide a convenient method of design. At present, most of the factories and schools in the design, basically still stay in static design basis, remain in computer aided graphics level. This article mainly based on U.S. PTC company PRO/E) software, is your e-zine (todays top utilization rate of 3d CAD software, when the organization structure after modification, only need to change the corresponding parameter design, make and optimize product evaluation, in the static and dynamic performance, so as to improve the computational efficiency.This is a complex of lifting MECHANISM of mechanical system, the selection of its relationship to the quality and performance of vehicle and lifting tipper, in the initial prototype in market, some quality problems and design unreasonable, as shown in figure 5-1, this section with PRO/E loader working software design, 3d entity device by PR0 / promotion and MECHANICA module, not only can reflect the geometric shape, can reflect the space location, effective component parts of the test device, and whether the interference occurs in problem solving, In addition, it also can exercise of lifting mechanism of key components of simulation and verification on the finite element analysis, the rationality of the design, manufacture and saves the prototype experiment, modify, shortened product development cycle, improve product quality and reduce the cost of product.Key words：The lifting mechanism PRO/E (your e-zine) CAD/CAM technology sports Simulation前言自卸车的车厢分后向倾翻和侧向倾翻两种，通过操纵系统控制活塞杆运动，后向倾翻较普遍，推动活塞杆使车厢倾翻，少数双向倾翻。高压油经分配阀、油管进入举升液压缸，车厢前端有驾驶室安全防护板。发动机通过变速器、取力装置驱动液压泵，车厢液压倾翻机构由油箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。车厢液压倾翻机构由油箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。发动机通过变速器、取力装置驱动液压泵，高压油经分配阀、油管进入举升液压缸，推动活塞杆使车厢倾翻。以后向倾翻较普遍，通过操纵系统控制活塞杆运动，可使车厢停止在任何需要的倾斜位置上。车厢利用自身重力和液压控制复位。自卸汽车是利用发动机动力驱动液压举升机构，将车厢倾斜一定角度从而达到自动卸货的目的，并依靠货箱自重使其复位的专用汽车。按不同的用途自卸车可分为两大类：一类是非公路运输用的重型和超重型（额定装载质量在 20t 以上）自卸汽车。这种自卸汽车主要应用于大型矿山、水利工地等场所，运输的货物通常是由与其配套的挖掘机械来完成装载的。这类汽车也称为矿用自卸汽车。这类自卸车辆在长度、宽度、高度以及轴荷等方面不受公路法规的限制，但同时它也只能在矿山、工地上使用，而不得用于公路运输。另一类是公路运输用的轻、中、重型（装载质量在220t）普通自卸汽车。这种自卸车主要承担着泥土、砂石、煤炭等松散货物的运输工作，它通常也是与装载机械配套使用的。普通自卸车辆有多种分类方法，按运输货物倾卸方向分为：后倾式、侧倾式、三面倾式和底卸式自卸汽车；按货箱栏板结构分为：栏板一面开启式、栏板三面开启式和簸箕式（即无后栏板式）汽车；按装载质量分为：轻型自卸汽车(me3.5t)、中型自卸汽车（3.5t me8t）和重型自卸汽车（me8t） 。1.概 述运输车中自卸车是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆。由汽车底盘、液压举升机构、货厢和取力装置等部件组成。自卸车在土木工程中，经常与挖掘机、装载机、带式输送机等工程机械联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方、砂石、散料的装卸运输工作。新自卸车或大修出厂的车必须进行试运转，使车厢举升过程平稳无窜动。使用时各部位应按规定正确选用润滑油，大大节省卸料时间和劳动力，举升机构严格按期调换油料。按额定装载量装运，严禁超载。自卸车的发动机、底盘及驾驶室的构造和一般载重汽车相同。年来国内自卸车也开始注重在轻量化方面下功夫。但是，出于成本和技术方面考虑，国内的自卸车仍然以普通钢材、钢板为主要材料，而且为了追求超载，通常把车箱做得比较大，如 84 的车型有的车厢做到 8米多长，64 的车型做到 6 .8 米，车厢厚度多为底 10 边 8。在牵引半挂自卸车领域，国内的产品更是稀少。有少部分企业开发出侧翻和后翻的整体式半挂自卸车，但由于半挂车技术落后，车辆长度较大，应用范围受到很大限制。目前国内的卡车制造企业开始注重产品的改装潜力。值得一提的是东风的天龙、天锦，这两款车在底盘设计上与欧洲卡车比较接近，且采用了标准孔设计，方便改装企业改装。不过，对于一些用于中长途土石方运输的自卸车车辆，近年随着治理超载，国内重型车飞速发展，在车型以及产品结构方面都发生了巨大的变化。在这一过程中自卸车也得到了发展，特别是在种类、结构、车辆材料方面都发生了翻天覆地的变化，出现了很多新品种，如专用的矿用自卸车、市政土石方运输车、大容量的运煤自卸车以及工程恶劣路况用车等。值得注意的是，这些产品中逐渐引入欧洲的技术理念，从原型设计到结构和材料的应用，开始注重借鉴欧洲的成熟经验，并结合国内的市场实际，表现出自身的一些特点。欧洲车辆的标准化程度较高，许多企业都采取总成模块化设计理念，一些集成化的零部件如护栏、爬梯、备胎架、保险杠总成等均由专门的零部件厂商提供。这些标准化和模块化的零部件造型独特、美观大方。整车生产企业采用螺栓等可拆卸的装配方式，将这些集成零部件与整车装配，极大地提高了生产效率，也方便了维修。专用自卸车是在大型工程中，最有效、最合理的运输工具之一，是完成专项作业的移动设备。它不仅满足交通运输的一般要求，还能更好的适应工作地点的环境。更能克服一般运输车辆不足的缺点。专用自卸车主要是在已有底盘上进行改装，安装专用的设备，如专用车厢，举升机构，液压缸，等。随着经济社会的发展，自卸车在我国经济发中确立其重要的地位， 尤其是 适用于各类矿山、水利工程，承载能力强、转弯半径小的重型车需求量尤为明显 。本论文主要从专用的整体设计出发，主要写了液压系统举升机构的设计并且确定自卸汽车最大举升角应保证货物彻底卸净， 并使车厢和底盘不发生干涉，通过计算， 对卸汽车最大举升角的规定进行确认，对自卸汽车的重要部件如液压系统,进行了定性的分析，以确定举升力的大小、达到设计载荷是所需的要求,，并对车厢的长、宽、高进行了计算设计，以达到底盘最大总质量的的要求，使自卸车的前后轴的载荷在最大承载质量的范围之内。 自卸车以其自 20 世纪以来，不断发展日趋完善，已经成为当今货物运输的主要车辆之一，自卸车具有高度的机动性和卸货机械化等优点，通常与铲式装载机挖掘机或皮带运输机等配套使用，实现装卸机械化，从而大大缩短装卸时间，提高运输效率并可节省劳动力，减轻劳动强度。目前，随着国民经济的迅速发展，国内需求的持续扩大，尤其是我国实施西部大开发战略以来，我国自卸车汽车市场取得了飞速的发展。今后，随着制造业的发展，自卸车不断采用新材料、新工艺、提高其质量利用系数，具有较大的速度范围和较高的传动效率，操纵与控制更方便更完善，在城市建设、服务和高等级公路运输方面将有更广的用途。1.1 课题研究的目的装 载 车 厢 能 自 动 倾 翻 一 定 角 度 卸 料 ， 大 大 节 省 卸 料 时 间 和 劳 动 力 ， 缩 短 运输 周 期 ， 提 高 生 产 效 率 ， 降 低 运 输 成 本 ， 是 常 用 的 运 输 专 业 车 辆 。 随 着 我 国经 济 的 不 断 发 展 ， 尤 其 是 自 2001 年 11 月 10 日 起 ， 中 国 正 式 成 为 WTO 成 员国 ， 国 内 市 场 逐 渐 开 放 。 同 时 ， 我 国 亦 确 立 了 以 扩 大 内 需 为 主 的 经 济 政 策 ， 实施 西 部 大 开 发 战 略 ， 加 大 对 基 建 项 目 的 投 资 力 度 ， 农 林 牧 渔 、 采 矿 、 水 利 、 军工 、 环 保 、 商 业 运 输 、 交 通 、 通 讯 、 金 融 、 机 场 、 电 力 、 城 市 建 设 和 石 油 开 采等 行 业 均 快 速 发 展 ， 使 各 种 类 型 的 专 用 车 需 求 量 大 增 。 在 广 大 城 乡 的 沙 场 、 矿山 、 工 地 及 一 般 的 土 木 工 程 等 的 运 输 作 业 中 ， 轻 型 农 用 自 卸 车 以 其 灵 活 机 动 、价 格 低 廉 的 优 点 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 举 升 机 构 是 轻 型 农 用 自 卸 车 卸 料 作 业 的 关键 部 件 ， 它 直 接 影 响 着 轻 型 农 用 自 卸 车 的 整 车 性 能 和 举 升 性 能 ， 是 自 卸 车 设 计时 首 先 需 要 解 决 的 问 题 。 液 动 举 升 机 构 是 工 程 自 卸 车 常 用 的 一 种 举 升 机 构 ， 它实 际 上 是 一 种 演 化 形 式 的 四 连 杆 机 构 ， 通 过 外 力 （ 液 压 举 升 油 缸 施 加 ） 作 用 实现 四 连 杆 运 动 ， 从 而 实 现 将 货 物 倾 卸 的 目 的 。2.液压举升机构分类与选型现在广泛采用液压举升机构，根据油缸与车厢底板的连接方式，常用的举升机构可以分为直接推动式和连杆组台式两大类，介绍如下。2.1 直接推动式举升机构油缸直接作用在车厢底板上的举升机构称为直接推动式举升机构，简称直推式举升机构。按举升点在车厢底板下表面的位置，该类举升机构又可分为油缸中置(图2-1a)和油缸前置(图2-1b)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。 图2-1 直接推送式举升机构Fig.2-1 The lifting mechanism of direct-push model2.2 连杆组合式举升机构油缸与车厢底板之间通过连杆机构连接的举升结构称为连杆组合式举升机构。生产实践表明，连杆组台式举升机构具有很大的优越性。根据油缸的安装特点，连杆组台式举升机构又可分为油缸前推(后推)连杆放大式、油缸前推(后推)杠杆平衡式、油缸浮动等多种结构型式。（1）油缸前推连杆放大式(马勒里式)举升机构该种举升机构(图2-2所示)通过三角板与车厢底板相连，车厢的举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；当达到最大举升角度时，油缸几乎处于垂直状态，车厢上升到最高位置不易倾下，稳定性好；油缸最大推力较小，油压特性好。但整个机构较庞大，油缸在举升过程中的摆角较大，工作行程较大。图2-2 前推连杆放大式举升机构Fig.2-2The lifting mechanism of lever magnify model from the forward（2） 油缸前推杠杆平衡式举升机构该种举升机构(图2-3所示)通过拉杆与车厢底板相连，举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；初始时拉杆几乎是垂直顶起车厢，因此机构运动性能好。但该机构三角形连杆的几何尺寸较大，结构不紧凑，油缸摆角较大，工作行程较大，液压管路不易布置。图2-3前推杠杆平衡式举升机构Fig.2-3The lifting mechanism of lever balance model from the front（3）油缸后推连杆放大式(加伍德式)举升机构该种举升机构(图2-4所示)通过三角板与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；举升支点在车厢几何中心附近，车厢受力状况较好。但该机构举升力系数较大，工作效率较低。图2-4 后推连杆放大式举升机构Fig.2-4 The lifting mechanism of lever magnitude model from the behind（4）油缸后推杠杆平衡式举升机构该种举升机构(图2-5所示)的油缸下铰点、三角板的固定铰点、车厢翻转铰点几乎均匀分布在副车架上，减少了车架后部的集中载荷；同时，这种三点支承方式有利于改善机构的整体横向刚性。举升过程中油缸摆角小，机构的工作效率也较高，但机构举升力系数较大，使相同举升质量所需举升力较其他举升机构大。图2-5 后推杠杆平衡式举升机构Fig.2-5The lifting mechanism of lever balance model from the behind（5）油缸浮动式举升机构图2-6 油缸浮动式举升机构Fig.2-6 The lifting mechanism of float model该种机构(图2-6所示)油缸的一端直接与车厢底板相连，另一端不是固定在车架上，而是可以随着车厢的翻转而运动，故称为油缸浮动式举升机构 该机构的拉杆也与车厢底板直接相连，举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好，工作效率较高。但该机构几何尺寸较大，结构不紧凑,举升过程中油缸摆角较大，使得液压管路难于布置。由以上分析可知，现在的液压举升机构有多种型式，每种型式的性能各有千秋，要因车而异，合理选用，选用的原则是:首先必须充分考虑车辆的使用条件和环境；其次要考虑制造工艺；最后要兼顾成本。根据本车的使用特点和环境来看，工作条件差，用户经常严重超载，经常在无路的环境中工作，尘土多，维修条件差，对价格方面的要求是造价低，性价比要求高，车辆离地间隙较大(大于200mm)，建造纵深小，选用横向刚度好、举升转动圆滑、车厢骨架受力均衡、维修简便、具有寿命长、密封工艺好、不易泄漏、制造成本低、超载能力强等优势的前推连杆放大式举升机构较为合适，即小的装载质量、大的超载系数和良好的经济性能。3. 液压系统参数确定连杆组合式举升机构从其设计原理上讲属于一种演化了的四连杆机构,机构的组成部分有:车厢、车架、拉杆、三角臂和液压油缸，设计涉及到6个铰支点，如图3-1所示，使系统具有良好的油压特性曲线，保证设计所限定的参数，避免工作期间的液压冲击，保护液压元件，改善机构各部件的受力状况，给部件以合理的强度储备,首先确定自卸系统的性能和尺寸参数。图3-1 整车举升机构简图Fig.3-1 The diagram of the lifting mechanism of the whole vehicle3.1 车厢的最大举升角一般货物都有一定的安息角，各种货物的安息角取值如表3-2所示。在设计时要求最大举升角必须大寸装载货物的安息角，最大举升角取的越大卸货越可靠，但连杆式举升机构的行程放大系数也就越大，在液压油缸伸长量不变的情况下，势必将增大举升三角臂的尺寸，使举升机构的布置空间更加紧张，这将无益于建造纵深的降低。在对市场和用户进行调查研究的基础上，该车型的车厢的最大举升角为 50。max表3-2 常见的货物安息角Fig.3-2 The rest angle of familiar goods物料名称 煤 焦炭 粘土 细沙 粗沙 水泥 铁矿石 石灰石安 息 角 27 45 50 50 30 35 50 40 5040 45 40 453.2 确定车厢与车架铰接点 O 的位置在使车厢举升至最大举升角时不与纵梁干涉，保证车厢后栏板距地面符合的高度要求的前提下，确定出车厢与车架铰接点O的位置。3.3 根据本厂及配套厂家的现有资源，初选油缸参数。安装距 =810mm，油缸工作行程 =510mm，直径 =110mm，系统压力0LL180MPa，为建立后续举升机构仿真优化设计的平台，使举升机构的运动和动力仿真分析在此基础上进行，作图图解表示如下：图3-3 举升机构图解Fig.3-3The illustrate of the lifting mechanism通过作图法并参照以前的布置经验，确定的举升机构在初始位置 =0时的位置坐标为：O点（0，0）、D点（1230，80）、E点（1382，-100）、C点（1755，225）、A点（2225，120）、B点（2265，550），考虑到转轴直径及安装尺寸，C点到车厢底面的安装距离初定为105mm，举升机构局部原理三维视图如下：图3-4 举升机构三维原理视图Fig.3-4 The three-dimensional principium picture of the lifting mechanism4. 前推连杆放大式举升机构技术分析举升机构是一个动态的工作过程，在分析机构载荷时，应对整个工作过程的任意举升角 时的情况进行分析，比较不同角度时的油缸推力和主要构件的负荷。对举升机构进行运动学和力学分析，对举升机构各构件运动参数之间的关系进行分析，建立车厢在运动过程中各参数在任意举升角的数学关系，并且建立举升力与各铰接点处运动副支反力关系方程，为后面的机构运动学和动力学仿真提供相关的理论基础和依据。 4.1 液压举升机构运动学分析图4-1为举升机构在任意举升角位置时的机构简图，线段AD代表液压缸，缸体与活塞杆组成移动副，整个机构的自由度为1，虚线为车厢处于水平位置时整个举升机构的位置关系。图4-1 油缸前推连杆放大式举升机构运动简图Fig.4-1 The moving diagram of the lifting mechanism of the lever magnify model from the front其中，车厢与车架和举升三角臂的铰接点为0、C；拉杆与车架和举升三角臂的铰接点为D、A；液压油缸与车架和三角臂的铰接点为E、B；G点为车厢与举升质量的质心点，为便于分析计算和在设计中侧重于安全，假设举升过程中举升质量的质心相对于车厢的位置不变，即OC长度不变。这样在整个举升过程中举升重量不变，求得的举升力系数具有较好的可比性。以车厢与车架的铰接点为坐标原点建立图5-11所示的直角坐标系，X轴的正向指向车辆的前方，Y轴的正向指向上方，A0、B 0、C 0、D、E和G 0为构件铰接点在车厢举升角 =0时的位置，此时各点坐标为A( , ),B( , ),C( , ), D( , ),E( , ),G( , )；xAyBxy0Cxy0Dxy0Exy0GxyA,B,C,D,E,G为构件铰接点在车厢举升角 时的位置，各铰接点的位置坐标设定为:A( , ),B( , ),C( , ),D ( , ),E( , ),G( , )，其ABCDEG中D和E两点在运动过程中固定，故 = ， = ， = ， = 。0DxOy0xOyE首先，进行举升机构的位置分析研究，即：（1）拉杆AD的长度: （4-1） 22)()(DOADOADyL举升三角臂的三边长度如下: AC边的长度: （4-22)()(COACOACx2）AB边的长度: （4-22)()(BOABOAByL3）BC边的长度: （4-22)()(COBCOBCx4）举升过程中液压油缸的总长度( ):BEL（4-22)()(EBExyL5）举升机构运动过程中，液压油缸的伸长量(s): s= -810；BEL(2)车厢转角为最大转角内的任意值 时，C、G两点的坐标:C点坐标( ， )由下式求得:cxy（4-sinoCOCOc6）= （4-CycossinCOOyx7）质心G点的坐标( )由下式求得:G,（4-sincoOOyx8）（4-ssi= yGGOO9）(3)举升角为 时，A点的坐标，解方程组:（4-ADOADLyx220)()(10）（4-ACACA22)()(11）即可求出A点的坐标 Ayx,(4)举升角为 时，B点的坐标:解方程组: ABAALyx22)()(（4-CBCB12）即可求出B点的坐标 Byx,(5)直线AD和BE的解析方程表达式分别为:（4-ADAxxy13）直线A OD的斜率: AODyk3BEBxyx直线BE的斜率: yk4对于上述两个方程，联立即可求解出AD和BE两直线的交点P的坐标值 ),(Pyx(6)O点到直线PC的距离（4-221 )()(CxyxLPcPpc14）(7)A点到直线BE和PC的距离（4-222 )()( )()( EBEB BEAEA xyxyxyxL15）（4-223 )()( )()( CPCP PCACA xyxyxyxL16）(8)对于质心G点，当车厢放平状态时角 的值为： （4-GOxyarctn17）O点到质心G作用力方向的距离 （5-)cos(2GOyxL18）(9)C点直线BE的距离（4-224 )()( )()( EBEB BECEC xyxxyxL19）C点直线AD的距离（4-225 )()( )()( DADA ADCDC xyyxyxL20）(10)车厢在任意举升角时POC大小的确定如图5-11所示， ，COOxyXarctnPxyXarctn所以， COpPCrtrt因此， PCOOxyxyPCarctnarct线段PC的长度: 22)()(PCyL线段OP的长度: POx由正弦定理得: LOPCsinsin因此可求得 的值为： （4-PCOLsinarci21）其次，进行举升机构的位移、速度和加速度分析研究：图4-2为以车厢与车架铰接点为原点建立的XOi复平面直角坐标系，各向量方向的设定如图所示，各铰接点角位移的度量是以X轴的正方向为基准，顺时针方向为正。图4-2 复平面直角坐标系Fig.4-2 The right angle coordinate system of compound plane(1)分别确定油缸BE、拉杆AD和举升三角臂ABC的角位移 ，即为角位移模型，321,在四边形DOCA中，得关系式： （4-3462 iiii ellell22）在四边形DOCB中，得关系式： （4-3451 iiii llll23）根据机构的运动规律和位置，可推导出构件在任意时刻的角位移:（4-EBxyarctn21EBx24）（4-DAxyarctn2DAx25）（4-CAxyarctn23CAx26）在实际机构中， 位移值为 的情形是不允许出现的情况。(2)角速321、 2度模型的建立:约定 ， ， ，)cos(231m)sin(23m)cos(243m， ， ，in44co106in1306，)(17 )i(48将式（5-22）和式（5-23）方程两边分别对时间t求导，整理后求解可得:（4-1746301lwl27）（4-264132lm28）（4-234lw29）（4-824364304mllv30）其中， （ 为液压油缸初始长度， 为液压油缸在举升过程中的伸长sl1l s量）， 为油缸在举升过程中的伸长速度，设其为匀速。tsdv/（3）角加速度模型的建立角加速度为角位移的二阶导数，将(式5-22),(式5-23)方程两边分别对时间t求二阶导数，将求导后的方程组整理求解得:（4-118247462530301 lvmlamlal 31）（4-242343132llalal 32）（4-233244123mllalla33） 6243082432160624308243 714 )( mllmllla （4-34）4.2 液压举升机构静力学分析在液压举升机构中，因举升速度较低，故不考虑惯性力和惯性力矩，整个机构除去初始与停止两位置在运动过程中为近似匀速运动，将其视为低速匀速运动，符合杆组的静定条件，可将机构各构件编号进行受力分析，如图4-3所示:图 4-3 举升机构各构件的编号示意图Fig.4-3 The number sketch map of every component in the lifting mechanism1.车架 2.拉杆 3.液压油缸 4.举升三角臂 5.车厢在图4-3中，接点0、D、E连接在车架1上，对于举升三角臂、拉杆和油缸等构件，它们的质量与举升质量相比不及其百分之一，可忽略不计，因此油缸BE和拉杆AD可简化为一个二力杆，两端受力大小相等，方向沿杆件的轴线相反。设构件4对构件5的作用力表示为 ，则构件5对构件4的作用力表示为 ， ，F54F54车厢的举升角为50，其举升时间20s，车厢的举升过程近似为匀加速运动，举升转动惯性半径小于2m，各铰接点的润滑良好，摩擦系数小于0.15，铰接点的轴销直径小于40mm，因此对于整个举升机构，在举升过程中尤其是举升初期，各构件(包括车厢)自身的惯性力矩和各铰接点的摩擦力矩对整个举升力矩影响极小，可将其忽略不计。（1） 以车厢为研究对象，其受力图如图4-4所示:图4-4 车厢受力分析Fig.4-4The endured-force analysis of the carriage 假设装载货物与车厢的总重力作用点在举升过程中相对于车厢位置不变，构件4对构件5的作用力方向F 45通过AD和BE线的交点，根据力的平衡原理和力矩平衡原理可得：，GLF145 544F所以 （4-35）（2）以三角臂为研究对象，受力图如图4-5所示：图4-5 三角臂受力分析Fig.4-5The endured-force analysis of set square举升三角臂受到三个力的作用，AD、BE构成二力杆，作用方向如图4-5标示，并且三个力组成平面汇交力系。（3） 以油缸整体为研究对象，受力图如图4-6所示：图4-6 油缸受力分析Fig.4-6The endured-force analysis of the hydraulic cylinder对A点取矩时有 23454LF同理有 ， ，234LF54433F所以 （4-23536）（4） 以拉杆为研究对象，受力分析如图4-7所示：图4-7拉杆受力分析Fig.4-7The endured-force analysis of the bar同理有 ，43524LF422F所以 （4-537）5.机构仿真分析PRO/MECHANICA MOTION模块是一个完整的三维实体静力学、运动学、动力学和逆动力学仿真与优化设计模块，是机构运动分析强有力的工具，机械系统运动仿真的一般过程如图5-1所示。总体设计建立运动模型设置运动环境分析运动机构获取分析结果建立连接连接轴设