专用车设计论文.doc

合肥工业大学毕业设计目录摘要：1英文摘要：.21. 引言1.1课题研究的目的和意义1.2课题研究的主要内容1.3预期的结果2.整车总体布置2.1总体布置的要求和特点2.2确定整车总体参数2.3底盘改装部件的布置2.4取力器的布置3.自卸车主要参数的选择.3.1自卸车主要尺寸参数的选择3.2整车质量参数估算3.3主要性能参数的选择4.总布置图的绘制.4.1整车布置基准线的确定4.2前轴落差的确定4.3各总成的布置6.自卸车主要性能计算.6.动力性能.6.2燃油经济性 .6.3静态稳定性.6.4汽车操纵稳定性的路上试验.总结.谢辞.参考文献摘要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，但总体上讲，目前我国自卸车技术与发达国家相比还处于较低水平，主要表现在材料，结构，工艺，技术含量，耐久性，舒适性乃至安全性等方面。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、举升机构的布置、取力器的设计等方面完成HFC3060自卸车的总体布置设计，并对主车副车架进行了改装与设计。对整个HFC3060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 动力性能AbstractAlong 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, But generally speaking, compares with the developed country, our country dump truck technology is in the low level, mainly displays in the material, the structure, the craft, the technique content, the durability, the comfortableness and even the security .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 HFC3060 auto unload vehicle. Also, I refit and designed the vice-car stalk. To whole HFC3060 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 organization power performance31. 引 言近年来，随着国民经济的快速发展、基础设施建设的迅猛发展以及我国汽车工业的飞速发展，我国专用车市场也得到迅速发展呈现出繁荣的景象。为了满足国内各种需求和促进国民经济的发展，对专用车产品技术含量和附加值的要求越来越高。在汽车制造市场竞争日益激烈的今天，国内目前专用车的品种还较少，而且重、中、轻，高、中、普、特、新比例严重失调，大多数企业只能生产中型普通专用车、其他类型的专业车产量仍较少且功能简单。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迅猛发展，自卸车近年来一直保持较高产销量，我国生产的自卸车，仍大多是采用东风、解放、斯太尔、依维柯等普通载货(客)车底盘，经过调整轴距等小幅度的改动进行改装的，根本谈不上特种车专用底盘的技术储备；生产出的大部分自卸车仍基本是技术含量低、售价低的劳动密集型的普通低吨位自卸车。国外最早发展专用汽车产品的是美国和西欧的一些国家，其专用汽车的生产组织形式多样化，多品种，小批量，厂家多、规模小，零、部件专业化生产。其专用车生产技术处于国际领先地。目前国内自卸车存在一些问题底盘的一些结构不合理，技术含量、附加值、可靠性还不够多。本课题运用汽车理论和汽车设计知识，在HFC1061二类汽车底盘的基础上，通过改装设计完成自卸汽车总布置的优化设计。1.1 我国自卸汽车的发展趋势 未来我国自卸汽车的主流市场将主要集中在城市建设、服务和高等级公路运输、管理两大板块，自卸汽车的发展将主要呈现以下几大趋势： 1)产品品种多样化趋势。 从品种上看，发达国家如德国的自卸汽车品种有6000多种；从需求量上看，目前德国、日本、英国等国也是完全根据市场和用户的需要而进行生产的。正是由于自卸汽车服务的广泛性和专业性，才形成了专用车多品种的特点。据统计，目前我国自卸汽车已达228个种、1553个品种。由于各行业的特点不同，对具体品种的需求量也不同。自卸汽车市场可以出现多个热点同时并存的局面，从而形成市场的多元化，为生产企业提供广阔的发展空间。 2)轻量化。自卸汽车新材料和新工艺的采用将大大减轻自重、提高运输效率，推动和促进自卸汽车的发展。欧美专用车企业对铝合金及不锈钢材料的罐体、厢体的应用已有20多年历史，日本企业也已经在专用车的上装部分大量应用铝合金等轻型材料，而轻型材料在我国自卸汽车行业的应用才刚刚起步。这意味着，我国的自卸汽车产品也将朝着这个方向发展，只不过轻量化发展的速度会因为不同的国情而有所不同。 3)节能环保化。国际国内油价的不断攀高、全国各地不断出现的“油荒”和气候变暖，使节能、环保成为整个社会关心的主题。我国也推出了一系列措施政策推动环境的改善，汽车的节能、环保也成为不可逆转的发展趋势。对用户来说，节油关系着他们切身的经济利益。环保要求推动了动力技术的更新，电子燃烧喷射和共轨技术将得到更广泛的应用。 我国自卸汽车的发展经历了快速发展过程，虽然存在不少困难和问题，但随着我国经济的进一步发展，以及国家各项政策的落实，在全行业的共同努力下，我国自卸汽车产业一定会走上更加健康的发展之路，赶上世界发达国家的发展水平，在国际市场上扮演更加重要的角色，由中国制造走向中国创造。 1.2课题研究的目的和意义自卸车性能的优劣不仅取决于组成汽车的各部件的性能，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于总体布置。总布置设计是是汽车产品设计中一项很重要的环节，是一项贯穿从商品策划直到汽车投入批量生产为止的整个过程的设计工作，是一个反复协商和调整的过程。对于自卸车产品的设计、制造及使用来说，自卸车的整车布置是否合理是非常重要的。一个好的整车布置，可以缩短设计时间，减少因设计不当导致的材料浪费、工期延长、售后赔偿等问题；相反，一个考虑不周的整车布置会导致大量人力、物力的浪费，甚至导致整个自卸车产品出现颠覆性的问题，造成大量售后赔偿的发生。 自卸车在整车布置时需注意的问题很多，要考虑自卸车的使用要求，选取合适的货箱尺寸；要考虑校核整车的轴荷分配、货物倾卸过程中的运动干涉问题及整车的侧倾问题。只有综合考虑这些问题，合理进行上装布置，才能为以后自卸车零部件设计打下良好的基础，取得事半功倍的效果。1.3课题研究的主要任务 (1) 从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供整车参数和设计要求；(2) 对各部件进行合理布置和运动校核；(3) 对整车性能进行计算和控制，保证自卸汽车主要性能指标实现；(4) 协调好整车与总成之间的匹配关系，配合总成完成布置设计，使整车的性能、可靠性达到设计要求。1.4自卸汽车设计过程（1）调查研究与初始决策：选定设计目标，并制定产品设计工作及方针原则。（2）总体方案设计：根据所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出整车设想，即概念设计（concept design）或构思设计。（3）绘制总布置草图，确定整车主要尺寸、质量参数与性能以及各总成的基本形式。 （4）改装后车身造型设计及绘制车身布置图：制作相应的造型的1：5整车模型；从中选优后，再制作1：5或1：1的精确模型。（5）编写设计任务书；（6）自卸汽车总布置设计； （7）试制、试验、定型。1.5 预期的结果（1）学会收集并分析资料的能力，挖掘资料的深层的信息。（2）锻炼分析问题和解决问题的能力（3）巩固大学期间所学的知识并加以综合运用；（4）了解自卸汽车的开发改装流程和各部分程序；（5）熟悉车辆各部分构造及其整体装配，为以后的工作打下坚实的基础2自卸车整车总布置2.1自卸车总布置的要求和特点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、举升工作装置、其它附件与所选定的HFC1061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) 满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥在布置举升机构时避免油缸过长大于主减速器的离地间隙，成为底盘离地间隙的瓶颈。为了降低这一指标，可以选取合适举升机构形式，使其离地间隙大于主减速器离地间隙。所以在进行总布置时，要从多方面综合考虑。2) 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。HFC1061轴距不改变，因为改变轴距必须对备胎、自卸油箱、安全支撑杆等其它附件的布置的位置作出适当调整。为了满足自卸车举升工作时稳定的性能要求，需要截短HFC1061底盘的后悬。改变的原则是不影响整车性能。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) 避免工作装置的布置对车架造成集中载荷对于车架总成来说，纵梁首先应满足整车的强度要求，而合理布置横梁及其连接形式则是保证车架具有足够扭转刚度的必要条件，同时车架横梁又是底盘一些总成的安装基体，因此在确定各横梁的位置前必须充分考虑到整车各总成的布置情况，保证其安装的方便性。图2-1 主车架纵梁载荷状态比较5) 尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量 由于自卸车增加举升工作装置，使得整备质量比同类底盘的普通货车要增加。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，是自卸车改装设计过程个要追求的主要指标之一。6) 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确定自卸车总体参数自卸汽车尺寸参数主要有：轴距、轮距、外廓尺寸(车辆长、宽、高)等，如图2-2所示自卸汽车HFC1060底盘上改装，因此其轴距，前悬，后悬，接近角1等参数需加以改动以符合自卸车的性能标准。图2-2 自卸汽车的主要尺寸参数2.2.1自卸车容积的确定自卸车容积的确定对于自卸车的整车布置具有非常重要的意义。因为只有确定了自卸车容积，才能根据货物的重心位置、整车的轴荷分配等情况，确定车箱的长度和高度，对货箱的位置进行确定。在确定自卸车的容积前，必须了解该自卸车的使用环境、用途。例如，自卸车在平原使用时，用户在实际使用过程中超载量较大，车箱容积一般较大；自卸车运输的货物种类不同时，货物的密度、安息角不同，对车箱容积、车箱的最大举升角的要求也不一样。明确货物种类及目标载重后，即可开始确定车厢容积。例如，有一款自卸车被用于某露天矿坑，货物的密度，目标载重量3.5t，可按以下公式计算车箱容积：（2-1）式中:V为车厢容积，; 为目标载重量，kg；为修正系数（货物装载时，会多堆出一些，车厢栏板高度越高，取值越小），这里取0.6；为货物密度，。计算可得，车箱容积为4.67。2.2.3自卸车轴荷分配自卸车轴荷分配设计在整车布置时应根据汽车的布置型式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分配。由于自卸车的自身特点，其轴荷分配的情况与普通载货车轴荷分配的情况不一样。首先，为了满足轮胎磨损均匀的要求，希望满载时每个轮胎负荷大致相等。轮胎的负荷能力表2-1 全钢丝子午线载重汽车轮胎负荷能力表 表2-1轮胎规格名称最大负荷，kg最大充气压力，kPa单胎双胎前轴后轴6.00R157206054604206.50R158206854604206.70R159007605304907.00R1510008405304906.50R169357905304907.00R1610558905304907.50R1612101020530490目前，自卸车的驱动方式主要有4x2、6x2、6x4、8x4等形式，且后桥基本不存在单胎结构。可以根据自卸车结构特点，大致算出自卸车的轴荷分配。（2-2）式中，为前轴标准负荷，kg；为后轴标准负荷，kg；为前轴轮胎数；为后轴轮胎数；G1为单胎最大负荷，kg；为双胎最大负荷，kg；为前轴负荷率；为后轴负荷率。根据公式，计算得出轴荷分配如表2-2所示。 自卸车计算轴荷分配 表2-2驱动形式轮胎规格名称轮胎数负荷率，%前轴后轴前轴后轴4262647.00R157.50R167.00R157.50R167.00R157.00R167.50R162244222444488837.337.254.354.222.922.922.962.762.845.745.8其次，在确定轴荷分配时，还要充分考虑汽车的结构特点及性能要求。例如:重型矿用自卸车的轴距短、质心高，制动或下坡时质量转移会使前轴负荷过大，故在设计时可将其前轴负荷适当减小，使后轴负荷适当加大。为了提高自卸车在松软路面和无路地区的通过性，其前轴负荷应适当减小，以减小前轮的滚动阻力。为了正大后驱动轮的附着力，保证良好的汽车操控性，前轴负荷也应适当减小、另外，如果重心过于靠后，自卸车在上坡时质量转移会使前轴附着力过小，导致转向失灵甚至后倾，这对于自卸车的使用来说非常危险的。综合考虑，自卸车的轴荷分配按表2-3选择较为合适： 自卸车的满载轴荷分配 表2-3驱动形式车型满载，%前轴 后轴424262648442后轮双胎，长头式42后轮双胎，平头式62双前轮单胎，后轮双胎64前轮单胎，双后轮双胎84双前轮单胎，双后轮双胎2527 73753035 65704548 52551925 75813136 6469当然，在实际设计中由于许多因素的影响，上述要求只能近似地满足。2.2.4 车箱长度设计有前面的计算可知车箱容积为5.42。由该车的用途、使用条件及表2.1，取前轴的轴荷为总轴荷的37%。根据底盘尺寸参数以及参考同类车型，车厢宽度取为2000mm，高度为600mm。考虑车厢栏板厚度，车厢内壁宽度为1900mm，高度600mm。计算得出，车箱内壁长度=4096mm，故取车厢内壁长度4100mm，外尺寸长度为4200mm。2.2.2自卸车轴距，前后悬的确定由于使用的是江淮HFC1061二类底盘，其底盘技术非常专业和成熟，所以为了保证其整车优良性能，对前悬和轴距不加以改变，为了满足自卸车举升工作时稳定的性能要求，需要对HFC1061底盘的后悬加以改变。图2-3底盘力学分析图（2-3）已知汽车整备质量3500kg，汽车重心至前轮1580mm,重心至地面660m，所以=2235m 车厢长度取4200m4600m考虑到超载载质量取3500kg7000kg自卸汽车车厢最大举升角在5060之间选取计算得出为1117.5m2235m，为1050m1472m,临界点为2167.5m+3707m+根据力学原理，自卸车要保证卸货时动态稳定，不能前轮离地。所以在HFC1061上改装时需要截短后悬，根据公式可得最小临界点为2167.5m+，而截短后悬L=2167.5m+，因为0m，所以只要截短的后悬L2167.5mm就能保证自卸车卸货时稳定，不至于前轮离地发生危险。根据车厢长度，初步选取底盘后悬为950mm，整车后悬为1160符合条件图2-4车箱布置示意图车箱长度初步确定后，还需根据底盘参数进行进一步调整。若整车后悬长而底盘后悬短，则会造成车箱后悬过长。当自卸车为后倾式结构时，后板在运动过程中会与地面发生干涉，如图2-5所示。图2-5 后半干涉示意当该车底盘后悬为950mm，后板厚度为50mm，车箱内空宽度为1900mm，车箱后悬长度=210mm，车箱高度=600mm。，通过计算得出该车初步设计，后板在运动过程中不会与地面发生干涉。 由该车的用途及使用条件，取该车的翻转角为45。根据改装的副梁及车箱结构，可用作图法校验，车箱举升到最大角度时，后板与地面是否干涉。步骤如下：a. 以车箱翻转轴为中心，使整个车箱翻转45；b. 以后板翻转轴为中心，以后板最低点为半径划弧；c. 检验所画圆弧是否与地平线相交d. 如果车箱举升到最大角度时，后板与地面干涉，则需减少车箱长度，或采用两段式后板挂臂。2.2.4质量参数装载质量对装载质量，要考虑以下两方面：1) 用途和使用条件 如对于货流大，运距长的运输，则宜采用大吨位车辆，以便于提高生产率、降低运输成本；而对于货流多变、运距短的运输，则宜采用中、小吨位车辆。2) 合理分级 在装载吨位级别上，要分布合理，以利于专用车产品的系列化、通用化和标准化。对于同一底盘，在设计时应尽量提高装载质量。额定装载质量是自卸汽车的基本使用性能参数之一。目前，中、长距离公路运输趋向使用重型自卸汽车，以便提高运输效率、降低运输成本，额定装载质量一般为919t；而承担市区或市郊短途运输的自卸汽车额定装载质量为4.59t。同时，还应考虑到厂家的额定装载质量的合理分级，以利于产品系列化、部件通用化和零件标准化。此外额定装载质量还必须与选用的二类货车底盘允许的最大总质量相适应。HFC3060是承担市区或市郊短途运输的自卸汽车，综合考虑其额定转载质量范围和HFC3060的最大总质量，并参考其他自卸车，确定其装载质量3500kg。整备质量所谓整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水，但未载人和载货时的整车质量。整备质量是一个重要设计指标，对运输型专用汽车的动力性和经济性有很大影响。据估计，载重汽车整备质量减少10，可使经济性提高8.5。因此从设计原则上讲，应减少整备质量，尽量采用轻质金属材料和非金属材料，减少原材料消耗，降低制造成本。当然整备质量在设计时要受到一些条件的制约，如车辆使用的公路条件、原材料质量、制造工艺水平等，这些方面都需要综合考虑。自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却掖的空车质量。它一般是：二类底盘整各质量与改装部分质量的总和，是自卸汽车总体设计的重要设计参数之一。综合以上因素，根据HFC1060的整备质量并考虑改装部分质量，确定HFC3060的整备质量。总质量自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却掖的空车质量。它一般是：类底盘整各质量与改装部分质量的总和，是自卸汽车总体设计的重要设计参数之一。自卸汽车总质量是指装备齐全，包括驾驶员，并按规定装满货物的质量。其值可按下式确：（2-4）式中：自卸汽车总质量；自卸汽车整车整备质量； 装载质量； 驾驶员质量，按计算。对于本文设计的HFC3060,其总质量为：自卸汽车质量利用系数是指装载质量，与整车整备质量之比（2-5）该系数是一项评价汽车设计、制造水平的综合性指标。因此，新车型设计时，就应力求采用新工艺、新材料、新技术，不断减轻汽车自重，提高汽车性能。有时候质量利用系数也可用装载质量与汽车干质量之比来表示。干质量是指汽车整备质量减去燃料、冷却液和附屑设备的质量。这一质量利用系数更准确地反映该车的金屑和其他锈料的利用串。但是在一般技术资料中很少介绍有关自卸汽车干质量统计数值。通常由二类货车底盘改装的自卸汽车(15t)质量利用系数略低于原货车的质量利用系数。国产自卸汽车的1.01.5，国外自卸汽车的1.32.0。对于本文设计的HFC3060,其质量利用系数为：自卸汽车的质心位置是指满载或空载时整车质量中心位置。自卸汽车的质心位置对使用性能(例如汽车的制动性、操纵稳定性等)影响很大。因此，自卸汽车总体设计时应尽量使质心位置接近原货车的质心位置。轴载质量最大轴载质量是专用汽车在公路行驶时使用受限制的一个技术参数，也是公路和桥梁设计载荷标准的依据。所谓轴载质量分配是指车辆某一轴的承载质量占整车总质量的百分比，应分空载和满载两种工况考虑。改装后的专用汽车轴载质量分配应尽量和原车型靠近。对于单车在满载条件下，长头车的前轴质量应达到25，平头车的前轴质量应达到30，对于半挂汽车列车，在空载时，鞍式牵引车驱动桥轴载质量至少应达到汽车列车总质量的25。在确定轴载质量分配时，还应满足以下原则：1) U轮胎磨损均匀。例如对于42型单胎车辆，前、后轴应各占12，对于42型后双胎车辆，前轴应占13，而后轴应占23。2) 允许轴载质量的限制。允许袖裁质量有相应的限值及系列标准。3) 轮胎负荷系数。所谓轮胎负荷系数是指轮胎所受到的静负荷与轮胎额定负荷之比。一般取0.91。4) 操纵稳定性。要求改装后的专用汽车在各种工况下，应具有一定的不足转向。5) 质心位置。在横向，应使左、右车轮的承载质量分配均等，其最大偏差不得大于34；在纵向，要满足前面提到的轴载质量分配条件；在高度位置，应使质心尽可能低。从车辆行驶稳定性考虑，质心高度应满足以下条件：保证车辆不发生侧翻，要求;（2-6）保证车辆不发生纵翻，要求;（2-7）式中专用汽车轮距(m)；整车质心至后轴中心线的水平距离(m)；整车质心至地面的高度(m)；路面附着系数，一般取；侧倾稳定角()；纵倾稳定角() 2.3底盘改装部件的布置2.3.1发动机的布置a. 因为HFC1061是二类成熟底盘，所以没有更换发动机的必要。b. HFC1061底盘上采用的扬子牌YZ4102QF型柴油机，起动性能好、燃油消耗率低;噪声、振动及排放指标均处于国内先进水平。c. YZ4102QF型柴油机是2.5-3.0吨级载货车、旅行车、吉普车的理想配套动力。d. YZ4102QF型柴油机维修方便2.3.2制动系统的布置国家标准中规定：汽车上应配有行车制动系统、驻车制动系统、应急制动功能，三者可以独立，亦可以互相联系，当某二者失灵（踏板或制动阀除外），另一系统仍具有应急的制动功能。应急制动的操作必须方便可靠，它可与行车制动或驻车制动的操纵机构结合，单三者不能合在一起。对于驻车制动，要求必须通过机械装置把工作部件（制动器）锁止，解除也应方便可靠。由于采用HFC1061二类底盘，所以无需对制动系统进行改装。2.3.3传动轴的布置为了充分发挥专用汽车专用设备的功能，有时需要调整轴距、后悬等，需要重新布置传动轴。但是HFC3060自卸车不更改HFC1061底盘轴距，所以无需重新布置传动轴。2.3.4其他附件的布置（1）燃油箱a. 燃油箱是汽车底盘改装中经常被移动位置或改装的部件之一。当专用汽车需要加装副油箱时，应尽量使用车架上已有的安装孔位。布置时应使主、副油箱的底部处于同一水平面，并且安装位置尽可能靠近主油箱，同时还要注意避免偏载。b. 燃油箱和燃油管的布置尽可能避开排气管，距排气管的距离应在300m以上。若布置困难，则应在燃油箱和排气管之间加装隔热板。（2）备胎架备胎架也是底盘中经常改装的部件，在布置时要注意一下事项：A. 若只设单个备胎架，则应注意将备胎架布置在车辆前进方向的右侧。B. 汽车列车一般应设2个备胎架。HFC3060更改HFC1061底盘后悬，后悬由原来2050mm改成1160mm，由于后悬缩短，备胎架需要改装。（3）防护装置防护装置又称护栏，有侧护栏和后护栏，我国从1991年开始要求安装护栏，它是属于一种人身安全防护装置，防止人摔倒在车辆前后轮之间，以防止小型车辆从后部嵌入大车的下方。 护栏一般都用圆形管材制作，安装时，要注意排气管口不要对准侧护栏管口, 防护装置的安装尺寸要求符合国家标准。2.4取力器的布置除了少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠和特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冻系统），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、空气压缩泵等。因此专用车的总布置必须考虑汽车发动机动力输出和传动问题，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。HFC3061自卸车设计原则尽量便于设计、节约成本。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2-6 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3.自卸车汽车底盘车架的改装设计车架是汽车的承载基体，贯穿汽车全长。专用汽车的各种专用装置或装备都直接或间接地安装在车架上。由于某些专用汽车的结构和使用条件复杂，使车架承受较大的动载荷和扭矩，特别是驾驶室后围至后轴的一段更为严重，所以必须加强车架。除了对车架纵梁内边进行增补强化以外，尚要在车架之上增加一个副车架。副车架不仅强化了车架，而且可将专用装置和装备的集中载荷较均匀地分布在车架上，并起到缓冲作用，改善车架的受力情况。因此在专用汽车的设计中，必须相应地对车架或负车架进行改装设计。3.1主车架的改装设计车架的纵横梁和其他零件的制造，多采用冷冲压工艺，使钢板在大型压力机上冲孔及成形，也有采用槽钢、工字钢、管料等型材制造的。专用汽车车架的组装多采用冷铆工艺，必要时也可采用特制的放松螺栓连接。为保证车架的装配尺寸，组装时必须有可靠地定位和夹紧，特别应保证有关总成在车架上的定位尺寸及支承点的相对位置精度。HFC3061自卸车冲压纵梁的钢板厚度为57mm，槽形断面纵梁上、下翼缘的宽度尺寸约为其腹板高度尺寸的35%40%。3.1.1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。主车架钻孔的尺寸要求 表3-1尺寸车型重型车中型车轻型车孔间距/mmA706050B504030C504030孔径/mm151311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。3.1.2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70150 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2030 mm，塞焊孔与加强板端部的最小距离为25mm，孔间距为100170 mm。图3-4 加强板的湍头形状1-主车架纵梁；2-加强板图3-5 加强板的合理布置1-加强板；2-主车架纵梁；3-副车架3.2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。3.2.1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3-7和图3-8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3-6 副车架的截面形状图3-7 加强后的副车架截面形状1-副车架；2-腹板图3-8 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。3.2.2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3-19图3-9 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3-9（a）角型的端头形状。3.2.3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3-10所示。图3-10 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3-11)图3-11 副车架的前端结构副车架前端形状常有三种形状(见图3-12)。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：；。图3-12 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：；对于硬本质副车架；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3-14为HFC3061车厢、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3-13 副车架前端简易形状（a）刚质副车架 ；（b）硬木质副车架图3-14 副车架的安装位置3.2.4纵梁和横梁的连接设计横梁与纵梁的连接方式主要有三种，见图3-15图3-15 横梁与纵梁的连接1-纵梁；2-连接板；3横梁图3-15（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3-15（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3-15（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5001000 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3-16 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3-17 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HFC3061主副车架之间采用止推连接板式。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，则可计算出副车架在危险截面的弯矩，即:（3-1）副车架最大弯曲应力满足以下强度条件:（3-2） 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，