煤炭采样车底盘结构的设计【含9张CAD图纸、文档全套】【GC系列】
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世界最新机械设计理念来源:中国科技期刊摘要:根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点，将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能。这几种方法的特点及其相互间的有机联系，提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词：机械产品方案设计方法发展趋势设计文件是将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。1. 将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。2. 将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。3. 将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分（单元）及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。4. 设计元素法用五个设计元素（功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数）描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。5. 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。6. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。7. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。网络技术的蓬勃发展，异地协同设计与制造，以及从用户对产品的功能需求设计加工装配成品这一并行工程的实现成为可能。但是，达到这些目标的重要前提条件之一，就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此，不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中，虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。目前，德国等发达国家正着力于研究超媒体技术、产品数据交换标准STEP，以及标准虚拟现实造型语言上基于虚拟环境的标准交换格式)在产品设计中的应用。机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效，我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性，及其应当采取的措施。基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。The worlds Latest Mechanical Design Conceptssource：China Science and Technology JournalAbstract:According to scholars at home and abroad to carry out mechanicaldesign product design features of the main ideas, product design method of theprogramsummarizedassystematic,modularstructure,basedonproductcharacteristics of knowledge and wisdom. The characteristics of these methods andtheir organic connection between them and put forward to achieve the computerproduct design direction.Key words: Mechanical Product Design MethodDevelopment Trends Design documents will be Semantic Web as a design tool inthe design of its Semantic Web activity of the development of ASK, using nodes andlines to describe the design a network, nodes that components of the cell (such asdesign tasks, functions, components or processing equipment, etc. ), used to adjust thelines and definitions between nodes of different semantic relations, thus the designprocess all the activities and results of pre-built models so that the definition of theearly design requirements to the specific description of each structure can be definedby the relationship between the expression, achieved a computer-aided design process,the leap from the abstract to the concrete.Asystematic design methodThe main features of a systematic design method are: the design as designed by anumber of elements of a system, the independence of each design elements, eachelement of an organic link between the existence of, and is layered, with all the designelements , you can design systems to achieve the required task.Systematic design idea in the 70s by the German scholar Professor Pahl andBeitz, the system based on the theory they developed a general pattern of the design,advocacy design work should have organized. German Engineers Association, on thebasis of this design concept to develop a standard VDI2221 technology systems andproduct development design methods.1.The user needs functional characteristics as a product concept, structuredesign and part design, process planning, job control, etc. based on the macro fromthe product development process of starting the use of quality function deploymentmethod and system to user demand information reasonably and efficiently convertedto the various stages of product development, technical goals and operational controlprocedures method.2.The level of the product life of the organism as a system, and means ofliving systems theory, the product design process can be divided into successfulhierarchy of needs to achieve the functional requirements of the conceptual level andproduct level of the specific design. At the same time life-support systems used toexpress the abstract icons of the product functional requirements, system structureformation of product features.3.The mechanical design of the application of systems science into two basicquestions: First, to be designed as a system dealing with the products, the best way todetermine its component parts (modules) and their mutual relations1; is the productdesign process as a system, according to design objectives, a correct and reasonablydetermine the various aspects of the design work and various design stage.Because each designers point of research questions and to consider the questionof emphasis, to design a specific research methods used is also different. Here aresome representative of the systematic design methods.4.Design Element MethodWith the five design elements (functions, effects, effects vector, shape, elements,and surface parameters) describe the product solutions that a product to determinethe value of the five design elements, the product of all the features and characteristicsof the value of i.e. determined. Scholars in China have adopted similar methodsdesigned to describe the products original understanding.5.Graphic modeling methodAnd developed a design analysis and guidance systems KALEIT, with thelevel of clear graphic description of a products functional structure and its associatedabstract information, to the system structure and function relationship of graphicalmodeling, and functional connection between the layers 2.Assistance will be designed to be divided into two aspects of methodology andexchange of information using the Nijssen Information Analysis Method can be usedgraphic symbols, with a rich semantic model structure, can be described as integrationconditions, can be divided into types of constraints can be achieved in relationsbetween any combination of characteristics , the design method to solve integrationand information technology to realize the design process of information betweendifferent abstraction layers between the graphical modeling.6.Concept - Design methodProducts design is divided into concept and design in two stages. Conceptphase of the task is to find, choose and mix to meet the requirements of the originalunderstanding of design tasks. Design stage of work is a concrete realization of theoriginal understanding of the conceptual stage.Of the programs idea of specific described as: In accordance with theappropriate functional structure, seeking to meet the design requirements of theoriginal understanding of the task. The functional structure of the sub-function isperformed by the structural elements to achieve, and structural elements of thephysical connection between the definition of a feature vector, feature vector andstructural elements further the interaction between the formation of the functionaldiagram ( mechanical diagram). The program design is based on functional diagram,the first qualitative description of all of the feature vector and structural elements,and then quantitatively describe all the structural elements and the connection parts( feature vectors), the shape and location to be structure diagram3. Roper, H. usinggraph theory, by means of which he defines as the total design unit (GE), structuralelements (KE), functional structural elements (FKE), connect structural elements(VKE), Structural Parts (KT), structure element part (KET) concepts, as well asdescribe the structure element size, location, and transmission parameters of theinteractions between a number of kinds of schematics, the intuitive designprofessionals have done a formal design method a description of the formation of aneffective application of existing knowledge, methods, and applied to ideas anddesign stage.7.Bond Graph MethodFunction of the composition of system components will be divided into produceenergy, consumed energy, changing energy forms, such as various types of energytransfer, and to use bond graphs to express the function component solution, hoping tofunction-based model and bond graph combine to achieve functional structure theautomatic generation and functional structure with the bond graph automaticconversion between the search for bond graph generated by a number of designmethods.To promote the product on the basis of functional analysis, the product has somefeatures broken down into one or several modular basic structure, by selection andcombination of the basic structure of these modular form into different products.These basic structures can be parts, components, or even a system.The structure should have a standardized interface (connection and co-operationdepartment),andisserialized,universal,integrated,hierarchical,agile,economic-oriented, with interchangeability, compatibility and relevance. Chinascombination of software component technology and CAD technology, variant designcombined with the modular design, according to modular principle of classification,will be divided into descending Machining Center Machine Tool product level,component level, component level and component level, and use expert knowledgeand CAD technology to combine them into different species, different specificationsof functional blocks, and then by the combination of these functions into differentmodules of the overall program processing center.To design a directory as an alternative variation of the mechanical structure ofthe tool, the solution proposed by the design elements of a complete, structured layout,the formation of the solution set design catalogs. And in the solution set designed tocomment on each one listed in the directory solution additional information, is verybeneficial to design engineers select solution elements.The vigorous development of network technology, collaborative design andmanufacturing, as well as the product from the users functional requirements design processing assembly finished product of this realization of concurrentengineering possible. However, an important prerequisite to achieve these goals oneof the conditions is to realize the effect of product design three-dimensionalvisualization. To this end, three-dimensional graphics software, more and moreintelligent design software programs used in the product design, virtual realitytechnology and multimedia, hypermedia tools for product design is also its first debut.At present, Germany and other developed countries are focused on researchhypermedia technology, product data exchange standard STEP, as well as standardvirtual reality modeling language based on a standard exchange format for virtualenvironments) in the product design applications.Mechanical product design is moving in computer-aided realization of intelligentdesign and to meet the needs of distributed collaborative design and manufacture ofdirection, due to the computer product design Study on the implementation startedlate, not yet mature, to achieve the above objectives program design tools4. Authorbelieves that the integrated use of paper, four types of design method is an effectiveway to achieve this goal. Although the integrated use of these methods are moreinvolved in the field, not only with the mechanical design of the field-relatedknowledge, but also to the systems engineering theory, artificial intelligence theory,computer hardware and software engineering, network technology areas such asdomain knowledge, it is still product design must be working for. Abroad in researchin this area has achieved initial success, our scholars have been aware of CAD designtechnology and the importance of international exchange and cooperation, and itsmeasures to be taken.Feature-based design methodology of knowledge The main features are: using acomputer can identify the language to describe the characteristics of the product andits design experts in the field of knowledge and experience to establish the appropriateknowledge base and inference engine, re-use of stored domain knowledge and theestablishment of the inference mechanism to bring computer-aided product design.The mechanical system design is mainly based on the characteristics of a product,and design experts in the field of knowledge and experience to push volume anddecision-making, the completion of body type, the number of synthesis. To achievethis stage of computer-aided design, must study the automatic acquisition ofknowledge, expression, integration, coordination, management and use. To this end,the design and scholars at home and abroad program for the mechanical systemdesign knowledge of the automated processing done a lot of research work, theapproach can be summarized into the following several.本科毕业设计(论文) 题目： 煤炭采样车底盘结构的设计 院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016年4月 摘 要 伴随着社会的高速发展，在全球经济发展的大环境之下，我国各个行业在受到其他国家先进技术冲击的同时，与国外品牌企业的沟通交流的机会也变的越来越多。汽车行业通过行业展会、科研合作等多种途径，不断的提高了自身实力和核心竞争力，缩小与发达国家之间的差距。 在新的市场需求的驱动下，煤炭采样车底盘的更新和优化升级更加迫切。国内煤炭采样车底盘生产企业充分挖掘市场潜力，大力研究发展稳固、牢固的煤炭采样车底盘，在机动车辆向绿色环保化的转变中挥积极作用。一般生产煤炭采样车底盘的企业对所生产的车身的安全指数都有严格的要求。各企业在生产煤炭采样车底盘的同时，都充分考虑到汽车在运行中可能会出现的种种问题，从而减少汽车因为车身不牢固以及由于底盘的联接问题在行驶过程中产生的噪音而引起的噪音大、污染重等现象。 国内煤炭采样车底盘的研发及制造要与全球号召的安全稳定、成本低廉的主题保持一致。加大汽车新型煤炭采样车底盘的研发及生产是行业发展的大趋势，同时也迎合了国内基础建设发展的需求。 汽车行业的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前煤炭采样车底盘正向着稳定、高效、可靠、节能方向发展。 本文介绍了煤炭采样车底盘的结构组成、结构原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算，由于煤炭采样车底盘在多样化、安全稳定方面的优点日益突出，并且其使用和维护都很方便，相信在不久的将来，该新型煤炭采样车底盘的应用将会越来越普及。关键词：煤炭采样车底盘 稳定 结构 应用 Abstract Along with the rapid development of society, under the environment of global economic development. Chinas various industries in by the other countries the impact of advanced technology at the same time, opportunity to communicate with foreign brand enterprises has become more and more. Automobile industry through industry exhibitions, research cooperation and other ways, and constantly improve their own strength and core competitiveness, narrowing the gap between the developed countries. Driven by the new market demand, the automobile semi - load vehicle body is updated and optimized. Domestic automobile body production enterprises to fully tap the market potential, and vigorously research and development of a solid, strong car body, in a motor vehicle to the green environmental protection change in a positive role. General production of auto body enterprises on the production of the bodys safety index has strict requirements. The enterprise in the production of car body, at the same time, give full consideration to the car may arise in the operation of all sorts of questions, so as to reduce the vehicle because the body is not strong and the body connection problem in running the noise generated in the process caused by noise, heavy The development and manufacture of the domestic automobile semi bearing body should be consistent with the global call for security and stability, low cost and low cost. The development and production of the new type half bearing body structure is the major trend of the development of the industry, but also to meet the needs of the development of domestic infrastructure. The development of automobile industry is closely related to the progress of human society and the level of science and technology. With the development of science and technology, interdisciplinary mutual infiltration, mutual exchanges between the industry, widely used new structure, new materials, new technology, at present carrying body towards a stable, efficient, reliable, energy-saving direction. This paper introduces the semi auto bearing type body structure composition, structure principle and main parts design must have the theoretical calculation, because of the increasingly prominent advantages of car body in diverse, safe and stable, and the operation and maintenance are very convenient, I believe in not long future, the new semi bearing body structure will be applied more and more popular. Key words: semi bearing body stability structure application 目 录1 绪论1 1.1课题的来源与研究的目的和意义1 1.2课题的内容2 1.3煤炭采样车底盘的结构4 1.4煤炭采样车底盘的分类6 2 煤炭采样车底盘结构的设计7 2.1采样车的选型7 2.2同类型产品的比较7 2.3发动机与车门的布置9 2.4外廊尺寸和有关总布置尺寸10 2.5车箱布置及横截面尺寸11 2.6座椅尺寸及操纵机构的布置13 2.7备胎、油箱和蓄电池的布置143 传动部分的设计计算15 3.1轴的设计计算16 3.2齿轮传动设计计算17 3.3悬架系统的设计18 3.4蓄电池的选型计算194 煤炭采样车底盘主要零部件的有限元分析21 4.1大梁的有限元强度分析225 煤炭采样车底盘零部件的三维建模22 5.1 驱动桥的三维建模22 5.2 传动齿轮的三维建模22 5.3 煤炭采样车底盘的三维建模22结 论23参考文献24致 谢251 绪论1.1 课题的来源与研究的目的和意义 目前，我国生产的煤炭采样车底盘结构简陋，稳定性始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的煤炭采样车底盘的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，煤炭采样车底盘的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的煤炭采样车底盘势在必行！ 相信此种煤炭采样车底盘的出现将会大大提高机动车辆的行驶稳定性和安全系数，相对生产煤炭采样车底盘，将会对其经济效益方面带来显著的提高，同时也在某种程度上推进了汽车工业的不断发展。 随着国际标准化的实施，世界煤炭采样车底盘以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础，着眼于产品零部件的标准化、系列化、规格化、通用化和专业化以及大批量生产。根据互换性、模数制、公差与配合的原理，使得组合、多变、拆装的煤炭采样车底盘已经进入全面系统设计的阶段，其功能与形式的结合更为完美。19世纪80年代，德国的MODTT公司将新开发的煤炭采样车底盘应用到该公司的子公司一个专业生产汽车的公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代煤炭采样车底盘的经验基础上，开发出了性能更佳，功率更大的煤炭采样车底盘。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行煤炭采样车底盘的研发工作。现在国外等著名煤炭采样车底盘的品牌中，都有煤炭采样车底盘的销售，全世界煤炭采样车底盘的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，煤炭采样车底盘的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此煤炭采样车底盘是汽车生产企业很乐意生产的汽车部件之一。西方资本主义国家有巨大的煤炭采样车底盘销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。 目前国外特别是美国正在考虑发展煤炭采样车底盘的功率最大化，产能最优化的问题。自九十年代开始，煤炭采样车底盘的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国汽车工业发展的煤炭采样车底盘。 二十世纪以来，我国开始生产煤炭采样车底盘，于2003年自行设计出型号不同的煤炭采样车底盘之后，为了适应汽车生产厂家的需要，2004年又制造了针对大型煤炭采样车，货车的煤炭采样车底盘。为了满足煤炭采样车底盘生产工业发展需要，我国于2001年研制了大型煤炭采样车底盘。也曾设计制造出高稳定性的煤炭采样车底盘，经过多年实践摸索，于2011研制出新型煤炭采样车底盘，经运转实践证明效果很好。近几年又研制出PX1400/170型煤炭采样车底盘。 目前，煤炭采样车底盘是1970年开始仿制德国的煤炭采样车底盘而设计。2008年开始自行设计生产了煤炭采样车底盘。2009年又设计制造了大型煤炭采样车底盘。90年代已研制出针对大型煤炭采样车的煤炭采样车底盘的系列产品。后经多年反复研制与实践，相继克服了旧系统不足，零件强度低以及结构上的某些缺点，现己批量生产的新系列煤炭采样车底盘有I,II,III,IV,VI等五个规格十四种类型，然而我国机械人业所需的煤炭采样车底盘全部依赖进口，这使得国产机械人配备煤炭采样车底盘后，成本增加很大，而装备自行开发生产煤炭采样车底盘，其成本提高不大，说明煤炭采样车底盘的市场前景令人乐观。1.2 本课题研究的内容 本次设计主要针对煤炭采样车底盘进行设计，从煤炭采样车底盘的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面： （1）到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集各类煤炭采样车底盘的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。 （2）分析煤炭采样车底盘的结构与参数 （3）确定设计总体方案。 （4）确定具体设计方案。 （5）煤炭采样车底盘图纸的绘制。 （6）说明书的编写和整理。1.3 底盘的组成 煤炭采样车底盘结构主要由：传动系：主要是由离合器、变速器、万向节、传动轴和驱动桥等组成。离合器：其作用是使发动机的动力与传动装置平稳地接合或暂时地分离，以便于驾驶员进行汽车的起步、停车、换档等操作。变速器：由变速器壳、变速器盖、第一轴、第二轴、中间轴、倒档轴、齿轮、轴承、操纵机构等机件构成，用于汽车变速、变输出扭矩。行驶系：由车架、车桥、悬架和车轮等部分组成。它的基本功用是支持全车质量并保证汽车的行驶。1.4 煤炭采样车底盘的分类常用的汽车专用车底盘有二类和三类之分，具体如下： 二类底盘是指带有驾驶室的底盘，经生产厂家试验，调试合格发放底盘合格证并有国家公告的产品。 二类底盘主要用于汽车改装厂，专用车或特种车等（其广泛用于油灌车、洒水车、吸粪车、吸污车、代工液体运输车、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。 三类是指不带驾驶室的底盘，经生产厂家试验，调试合格发放底盘合格证并有国家公告的产品，三类底盘主要用于煤炭采样车厂或生产煤炭采样车的厂家。 二类底盘就是有驾驶室，无货厢等的底盘，一般1、3、5开头车辆的所用。 三类就是没有驾驶室，没有车身（货厢）等的底盘，一般为6开头车辆（煤炭采样车）所用的底盘。2 煤炭采样车底盘结构的设计2.1采样车的选型3.1需要了解的煤炭信息（1）采样单元和煤炭种类。采样单元是从一定量的煤中采取的一个总样所代表的煤量，一批煤可以是一个或者多个采样单元。子样数目有采样单元和煤炭的种类确定，而采样精密度决定于子样数目。一般可以根据皮带的运输流量或者每个运行周期的运行总量作为一个采样单元。煤炭的最大粒度，一般煤炭的标称最大粒度是指筛上物累计百分率最接近5%的筛子筛孔尺寸。粒度是确定采样头尺寸的指标，同时也确定了采样的质量。（2）皮带输送速度和流量。根据输送流量大小可以计算子样的质量。（3）皮带宽度和煤炭的水分及密度。根据煤炭的水分和密度可以确定驱动采样头的动力大小，根据皮带的宽度可以确定活动臂的长度以及采样斗的容积。3.2计算过程及应用实例某电厂皮带运输线的基本参数为：流量1000t/h，粒度不大于50mm，评价干基灰分大于20%的原煤，皮带输送速度为2m/s，每次运4h，要求每运行周期为一个批量采取一个总样。（1）子样数目的确定。依据GB455-1996商品煤样的采取方法，干基灰分大于20%的原煤每1000t的最少子样数目为60，则采样单元的最小总字样数目N：N=nm1000=6040001000=120式中：N采样的最小子样数目，个；n每1000t最小子样数目，个；m实际被采样的煤量，t。 （2）采样斗的尺寸。依据GB455-1996商品煤样的采取方法，采样斗的开口尺寸及刮板的宽度至少应为煤炭最大粒度的2.53倍。因此选用125150mm的采样斗。文中选用的尺寸为150mm。 （3）采样头的切割速度。依据美标ASTM.D中有关规定，取400mm/s。 （4）子样质量。中部采样子样质量=（流量开口尺寸）/（皮带速度）=21kg；端部采样子样质量=（流量开口尺寸）/（切割速度）=104kg； （5）每小时最小样品量。中部采样系统为630kg；端部采样系统为3120kg。2.2同类型产品的比较 采煤机的类型有很多，主要分为以下几种类型：1.中部采样机 中部采样机是在煤流皮带上获取煤流的整个断面的一种采样设备。这种采样又叫做皮带上切割采样。一般可以分为两种，一种为采样头不随皮带运动；另一种采样头跟皮带沿煤流方向运动。这样的采样设备要求：采样斗的宽度至少为煤料中最大粒度的3倍，以保证采样能覆盖所有粒度大小的煤质；采取的煤料质量（即子样质量）必须满足依据标准所规定的最小子样质量；采样斗必须与皮带充分接触。因为根据标准要求，所有采取的子样必须包括煤流完整断面。充分接触能避免“底煤”存在。整个取样过程中，包含取样斗中所有的煤料，无残留。2.端部采样机以各种不同的接斗，按照不同的切割方式，从输送皮带的卸料端煤流中采取必要的样品的设备为端部采样机。根据端部采样机的特点，这种采样手段能完全避免“底煤”残留。但是，在采样过程中，可能会因为采样斗的运动影响整个煤流的流动，造成不同密度和粒度的煤炭的分离。为了避免对煤流的影响，必须规定采样斗的运动速度，在美标ASTM.D.中规定采样器切割煤流的速度不能超过457mm/s。这样低的切割速度能较好地避免干扰煤流，但是这样造成了每个子样的质量都较大。这样在采用端部采样机时，需要配套较大的制样系统和余煤处理系统，这样导致了整个系统的体积较大，结构较为复杂，一般为国外进口设备，需要较高的维护费用和运行费用。2.3 发动机与车门的布置1、发动机布置煤炭采样车车身的总布置设计在很大程度上与发动机的布置相关联，发动机布置主要有前置、中置和后置三种。如图5-14所示。（1）发动机前置后驱（FR）方案发动机前置后驱方案是42型汽车的传统布置方案，主要应用于轻型煤炭采样车上，如图5-14（a）所示。这种方案结构简单，工作可靠，操纵方便，发动机的冷却效果好，前后轮的质量分配比较理想。但由于发动机前置，凸起于车厢地板表面之上，使得车厢的面积利用率差；传动轴从车厢地板下通过，导致地板平面离地距离较高，司机上下车不方便；此外发动机的噪声、气味和振动难以隔绝，很容易传入车厢内影响乘员的乘坐舒适性；有一扇司机门布置在轴距范围内，降低了车身的刚度。 针对中开门设计导致车身强度降低的缺点，可以采用车门前开的布置，这样可以改善车身的刚度，但是前悬必须得加长，可能出现前轴超载的现象。（2）发动机中置后驱（MR）方案发动机中置后轮驱动方案如图5-14（b）所示，传动系统的这种方案布置有利于实现较为理想的质量分配，车厢面积的利用率高，司机门可以布置在车辆前轴之间。但是发动机维修困难，所以对发动机的可靠性要求很高；由于中置车厢地板下，发动机冷却效果差，地板高度也难以降低；此外，发动机的噪声、气味和振动还是可以传入车厢内。所以这种布置方式只在部分大中型煤炭采样车上采用，并未获得推广。（a）发动机前置后轮驱动（b）发动机中置后轮驱动图5-14 煤炭采样车发动机布置方案2、煤炭采样车车门布置煤炭采样车车门有司机门、驾驶门和应急门三种。对于不同尺寸不同类型的车型，其布置形式各不相同。煤炭采样车司机门是司机上下车的出口，是煤炭采样车设计的重要组成部分，按通道宽度可分为单引道门和双引道门。单引道门主要用于司机上下车不频繁的长途煤炭采样车、旅游煤炭采样车和团体煤炭采样车上，轻型煤炭采样车应用也比较广泛；双引道则主要用于司机上下车频繁的煤炭采样车上。司机门在设计布置时候需满足国家标准的规定，一般布置在煤炭采样车右侧，其中至少应有一个司机门在车辆的前半部。但对在道路中央设置的公共汽车专用道上运营使用的公共汽车，由于公交站台位置的原因需在车身左侧上下司机时，允许在车身左侧开设司机门，而车身右侧则不允许再设司机门。一般司机门的数量设置如表5-1所示：表5-1 煤炭采样车司机门的最少数量-煤炭采样车类型级级、级车长L/mL1010L13.7L13.7L12L12司机门最少数量12312驾驶门是驾驶员上下车专用门，设置在方向盘同侧，一般中低档司机门中置的大型煤炭采样车和一些中型煤炭采样车采用。 应急门又称安全门，当煤炭采样车内发生危险时，司机可通过应急门进行紧急撤离，一般应用在特大型的长途或旅游煤炭采样车上。国家标准并未对应急门的布置做出明确限制，但是合理布置应急门的位置是相当重要的，通常布置在煤炭采样车右侧中部偏后位置。2.4 外廊尺寸和有关总布置尺寸国家标准对煤炭采样车的相关尺寸做了详细的规定。煤炭采样车的外廊尺寸见GB 1589-2004汽车外廓尺寸限界中的规定，煤炭采样车外廓尺寸的最大限值如表5-2所示： 表5-2 煤炭采样车外廓尺寸的最大限值外廓限值类型限值总高4m（对于定线行驶的双层煤炭采样车为4.2m）总宽（不包括后视镜）2.5m总长二轴煤炭采样车12m三轴煤炭采样车13.7m单铰接煤炭采样车18mGB/T 13094-1991煤炭采样车通用技术条件规定了煤炭采样车的其它总布置尺寸要求，如表5-3所示：表5-3 煤炭采样车其它总布置尺寸要求规定项目限值按近角12离去角9转弯半径12m转弯时的通道宽度6.7m最小离地间隙大型煤炭采样车270mm小型煤炭采样车240mm此外，煤炭采样车通用技术条件还对前、后悬长，轴距等许多总布置尺寸作了相应规定。如窗距的确定，需要满足10t顶置载荷作用的要求。2.5 座椅尺寸及操纵机构的布置煤炭采样车上座椅是最多的附件总成，其结构的安全性、乘坐舒适性和材料的环保性等与司机密切相关，越来越受到人们的重视。煤炭采样车座椅一般分为司机座椅和驾驶员座椅，两者在尺寸和结构设计上有着一定的区别。1、司机座椅的相关尺寸司机座椅的尺寸如5-20所示，不同型号的大煤炭采样车，其座椅座垫的前缘到搁脚支板的距离以及座垫和靠背的倾角都可以取为常数，但是布置在轮拱或后置发动机舱盖上的座椅，其高度一般需要相应的提高，这是就有必要为司机设计以搁脚的台阶或是稍微改变座垫和靠背的倾角。座垫距离地板的高度大约为450mm，一般不超过500mm。升高座椅的高度就有可能缩短座椅之间的间距，有时候为了增加车内的座位数，提高车内面积的利用率，就采用此方法，同时还要改变靠背的倾角和其他尺寸。 图5-20 大煤炭采样车司机座椅的布置和尺寸 图5-21 驾驶员座椅标准尺寸2、驾驶员座椅的相关尺寸驾驶员座椅的尺寸如图5-21所示。由试验研究结果可以获取驾驶员坐姿对其工作的影响，在座垫高度选定的情况下，随着方向盘倾角的减小，驾驶员作用在方向盘上的力随之增大。因此，为了减轻驾驶员的劳动强度，应该尽量减小方向盘的倾角。此外，还应合理的选择其他参数，以保证驾驶员的乘坐舒适性。由此可见，在载质量很大的汽车上，应布置倾角很小的方向盘。减小方向盘倾角之所以能够增大作用力，原因主要是当方向盘的倾角很小时，从手臂一直到肩膀的肌肉都参与工作；而当倾角很大时，则只有手臂到胳膊的这一段肌肉在用力。3、脚踏板的布置图5-22所示为踏板位置相对座椅的高度和相对于座椅对称平面的横向位置对踏板力的影响，可供布局时参考。显然，驾驶员可以施加最大作用力的踏板位置同时也是最舒适的位置。油门踏板要求操纵轻便，由于在形式过程中需要经常踩踏，驾驶员通常习惯与将脚掌搁置在油门踏板上面，所以脚后跟应支撑在地板上，而只靠改变小腿和脚掌的角度来进行操纵。因此，油门踏板均做成鞋底板形状，其摆动轴在下端，为了适应人的脚掌外张的特点，油门踏板上端也应适当的向外张开。在相当于发动机怠速运转的油门踏板位置，人体样板脚掌踩在踏板上，应使之大致垂直于小腿。图5-23所示为踏板的具体布置。 图5-22 踏板位置对驾驶员施力的影响 图5-23踏板的布置2.6 备胎、油箱和蓄电池的布置1、备胎煤炭采样车备胎的安放布置主要考虑两个方面的因素：轴荷分配和装卸的方便性。备胎的质量一般较大，可达80140kg，故其安放位置对车辆的轴荷分布有一定的影响，应在总布置开始阶段就应该开始考虑。同时要考虑只有驾驶员一人的时候，能够方便装卸备胎。一般说来，将备胎安装于垂直位置是最可取的，这样便于驾驶员滚动轮胎固定到夹持架，然后在举升安放于车架下，而如果想要一个人挪动平放的车轮并将其装到夹持架上是相当困难的。对于煤炭采样车来说，一般没有必要携带备胎。2、油箱煤炭采样车的油箱通常布置在轴距范围以内的车身一侧。主要从轴荷分配、加油方便及防火安全等方面来进行设计布置，同时还需考虑煤炭采样车用途因素，不同用途的煤炭采样车对油箱容积的要求是不同的。当发动机纵向布置在轴距范围内时，从轴荷分布均匀的角度出发，油箱应布置在车辆后端的车架下面，这样可以改善煤炭采样车的轴荷分配。现代煤炭采样车对防火要求也越来越高，对于煤炭采样车这样大量载人的车辆，防火安全更甚，所以在布置油箱的时候要进行充分考虑。一般油箱尽量布置在远离排气管的位置，而且不应布置在司机门附近，同时在布置油箱时候还必须考虑加油的方便性，此外还应考虑加油的速度，它取决于加油管口颈部的尺寸，加油速度一般不应低于100L/min。对于靠右行驶的车辆，油箱加油口应布置在车身左侧。3、蓄电池蓄电池在布置时候应与启动电机位于同一侧，并且尽量靠近发动机，以缩短线路的距离。当蓄电池到启动电机的距离较远时，电路的电阻就会增大，这样就会降低了到达启动电机的电压。煤炭采样车蓄电池通常由驾驶室内的远距离电磁开关来进行接通和断开的。大煤炭采样车上采用的是铅酸蓄电瓶，用支架固定在车身上，和导线一起约重60120kg。所以在布置时电瓶的位置对车辆轴荷的分布有一定的影响。此外，还要考虑蓄电池拆装的方便性和可接近性。3 传动部分的设计计算3.1轴的设计计算轴作为机器的一个关键组成部分，其为各类传动部件的安装，传动的扭矩和旋转运动围绕轴进行，而且经过轴承和机架连接。为了满足定位轴上的紧固件和容易加工和装配的轴类零件和拆卸，通常轴设计成阶梯轴。轴系的零件是由轴和它上边的零部件构成一个装配体系，研究轴的过程中不仅要研究轴体自己的数据，还要将系统里的全部零碎部件融合在一起。 传动轴是煤炭采样车底盘的最关键零件，对于保证煤炭采样车底盘正常运转和提高煤炭采样车底盘行驶能力有着重要的意义。传动轴设计首先是确定它的受力情况。煤炭采样车底盘行驶时，由于制造、安装、检修等原因，常会出现传动轴压在锥衬套下口的情况。我们就按传动轴处于最不利的这种情况，作为传动轴受力状态，并且按承受最大扭矩和正常扭矩F两种集中载荷（图4.9）计算传动轴的强度。用图解可以求得和对O点的力矩 （3.54） （3.55）将和分解到动锥平面和垂直于进动平面的力矩 （3.56） （3.57） （3.58） （3.59）式中 偏心套给传动轴的反力与进动平面的夹角，一般=1525。 此外，动锥在进动平面内还作用着旋回力矩和重力矩，故 （3.60） （3.61） （3.62） （3.63） 所以，动锥上各力对O点的总力矩为： 和被传动轴套给传动轴下端的实际反力和对O点的力矩所平衡，所以： （3.64） （3.65）已知或后，把动锥的传动轴看成悬臂梁，则其危险断面上的弯曲应力为 （3.66） （3.67）对于强度限为5065MPa的优质钢，=100120MPa；=200240MPa。利用上述方法，可以求得传动轴危险断面bb的直径。然后，根据煤炭采样车底盘的进动角、锥衬套的结构尺寸大小以及传动轴与锥衬套上下口间隙，便可决定传动轴下端直径的值。传动轴上部与动锥内孔相配合部位的轴向的尺寸，可按设计确定的破碎腔椎体部分尺寸并参考实际资料确定。传动轴与椎体内孔相配合部位的直径，可参考实际资料确定。3.2 齿轮传动设计计算1初步计算（1）材料选择 因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用40Cr(调质），硬度241HB286HB，平均取为280HB，大齿轮用45钢（调质），硬度229HB286HB,平均取为240HB。选齿轮精度为7级。（2）节锥角的计算 （3.11） （3.12） （3.13）由文献2表可知， （3.14）式中，齿顶高系数，。取小齿轮齿数， （3.15） 取大齿轮齿数。（3）根据工作条件的要求，大端模数为 （3.16）（4）齿轮分度圆的直径 mm （3.
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