专用汽车授课5自卸汽车的结构与设计

1、第一节,概述,自卸汽车是利用本车发动机动力驱动液压举升机构，将其车厢倾斜,一定角度卸货，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车,自卸汽车按其用途可分为两大类：一类属非公路运输用的重型和超,重型,装载质量在,20t,以上,自卸汽车。主要承担大型矿山、水利工地等运,输任务，通常是与挖掘机配套使用。这类汽车也称为矿用自卸汽车。它,的长度、宽度、高度以及轴荷等不受公路法规的限制，但它只能在矿,山、工地上使用。另一类用于公路运输用的轻、中、重型,装载质量在,2,20 t,普通自卸汽车。它主要承担砂石、泥土、煤炭等松散货物运输,通常是与装载机配套使用,1,第一节,概述,2,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自

2、卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,1,车厢的结构形式,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,后栏板和底板等组成,3,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角，如图所示。其栏板开,启、关闭的铰接轴为上置式，开启时，栏板呈自由悬垂状，多用于有侧,倾要求的中型自卸汽车,4,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,矿用自卸汽车和重型自卸汽车的车厢多采用簸箕式，以方便装载,倾卸矿石、砂石等。有的簸箕,式车厢采用双层底板结构，以,增加底板的强度和刚

3、度，并可,减轻自重。簸箕式车厢如图所,示,5,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,2,举升机构的结构型式,举升机构分为两大类：直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力,作为举升动力,直推式举升机构利用液压,油缸直接举升车厢倾卸。该机,构布置简单、结构紧凑、举升,效率高。但由于液压油缸工作,行程长，故一般要求采用单作,用的,2,级或,3,级伸缩式套筒油缸,6,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,连杆组合式举,升机构具有举升平,顺、油缸活塞的工,作行程短，举升机,构布置灵活等优点,常用的连杆组合式,举升机

4、构布置有两,种：油缸前推式,又,称,T,式,和油缸后推,式,又称,D,式,7,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,8,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,9,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,一,自卸汽车的结构型式,10,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,二,自卸汽车主要尺寸和质量参数的确定,1,主要尺寸参数的确定,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，如图所示,11,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构

5、与设计,二,自卸汽车主要尺寸和质量参数的确定,2,质量参数的确定,额定装载质量是自卸汽车的基本使用性能参数之一,改装部分质量主要包括：车厢质量、副车架质量、液压系统质量、举,升机构质量以及其他改装部件的质量。改装部分质量既可通过计算、称,重求得，也可以根据同类产品提供的数据进行估算,自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却液的,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,12,之,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,二,自卸汽车主要尺寸和质

6、量参数的确定,自卸汽车质量利用系数,是指装载质量,与整车整备质量,比,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、冷却液和附属设备的质量。这一质量,利用系数更准确地反映该车的金屑和其他材料的利用率,13,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸汽车总体结构与设计,二,自卸汽车主要尺寸和质量参数的确定,3,最大举升角的确定,确定车厢最大举升角的依据是倾卸货物的安息角,14,第二节,普通自卸汽车结构与设计,一、自卸

7、汽车总体结构与设计,二,自卸汽车主要尺寸和质量参数的确定,设计的车厢最大举升角,必须大于货物安息角，以保证把车厢内,的货物卸净。此外，在最大举升角,时，车厢后栏板与地面须保持,一定的间距,H,如图所示。为了避,免车厢倾卸时与底盘纵梁后端发生,运动干涉，故图中的,必须大,于零。设计时，自卸汽车车厢最大,举升角可在,50-60,度之间选取,15,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,一,直推式举升机构设计,16,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,一,直推式举升机构设计,对直推式举升机构进行受力分析和设计计算时，可引入力矩比,其定义为：当任

8、意一节伸缩油缸套筒将要伸出时，举升机构提供的举升,力矩与阻力矩之比,和,分别为第,i,节和最后一节伸缩油缸套简将要伸,出时，举升机构提供的举升力矩与阻力矩之比,考虑到举升开始阶段各铰支点静摩接力矩较大,阻力矩较大,为使液,压系统工作平稳，避免发生过大冲击，通常取,3-4,通常取,1-2,油缸节数较多时,可取较小值,可按等比级数在,和,之间取值,17,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,一,直推式举升机构设计,1,伸缩油缸总节数,n,的确定,18,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,一,直推式举升机构设计,2,举升机构的油缸直径确定,1

9、9,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,一,直推式举升机构设计,2,举升机构的油缸直径确定,20,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,一,直推式举升机构设计,2,举升机构的油缸直径确定,21,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,二,连杆组合式举升机构设计,1,后推连杆组合式举升机构设计,22,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,二,连杆组合式举升机构设计,1,后推连杆组,合式举升机构设计,23,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,二,连杆组合式举

10、升机构设计,1,后推连杆组合式举升机构设计,24,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,二,连杆组合式举升机构设计,1,后推连杆组合式举升机构设计,25,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,二,连杆组合式举升机构设计,2,前推连杆组合式举升机构设计计算,26,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,二,连杆组合式举升机构设计,2,前推连杆组合式举升机构设计计算,27,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,二,连杆组合式举升机构设计,2,前推连杆组合式举升机构设计计算,28,第二节,普

11、通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,三,其他连杆组合式举升机构,29,第二节,普通自卸汽车结构与设计,二、自卸汽车举升机构的结构与设计,三,其他连杆组合式举升机构,30,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,一,举升机构性能的主要评价参数,1,举升力系数,K,指单位举升重力所需要的油缸推力，即,式中,F,油缸的有效推力,N,m,举升质量,Kg,对于具体型式的举升机构，举升力系数,K,与汽车总布置参数相机构,的性能待征有关,K,值只能比较同类型举升机构的工作效率,K,值较小为,好,31,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,

12、一,举升机构性能的主要评价参数,2,机构高度,是指在汽车底盘上布置某一举升机构所需的空间高度。设计时要求,举升机构布置高度在满足性能前提下尽可能小，以利于降低车厢高度,3,最大举升角,指举升机构能使车厢倾翻的最大角度。它是决定能否把车厢内货物,倾卸干净的参数。最大举升角一般应在,50,60,重型汽车车厢多为簸,箕式，故最大举升角应为,65,70,4,油缸最大行程,是指车厢达到最大举升角时，油缸的最大伸长量。它既是油缸的结,构参数点是举升机构的性能参数。油缸最大行程较小，则举升机构的结,构较紧凑、机构的布置较方便,32,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,一,举升机构

13、性能的主要评价参数,5,起始油压,即机构在开始举升时所要求的油缸工作压力。车厢在举升过程中,举升质量的阻力矩不断减小，而在启动时举升机构的各铰支点的静摩擦,阻力矩和惯性阻力矩最大。故应使举升机构举升开始时的油缸工作压力,低于油缸最大工作压力，即,式中,开始举升时的油缸工作压力,MPa,举升过程中液压系统的最大工作压力,MPa,33,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,一,举升机构性能的主要评价参数,6,油压特性曲线,举升过程中。油缸工作压力,p,是举升角,的函数，即,应出现在,理想的,的范围内,曲线见图所示,应出现在,阶段,34,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、

14、自卸汽车举升机构的优化设计,一,举升机构性能的主要评价参数,上述六个性能参数构成了对举升机构进行综合评价的基本指标。为,举升机构优化设计提供了目标函数。通常,1,5,6,三个性能参数具有密切,的内在联系，可作为优化目标函数提出。性能参数,2,可作为优化的约束条,件提出,3,4,应在总布置设计中初选，并通过机构分析得到确定,35,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,二,优化设计变量,为使优化问题得以简化，并考虑系列化生产，通常将设计参数分为不,变设计参数和可变设计参数,简称不变参数和可变参数,以前推连杆组合,式举升机构为例说明,36,37,第二节,普通自卸汽车结构与设

15、计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,二,优化设计变量,1,不变参数,如上图所示，对于该举升机构而言，可将举升连杆,包括三角臂,尺,寸、油缸缸径、行程与安装尺寸、整个举升机构所占据的空间尺寸等作,为不变参数。这样可使设计工作简化、举升机构急成实现系列化,2,可变参数,为适应不同货物与不同装载质量的运输，选用不同类型的汽车底盘,等，这些因素将直接影响到车厢的长度及其在汽车上的纵向位置。因,此，车厢长度可视为可变参数。并且，由此影响到的车厢与副车架的后,铰支点纵向位置与汽车后悬长度，也可将其视为可变参数,举升质量的质心至车厢后铰支点的距离、也是一个可变参数,举升机构在举升过程中的位置也是可变参数。对

16、前推连杆组合式举,升机构图,A,B,C,三点位置为可变参数,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,二,优化设计变量,不变参数和可变参数在一定条件下是可以互相转化的。若优化结果,不满意时可适当地将部分不变参数视为可变参数进行调整，例如对构,件几何尺寸进行优化以求获得最佳结果；相反，若可变参数太多，致使,优化问题过于复杂，则可将一些可变参数作为不变参数处理，这佯可,减少优化设计的工作量,38,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,三,优化设计的目标函数,在举升机构选型确定以后，进行机构优化设计时，常用的优化目标,函数如下,1,举升力系数,K,在举

17、升过程中的不同位置,K,值不同通常以,K0,举升初始位置的,K,值,和,Kmax,举升过程中的最大,K,值,为优化目标。故目标函数可取作,min(K0,或,max(Kmax,2,油压波动系数,以举升力系数,K,作为评价指标，存在一定的局限性。如对某一种形式,的举升机构只要加大油缸行程,K,值,K0,或,KMAX,均会降低。故引入油压,波动系数,作为举升机构优劣的评价参数,39,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,三,优化设计的目标函数,40,第二节,普通自卸汽车结构与设计,三、自卸汽车举升机构的优化设计,四,优化设计的约束条件,优化设计的约束条件应该根据总布置允许占

18、用的空间决定。为了减,少优化设计的工作量，一般是在参照同类产品优化设计的基础之上进,行，或者先采用总布置设计所确定的几何参数，将其变量的数量和变化,范围缩小，再进行优化设计,确定约束条件时，还应考虑使举升机构各构件之间，或构件与副车,架、车厢底板之间不发生运动干涉,41,第二节,普通自卸汽车结构与设计,四、自卸汽车液压系统的设计,自卸汽车的液压系统由三部分组成：动力部分、操纵部分和执行部分,举升油缸,42,第二节,普通自卸汽车结构与设计,四、自卸汽车液压系统的设计,动力部分主要有：取力器、油泵以及连接两者的传动机构,操纵部分用来控制举升油缸实现车厢倾翻，它应具有举升、停止和下,落三个动作。控制

19、阀多采用三位四通阀，操纵控制阀的方式可分为：手,动机械杠杆式、手动液压伺服式和气动操纵式三种,43,第二节,普通自卸汽车结构与设计,四、自卸汽车液压系统的设计,一,按压系统主要元件的性能参数计算与选型,自卸汽车所用的液压元件一般为标准件。故自卸汽车设计者只需完成,主要液压元件的性能参数计算和液压元件的选型工作,1,举升油缸的性能参数计算,44,第二节,普通自卸汽车结构与设计,四、自卸汽车液压系统的设计,一,按压系统主要元件的性能参数计算与选型,2,液压油泵的选型,45,第二节,普通自卸汽车结构与设计,四、自卸汽车液压系统的设计,二,液压举升机构操纵方式的选择,1,机械操纵式,机械操纵式的可靠性

20、好、通用,性强、维修方便，但是它杆件较多,布置复杂。对于可翻转式驾驶室不,宜采用这种操纵方式。采用机械操,纵式方向控制阀的液压系统布置如,图所示,46,第二节,普通自卸汽车结构与设计,四、自卸汽车液压系统的设计,二,液压举升机构操纵方式的选择,2,液压操纵式,依靠手动阀建立起来的油压来关,闭或打开举升方向控制阀，实现车厢,的举升和下降。该阀通过切断动力实,现停止工作。采用液压操纵式方向控,制阀的液压系统布置如图所示。图示,液压系统用于我国斯太尔系列重型自,卸汽车上。它便于远程控制，操纵可,靠。但反应较慢,47,48,第二节,普通自卸汽车结构与设计,四、自卸汽车液压系统的设计,二,液压举升机构操纵方式的选择,3,气动操纵式,依靠汽车贮气筒的,压缩空气，通过控制气,阀操纵气控液压换向阀,控制油路方向实现车厢,举升、下降和中停。该,系统操纵简便、功能齐,全，结构较先进，用于,中、重型自卸汽车比较,合适。它的缺点是气动,转化成液动需要两套管,路。其液压系统如图所示,第三节,高位自卸汽车的结构与设计,高位自卸汽车是装备有车厢高度升高和倾卸两套机构,统称高位自卸,汽车的举升机构,它能将车厢平移举升到一定高度后倾卸货物，特别适,合高货台卸货作业,高位自卸汽车的高位倾卸动作方式有两种,一种是首先将处于原始水平位置车厢平移举升到一定高度，保持位,置不变，再将车厢倾卸一定角度卸货。卸货完毕，