基于有限元静力分析的高位自卸汽车改装设计

1、摘要高位自卸汽车是专用自卸汽车一种，高位自卸汽车主要用于运输散装并可以散堆的货物（如沙、土、以及农作物等），还可用于运输成件的货物，主要服务于建材厂、矿山、工地等。高位自卸汽车主要装备有车厢举升和倾卸机构，使用方便，运输效率高，具有高度机动性和卸货机械化的特点。文中一开始阐述了高位自卸汽车改装设计的目的和意义、发展状况以及应用前景。接着分析论证了一种装载质量为5t的高位自卸汽车的总体设计方案，进行了其举升机构、倾卸机构和后厢门开合机构等主要机构的方案分析和选择、运动分析、动力学分析以及强度和刚度的计算校核；并对其主要构件进行了ANSYS10.0建模和静力学分析。另外，文中还简单介绍了液压系统的

2、设计计算方法和过程。最后对改装完成后的高位自卸汽车进行了必要的动力性、燃油经济性和稳定性等主要整车性能的计算分析，计算结果表明整车性能满足要求。关键词：改装设计；高位自卸汽车；剪式举升机构；有限元；静力学分析ABSTRACTHigh-order dump truck is one of special-purpose dump truck, it mainly be used to transport those goods which can be scattered such as sandstone, soil and some crops, and also be used to tr

3、ansport unit goods, severing for tectonic grounds, mines, workshop. High-order dump truck have carriage rise and dump organization to lift to equip mainly, easy to use, it is with high efficiency to transport, the mechanized characteristic that have high mobility and unload.First,it talking about th

4、e purpose and meaning of this design aout the High-order dump truck.And then, analytical argument a kind of lading quality for the high with 5ts High-order dump truck of total design,about the sport and motive analytical of it,s lifting and revolving.At last, regard high-order dump truck as the rese

5、arch object, analyse software ANSYS10.0 with the finite element , has set up finite element model to the principal organ of the high-order dump truck, carry on statics characteristic analyse to model.Moreover,in brief introduced the method and calculation process of the design that the liquid press

6、system in the text. Finally carry on necessary of the calculation of the main whole car of the functions such as motive, the fuel economy and stability etc.Then the result expresses that the car function satisfy designing request.Keyword:Refiting design; High-order dump truck;The shear type ofliftin

7、g;Finite element; Statics analysis目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1研究本课题的目的和意义11.2高位自卸汽车定义、组成、功用11.3国内外高位自卸汽车的发展概况41.4高位自卸汽车发展方向与前景51.5本次设计的主要内容5第2章 高位自卸汽车设计计算72.1基本尺寸参数的确定72.2质量参数的确定7额定装载质量me7整车整备质量m07总质量ma82.3高位自卸汽车底盘的选择8底盘型号的选定92.4本章小结10第3章 高位自卸汽车结构方案分析123.1高位自卸汽车的举升机构的设计与分析123.1.1双缸直推式举升机构13型举升机构14平行四边形

8、举升机构15人字形举升机构15单级剪式举升机构16多级剪式举升机构18举升机构的方案的选定183.2高位自卸汽车倾卸机构的设计与分析19单缸直推式倾卸机构203.2.2杠杆平衡式倾卸机构20油缸前推连杆组合式倾卸机构21前推杠杆组合式倾卸机构21油缸后推连杆组合式倾卸机构213.2.6油缸后推杠杆组合式倾卸机构223.2.7油缸浮动连杆式倾卸机构223.2.8俯冲式杆系倾卸机构23Y形倾卸机构23倾卸机构方案的选定243.3车厢后拦板开合机构的设计与分析243.3.1自转开合机构243.3.2滑块式开合机构25连杆式开合机构25杠杆式开合机构26后厢门机构方案的选定263.4车厢未落报警机构的

9、设计与分析263.5车厢锁止机构的设计与分析273.6举升锁止机构的设计与分析283.7总体机构设计方案的确定283.8本章小结28第4章 高位举升机构的设计计算304.1高位举升机构的运动分析304.2高位举升机构的动力分析324.3高位举升机构参数的确定34基本几何尺寸的确定34举升液压缸推力T及行程S的确定344.4高位举升机构的校核35各铰接点的受力分析35各铰接点销的选择与校核38油缸作用处杆件尺寸的确定与校核38剪叉臂的校核38托架的校核414.5本章小结44第5章 高位倾卸机构的设计计算455.1倾卸机构的运动分析45角度关系的确定46角速度关系的确定475.2倾卸机构的动力分析

10、485.3倾卸机构参数的确定49车厢最大倾卸角的确定50基本尺寸参数的确定50液压缸最大推力Pmax的确定51拉杆最大拉力Tmax的确定515.4倾卸机构的校核51三角臂的校核515.4.2拉杆的校核53销的选择与校核565.5本章小结56第6章 液压系统设计576.1油缸的计算与选型57油缸直径及行程的确定57油缸的选型586.2油泵的计算与选型58油泵工作压力P的计算58油泵理论流量QT的计算59油泵排量q的计算59油泵功率N的计算60油泵的选型606.3油箱与油管的计算与选型60油箱容积V的计算60油管内径d的计算606.4分配阀的选型616.5取力器的选型61取力器布置方案的选定61取

11、力器型号的选定626.6本章小结62第7章 高位自卸基本性能参数计算637.1高位自卸汽车整车参数637.2动力性计算63发动机外特性63汽车的行驶方程式65动力性评价指标的计算68高位自卸汽车整车动力性计算707.3燃油经济性计算727.4高位自卸汽车稳定性计算73高位自卸汽车运输状态稳定性计算73高位自卸汽车卸货时稳定性计算757.5本章小结75结论77参考文献78致谢80第1章 绪论1.1 研究本课题的目的和意义随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多样的型式；2008年的北京奥运会和2010上海世博会都将拉动对自

12、卸汽车的需求，而且大、重吨位的自卸车所占的比例也将进一步增大。因此对现有的各型自卸汽车进行改装设计是非常必要的，尤其在当今节约型社会具有很重要的现实意义。目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车，使它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多样的型式。自卸汽车按其载质量的大小可分为超重型、重型、中型以及轻型；按其外形尺寸、总质及能否在公路上行驶，又

13、可分为非公路用自卸汽车和公路用自卸汽车；按其车厢卸货方向的不同，还可以分为后卸式、侧卸式以及三面卸式。目前国内外已经研制成功并投入使用的自卸汽车有超重型自卸汽车、重型自卸汽车、三面卸自卸汽车、高通过性自卸汽车以及液压举升系统自卸汽车等五种类型；其中三面自卸汽车目前应用的比较少，而液压举升系统自卸汽则应用的日益广泛。未来是节约型社会、智能化时代；因此未来的自卸汽车主要是偏重自卸举升机构的创新与智能化，并且具有节约能耗的特点。1.2 高位自卸汽车定义、组成、功用自卸汽车自上世纪初诞生以来不断发展，日趋完善，以成为当今货物运输的主要专用车之一。自卸汽车利用车辆自身的发动机驱动液压系统，从而使车厢倾卸

14、机构按预定的运动轨迹运行，使车厢倾斜一定角度卸货货物依靠其自重自行卸下，卸货完毕后车厢依靠其自重复位。自卸汽车按其载质量的大小可分为超重型、重型、中型以及轻型；按其外形尺寸、总质及能否在公路上行驶，又可分为非公路用自卸汽车和公路用自卸汽车。超重型自卸汽车的外部宽度都大于2.5m，每轴载荷质量都远大于13t，就属于非公路用自卸汽车。按其车厢卸货方向的不同，还可以分为后卸式、侧卸式以及三面卸式。具体分类如下：超重型自卸汽车因其主要用于矿山采掘工程，专用于运送爆破后的岩石、矿石，也多称为矿用自卸车。其中小吨位的车型和载质量3080t的车型也在大中型水电站施工及大江截流工程中广泛应用，运送岩石、土方等

15、。超重型自卸汽车的主要特点有：一是作业效率高，每吨运输成本低；二是用途专一，其车型庞大，只在矿区或水电站施工区内行驶；三是价格昂贵，与大批量生产的公路用车型相比，这类车型批量很小、专门设计，按订货量组织生产，所以每车价格昂贵；四是转运困难，因整车外形尺寸庞大，多采用总成运输，现场组装整车1。专用自卸汽车是在普通自卸汽车的基础上增设特定的机构来实现自己的功能，以达到特定的目的。普通自卸车，其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，就难以满足要求。为此需设计一种专用自卸汽车高位自卸汽车，它是装备有车厢高位举升和倾卸机构两套装置，能将车厢举升

16、到一定高度后倾卸物料的自卸汽车，适合于高货台卸货。其外形如图1.1所示。所谓高位自卸汽车是指在普通自卸汽车的基础上安装一个特殊装置，该装置能够将车厢举升到一定高度，车辆在这一高度卸货。高位自卸汽车的高位倾卸动作循环方式有两种：其一，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，车厢恢复高位水平位置，最后平移下降到原始位置。其二，按上述程序，车厢高位倾卸后，车厢的两种复位动作（即角度复位和平移下降复位）同步进行2。图1.1 高位自卸汽车高位自卸汽车的专用装置由举升机构、倾卸机构和液压系统两大部分组成。其中举升机构作用是将车厢平移举升到某一预定的高

17、度，从而实现在该高度进行高位卸货。目前为止有剪式、L型、平行四边形等多种举升机构。倾卸机构的作用是使倾斜一定的角度，使车厢中的货物自动卸下，然后再使车厢降落到车架上。它的主要结构型式有直推式倾斜机构、连杆式倾斜机构两种。而液压举升系统作用产生液压能，实现举升机构倾翻的动力源；其结构组成有液压泵、控制阀、限位阀、举升液压缸等。液压泵由取力器驱动，取力器的动力来源于汽车底盘；控制阀改变液压系统回路，由驾驶员在驾驶室中操纵；限位阀限制车厢的最大倾角。大多设在液压缸内，当车辆升至预定的角度时，限位阀起作用，限制车厢继续倾斜；举升液压缸将液压能转变为推动车厢的机械能的直接执行部件。举升和倾卸机构是自卸汽

18、车的重要工作系统，其设计质量直接影响自卸汽车的使用性能。随着自卸汽车产品技术的发展，它们的结构型式也不断增多。若能将不同类型的机构按其各自的特点配备到与之相适应的自卸汽车则无论是高位自卸汽车的工作性能，还是机构的使用效率，都会得到很大的改善。因此如何选择合适的举升和倾卸机构，成为高位自卸汽车设计中的首要问题3。高位自卸汽车上现在广泛采用液压倾卸机构。根据油缸与车厢底板的连接方式，常用的倾卸机构可以分为直接推动式和连杆组合式两大类。油缸直接作用在车厢底板上的倾卸机构称为直接推动式倾卸机构，简称直推式倾卸机构。按倾卸点在车厢底板下表面的位置，该类机构又可分为油缸中置和油缸前置两种型式。前者油缸支在

19、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。常用车厢倾卸机构如下：1.3 国内外高位自卸汽车的发展概况我国自卸汽车生产始于20世纪60年代初，经过40多年的发展，尤其是在20世纪80年代以后通过技贸结合与合作生产方式，从国外引进若干先进的自卸汽车制造技术，并在此基础上形成以若干大型汽车制造厂为主体的机械传动式自卸汽车生产企业集团。公路用自卸汽车的装载质量从220t、矿用自卸汽车装载质量从20154t以下基本形成完整的专用汽车系列，为我国自卸汽车的腾飞打下了坚实的基础

20、。当然，除普通自卸汽车以外，专用自卸汽车的生产也得到了一定的发展，尤其是新世纪以来，随着我国社会经济和交通环境的改善，各行业对专用汽车尤其是工程系列专用汽车的需求越来越大。专用汽车将跟更加注重行业化、专用化、系列化。自卸汽车生产企业无论是在数量上还是在质量上都得到了空前的发展，全国生产和改装汽车的企业由最初不足10家发展到1989年的114家，到1998年的724家，占全国汽车生产企业的86.4%，其中改装车厂631家，主机（整车制造）厂93家。专用汽车企业的性质和生产模式也都发生较大改变。由原有分散的中、小型国有企业，通过联合、兼并、重组、民营等手段形成了企业的集团化、大型化。以前“小而全”

21、的生产格局也不复存在，自卸汽车的生产模式将朝着单一种类、系列化、多品种的专业化模式发展4。国外自卸汽车生产始于20世纪30年代，比我国早30多年在其后70多年的发展过程中，其结构不断改进，整车性能已有很大提高。为提高自卸汽车的科技含量，追求高附加值，各国更是不断采用先进技术，其主要表现以下几个方面：全面提高自卸汽车内在质量和使用性能；随着使用范围的不断扩大、用户要求的不断提高，自卸汽车正朝者多品种、系列化、小批量的方向发展；在制造加工方面，自卸汽车朝着底盘生产专业化、零部件生产专业化、工艺专业化和辅助生产专业化方向发展；广泛采用计算机辅助设计，以提高设计的质量和缩短设计研制的周期；在材料配置上

22、，将更多地采用高强度铝合金、不锈钢、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽车以形成自己独特的结构与车型系列。高位自卸车作为自卸车家族的重要组成，多品种、小批量也是其一大特点。高位自卸汽车生产的另一个特点是零部件专业化生产，大部分专用汽车厂实际是一个总装厂。其产品按结构分工或组织专业化协作生产如自卸车油缸，副车架等均有个专业厂集中生产。目前，高位自卸汽车的市场占有量还很小，但随着我国经济的发展，各种大型项目的实施，高位自卸汽车的市场需求量会逐渐增大，可以预见，在今后一段时间内市场需求将得不到满足。1.4 高位自卸汽车发展方向与前景随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车

23、大家族中一个分支的自卸汽车，陆续出现了多种多样的型式；2008年的北京奥运会和2010上海世博会都将拉动对自卸汽车的需求，而且大、重吨位的自卸车所占的比例也将进一步增大。西部大开发，将促进西部地区专用汽车市场的有效增长，西部地区基础设施建设投资达7000亿，10年内将修建公路35万公里。专用汽车有着较大的市场发展空间。诸如“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”、青藏铁路及国内几条高速公路建设等大型项目的正式启动，给专用汽车市场特别是重型专用汽车市场注入了巨大活力。任何大工程的启动都需要工程机械的参与，高位自卸汽车将会在这些大型舞台里扮演重要的角色。为使高位自卸汽车能够在不同工况下圆满的完成工

24、作的需求，经过调查、研究，我国高位自卸汽车的品种开发还应从以下方面努力：进一步发展和完善中型高位自卸汽车；进一步开发自动机械装卸机构，以适应农业等部门的需求；进一步提高高位自卸汽车的技术含量以追求其高附加值等。1.5 本次设计的主要内容本设计的目标是设计一种载重5t的高位自卸汽车，其性能参数与所选底盘车接近。高位自卸汽车是装备有车厢高位举升机构和倾卸机构两套装置的载货自卸汽车。因此本设计主要研究的内容有：车厢高位举升机构的设计计算、车厢倾卸机构的设计计算、液压传动装置设计计算选型，并进行二类底盘的选择、主要参数数据齐备、进行二类底盘选型分析、产生具有实践意义的选型总结；然后进行车辆的总体布置和

25、性能分析，并用总布置草图表达主要底盘部件的改动和重要工作装置的布置；最后通过正确的计算，完成部部件设计选型，达到工艺合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的设计要求，并附之以总装配图，清楚表达设计。另外，根据高位自卸汽车举升和倾卸机构的结构及机械性能参数的要求，在有限元理论的基础上，建立了举升杆、托架、拉杆和三角臂的有限元模型，并使用ANSYS10.0进行节点位移，应力和应力强度分析。第2章 高位自卸汽车设计计算2.1 基本尺寸参数的确定高位自卸汽车与普通自卸汽车一样，都是在二类底盘的基础上进行改装而成，主要尺寸参数原则上应于原车底盘尺寸相同，从而保证其整车性能参数与原车基本保持不变。常见二类

26、底盘机构如图2.1所示。A-轴距 D-驾驶室最高点到车架上表面距离 H-底盘总高 J-后悬 K-底盘有效长 L-底盘总长Y-推荐载物重心 U-前悬图2.1 CQ1113T6F23G461底盘结构2.2 质量参数的确定2.2.1 额定装载质量me高位自卸汽车是在普通自卸汽车的基础多加了一套举升和倾卸装置，所以其装载质量要比普通自卸汽车小，根据CQ1113T6F23G461车底盘最大承载质量为7320kg，所以初定额定装载质量为5000kg。2.2.2 整车整备质量m0整车整备质量是指汽车完全装备好的质量，包括润滑油、燃料、随车工具、备胎等所有装置的质量。参考同类普通自卸汽车的整车整备质量，在此基

27、础上在增加车厢升高装置的质量，便可估算高位自卸汽车的整车整备质量。所选CQ1113T6F23G461车底盘的整备质量为4080kg,因为在本次设计选用的车厢尺寸有较大，为48002000640，因此整车整备质量相对有所增加，取为5000kg；再加上双级剪式举升机构约450kg。即高位自卸汽车整车整备质量为：kg2.2.3 总质量ma总质量ma的计算公式为kg式中mp乘员质量（kg），按每人65kg计。改装后高位自卸汽车最大轴载质量的分配应基本接近原车底盘轴载要求。又由于车厢升高的同时，其质心向后移，因此该高位自斜汽车的整车质心位置可比同类普通自卸汽车的质略向前移。2.3 高位自卸汽车底盘的选择

28、专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件5。一般专用改装车辆在选用底盘时应满足下述要求：（1）适用性对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计。（2）可靠性所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命；且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。（3）先进性应使用整车在动力性、经济性、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

29、先进水平的汽车底盘；而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。（4）方便性所选用的底盘要便用于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。除了上述主要要求外，还有两个值得注意的方面，一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场，企业能否增加效益问题。二是汽车底盘供货要有来源，所选用的底盘在市场上必须具有一定的保有量6。2.3.1 底盘型号的选定专用汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用

30、车辆采用二类底盘进行改装设计。采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近7。目前国内市场上底盘的种类多、品种全，如解放、东风、红岩等系列底盘性能好，价格便宜，市场保有量大，在载重量围46t的中型汽车，选用的底盘也多为这些系列的产品。表2.1底盘性能对比列表解放东风红岩适用性适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求适用于各类载重货车及专用汽车特殊功能的要求适用于各吨位载重货车的改装设计要求以及部分专用车辆的特殊要求可靠性工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命工作性能好，故障率低

31、，零部件要有足够的强度和寿命性能可靠，出现故障率低，各部件要有足够的强度先进性动力性、经济性、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动力性、经济性、操纵稳定性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平动力性、经济性、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方便性安装、检查保养和维修方便，结构紧凑安装、检查保养和维修方便，结构紧凑安装、检查保养和维修方便，结构紧凑价格较便宜比较便宜便宜供货来源市场拥有量多市场拥有量多市场拥有量较多常见吨位各种吨位车型各种吨位车型轻、中型载货车型经过实际调研和上网搜集各类底盘及其技术参数相关方面的资料，并结合本

32、次改装设计专用车的用途、最大装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配、成本等各方面的综合要求，不难发现，在进行小规模的轻、中型载货汽车或专用车辆改装制造时，选用红岩系列底盘相对较合理。所以选择红岩CQ1113T6F23G461底盘作为本次高位自卸汽车的底盘，其主要技术参数见表2.28。表2.2底盘技术参数列表车型CQ1113T6F23G461驾驶室最高点距车架上翼面距离（mm）2056发动机YC6105ZLQYC6108ZLQBD6114ZLQ11B驾驶室最大翻转半径（mm）2480汽车底盘长（mm）8208驾驶室后围距前轴（mm）508轴距（mm）4600

33、外气管距前轴距离（mm）752车架有效长度（mm）5578车架上平面离地高度（满载）（mm）1007车架结构（腹高、板厚）243、8+5车轮最大弹跳高度（mm）188车架外宽（mm）780底盘整备质量（kg）4080推荐货物重心（mm）890底盘轴荷（kg）前轴/后轴1680/2400车辆前悬/车架后悬（mm）1548/1800底盘最大承载质量（kg）7320汽车底盘总高（mm）3060厂定最大设计总质量（kg）11400驾驶室翻转中心位置（mm）110、1312备注11.00R20胎/T6驾驶室2.4 本章小结本章主要进行高位自卸汽车底盘的选型。首先根据所需底盘的主要设计参数查询各牌号对应的

34、底盘，如东风、解放以及红岩等；然后将现有满足设计参数要求的各种底盘进行对比，通过比较他们的适用性、可靠性、先进性、方便性、价格以及供货来源等各方面因素选择比较使用的底盘；综合各方面情况最后选用红岩CQ1113T6F23G461底盘作为本次高位自卸汽车的底盘。第3章 高位自卸汽车结构方案分析高位自卸汽车装备有车厢高位举升机构和车厢倾卸机构两套装置，它能将车厢平移举升到一定高度后倾卸货物。目前国内生产的自卸汽车，其卸货方式为散装货物沿车厢地板卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后再倾

35、斜车厢卸货。对高位自卸汽车进行改装设计是，一般应满足以下设计要求：具有一般自卸汽车的功能；能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度，最大升程Smax见表3.1；为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移，车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表3.1。为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a；在举升过程中可在任意高度停留卸货；在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开；卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，后厢门和车厢的相对位置见图3.1；举升和翻转机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面；结构尽量紧凑、简单、可靠，具有

36、良好的动力传递性能。表3.1参考数据单位:mm车厢尺寸（L×W×H）车厢最大升程Smax车厢最大后移量a额定装载质量W（kg）驾驶室与车厢的距离Lt车厢下表面与车架上表面的距离Hd4800×2000×64012001800150250500030065010004000×2000×6401200180018028050003004508003900×2000×6401000150020035048003004506003900×1800×63015002000200320450028040050

37、03800×1800×6301500195020030040002803804703.1 高位自卸汽车的举升机构的设计与分析在高位自卸车改装设计中对举升升高机构设计要求如下：（1）能将满载货物(5t)的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度；（2）在卸货过程中要保证汽车具有足够的稳定性；（3）在举升过程中可在任意高度停留卸货。(a)(b)a-高位自卸汽车静止状态b-高位自卸汽车卸货状态图3.1 高位自卸汽车示意图3.1.1 双缸直推式举升机构双缸直推式举升机构的结构如图3.2所示。该结构主要由前后两组四个液压油缸组成，在货厢被举升的过程中前后两组油缸同步工作；当货厢到达

38、预定的高度后，后组两个油缸停止工作并被锁止，而前组两个油缸则继续工作，从而使车厢绕后组个油厢绕后组个油缸的举升点转动达到自动卸货的目的。双缸直推式该举升机构的优缺点主要有：（1）车厢可以在任意高度停留卸货；（2）可以不额外装配倾斜机构。双缸直推式该举升机构的优缺点主要有：图3.2 双缸直推式举升机构（1）车厢在举升和下降过程中不易保持水平，稳定性不好；（2）对液压油缸的要求比较高；（3）在实际生活中很少采用这样的结构来举升物体。3.1.2 L型举升机构L型高位自卸汽车是一种常见的高位自卸汽车，如图3.3所示。图3.4所示为车厢举升机构示意图，L形杆BDE一端与铰链B相联（铰链B通过竖直杆固定在

39、车架上），一端与车厢底部的铰链E相联，同时其上绞接一液压油缸2，液压油缸另一端与车厢底部的铰链相联。举升时，液压油缸1伸长，推动L形杆BCD绕铰链B逆时针转过角度，使E端上升；与此同时，液压缸2也联动工作，使车厢也转过角度，从而使车厢在上升过程中保持水平。随着BCD杆的转动，E点后移，同时带动车厢后移，当E点与B点等高时，后移量达到最大9。图3.3 L型双缸直推式举升机构图3.4 L型双缸直推式举升机构示意图L型高位自卸汽车的举升机构的优点有：（1）该机构充分利用了车厢前面的空间，使车厢底部的机构变得简单；（2）该机构克服了后移量过大的缺点，机构的尺寸也较小。L型高位自卸汽车的举升机构的缺点有

40、：（1）该机构最大的缺点在于车厢全部重量均有L形杆BAI承担，由于IC很长，所以BAI受到很大的扭矩作用。这就对L形杆的强度提出很高要求，同时也限制了车厢的装载量；（2）液压缸1和液压缸2需要联动工作才能保证车厢的水平，使控制机构复杂；（3）液压油缸的推程较大。3.1.3 平行四边形举升机构采用平行四边形的车厢举升装置的自卸汽车如图3.5所示，其结构示意图如图3.6所示。它利用油缸OE驱动平行四边ABCD组成的连杆机构，即可实现车厢的平移升降，但在升降过程中，车厢的纵向位移比较明显。事实上该车就是在普通自卸汽车的基础上加装了平行四边形举升装置，适合于高台卸货或车辆之间装卸货物10。图3.5平行

41、四边形举升机构平行四边形举升装置的优点有： （1）结构简单，易于加工、安装和维修；（2）能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好；（3）液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量。平行四边形举升装置的缺点是：车厢上移时，其后移量很大，为了保证车厢举升到最大高度时，其最大后移量不超过设计要求，需将杆AD、BC做的很长，甚至大大超过了车厢的长度，在稳定性和较小后移量上很难两全，因此，在工程实际中利用较少。图3.6 平行四边形举升机构示意图3.1.4 人字形举升机构人字形举升机构的结构如图3.7所示。该结构主要由上下两组液压油缸组成，在货厢被举升的过程中两组油缸同步工作；当货厢到达预定的高度

42、后，油缸1停止工作并被锁止，而油缸2则继续工作，从而使车厢转动达到自动卸货的目的。举升时，液压油缸1伸长，推动杆ABC绕铰链A顺时针转过一定角度使C端上升；与此同时，液压缸2也联动工作，使车厢也转过相应角度，从而使车厢在上升过程中保持水平。随着ABC杆的转动，E点后移，同时带动车厢后移，当E点与B点等高时，后移量达到最大。图3.7人字形举升机构示意图人字形举升机构的优点有：（1）结构简单，容易操作，易于加工、安装和维修；（2）不需要额外加倾斜机构，降低成本。人字形举升机构的缺点有：（1）油缸承受的力很大，而且推杆不耐用；（2）为了保证车厢举升到最大高度时，需要的ABC杆较长,从而增加了机构布置

43、的难度。3.1.5 单级剪式举升机构单级剪式举升机构是一种很常见的机械举升，在许多领域都得到了广泛的应用。采用单级剪式机构车厢举升装置的自卸汽车如图3.8所示。如图3.9(a)所示该举升机构是由长度相等的两杆AC和BD彼此铰图3.8 单级剪式举升机构高位自卸汽车接于E点；AC杆的A端与水平的液压油缸拉杆铰接，并可在滑槽内移动；BD杆的B端与车厢底部为滑动铰接。当液压油缸拉杆右移时，车厢上升，同时向后移动；液压油缸拉杆左移时，车厢下降，同时向前移动（图3.9(b)为液压缸垂直安放）。采用此种布置时，在举升后会使CD的距离较小，影响了车厢工作时的稳定性，特别是在车厢翻转卸货时，这种影响尤为显著。为

44、了消除这种影响，将E取为两杆的中点，同时，为了使车厢在上移时能够逐渐后移，需要将C点换成滑动铰接，而D点换成固定铰接（如图3.10所示）11。此时，由于E取为两杆的中，所以在车厢上移过程中，A与D，B与C始终在一(a) (b)a-油缸水平放置 b-油缸垂直放置图3.9单级剪式举升机构示意图(1)条直线上；同时由于液压油缸的作用，拉动A点向后移动，因此，D点也随之向后移动使整个车厢也向后移动。该剪式举升机构的优点有：（1）结构简单，紧凑；（2）能够很好的协调车厢上移与后移量之间的关系，满足工作要求； 图3.10 单级剪式举升机构示意图(2)（2）（3）机构的受力情况较好，汽车工作稳定性容易得到保

45、证。这种剪式机构的缺点是液压缸水平布置时，在举升初始阶段，传动角较小，不利于工作。根据以上缺点，可以将液压缸改为竖直布置的形式如图3.9(b)所示；另外还可将A、B两点互换，使A点固定连接，而B点滑动连接。改进后的剪式机构优点是将液压缸竖直布置后，可以很好的解决举升机构传动角过小的问题，而且，它也具有，结构简单紧凑等优点，更改连接方式以后，在整个举升过程中车厢无后移量。此结构在实际生产中应用比较广泛。但是它的缺点跟它的优点一样明显，要实现较大的传动角，那么液压缸的推程就需要很大，甚至多级举升都不易实现，而且车厢不举升时，能供液压油缸布置的地方较小。为此，可以将液压缸改为斜向向布置，即液压缸布置

46、在剪叉机构的右侧，如图3.11所示。将液压缸布置在右侧，不但可以很好的就解决机构传动角小的问题，而且结构紧凑，所用液压缸的活塞推力也较小，因此可以选用直径较小的液压油缸但具有与上面同样缺点，油缸推程较大，但它可供布置的地方较大，布置更灵活。这样的布置结构虽然很好的解决了上述有关空间和传动角的问题，但是在要求车厢被举升到较高高度时，它所需要的AEC杆和BED杆的长度将很大，而且此时液压缸的行程也会变得更大。图3.11 单级剪式举升机构示意图(3)（3）3.1.6 多级剪式举升机构多级剪式机构是在单级剪式机构的上面再叠加相似的剪式结构，通常有两级或三级甚至更多；但应用在自卸汽车上的举升机构不大于三

47、级。利用多级剪式举升机构可以将车厢垂直举升到相当高的高度，如图3.12所示为双级剪市式机构高图3.12 单级剪式举升机构示意图位自卸汽车。图3.13所示为双级式举升机构的几种结构示意图。这种机构的油缸作用点布置十分灵活，而且在需要举升高度叫大的情况下能够有效减小油缸的行程。油缸既可布置在支撑杆的滑动铰接处，也可以布置在支撑杆的中心铰接处，还可以直接铰接在支撑杆上，它能够很好的解决举升机构传动角和液压油缸推程的关系。该举升机构具有单级剪式举升机构的绝大部分优点；但因为是多级举升，所以举升装置较为复杂，而且会升高汽车的重心位置，剪叉臂相对较短，因此一般只应用于举升高度要求较高的时候。3.1.7 举

48、升机构的方案的选定综合上述各举升机构结构的特点以及结合本次改装设计车厢举升高度的要求，选择双级剪式举升机构作为该自卸汽车的举升机构；又因为考虑到车厢起始高度和油缸布置空间的限制，所以采用油缸水平下置的形式，如图3.13(d)所示。经调查研究发现：在实际操作的过程中很难控制两缸同步工作，而且双缸布置所需要的空间相对较大；所以本次设计采用单缸的形式，在车厢两边下侧的内剪叉臂之间用螺栓组安装一跟杆，然后油缸的作用力在该杆的中间，从而达到类似双缸同步作用的效果。(a) (b) (c) (d)图3.13 单级剪式举升机构示意图a.油箱倾斜中置 b.油箱水平中置 c.油箱垂直安置 d.油箱水平安置3.2

49、高位自卸汽车倾卸机构的设计与分析高位自卸汽车改装对倾卸机构的设计要求如下：（1）利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与托架大梁间的空间；（2）结构要紧凑，可靠，具有很好的动力传递性能；（3）完成倾卸后，要能够复位。现代自卸汽车倾卸机构主要分为两大类：直推式和连杆式，它们均采用液压作为倾卸动力。倾卸机构主要由倾卸杆系机构、车厢和副车架组成。其功能是承载物料，并在液压系统的驱动下完成倾卸动作。3.2.1 单缸直推式倾卸机构图3.14 单缸直推式倾卸机构示意图单油缸直推式倾卸机构的示意图如图3.14所示，这种机构结构简单紧凑、举升效率高、工艺简单、成本较低。采用单缸时，容易实现三面

50、倾斜。另外，若油缸垂直下置时，油缸的推力可以作为，车厢的举升力，因而所需的油缸功率较小。但是采用单缸时机构横向强度差，而且油缸的推程较大；采用多节伸缩时密封性也稍差。单油缸直推式倾卸机构的优点：（1）结构简单紧凑；且采用单缸时，容易实现三面倾斜；（2）若油缸垂直下置时，油缸的推力可全部作为车厢的举升力，因而所需的油缸功率较小。单油缸直推式倾卸机构的缺点是机构横向强度差，而且其油缸行程较大。代表车型：斯太尔1291.280/K38、玛斯-5511。3.2.2 杠杆平衡式倾卸机构杠杆平衡式倾卸机构示意图如图3.15所示，该机构具有结构紧凑，横向刚度比较好，举升时转动圆滑平顺，杆系受力比较小，举升过

51、程中油缸的摆动角度很小，油缸的行程也比较短等优点。但因为机构集中在车后部，车厢底板受力大，给车身的整体布局带来一定的困难，而且，在推杆推动车厢翻转时，车厢倾翻轴支架的水平间内力非常大，因此，对材料的要求比较高。代表车型：日产PTL81SD。图3.15杠杆平衡式倾卸机构3.2.3 油缸前推连杆组合式倾卸机构油缸前推连杆组合式倾卸机构的示意图如图3.16所示，这种机构横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均匀。但是油缸在车厢翻转过程中摆动角度较大，且活塞行程稍大12。代表车型：五十铃TD50ALCQD、QD362。图3.16 油

52、缸前推连杆组合式倾卸机构示意图3.2.4 前推杠杆组合式倾卸机构前推杠杆组合式倾卸机构示意图如图3.17所示，该机构横向刚度好，举升时转动平顺圆滑，举升过程中举升力小，构件受力改善。但油缸的行程过大，偏摆角大13。代表车型：SX360。图3.17 杆系倾卸机构（5）（五）3.2.5 油缸后推连杆组合式倾卸机构油缸后推连杆组合式倾卸机构的示意图如图3.18所示，该机构结构比较紧凑，横向刚度较好，油缸的推程小，举升时转动圆滑平顺且布置容易；但举升力系数大，举升臂较大。油缸后推连杆组合式倾卸结构广泛应用在中轻吨位的自卸汽车上。另外，在改变三角臂的相对尺寸后可以得到连杆放大式机构；经改进后的结构，油缸

53、的举升力更小但其需要的布置空间也相对较大14。代表车型：五十铃TD50A-D、QD352、HF352。图3.18 油缸后推连杆组合式倾卸机构示意图3.2.6 油缸后推杠杆组合式倾卸机构油缸后推杠连杆组合式倾卸机构的示意图如图3.19所示，该机构横向刚度好，举升时转动平顺圆滑，在举升过程中，举升力小，构件受力改善。但油缸的行程过大，偏摆角大，且机构结构不紧凑15。图3.19 油缸后推连杆组合式倾卸机构示意图3.2.7 油缸浮动连杆式倾卸机构油缸浮动连杆倾卸机构示意图如图3.20所示，该机构结构紧凑，横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺。油缸进出油管活动范围大，油管长，副车驾受力改善，举升力系数较小。

54、但该机构结构比较大，油缸固定在节点上，从而使杆件刚度要求较高；而且油缸转动角度过大。代表车型：YZ-300。图3.20油缸浮动连杆式倾卸机构3.2.8 俯冲式杆系倾卸机构俯冲式杆系倾卸机构示意图如图3.21所示，它的结构简单，造价低，横向刚度好，举升转动圆滑平顺；但油缸必须增大容量。代表车型：73型。图3.21 俯冲式杆系倾卸机构3.2.9 Y形倾卸机构Y形杆系倾卸机构示意图如图3.22所示，该机构结构简单，造价低，举升转动圆滑平顺；但油缸必须增大容量，横向刚度差，举升机构尺寸大，不易布置。该结构在现代自卸汽车的生产中应用较少。3.2.10 倾卸机构方案的选定从以上几种方案分析中可以看到直推式

55、和杆系倾卸式具有的共同特点，它们均采用液压作为举升动力。不同的是直推式是利用油缸直接举升车厢实现起倾卸，油缸推动力直接作用在车厢上，不需要杆系作用；而杆系倾卸式的倾卸机构由连杆、三角架或推杆等组成。不同的倾卸机构的布置和组成也不相同，但他们都具有举升平顺，举升刚度好，使油缸行程成倍增大，可采用结构简单、密封性好、易于加工的单缸，布置灵活多样等优点。图3.22 油缸浮动连杆式倾卸机构根据上述各种倾卸机构的对比分析，以及本次高位自卸汽车的改装设计装载质量和车厢最大倾斜角的要求，最终选择油缸后推连杆组合式倾卸机构，如图3.18所示。3.3 车厢后拦板开合机构的设计与分析高位自卸汽车改装对车厢后拦板开

56、合机构的设计要求如下：（1）在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，并且车厢与托架表面的夹角与后拦板与车厢夹角相等；（2）卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。3.3.1 自转开合机构图3.23 自转开合机构自转开合机构结构示意图如图3.23所示，这种方案是最容易想到的，因为设计要求中提到在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。所以在本设计中，当车厢翻转的时候后厢门是完全依靠自重下垂的，在车厢倾斜卸货的时候，后箱门是可以随之打开的，当车厢恢复水平的时候，后箱门也可以自动的依靠重力而随之关闭。另外，为了保持在后箱门关闭后，不会因为其他的情况而再次打开，须在车厢的底部设计了一个倒锁，它在后箱门关闭后会自动工作把后箱门锁死。该设计方案的最大优点就是结构简单，容易实现，思路也比较清晰。缺点是该机构在后拦板开启之后