自卸汽车举升机构设计分析

1、烟台大学毕业论文（设计）分类号编号烟台大学毕业论文（设计）T式自卸汽车 举升机构设 计The design of T- typecolumn hydraulic car lift申请学位：工学学士学位院系： 机电汽车工程学院专业： 机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：指导老师：2014年6月1日烟台大学烟台大学毕业论文（设计）T式自卸汽车举升机构设计姓 名:指导教师：2014年6月1日烟台大学烟台大学毕业论文（设计）摘要随着国民经济的增长，我国专用汽车市场进入了快速成长期。2005年专用汽车生产企业已经有628家，专用汽车品种已经达到 4900多个，2005年专用汽车产量 达70万辆，占载货

2、汽车总产量的40%0作为专用汽车中一个分支的自卸汽车，陆续 出现了多种多样的型式，其中最常见的是后倾式自卸汽车。本文首先对自卸汽车国内外发展现状及设计内容作了相关的概述。接着，按照自 卸车举升机构的设计过程，完成了对机构的选型、机构的受力分析也计算、液压回路 系统的设计与运动仿真分析。关键字：专用汽车，自卸汽车，举升机构，运动仿真烟台大学毕业论文（设计）AbstractWith the national economic growth, Chinas auto market has entered a special rapid growth. 2005 Special Purpose Veh

3、icle manufacturers have been 628, Special Purpose Vehicle has reached more than 4900 varieties,2005 special vehicle production reached 700,000, Accounting for 40% of total truck. As a Special Purpose Vehicle in a branch of the dump truck, has been found in a wide variety of types , of which the most

4、 common isBack ward curved dump truck.In this paper, firstly, I made a general about the auto unload vehicle design and itsdevelopment domestic and abroad. Then, according to the process of the design of lifting mechanism of dump truck, completed the analysis of mechanism selection, mechanism of str

5、ess analysis are also calculated,yhdraulic system design and motion simulation.Key words: Special Purpose Vehicle, Dump Truck, Lifting mechanism, motion simulation烟台大学毕业论文（设计）目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 第一章绪论1 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 引言1 HYPERLINK l b

6、ookmark21 o Current Document 国内外专用车辆的发展概况 1国外专用车辆发展概况 1我国专用汽车的发展状况 2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 自卸车概述2 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 第二章自卸车举升机构选型 4 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 自卸车载重与车厢举升角的确定 4自卸车载重4车厢举升角的确定 4 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 举升机构结构选型

7、4 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 第三章自卸汽车举升机构的结构与设计 7 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 3.1 T式举升机构运动与受力的解析计算 7 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 第四章液压系统设计12 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 确定系统方案 12液压回路系统的设计 12 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 液压系统主要元件的性能

8、参数计算与选型 13举升油缸的性能参数计算与选型 13液压油泵性能参数计算与选型 14管路选择15油箱容积设计 15第五章T式自卸汽车举升机构的动力学仿真 16T式自卸汽车举升机构系统实体模型的建立 16举升机构的动力学仿真 18模型导入18编辑模型构件 19运动副建立19 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 对三维模型进行运动仿真分析 20设置运动仿真解算方案 20仿真曲线输出。21第六章总结23致谢24烟台大学毕业论文（设计）参考文献25烟台大学毕业论文(设计)第一章绪论引言对于专用车辆术语世界各国还没有统一标准，国外所谓的专用车辆通常是指一

9、 种在很多特征上不同于基本型车辆或通过特别改装以后，用于运输货物或人员的车 辆，以及只用于完成特殊任务的车辆。国内外专用车辆的发展概况国外专用车辆发展概况国外最先开发专用车辆产品的是欧美的部分国家，二战后又在日本、前苏联等国 获得发展。(一)国外专用车辆的生产组织状况国外专用车辆的生产组织形式多样化，大体可以概括为如下几类：()汽车制造厂(即主机生产厂)设分公司或分厂制造专用车辆，一般以生产 本厂基本车型改装的专用车辆为主。()专用车辆厂从汽车厂购买普通车型的底盘，开发出产自己的专用车辆。()非汽车公司组织专用车生产。(二)国外专用车辆企业的特点()多品种，小批量。()厂家多，规模小。()零、

10、部件生产专业化。(三)国外专用车辆产品的现状及其发展趋势美国是专用车辆发展最早的国家之一，其专用车辆的生产是美国汽车工业的重要 组成部分。据不完全统计，美国在1986年其专用车产品占据货车产量的58%,在其 的中型货车保有量中专用车辆占到以上；20世纪70年代，美国的挂车平均年产量已达15万辆左右。日本自20世纪70年代末，特种车辆年平均产量约 20 万辆；直到1990年日本专用车辆总产量已经达到 25.8万辆；近年在中型货车中，专 用车辆所占比例已经超过 54%欧洲的专用车辆主要是重型专用车辆，欧洲绝大多数 专用车辆生产厂家集中在德国。前苏联自从1956年以来，汽车工业得到了显著的发展，虽然

11、载货汽车在汽车总产量中所占的比例却在降低，但是专用车辆在载货汽车保 有量中所占的比例却逐年增加。许多国外汽车厂专门生产专用车辆底盘，特别重视专用底盘的系列化、专业化生烟台大学毕业论文（设计）产，以满足特殊需要的专用车辆。近些年来，许多国外的专用车辆汽车厂逐渐注重专 用车辆上新材料、新技术的使用。我国专用汽车的发展状况（一）我国专用汽车的生产现状我国生产专用车辆的起步始于 20世纪60年代初期，是在对军用车辆改装、消防 车辆改装的基础上逐渐发展起来的。20世纪70年代，一些生产专用车辆的生产厂依 据不同需要的国民经济，已经逐渐变为生产的某一门类专用车辆的骨干企业，开发了 属于自己的特色产品。到现

12、在为止，专用车辆已经变成在我国国民经济中不可或缺的 重要装备，并且专用车辆的适用范围越来越广泛。通过40年的发展，专用汽车行业在中国已具有一定规模，尤其是在第二十世纪 90年代初，专用汽车在我国得到了高速的发展。到现在为止，我国生产专用车辆的 生产厂家一般分为4种：一是生产基本型车辆的汽车制造厂，它们生产了占总的专用 车辆产量的50流右的专用车辆；二是专业生产专用车辆的汽车生产厂，在汽车制造 厂提供的汽车底盘上进行改装，这是目前我国专用车辆生产的主要形式，其生产了占 总的专用车辆产量的45流右的专用车辆；三是非专业生产厂，它们在生产其他产品 的同时也在生产专用车辆；四是一些部门修理厂，根据用订

13、户的要求也改装少量的装 用车辆。在近20年来，我国专用车辆得到了迅速发展，成绩巨大，但是从国内经济发展 的需求和世界工业发达国家专用车辆的发展趋势来看，我国专用车辆的品种还比较单 一。不断开发新产品，增加产量和品种，提高产品品质，调整生产规模是摆在专用线 辆厂家面前的一项紧迫而艰巨的任务。（二）专用车辆产品的发展趋势随着我国经济的发展，需要为基础的工业建设，油田开发建设，矿山建设，电厂 和水利建设，交通建设的发展，提供大量的专用用车，重型专用车辆起关键性的作用。 重型特种车辆具有良好的经济效益，大功率等优点，有利于其综合利用。目前，中国 专用汽车占全国汽车市场和生产的比例较小，与发达国家相比还

14、有不小的差距，所以 重型专用汽车的开发和生产，在车辆品种和生产数量有广阔的发展前景。伴随着我国 经济的快速发展，城市需要大量的生活用车、环卫车、医疗车、市政车和其他各种轻 型专用车辆。自卸车概述自卸车是利用自身发动机动力驱动液压举升机构，将货箱倾斜一定角度卸货，并 具有复位功能的一种重要的应用最为广泛的专用汽车。它主要用于散装和散装货物的2烟台大学毕业论文（设计）运输，如砂，石，煤炭，矿产，土地，建筑材料，废料，用于矿石，建筑，建材厂等。因为自卸汽车具备卸货机械化的特征，大多时候又与装载机或皮带运输机配套应 用，来到达全部装载机械化的功能，所以能够极大减少装卸所用时间，提高运输效率， 减轻劳动

15、强度，并且可以节约大量劳动力成本。自卸汽车按其用途来分可分为两大类：一类属于非公路运输的重型和超重型自卸车，装载质量一般在20t以上，主要承担大型矿山、水利工地等运输任务，通常与挖掘机配套使用，这类自卸车称为矿用自 卸车。矿用自卸车的长度、宽度、高度以及轴荷等不受公路法规的限制，但只能在矿 上、工地或其他指定的地方使用。另一类自卸车属于公路运输车辆，分为轻、中、重型自卸车，装载质量一般在,主要承担成矿石、泥土、煤炭等松散物质的运输，通常与装载机配套使用， 通常称为普通自卸车。自卸汽车按结构分类可分为后卸自卸车、侧卸自卸车、三面卸自卸车和底卸式自 卸车等。其中后卸式自卸车应用最广，通常讲的自卸车

16、都指后卸自卸车，后卸自卸车 如果车身利用汽车牵引车牵引形成半挂自卸车。自卸汽车载质量大小不同，根据载质量可分为轻型自卸车、重型自卸车和重型自 卸车。一般轻型自卸车装在质量不超过 3.5吨；中型自卸车装载质量在 3.5吨到8 吨之间；装载质量超过8t的都属于重型自卸车。烟台大学毕业论文(设计)第二章自卸车举升机构选型自卸车载重与车厢举开角的确定自卸车载重本课题的改装车型是经济型轻卡江淮好运系列，车载重取3t车厢举开角的确定车厢最大举开叫一般有装载货物的安息角确定。表 2-1为常见的货物安息角 表2-1常见货物的安息角物料 名称煤铁矿石铜矿细沙粗砂石灰心粘土水泥安=角自卸车的举升机构设计的最大举开

17、角必须大于所运载货物的安息角，来确保能够把车厢内的货物倾卸干净。在设计机构选择最大举开角时，自卸汽车车厢的 最大举升角一般在可在之间选择。在本车型取最大举升角为。举升机构结构选型自卸汽车对举升机构的设计要求如下：1、升降机构实现周转，安装空间不能超过车厢和主框架的底部空间；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；4、在达到最大举升角度时，车厢后板底部应该与地面保持一定距离；自卸车举开机构通常被分为两大类：连杆组合式和直推式。()直推式直推式举升机构是通过液压油缸直接举开车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。一般采用单作用多级伸缩式套筒油缸来满足液压油

18、缸工作行程长的 问题。直推式举升机构根据液压油缸与不同位置车厢连接点连接可分为前置式和后置 式两种，如图2-1所示；依照举开油缸的级数不同可分为单级式和多级式两种；按 照安装油缸数目的不同可分为单缸式与多缸式。前置式通常采用单缸，后置式既可采用单缸，也可采用并列双缸。在同样的举升 载荷下，前置式需要的举升力较小，举升时，车厢横向刚度大，但油缸活塞工作行程 长，后置双缸并列直推式举升机构具有布置简单、结构紧凑、油缸活塞行程小、举开 效率高举升稳定性好、易于加工等众多优点，故应用较为广泛，但举升时横向刚度较烟台大学毕业论文（设计）差。采用多级伸缩式油缸制造成本较高、密封性要求也高。（）连杆组合式连

19、杆组合式举升机构一般由三角臂、副车架和车厢构成的连杆机构与油缸组合而 成。其优点如下：举开平顺，油缸活塞的工作行程短、活塞行程可成倍增大，举升刚 度好，可采用结构简单、密封性好、易于加工的单缸，布置灵活多样。所以通常应用 于现代中、轻型自卸汽车。常用的连杆组合式举升机构如图2-2所示，其布置形式有两种，即油缸前推式（又称 T式）和油缸后推式（又称 D式），T式又称为马勒 里式举开机构，D式又称为加伍德式举升机构。以 T式和D式连杆组合式举升机构 为基础，还可以演变出多种各具特色的连杆组合式举升机构，如油缸前推杠杆组合式、 油缸后推杠杆组合式、油缸浮动连杆组合式等。图-2连杆组合式举升机构）油缸

20、前推式；）油缸后推式图-1直推式举升机构的布）前置式；）后置式在自卸汽车设计中，举升机构选型是一个核心 性问题。必须确保最大举升力和 最大举升角两个要求。各种类型的自卸汽车举 升机构特点比较见表2-2,可供设计 选型时作为参考。举升机构选型时应考虑的问题：）液压系统是否能够承受在举升质量作用下的举升力；）液压系统的行程是否能够满足车厢的最大举升角；）液压系统特别是液缸的生产及配套情况。直推式举升机构结构设计简单。但是因为是油缸直接顶起车厢 ，为了获得一定的 举升角度，通常需要使用多级油缸，而且又为了提高整 车的稳定性，通常采用双油缸 结构。不过这样容易造成油缸漏油和双缸举升的不同步，容易使车厢

21、举升受力不均。 现在,该类举升机构主要应用在重型自卸汽车。连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特点，不仅降低了油缸的工作 行程，而且还能通过与连杆系的横向跨距来加强卸货时车厢的 稳定性，该机构只需要 采使用单级单缸的油缸就能达到设计要求。所以，该类举升机构制造工艺相对简单，烟台大学毕业论文（设计）在生产实际中获得大量应用。综合以上所述，本文选用前推连杆组合式举升机构（或称马勒里式），如图2-2 o该举升机构通过三角板于车厢底板 相连推动车厢起降，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举开支点在车厢中心附近，车厢受力状况较好。表2-2直推式与连杆组合式举升机构的综合比较项目类别 f j-连

22、杆组合式组构布置间便、易于布置比较复杂系统质里较小较大建造高度较低较局油缸加工工艺 性多级缸、加工精度局、工幺性 差单级缸、制造简单、工艺性好油压特性较差较好系统密封性密封环节多、易渗漏、密封性 差密封环节少、不易渗漏、密封 性好工作寿命磨损大、易损坏、工作寿命较 短不易损坏制造成本较局较低系统倾卸稳定 性较差较好系统耐冲击性较好较差烟台大学毕业论文(设计)第三章自卸汽车举升机构的结构与设计3.1 T式举升机构运动与受力的解析计算图3-1油缸前推连杆组合式(T式)举升机构的运动与受力的解析图分别取举开角、三个位置时进行计算其分析步骤如下：()取车厢后较支点O为坐标原点，坐标轴x、y方向如图所示

23、：点 、 E为举开角时三角臂的三顶点及油缸下较支点位置；点 A、B、C、E为举开角在任意角?时的三角臂的三顶点及油缸下较支点位置。拉杆的后钱支点D为已知的固定点。各固定点坐标 E( ,)、D( ,)当 时，A点坐标(， 卜G点坐标(，)、 、 、()分别求出三角臂与车厢的钱支点 A以及举升质量质心G在任意举开角时的 (,)、(，)烟台大学毕业论文（设计）式中， 分别求出 同理，质心和 为A点在时的坐标。G点坐标（时A点坐标为（）可由下式求得:）、（式中, 分别求出和 为G点在时的坐标（3）解下方程组，可求得时G点坐标为（B点坐标值（,）：分别求出时B点坐标为（4）解下方程式，可求得）：分别求出

24、、）（5）直线 和由方程整理的直线分别求出的方程:标准方程:时C点坐标为（时直线标准方程:）、（由方程整理的直线程：标准方分别求出（）求直线时：时:时:（）求点O到直线时：代入时：代入时：代入烟台大学毕业论文（设计）时直线标准方程:交点F的坐标（，的距离)?()?()?()|）求出:）求出:）求出:（）取车厢作分离体，根据力矩平衡E自：烟台大学毕业论文（设计）时：时:时:（）求B点到直线和的距离I （）（）（）（）1，（）（）（时：代入（，）、（，）、（，）求出：时：代入（，）、（，）、（，）求出：时：代入 （，）、（卜（，）求出: TOC o 1-5 h z I （）（）（）（）1，（）（）

25、（）时：代入（，）、（，）、（，）求出：时：代入 （）、（，）、（，）求出:时：代入 （，）、（卜（，）求出:（）取三角臂ABC为分离体，根据力矩平衡E 得:（）时：10时:时:烟台大学毕业论文（设计）式中对应任意举开角 时的油缸推力（）11烟台大学毕业论文（设计）第四章液压系统设计确定系统方案自卸汽车的液压系统由三部分组成：动力部分、控制部分和执行部分（举开油缸） 动力部分主要有：取力器、油泵以及连接两者的传动机构。控制部分用来控制举升油缸实现车厢倾翻，它应具有举升、中停和下降三个动作。控制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。液压回路

26、系统的设计液压回路选择调速回路：采用节流调速方向控制回路：采用手控三位三通换向阀对油路进行方向控制。节流调速系统中，由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。油泵输 出的油液在换向阀内部卸荷，本系统用三位三通换向阀的中位进行卸荷。图4.1溢流阀限压回路图4.2换向阀中位置卸荷利用油缸实现车厢的举开、中停、下降三个过程的液压系统图如下图所示 各构件名称：1、单活塞液压缸 2、节流阀 3、手动换向阀 4、油箱 5、溢流阀 6液压泵 7、单向阀举开时换向阀3处于举升位置，见图4-3。油泵将高压油通过单向阀7压入油缸下腔， 推动活塞上升，通过三角臂机构使车厢后翻，直到活塞上的限位阀打开，油泵输出

27、的 压力油流回油箱，停止升降，溢流阀可以用来调节系统的最大压力。中停时换向阀2处于中停位置，见图4-4。油泵输出的油液在换向阀3内部卸压，无压 力，油缸内油液无压力，不能举升油缸，同时油缸内油液已封闭，所以自卸车处于中 停，车厢静止状态。下降时换向阀3处于下降位置，见图4-5。油缸下腔油路与油箱相通，车厢在自重下， 活塞下移。油缸下腔油液经节流阀 2流回油箱，下降速度可用节流阀调节，这个过程 关停油泵。12烟台大学毕业论文(设计)图4.5下降时液压回路图液压系统主要元件的性能参数计算与选型用于自卸汽车液压回路设计的通用标准液压元件，汽车设计师只需要完成的主要 性能参数的液压元件和液压元件的选型

28、工作。举升油缸的性能参数计算与选 型根据最大举升力和液压系统预给的最高工作压力。可供选取的工作压力有：20.6MPa 15.7MPa、15.7MPa 和 10MPa。油缸工作压力取15.7MPa最大举升力()()式中 为液压系统的工作效率，一般取；式中D为举升油缸缸径()将最大举升力、代入13烟台大学毕业论文（设计）油缸最大工作行程L:为举开角时，油缸上两钱支点的距离;为举开角 时，油缸上两钱支点的距离。 TOC o 1-5 h z 取举开角时：；取举开角时：；取油缸的行程为500mm。举升油缸可依据确定的D、L、p进行选取型号爹婺DLP：3DG-E90 X500EQ-L19050015.7M

29、Pa TOC o 1-5 h z 液压油泵性能参数计算与选型油缸工作容积为：（）（）液压油泵额定流量Q（ML/s应满足下列要求（）式中t为举开工作时间（）。举升机构工作时间一般应在（）时间内，将车厢举升至的位置；为液压系统容积效率，。所以取（），求得：？取?液压油泵排量q由下式确定：（?（）式中 为液压油泵的额定转速（？）预取（？）求得：14烟台大学毕业论文(设计)(飞液压泵的额定压力应比系统最高工作压力高，以便留有压力储备。液压油泵可依据确定的排量q、额定转速 、液压泵额定压力来进行选型。管路选择中高压系统通常选用无缝钢管，低压系统通常选用焊接钢管，钢管不仅性能好,而且价格也便宜。在本系统中

30、选用无缝钢管。液压油管内径确定油管的内径根据流量与流速的关系式确定 TOC o 1-5 h z 在压力管道内的流速一般取？V()?，?管径圆整取10mm油箱容积设计设计油箱时具有效容量时一般按下述经验公式确定：()式中：m为系数，低压系统时，中压系统时，高压系统时为液压泵的流量。?一般要求油箱容积 不得小于全部工作油缸工作容积的三倍，即;()()所以取油箱容积15烟台大学毕业论文（设计）第五章T式自卸汽车举升机构的动力学仿真T式自卸汽车举升机构系统实体模型的建立利用UGa件，本文建立了 T式自卸汽车举升机构系统的实体模型三角臂建模如图5-1 :图5-1三角臂模型支撑杆建模如图5-2:图5-2支

31、撑杆模型连杆建模如图5-3 :图5-3连杆模型16烟台大学毕业论文（设计）副车架与车厢底架建模如图5-4、图5-5 :图5-4副车架模型图5-5车厢底架模型举升系统装配举升角为时，如图5-6:图5-6举升系统装配模型17烟台大学毕业论文（设计）整车装配模型，如图5-7:图5-7整车装配模型举升机构的动力学仿真使用adams仿真软件进行运动仿真模型导入将在U计建好的三维仿真模型导入 adams中，如图5-8、图5-9;图5-8导出18烟台大学毕业论文（设计）图5-9导入5.2.2编辑模型构件将导入的仿真模型重新命名，并设置材料属性重力方向。为了简化 模型将油缸底座与油缸缸体、连杆与油缸顶杆布尔求

32、和。重力方向设为轴正方向，如图5-10。 TOC o 1-5 h z . Gravity Settings宓 GravityX To-X* | +X* |Y |Vo+Y*Z | 98瓦65 -Z* |：* Set values for Earth gravity in global coordinatesOK Cancel图5-10编辑重力5.2.3运动副建立油缸与副车架、副车架与车厢底架、支撑连杆与副车架、支撑连杆 与三角臂、三角臂与车厢底架、连杆与三角臂间建立旋转副，油缸顶杆 与油缸缸体间建立移动副。在移动副上建立一个直线驱动函数， F=10.0*TIME,如图 5-11、5-12 所示；

33、19烟台大学毕业论文（设计）znicnan jgariiJOINT_1J0INT_2J01NT_3J0INT_4J0INT_5J01NT_SJCINT_7JCINT_8JOINT_1CJ0INT_12JOIMT 13 e HEI ?evoLiite J Sevolut e J S.evolui;& j Hevoliite J SevaLute J Sevcluts J Revolute J Sevolut e J Savcluts J Revolute G- sixed Join TEsnglstiQ图5-12 运动副图5-11运动副命令5.3对三维模型进行运动仿真分析5.3.1设置运动仿真解

34、算方案仿真时间设为46s,运动步数为500,如图，对此机构进行仿真，整 个过程无异常。仿真起始时举升机构如图 5-13,仿真结束时举升机构如 5-14 图；图5-11起始时机构位置20烟台大学毕业论文（设计）日M里陆 Build亲niylM的四朝翱3史南工hl电IpL-asL,Rurn- Fe= 4D.00DD Frame-SOI图5-12结束时时机构位置5.3.2仿真曲线输出。对样机各构件的运动情况进行分析，输出样机各构件的位移、速度、 随时间的关系曲线。曲线上各个参数已坐标轴的，（）点为参照，得到曲线是X、Y、Z轴上的和量。车厢及拉杆质心位移随时间的变化规律车厢及拉杆质心位移随时间的变化曲线如图 5-13,可以看出，车厢 质心位移随时间增大而增大，支撑杆质心位移随时间增大而减小，但幅 度很小。图5-13车厢质心（红色）、支撑杆质心（蓝色）位移随时间变化曲线modeLi(Eg 言号21烟台大学毕业论文（设计）车厢和支撑杆质心速度随时间的变化规律车厢和支撑杆质心速度随时间的变化曲线如图 5-14,车厢和支撑杆 质心速度随时间的变化曲线形状大致相同。中部向下弯曲。70D-60 050.0 -40.0 -30.0 20.0 10.0 0.010.0Analysis: Last