重载汽车举升机构及液压系统的设计

摘要本设计的题目是重载自卸车举升机构和液压系统的设计。重载自卸车是重型生产的重要设备。它具有重载、低速、短途运输等特点。起重装置是车辆中最重要的工作装置，对车辆的可靠运行起着重要作用。本项目主要涉及车辆和起重机械的设计，选择最合适的形状以满足设计性能要求，完成车辆和起重机械的设计，完成起重机械和液压系统的检查，绘制车辆和起重机械的图纸。液压系统的设计要求对液压缸和泵进行选择和计算。由于重载作业条件非常困难，因此提出了更严格的要求。与一般卸载相比，车辆尺寸和强度要求相对较大，材料的强度也非常重要。如果不同类型的提升机构配备适当的自卸车特性，也将大大提高自卸车的工作性能。因此，选择合适的起重机械是自卸车设计中的一个重要问题关键词：自卸车；举升机构；液压系统全套设计加QQ11970985或197216396ABSTRACTHeavydutydumptruckisanimportantequipmentforheavy-dutyproduction.Ithasmanycharacteristics,suchasheavyload,lowspeedandshortdistancetransportation.Theliftingdeviceisthemostimportantworkingdeviceinthevehicleandplaysanimportantroleinthereliableoperationofthevehicle.Thisprojectmainlyinvolvesthedesignofvehiclesandhoistingmachinery,selectingthemostappropriateshapetomeetthedesignperformancerequirements,completingthedesignofvehiclesandhoistingmachinery,completingtheinspectionofhoistingmachineryandhydraulicsystem,anddrawingthedrawingsofvehiclesandhoistingmachinery.Thedesignofhydraulicsystemrequirestheselectionandcalculationofhydrauliccylinderandpump.Duetotheverydifficultworkingconditionsofheavyload,morestringentrequirementsareputforward.Comparedwithgeneralunloading,vehiclesizeandstrengthrequirementsarerelativelylarge,andthestrengthofmaterialsisalsoveryimportant.Ifdifferenttypesofliftingmechanismsareequippedwithappropriatedumptruckcharacteristics,itwillalsogreatlyimprovetheworkingperformanceofthedumptruck.Therefore,selectingappropriateliftingmachineryisanimportantprobleminthedesignofthedumptruckKeywords：Dumptruck;Design;Liftingmechanism;Hydraulicsystem目录目录摘要 1ABSTRACT 2目录 3第1章绪论 41.1课题研究背景 41.2重载自卸车国内外研究概况及发展趋势 51.2.1国外研究发展概况 51.2.2国内研究发展概况 5 1.3研究的内容 61.4研究意义和方法 7第二章选择底盘及举升机构方案 92.1底盘的选择 92.2举升机构方案选择. 92.3液压举升机构方案的选择 12第三章举升系统的设计 133.1举升原理 133.2液压举升机构时应满足的性能 143.3举升系统性能主要评价参数 143.4举升机构几何尺寸的确定 163.4.1车厢与副梁铰支点O的确定 173.4.2车厢放平时举升机构与车厢前铰支点A0的确定。 173.4.3液压油缸与副梁铰支点的确定 183.4.4车厢放平时三角臂中支点C0座标和A0C0长度的确定 183.4.5车厢放平时拉杆与三角臂铰接点B0的确定 193.4.6拉杆与副梁铰接点D及拉杆长度的确定 193.5举升机构力学分析 203.5.1机构受力分析 203.5.2拉杆截面尺寸的确定 213.6举升系统设计图 223.7本章小结 23第4章液压系统的计算 244.1液压油缸性能参数计算 244.2液压泵性能参数计算 254.3油箱容积与油管内径计算 264.4系统压力校核 284.5车厢升降时间的校核 284.6方向控制阀的选型 294.7操纵方式的选择 294.8液压系统原理 304.9取力器的选择 324.10本章小结 33第5章举升机构的三维建模和仿真分析 345.1举升机构的三维建模装配 345.2举升机构的运动干涉分析 355.3本章小结 36结论 37参考文献 38致谢 39第1章绪论1.1课题研究背景自卸车是利用发动机动力驱动液压升降机构，使车厢倾斜一定角度，达到自动卸货目的，并依靠车厢重量使其复位的专用车辆。根据用途的不同，自卸汽车可分为两类：一类是用于非公路运输的重型和超重型自卸汽车。这种自卸车主要用于大型矿山、水利建设工地等场所，运输的货物通常由其配套的挖掘机械装载。这种卡车也叫重载自卸汽车。这种自卸汽车的长度、宽度、高度和轴重不受公路法规的限制，但同时只能用于矿山和建筑工地，不能用于公路运输。另一种是公路运输用轻、中、重型（装载质量2～10t）普通自卸汽车。这种自卸车主要负责运输土、沙、煤等松散货物，通常与装载机械配合使用[1]。普通自卸汽车的分类方法有很多种。根据运输货物的倾倒方向，可分为：后倾翻斗车、侧倾翻斗车、三侧倾翻斗车和底倾翻斗车；根据集装箱栏杆的结构，可分为：单面敞开式、三面敞开式和簸箕式（即无后栏杆）。按装载质量分为轻型自卸汽车（me<3.5t）、中型自卸汽车（3.5t<me<8t）和重型自卸汽车（me>8t）。如下图所示整体结构：图1-1自卸车总布置上世纪80年代末，随着我国农业的发展，10吨以上的自卸汽车应运而生。自2001年11月10日起，中国正式加入世贸组织。同时，我们制定了扩大内需的经济政策。实施西部大开发战略，加大基本建设、农业、林业、矿业、水利等工程、军工、环保、商业运输、交通运输、金融、机场、电力、城市建设、石油开采等方面的投资。各类特种车辆需求不断增加。自卸汽车在运输作业中的优势，在大城市和农村地区，如砂矿、矿山、建筑工程等建设项目中，其通过性和机动性都非常好。液压起重机械的设计在自卸汽车的设计中占有重要的地位。液压举升机构是自卸汽车的重要操作系统，其设计方案的优劣直接影响到汽车的许多基本性能。对液压起重机械进行优化设计具有重要意义[2]提高液压起重机械设计质量和效率的意义。1.2重载自卸车国内外研究概况及发展趋势自卸车虽然是一种特种车辆，但在我国已经迅速发展和普及了几十年，无论在国外，其保有量约占所有特种车辆的25%左右，并且越来越完善，有轨电车有两个比较明显的趋势：大型化、智能化，随着现代科学技术的发展(a）利用微电子技术解决了柴油机、传动系统和轮胎的结垢问题；现在最大的矿主是自行卸料的t282。机电传动装置（364t利贝尔公司生产）由于微电子技术的应用和全球定位系统的广泛应用，为无人驾驶矿山车辆创造了技术条件。一般情况下，底盘不是专门设计的，但底盘经过改装，成为装载相同重量的卡车。自卸车的设计主要是起重机械的设计，起重机械的设计质量是影响自卸车使用的关键因素。虽然起重机是自卸车的主要部件，但许多厂家在设计起重机时采用的方法比较落后，主要用于不同载重的自卸车，在一定程度上增加或减小了相关部件的尺寸，这是传统的经验类比。由于起升机构的复杂性和每个轮毂的位置复杂，在确定实际结构时往往会获得较高的安全系数，由于材料不能完全公开，很难实现产品的性能。只有通过二次设计实验，才能对其进行改进。因此，项目移民安置组织必然存在诸多不合理因素影响自卸汽车的生产率，同时也必然导致设计周期长、成本高，从根本上完善了设计手段和方法的促进机制，提高设计质量的促进机制。计算机辅助设计、软件优化和计算机图形学，同时，实现自动倾卸工程，是一项巨大的经济效益和设计进步。1.2.1国外研究发展概况特种重型车在特种车辆总量中的比重继续增长，特种重型车市场占有率将继续提高，预计未来几年，重型通用车市场占有率将超过市场占有率；为适应专业化、高科技特种车辆的进一步发展需求，特种车辆的生产方向是柔性化、自动化、产品配套化、国际化、模块化；虽然市场竞争日趋激烈，但市场适应性强的企业会成长和发展，（a）适应性差的企业会逐渐被排斥在市场之外；我国专业汽车企业的劳动力优势和国外专业汽车企业的资金优势将逐步实现(a）企业的竞争力主要体现在创新能力和适应市场环境的能力；大型特种车辆生产集中度较高，行业知名企业逐步形成；4.提高进入科技型企业的难度。随着计算机技术的发展和应用，20世纪50年代发展了一个新的数学规划产业，线性规划和非线性规划是其中的主要组成部分，为设计和发展新的工程设计理论和方法，特别是60年代以来，最佳技术发展迅速，应用广泛。汽车优化设计的理论和方法已广泛应用于汽车发动机、底盘等多个领域，根据设计对整个传动系统进行优化，在汽车工业中保持领先地位。1.2.2国内研究发展概况我国在机械设计中应用优化技术的历史较短，但其发展速度令人不安。优化技术的应用结果不仅组织复杂，而且对一般零件的设计也有一定的借鉴意义，张宝清等作者对车辆优化设计的理论和方法进行了较为系统的介绍，并对车辆的主要参数进行了优化设计。在计划经济向市场经济转轨的头几年，由于汽车工业没有航空航天那么重要，国内自卸汽车生产企业在设计起重机械时大多采用经验类比的方法，即，考虑相同或相似的成熟设计方案并进行必要的分析。通过评价确定初步设计方案和参数(a）根据需要对原版本进行分析和调整；当某些设计要求不满足时，可以修改设计，调整设计参数。并反复分析和修正计算，反复多次，直到找到一个相对合适的设计方案。这种工作方式工作量大、效率低，安置机构设计中存在诸多不合理因素，影响了自卸车的升降，严重阻碍了自卸车产品的批量生产。随着市场经济的深入发展和市场纠纷的激烈，一些研究机构将这种方法应用于工程机械和加工厂的起重机械设计中，并在优化起重机械方面取得了一定的成功。作为一种新的设计方法，它比较复杂，可以总结以往项目的开发经验，找到更好的结构。优化技术将得到越来越多的应用。1.3研究的内容随着重载自卸车变得越来越重要。它们的总体设计基本上与市面上自卸车相似。我做了一系列的市场调研和数据收集工作。了解车型，了解产品的主要技术经济指标，了解设计标准和程序，在此基础上制定设计原则，确定产品的主要技术经济指标。要协调好使用、生产、经济三方面的矛盾，解决技术先进的产品和工艺的连续性、零部件的统一程度、辩证生产的成本问题，因为要研究上述问题和课题，本课题的主要任务是设计重载自卸车举升机构系统。用机构动力学的知识对油缸前推连杆组合式自卸汽车的举升机构进行设计计算，并对举升机构液压系统的设计步骤进行了说明。对举升液压缸、液压油泵、换向阀等液压元件计算和选取进行了详细的阐述。1.4研究意义和方法当今汽车工业面临的主要问题是，开发市场，加快产品更新换代速度是汽车产品开发的主要手段之一，即改变设计，提高产品质量。也就是说，在现有产品的基础上，保持我们的基本结构和功能，并对局部的结构、尺寸或配置进行修改和调整，以迅速形成符合市场需求的新产品，翻车机是一种发动机驱动的汽车。采用速度选择机构和自动倾翻液压装置，实现自动卸料。由于短期卸料舒适，与装载机、带式输送机、动力及机动性、起重机等悬挂装置兼容性好，大大提高了生产效率，广泛应用于建筑工地、矿山、港口、码头等。用于运输岩石、废料、煤炭、沙子和其他材料。自卸车分为铰接式自卸车和刚性自卸车两大类。类别：液力机械传动自卸汽车和机电传动自卸汽车。由于载重大，体积大，载重能力超过10吨的自卸汽车。如果超过公路作业要求，一般不允许在公路上作业，我们称之为非自卸车。这种自卸汽车主要用于采石场和地下作业，有时也用于采石场、水利工程和建筑工程。本课题。针对重载自卸车举升机构，进一步研究整机的自动化设计经验，同时也希望能做一些有益的研究，引进先进的CAD技术，如虚拟样机技术、计算机辅助设计技术、计算机辅助设计技术等，以提高我国专业汽车的设计水平。第二章选择底盘及举升机构方案承担公路运输的重载自卸车通常是在同种重载货车基础上改装设计而成。其总体布置和设计程序与载货车相近。首先，针对自卸车市场车型及所占比例进行调研并对收集到的同类车型资料进行分析，摸清产品主要技术经济指标，了解相关国标，了解有关设计法规等。在此基础上拟定设计方案，处理好产品技术先进性与工艺继承性、零部件通用化程度以及生产成本的辩证关系，然后进入具体技术设计阶段。2.1底盘的选择由于本次设计的是重载型自卸车，我们优先考虑现有车型的底盘机构，分别对下列三种重型货车底盘进行分析：中国重汽HOWOZZ32V3847F1东风天锦VR重卡DFH3310BX3C江淮格尔发A5LHFC3251P3K3E32S后轮距18601860轴距3625+13501195+2800+13503200+1350额定载重12.37吨11.2810.5最大马力400NM320270最大输出功率294KW232199KW接近角17°15°16°离去角20°18°19°经过上述三者地盘对比，考虑到本次设计的经济性和重载性，综合考虑选择中国重汽HOWOZZ32V3847F1作为本次设计的底盘。2.2举升机构方案选择.普通自卸汽车和专用自卸汽车设计的主要工作是在定型的汽车二类底盘上合理的布置车厢，适当的选用和设计举升机构，使汽车具有自卸功能。举升机构是实现自卸汽车功能的基本部件。举升机构的好坏直接影响到自卸汽车的性能，因此是自卸汽车设计中最为重要的部分。举升机构种类繁多，设计方法也不尽相同。目前，在自卸车上广泛采用液压举升机构，根据油缸与车厢底板的连接方式，常用的举升机构有两种形式：油缸直接推动式和连杆组合式两大类[8]。直推式举升机构利用液压油缸直接举升货厢倾卸货物。此结构布局简单、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.按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置式和后置式（亦称为中置式）两种，前置式一般采用单缸，后置式既可采用单缸，也可采用并列双缸。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时货箱横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况则与前置式的相反。油缸与车厢底板之间通过连杆机构相连接，这种举升机构称为连杆组合式举升机构。在生产实践中连杆组合式举升机构因其具有举升平顺、油缸活塞工作行程短，举升机构布置灵活等优点，得到了广泛的采用，发展出了多种连杆组合式举升机构形式，如油缸前推（后推）连杆放大式、油缸前推（后推）杠杆平衡式、油缸浮动式等。a）前置式b）中置（后置）式图2.1直推式举升机构1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5-副车架图2.2油缸前推连杆组合式1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5.副车架图2.3油缸后推连杆组合式1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5-副车架图2.4油缸前推杠杆平衡式举升机构1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5.副车架图2.5油缸后推杠杆平衡式举升机构1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5-副车架图2.6油缸浮动式举升机构上面各种机构各有优缺点，使用时根据实际需要进行选择。相对来说，直推式举升机构的设计较为简单，而连杆组合式的设计较为复杂和灵活。2.3液压举升机构方案的选择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，但液压油缸工作行程长，因此，一般要求采用单作用的2级或多级伸缩式套筒油缸。另外单缸系统其横向刚度不足，系统倾卸稳定性差，还存在工作寿命短、成本高等缺点。表3.2推动式和连杆组合式举升机构的综合比较项目类别直推式连杆组合式结构布置简单，易于布置比较复杂系统布置较小较大建造高度较底较高油缸加工工艺性多级缸，加工精度高，工艺性差单级缸，制造简便，工艺性好油压特性较差较好系统密封性密封环节多，易渗漏密封环节少，密封性好工作寿命磨损大，易损坏，工作寿命较不易损坏，工作寿命较长制造成本较高较底系统稳定性较差较好系统耐冲击性较好较差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、机构布置灵活等优点。该机构又分油缸后推式和油缸前推式两种，油缸后推式机构举升力系数适中，结构紧凑，但各部件布置集中在后部，车厢底板受力大，适用于中型自卸汽车油缸前推式机构举升力系数小、省力、油压特性好，适用于重型自卸汽车[9]。综合考虑以上因素，我决定选用油缸前推式连杆组合式举升机构。如下图：图2.7油缸前推式连杆组合式举升机构第三章举升系统的设计3.1举升原理图3-1为连杆组合式举升机构自卸汽车液压系统原理图。汽车发动机运转后，其动力传给离合器、变速器，在变速器接口安装取力器，取力器将动力通过传动轴传给油泵，油泵6旋转从油箱中吸油并产生压力油输出，压力油经过换向阀3进入油缸下腔，推动活塞上升，通过三角臂使车厢绕后铰链轴旋转，车厢倾斜一定角度完成卸料，卸完科后，车厢在自重作用下，下降恢复原位。图3-1连杆组合式举升机构自卸汽车液压系统原理图1-举升缸；2-节流阀；3-换向阀；4-油箱；5-溢流阀；6-油泵；7-单向阀下面通过图3-9的3个位置介绍车厢举升，中停，下降过程。（1）举升时换向阀3处于图示右侧的举升位置，油泵6将高压油通过单向阀7输入油缸1的下腔，活塞杆上升通过三角臂机构（见图3-5中的T式举升机构）使车厢后翻，直到活塞上的限位阀打开，油泵输出的压力油流回油箱，停止举升，溢流阀5可用来调节系统最大压力。（2）中停时换向阀处于图示中间的能使得油缸停止的位置，油泵输出的油液在换向阀内部油道回油、卸荷、无压力，油缸内油液无增加压力，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。(3)下降时换向阀处于图示左侧的能使得油缸下降的位置，油缸下腔油路与油箱相通，车厢在自重作用下，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，这个过程中可以让油泵停止转动。液压系统有开式液压系统和闭式液压系统两种，上述液压系统是开式液压系统。3.2液压举升机构时应满足的性能对于液压举升机构考虑到工作环境、工作性质及工作内容等的要求，在设计过程中应满足以下功能：1、较强的免维护性2、良好的动力性3、平稳性4、卸料性5、紧凑性6、协调性3.3举升系统性能主要评价参数自卸汽车的举升机构由液压缸驱动，其性能的好坏，表现为举升货物的最大举升力和最大举升倾角，以及对液压系统的要求两方面。液压举升机构的性能评价参数有如下几方面：1、举升力系数K举升力系数是评价液压举升机构举升性能的参数，指单位举升重力所需要的油缸推力，即：K=F/mg（3.1）式中：F一油缸的有效推力（N）；m一举升质量（Kg）；g一重力加速度（m/s2对于具体形式的举升机构，举升力系数K与汽车总布置参数和机构的性能特征有关，K值只能比较同类型举升机构的工作效率。对于相同的举升质量，举升力系数越小，则液压举升力越小，油缸的油压也越小，这样举升机构耗能也较少。2、举升油缸最大行程是指货箱达到最大举升角时，举升油缸的最大伸长量。它既是举升油缸的结构参数，又是举升机构的性能参数。举升油缸最大行程较小，可减少举升油缸的级数，降低制造成本，同时举升机构的布置也较方便。液压缸如下图所示：图3-3液压缸3、举升高度是指举升机构所占用的空间高度。对于重型重载自卸汽车的后置双缸举升机构，空间高度决定于举升缸的安装长度和举升缸的初始方位角。举升缸初始安装长度越小，举升缸在车上就越好布置。4、最大举升角指举升机构能使货箱倾翻的最大角度。它是决定能否把货箱内货物倾卸干净的参数。一般的松散物在水平面上堆积成圆锥体，锥体角称为松散物的安息角。安息角也称休止角、堆积角，一般为35-55度。将松散物置于光滑的平板上，使此平板倾斜到松散物开始滑动时的角度，为松散物滑动角，一般为30～40度。松散物安息角和滑动角是评价松散物流动特性的一个重要指标。它们与松散物的粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、松散物粘附性等因素有关。设计的货箱最大举升角必须大于货物的安息角，这样才可保证将货箱内的货物倾斜干净。表3.1常运货物的安息角物料名称煤焦炭铁矿石铜矿细沙粗沙石灰石安息角（度）27～455040～5035～4530～355040～455、油压特性曲线举升过程中，油缸工作压力是举升角的函数。理想的油压特性曲线应是油压波动很小，但对于重型重载自卸汽车常用的后置直推式双缸举升机构，由于多级伸缩油缸自身结构原因，油压特性曲线只能是阶跃型的，在每一级油缸伸出瞬时缸内油压都有一个冲击。设计时，需要控制最大油压峰值在可允许的范围内。6、举升机构的耗能量举升机构要将货物倾卸到位就必定要消耗一定的能量，这些能量的消耗影响着整车的使用经济性，但这只是占其能量消耗的一小部分，因此能耗量是评价举升机构性能好坏的一个次要参数。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[7]。3.4举升机构几何尺寸的确定油缸前推式连杆举升机构，主要由举升油缸EC、拉杆BD和三角臂ABC构成。点O是车厢与副梁的铰接点。工作时油缸充油，使油缸EC伸长，三角臂ABC和拉杆BD随着转动并升高，举升车厢，使其绕O点倾翻。货物卸完后，车厢靠自重复位。举升机构在初始位置所占据的空间愈小愈好，以保证机构紧凑，各构件不发生运动干涉，可协调运转。用作图法初选各铰支点的位置及各构件的几何尺寸。图3-2机构设计示意图举升机构三维示意图3.4.1车厢与副梁铰支点O的确定车厢后铰支点O应尽量靠近车架大梁的尾端。假设车厢副梁高205mm，长4000mm，兼顾结构安排空间，取水平方向离副梁尾端146mm、垂直方向离副梁下沿118mm处，作为车厢后铰支点，并以车厢后铰支点作为四连杆运动的坐标原点（0，0），x轴平行于副梁的上平面，指向汽车前方。3.4.2车厢放平时举升机构与车厢前铰支点A0的确定。图3-3车箱落平时状态车厢前铰支点A0的坐标（，）可按经验公式（3.2）计算（3.2）式中L—油缸最大工作行程，参考同类车型油缸型号，初选油缸总长度L0=1550mm，最大有效工作行程L=780mm—车厢最大举升角，根据车厢倾卸动作要求和所运物料的安息角，选取=R—经验系数，根据L尺寸，选取R=175因此可得，==2730mm考虑结构安排，取=2725mm点的垂直方向应尽量靠近车厢底面，充分利用车厢底部空间，减少油缸下支点沉人副梁中的深度。确定距车厢底板的距离为83mm，已知底板纵梁高180mm，因此。点坐标为（2725，184）。3.4.3液压油缸与副梁铰支点的确定由于油缸具有相当大的尺寸，以及开始举升时，为减少油缸的工作压力，油缸必须具有一定数值的倾斜角，因此，E点相对点O的垂直距离yE由结构允许最小值确定，即mm。E点x（3.3）==2387mm根据结构安排，令为2378，则E点坐标为（2378，-70）。3.4.4车厢放平时三角臂中支点C0座标和A0C0长度的确定点即油缸上支点。车厢放平时，点应尽量靠近车厢底面，要充分利用上部空间，从而减少油缸下支点沉人副梁中的深度。令点垂直方向在点下90mm。又车厢放平时，油缸长度应略大于油缸最小长度15mm，以保证车厢确实能放平，油缸不会产生干涉。根据结构安排，定水平方向在点前805mm，则C0点坐标为（3610，142），==885mm。图3-4三角臂三维图图3-5三角臂二维三视图3.4.5车厢放平时拉杆与三角臂铰接点B0的确定连接，并将绕O点向上转到点。以为圆心，为半径画弧，再以E为圆心以1165+780-10=1935mm为半径画弧，两弧交点，连接和，作=又以为顶点，为边，=根据结构允许尺寸，取==354mm，连接、调整B点位置，使AB、BC为整数，AB==1180mm，由此确定B0点的坐标为（3872，-94），△ABC和△为和时三角架所处的位置。3.4.6拉杆与副梁铰接点D及拉杆长度的确定作的垂直平分线交线于D点，为结构允许的连杆与副梁铰支点的最高位置，取=175。调整点D位置使为整数，最后确定点坐标为（1955，175），拉杆两中心孔长度=1608mm。如下图拉杆的三维建模。图3-5拉杆三维图图3-6拉杆二维图用作图法初选出各铰支点位置后，需要对不同举升角QUOTE作运动轨迹校核。如果出现点C至车厢底板距离小于点A至车厢底板距离的情况，则应加大AC线与x轴平行线的夹角QUOTE的数值，重新计算各铰支点参数值[10]。3.5举升机构力学分析举升机构力学分析的目的就是要求得各构件在车厢任意举升角QUOTE时的受力最大值，为液压系统参数确定和构件截面尺寸的计算提供依据。举升力系数K是体现举升机构动力性的指标，是指单位举升质量所需要的液压缸推力。（3.4）式中：—液压油缸最大举升力；G—车厢满载时，车厢质量与货物质量之和。已知G=125009.8=122500NK直接影响自卸汽车的经济性能，其值越小越好。随着车厢举升角的变化，K值是变化的。考虑到机构在初始位置时车厢内货物最多，阻力臂最大，车厢启动时又有惯性阻力作用，此时油缸推力最大。因此，下面只对初始位置时各构件进行力学分析。3.5.1机构受力分析取车厢为分离体（见图3.5）图3-5举升机构力学分析图由力矩平衡方程可知=0即（3.12）代入已知数据得：===524258.4N取三角架ABC为分离体（见图3.6）图3-6举升机构力学分析图由力矩平衡方程可知=0（3.13）已知：，得油缸最大举升力=347642.2N=0即得拉杆最大拉力===107670.5N（3.14）可以求得举升力系数==拉杆截面尺寸的确定拉杆BD为二力受拉杆件，作用力对称分布在两根拉杆上，因此作用在每根拉杆上的最大拉力：==53835N（3.15）初选拉杆材质为Q235，从手册可查得=230N/拉杆最小横截面面积A=468（3.16）取A=500m实际=N/（3.17）校核安全系数σ=因此，拉杆截面面积耐满足强度要求[11]。3.6举升系统设计图图3举升机构升起状态三维建模图3-7举升机构初始位置三维建模图3-8举升系统1三角臂2销轴3双头螺栓4垫圈5拉杆6液压缸7衬套8卡环9套筒3.7本章小结从分析过程中可以看出，重载自卸汽车举升机构的设计要综合考虑各项因素，既要结构紧凑又要具有较大的举升力，更要安全可靠。本章对自卸车厢及举升机构进行了设计计算包括：主要尺寸参数的选择的确定；举升工作原理、油缸推力的计算以及举升机构参数的校核计算等。通过以上结构设计和力学分析，该自卸车举升机构选用合理。第4章液压系统的设计重载自卸车车采用的液压泵、液压缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化、通用化且由专业化液压元件厂集中生产供应。因此在自卸车车改装设计中只需要进行液压元件选型计算。其主要内容包括液压缸直径与行程、液压泵工作压力、流量、功率以及油箱容积与内径等[12]。4.1液压缸参数计算作为液压系统执行元件的油缸分为活塞式和浮拄式两类。活塞式均为单向作用，其缸体长度大而伸缩长度小、使用油压低（一般不超过14MPa）。浮拄式为多级伸缩式油缸，一般有2～5个伸缩节，其结构紧凑，并具有短而粗、伸缩长度大、使用油压高（可达35MPa），易于安装布置等优点。浮拄式油缸又分为单向作用式与双向作用式。双向作用式用油压辅助车厢降落，因此工作平稳，降落速度快。直推式倾卸机构多采用单作用多级油缸；而杆系组合式倾卸机构多采用单作用单级油缸[13]。液压缸作为液压系统中的执行元件，按结构形式可以分为活塞缸柱塞缸和伸缩缸，按活塞杆形式可以分为单活塞缸和双活塞缸。按液压缸的特殊用途分为串联缸增压缸增速缸多位缸步进缸等此类液压缸不是一个单纯的缸筒，而是和其他的缸筒或构件组合而成，又称组合缸。从经济性出发，在满足使用要求的情况下，选用双作用单活塞杆液压缸。车厢在整个倾翻过程中液压油缸最大举升力为FEC=193997.6N。参考同类车型，初选最高工作压力p=16Mpa最大举升力FEC≤p×π×d式中μQUOTE—液压缸机械效率，取QUOTE=0.8；d—举升油缸缸径，mm。可推出=176.2mm又知L=780mm根据以上计算，选择自卸车专用油缸HG-E180X780其主要参数为缸径d=180mm，油缸杆径，油缸行程L=780mm。如下图所示：图4-1液压油缸三维图图4-2液压油缸二维图4.2液压泵参数计算与设计一般常用的液压泵分为齿轮泵、柱塞泵、叶片泵、螺杆泵。按泵的流量特性，可分为定量泵和变量泵两种。前者在泵转速不变时，不能调节流量，后者当泵转速不变时，通过变量机构的调节，可使具有不同的流量。齿轮泵一般为定流量式，叶片泵和柱塞泵有定量式及变量式两种。对变量泵，按输由方式，又可分为单向变向泵和双向变量泵。前者工作时，输由方向不可变，后者通过调节，可以改变输出油流的方向。自卸车常用油泵分为齿轮油泵与柱塞泵两类。齿轮泵多为外啮合式，在相同体积下齿轮泵比柱塞泵流量大但油压低。柱塞泵最大特点是油压高（油压范围16～35MPa），且在最低转速下仍能产生全油压，固可缩短举升时间。中轻型自卸车上多采用齿轮泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等。由以上，选用单级齿轮泵。如图4-3所示图4-3单级齿轮泵国家标准规定车厢举升最大举升角的时间不超15s，我们初选举升时间为15s，液压缸工作容积（4.2）=19.849m=19849ml液压泵额定流量Q应满足以下公式（4.3）式中：—举升时间，=15s；QUOTE—液压系统容积效率，取0.8。则=1654.ml∕s液压泵转速（4.4）—发动机转速，取中速2000r∕min传动比，i=1.361则==1469.5r∕min选取液压泵额定转2000r∕min液压泵排量q由下式确定=49.6ml∕r依据以上参数，选择齿轮油泵CBT-E563，其主要参数如下：公称排量q=63ml∕r额定压力p=16Mpa公称转2000r∕min[14]。4.3油箱设计4.3.1油箱参数计算与设计液压系统的用途主要是储油和散热。如果容量过大，占地增加，增加了设备重量，而且操作不变；过小，则油温升高会超过许用值，油液将会溢出油箱。液压系统的油箱容积应满足一下要求：（1）设备停止运行时，液压油液能够靠重力作用返回油箱；（2）操作时，油面保持适当高度位置；（3）能散发操作时产生的热量。油箱容积一般不小于全部工作液压缸容积的三倍，即3QUOTE19849ml（4.5）=59.547L拟设定液压系统油箱尺寸为。==即油箱选择系列中63公称容量。4.3.2油管计算与设计由计算公式：（4.6）可以计算出高压管路内径：式中QUOTE—油泵的理论流量，取高压管中油液的流速，，取即有：取用低压管路内径：（4.7）式中，是低压管路系统中液压油的流速，，取即有取用[15]。4.4系统压力校核系统最大压力（4.8）已知=347642N=0.8（4.9）==25447m=25447QUOTE==13.6N∕=13.6Mpa<16Mpa[16]。4.5车厢升降时间的校核系统流量：=92579ml∕min（4.10）举升时液压缸工作容积：（4.11）=19.849=19849ml则举升时间：=13s15s（4.12）下降时液压缸工作容积：（4.13）==15.928=15928ml则下降时间=10.3<15s因此，油泵、油缸参数选用合理，满足设计要求。4.6方向控制阀的选型方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的流动方向，从而控制液压执行元件的起动或停止，改变其运动方向的阀类。包括单向阀、换向阀、压力表开关等。按换向阀的工作位置和控制的通道数，可分为二位二通、二位三通、二位四通、三位四通、三位五通等；按换向阀的操纵方式，可分为手动、电磁、液动、电动和气动。根据本车的使用条件与要求，选用通用性强、可靠性好、维修方便的机械操纵方向控制阀——三位四通换向阀，如图4-4所示。另外，液压系统中还含有各种溢流阀、单向阀以及顺序阀，它们均选择标准件。图4-4三位四通换向阀4.7操纵方式的选择液压系统操纵方式分为以下几种：1、机械操纵式机械操纵式的可靠性好、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方式。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。它便与远程控制，操纵可靠。但反应较慢。3、气动操纵式依靠汽车贮气筒的压缩空气，通过控制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。该系统用于中、重型自卸汽车比较合适。鉴于机械操纵式具有上述点，本设计中的液压系统均采用机械操纵式。4.8液压系统原理液压系统原理如图4.3所示：油箱；2-过滤器；3-液压油泵4-单向阀；5-三位四通阀；6-调速阀门；7-液压缸；8-溢流阀图图4.3液压系统原理图液压系统原理：1、举升状态首先，液压泵将液压油从油箱抽取，通过三位四通阀，处于左部状态，油液上流流向油缸左端，经过右端，流向油箱通过。车厢举升开始卸货，油液上流，使车厢保持举升状态。2、保持状态首先，液压泵将液压油从油箱抽取，通过三位四通阀，处于中部状态，油液处于截至状态，使车厢保持举升状态。3、下降状态首先，液压泵将液压油从油箱抽取，通过三位四通阀，处于右部状态，油液上流流向油缸右端，经过左端，流向油箱。车厢开始回位，使车厢保持下降状态。4.9取力器的选择各类专用汽车的专用工作装置的动力来源，主要由汽车发动机提供。取力器就是其中一种动力输出的专用装置，它能够实现从发动机取出部分功率，用于驱动各类液压泵、真空泵、空压机以及各类专用汽车工作机械[17]。除了少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠相符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冷系统），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、空气压缩机等，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。专用车取力方案的布置取决于取力方式。常见的取力方式分类：从变速器输入轴取力的布置方案又称变速器上置式方案。此种方案将取力器叠置于变速器之上，用一惰轮与输入轴常啮合齿轮啮合获取动力，固需改制原变速器顶盖。此方案应用很广，如自卸车、冷藏车、垃圾车等一般都从变速器上端取力。从变速器取力有多种方案，如从中间轴末端取力，从道档齿轮取力，从输出轴上取力等。但最常见的还是从中间轴齿轮取力，称为侧置式取力，又可分为左侧与又侧布置方案。本设计中的取力器选用从变速器输入轴取力的布置方案。4.10本章小结本章主要对重载自卸汽车举升液压系统进行了选型计算。主要对自卸车液压系统中液压油缸和油泵进行了计算选型；对液压系统的油箱容积和油管管径进行了计算；对液压系统中用到的各种液压阀进行了选择；选出了液压系统的操纵方式，确定整车的液压系统原理及原理图，以及取力器的选取。第五章举升机构的三维建模和仿真自卸汽车连杆式举升机构三维建模是对其仿真分析的前提条件，本章第一步通过CATIA建立举升机构液压系统三维模型并进行装配分析。然后通过设置材料的属性，添加约束、载荷以及驱动等。最后更具三维建模进行运动学仿真分析和优化设计。5.1举升机构的三维建模装配车厢、液压缸、三角臂、拉杆、副梁作为举升机构的重要组成部分，在装配举升机构三模模型中，副梁需作为基座固定在地面，车厢自重及车厢货物为机构载荷提供，液压缸则是运动的动力来源。装配正确是一件非常重要的事。为了方便零件的修改和重建，除了要规定好尺寸单位外，还需要对装配体进行约束，装配流程如下：①导入副梁确定原定并将其设置为固定件；②通过导入三角臂，将其分别铰接到副梁上；③复制拉杆模型，添加拉杆和三角臂铰接约束，注意不能焊死；④导入装配好的液压缸，并将其铰接至三角臂之间；⑤最后导入车厢添加副车架、活塞以及拉杆之间的约束图5-1举升机构三维装配模型图5-2举升机构初始位置三维装配模型5.2举升机构的运动干涉分析为了进一步优化举升机构建模装配，对装配体进行简单运动干涉分析并消除运动干涉，防止零件碰撞产生多余的挤压形变。在装配界中，进行“干涉检查”和“计算”，以此得到装配体干涉结果。图5-3三角臂，拉杆和液压缸干涉图图5-4拉杆，三角臂和副车架干涉图在完成三维装配体静态干涉分析后，随后则需通过装配体动态干涉分析，保持接下来在动态仿真的过程中，不会出现移动碰撞现象。在试验操作过程中，发现液压缸，连杆，三角臂和副车架直接都不出现运动干涉。如图5