汽车举升机设计

第1章绪论1.1研究目的及意义为实现自卸车翻转车厢的功能，液压举升机构及发动机动力驱动液压举升机构（变速器—取力器—液压泵—分配器—举升油缸）被广泛应用，此种机构把车厢提升到一定的角度进行卸载，并+利用车厢自重进行复位。由于液压系统本身存在一些缺点，如油源不足、泄漏严重等，因此需要改进或重新设计一套新的液压举升机构。在轻型自卸车的设计中，液压举升机构和货厢的设计一直扮演着至关重要的角色，因为它们直接影响着自卸车的使用性能和整体布局，对于提升轻型自卸车的设计质量和效率具有至关重要的意义。根据它们的功能，自卸车可以大致划分为三类：轻量级、中量级（额定载荷在20t以下）以及重量级。近年来，全球范围内都在积极推进专用汽车的研发和生产，以扩大其应用领域。我国也不例外，随着改革开放的深入，经济建设的发展，国民经济各部门对运输车辆提出了更高要求。随着自卸汽车的问世，卸货过程实现了机械化，从而大幅提升了卸货效率，减轻了劳动强度，同时也实现了劳动力的节约。随着国民经济水平的不断发展，对运输要求越来越高，这就促使人们更加重视汽车运输业，特别是自卸车行业。随着时间的推移，自卸汽车作为专用汽车的一个分支，不断涌现出各种不同的类型，其中后倾式自卸汽车是最为普遍的一种，占据了当今社会自卸车市场的绝大多数，其规模和体系已经相当可观。自改革开放以来，我国的专用汽车产业得到迅速发展。在发达国家，专用汽车的社会保有量占据了载货汽车保有量的50%以上，这一比例在50%至70%之间。目前世界上许多国家对专用汽车的发展十分重视，并制定相应政策鼓励发展专用汽车。我国专用汽车市场正处于蓬勃发展的阶段，截至2005年7月，已有628家专用汽车生产企业，国内专用汽车品种数量已达4900多个。2005年，载货汽车总产量中，专门生产的汽车数量高达70万辆，占据了40%[1]。在20世纪70、80年代，发达国家的专用汽车拥有率约为50%，但如今这一比例已经上升到了80%。然而，在中国，这一比例目前仍然不到25%。随着中国加入世界贸易组织，中国的汽车行业正面临着严峻的考验。随着中国国民经济的迅猛增长，现代物流运输需求的不断增大，专用车作为一种新兴的交通工具，受到了越来越多的关注，其市场需求也日益增长，这一领域拥有无限的商业潜力[2]。随着专用车市场的迅猛增长，拥有各式各样功能的自卸货车将继续扮演着重要的角色，为更专业的物流服务提供更加便捷的支持。自卸车在各行各业中都有广泛的应用，从矿山开采到水利工程建设，再到城市建设、公路建设和环卫等行业，大多数都是专用自卸车。随着我国基础设施建设的不断发展，专用自卸车已经从进口产品转变为国产自卸专用车，以满足当前的需求，并且有望成为未来发展的重要方向。我国专用汽车在国内经济和世界工业发达国家的发展趋势中，仍有很大的提升空间，需要进一步加强发展以满足国民经济的发展需求。随着社会主义市场经济体系的逐步建立和完善，市场对专用汽车的需求将越来越大，同时，国家在政策上也给予了很大支持。因此，专用汽车厂家面临的紧迫而艰巨的任务是持续不断地推陈出新，拓展品种和增加产量，提升产品质量。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状自50年代至60年代期间，国外自卸汽车技术取得了长足的进步，许多生产厂家都推出了多种系列化的自卸汽车。从全球矿用自卸汽车市场来看，50t及以下车型的发展速度最快，其中铰接式车型尤其突出。近几十年来，随着技术的进步和研究的深入，国外自卸汽车的发展趋势显著。通过研究，我们发现，电传动和液力机械传动是两种不同类型的工业设备，它们各自拥有独特的优势：前者拥有恒功率，能够实现无级调速，操作简单，而后者则不会产生电阻发热，因此不会影响到发动机和整个系统的正常工作状态，并且能够降低对环境的影响。随着技术的不断发展，自卸汽车的工作条件也在不断改善，使用寿命也在不断延长。因此，大多数企业都会在3~4年内推出新的产品，并对旧型号进行改进和更新[3]。为了确保自卸汽车的安全性、可靠性和经济性，国外已将其作为一项重要任务，努力改善驾驶员的体验，以达到最佳的效果。其中重型自卸汽车的改进重点在于提高车辆的性能，并通过降低质量来延长车架的使用寿命。所以近年来，相较于重型自卸车，轻型自卸汽车的发展速度越来越快。综上所述，海外自卸货运机械设备正在不断演进，以满足更加广泛的需求，包括更加先进、更加经济、更加环保、更加节约成本、更加便捷、更加可靠。1.2.2国内研究现状2004年，我国汽车工业协会专门车分部的调查显示，国内汽车制造商达756家，当中专门车制造商达620多家。2003年，协会的调查显示，专业汽车制造商（包括主机厂）的年产能达31万多辆，分析表明，整个汽车制造业的年总产能大概是57万辆，比上一年多出15%，而且专门车的年改装量比国内载货车的总量多出40%[4]。2004年，中国政府采取一系列政策，如宏观调控、有效利用资源、拓宽国际市场、完善基础设施，使得国内的专用汽车市场取得了显著的增长，预计全年的总产量将达到60万辆。此外，这一增长势头还将带动更多的企业参与进来，为我国的经济增长注入新的动力。过去两年，由于专用汽车的销售额相对稳定，其发展速率逐年放慢。然而，最近几年，受政府调整、公司重组和技术创新的推动，专用汽车生产公司的整体竞争能力有了显著提高，许多杰出的公司和组织已经崛起，并在整个行业内保持领先地位。2004年，中央和地方政府采取一系列措施，推动《汽车产业发展策略》的制订、GB1589—2004《高速公路汽车外廓宽度、轴荷及质量限值》的执行，以及《有关在全省进行车辆超限超载治理的方案》的制订，这些措施为中国的汽车工业带来了深远的变革，尤其是在专用汽车领域，取得的成果更加显著。随着新的政策和法规的出台，许多公司都面临着一系列挑战，包括如何进行新产品的审批、登记和使用已经购买的汽车。然而，这些改革也为许多公司提供了巨大的成长空间[5]。当前，中国拥有超过1500种不同类别的专业车辆，它们被广泛应用于各种行业，如建设、公交、环卫、农业、飞机、军事、教育、医疗、物流管理、运输、仓库、后勤装卸、后勤信息管理、后勤仓库、后勤装卸[6]。尽管我国的专用汽车产业具有巨大的市场潜力和光明的未来，但由于产品类型单一、缺乏先进的技术、落后于其他国家的水平、缺乏有效的机制，使得该产业的发展面临着诸多挑战。随着21世纪的到来，专用汽车技术的创新已经从传统的机械、电子、液压、化工、环保、能源、动力、信息处理等领域转向了更加先进的技术，这些技术的不断发展和普及将会带来前所未有的新产品，从而推动专用汽车的技术和结构的全面变革。当今，全球汽车工业的竞争正在变得越来越激烈，这种竞争的本质在于现代科技的竞争。为了应对这一变化，各国大公司正在积极投资于微电子技术、信息处理技术等高新技术，并将其应用于汽车工业及其产品的改造，以满足日益增长的安全、环保、节能等战略需求，并R&D出具有更高技术含量的新型汽车。为了更好地推动专用汽车行业的发展，我国专用汽车企业应当积极抓住机遇，在政府部门的大力支持下，大力推进高新技术的应用研究，以提升企业的创新能力，加快新产品的R&D进程，实现可持续发展。此外，提升专用汽车贸易模式，建立与国际接轨的资源采购和销售服务体系，也至关重要[7]。随着时间的推移，我们的机械设计在科技的推动下取得了巨大的成就。不仅仅局限于机构的整体性能，而且涉及到了多个领域，如通用零部件的开发、特殊工程的建造、以及各类专业的机械的制造等。特别是自卸汽车的举升机构，已经开始将这些理念转变为现实的运行。1.2.3文献述评国内外的大部分制造商在环保的背景下设计制造了许多新型的轻型自卸汽车。国内外的许多学者对举升机构的优化也做了不少的工作，比如优化举升机构铰接点和举升横臂梁的位置，以提高机构的举升效率；通过应用虚拟样机技术优化举升机构整体，改善了举升性能。但国外与国内多数的厂商所制造的燃油和电动自卸汽车，在举升机构上仍是传统结构，其举升效率和性能不高，优化结构和功能设计的工作做的不多。如德国的GHH公司所设计的自卸汽车，仅是优化了举升机构的一部分，增大了举升工作范围；上海航福所设计的自卸汽车，虽然采用了美国先进的电机与电控技术，但并未对举升机构进行优化。国内外学者的研究以对举升机构的优化居多，虽也能提高举升机构的工作效率，但针对自卸汽车工作要求而重新进行新的结构设计以达到提高举升效率和性能为目的工作做的不是很多。许多国内外的研究都致力于对自卸汽车举升机构进行改进，以提高其性能和可靠性。较少有针对自卸汽车工作环境和需要达到的工作要求而重新设计举升机构，以提高举升效率和改善举升性能。结合自卸汽车及其所要求的工作环境，本课题决定设计一种前置式直推式放大举升机构，这种举升机构便于设计和安装，针对自卸汽车工作环境将其工作行程放大，以提高工作效率。第2章轻型自卸汽车举升方案的确定2.1自卸举升机构的选择通过查找网络资源、图书馆书籍查阅等获得与课题相关的资料文献，并结合国内外研究发展现状对自卸汽车结构和举升机构的设计进行一定的了解[8]。了解各种常用举升机构的优缺点后，根据轻型自卸汽车的特点和需求，精心挑选出最佳的举升机构。倾卸机构，是一种由货厢、副车架、车厢铰链、举升油缸及其杠杆系统组成的自卸车升降装置。它由液压缸及活塞杆等组成，主要起支承货物和提升车辆重量之作用。现代自卸车所采用的举升机构，均以液压能为主要的举升动力来源。液压举升机构一般由液压油源和液压元件组成。在液压系统的驱动下，该装置实现了物料的承载和倾卸操作。轻型自卸汽车倾卸机构有以下几个设计要求:（1）通过采用连杆机构使车厢翻转，但其设置空间应限定于车厢底部和托架大梁空间范围内；（2）紧凑、可靠性高的结构应具有优良的动力传递性能才能保证系统有效地运行；（3）在倾卸结束时应能复位。2.2举升机构的类型与选择液压举升机构是一种广泛使用的机械设备，它通过液压缸将被举升物体与其他物体相连。这种结构通常有以下几种：俯冲式、油缸直推式、前推杠杆组合式以及杠杆平衡式（油缸后推杠杆组合式）。2.2.1俯冲式倾卸结构采用俯冲式杆系，其设计简洁高效，造价低廉，且横向刚度优异，举升转动流畅自然。它可以作为大吨位吊车或其它大型起重设备上使用。但油缸的容积必须得到扩大，同时油缸所需的推进距离也必须相应地增加；由于活塞运动是由缸套上孔与活塞杆之间间隙产生的径向力控制，故在使用中容易造成漏油和损坏缸体等问题。使用多节伸缩时，其密闭性能略显不足。见图2.1图2.1俯冲式举升机构2.2.2油缸直推式如图2.2所示，油缸直推式倾卸机构具有紧凑的结构、高效的举升能力、简单的工艺和低成本的特点。它主要是通过油缸推动车斗沿竖直方向进行往复滑动来完成卸货作业。当使用单缸时，可以轻松实现三面倾斜，这是一种高效的设计方案。由于它有两个液压马达驱动，所以能同时完成三个方向上的运动，因而比其它形式的倾卸车具有更高的工作效率和工作可靠性。此外，直推式倾卸机构中的举升液压缸与车厢之间的连接位置大多位于车厢几何中心的后方，且液压缸呈略微向后倾斜的趋势。当需要进行横向移动或翻转作业时，只需将举升液压缸向上顶起即可。这种自卸汽车在车厢设计上采取了后倾卸货物的方式，这样既能提高液压缸推力又能明显地减小液压缸行程，此方式增加了车厢倾卸稳定性，进而有利于减少车厢提升及下降时间。另外，短而粗液压缸筒及活塞杆加工方便，也是很好的设计方案。由于液压缸为直线型结构，因此可使液压系统简单紧凑。因此，在自卸车上广泛采用的是一种直推式的升降机构。图2.2油缸直推式2.2.3前推杠杆组合式如图2.3所示，前推杠杆组合式倾卸机构在举升过程中表现出横向刚度优异、转动平稳、举升力微小、构件受力得到改善的特点。它可广泛用于各种液压挖掘机上，如装载机、推土机等。但其油缸行程过长，导致其偏摆角显著增大。图2.3前推杠杆组合式2.2.4杠杆平衡式（油缸后推杠杆组合式）如图2.4所示，油缸后推杠杆组合式倾卸机构横向刚度大，使提升过程中旋转更顺畅，同时三脚架驱动车厢提升过程中车厢倾翻轴支架水平反力比较小，而且使车架底部受力分布更均匀，因此该装置适用于各种吨位大小的货车和客车。然而，在车厢翻转的过程中，油缸所产生的摆动幅度相当显著，同时活塞的行程也略有增加。图2.4杠杆平衡式综合考虑轻型自卸汽车的工作环境以及使用功能要求，决定采用油缸直推式放大举升机构。油缸直推式举升机构不是特别复杂，举升速度也能够满足实际工作过程中的需求，对安装环境的要求不高，更加利于设计与制造。而其他举升机构具有横向刚度不足，采用多节伸缩杠时密封性较差，磨损大、易损坏、工作寿命较短的问题。考虑到轻型自卸汽车在工作过程中，工作周期较长、工作环境复杂，需要降低故障率及延长使用寿命，因此根据实际情况采用这种举升机构，让其可以更适合轻型自卸车的需要。2.3自卸汽车倾卸机构性能的比较自卸汽车的结构和举升性能直接受到倾卸机构的影响，因此倾卸机构作为自卸汽车的重要组成部分，具有至关重要的作用。本文介绍了目前国内常用的几种型式的倾卸机构及其优缺点。表2.1呈现了国内外典型倾卸机构的结构型和性能特征，为读者提供了具体的信息。当前直推式倾斜机构在轻、中型自卸车中已经占据了主流地位，三面倾卸式自卸车更广泛地使用了这种机构。本文介绍了一种前置直推式液压举升机构的设计方法，并分析了该机构的工作原理。该机构既具有结构紧凑、改装方便的优点，而且通过对支撑点位置及液压缸直径（尤其对多级液压缸各节段直径的确定）的合理选取，可得到理想油压特性——液压缸推举时油压变化较小，初期略小于最高油压。所以这一结构形式在各种型号的汽车上得到了日益广泛的应用，并已成为它们最为普遍的倾卸方式。中重型自卸车通常采用连杆式倾卸机构，而中型自卸车则通常使用油缸后推连杆式和油缸后推杠杆式，而其他四种倾卸机构则主要应用于重型自卸车。对于这种类型的车辆来说，其最大特点就是要实现更大吨位的举升能力。这是因为它更易于实现省力的效果，同时还能提高车厢在举升过程中的横向稳定性，从而获得更优秀的油压特性和倾卸性能。表2.1自卸汽车举升机构特性比较结构形式车型举例性能特征直推式单缸前置斯太尔1291QUOTE280QUOTEK38卡玛斯——5511结构紧凑、举升效率高、工艺简单、成本较低，采用单缸时，横向刚度不足，采用多节伸缩时密封性较差中置斯太尔991QUOTE200QUOTEK38依发50LQUOTEKCA340双缸QD3151EQ340连杆组合式马勒里举升臂式五十铃TD50ALCQDJN3180QD362横向刚度好、举升转动圆滑平顺举升力系数小、省力、油压特性好，但缸摆角大活塞行程稍大加伍德举升臂式TD50A-DQD352HF352转轴反力小，举升力系数大，举升臂较大，活塞行程短油缸前推杠杆组合式SX3180举升力小，构件受力改善，油缸摆角大油缸后推杠杆组合式日产PTL81SD举升力适中，结构紧凑但布置集中后部，车厢底板受力大油缸液动连杆组合式YZ——300油缸进出油管活动范围大，油管长俯冲式东急73型杆系结构极简，造价低，但油缸必须增大容量在考虑到本设计轻型自卸车的特点后，我们决定采用油缸前置直推式倾卸机构作为最佳选择。该种升降机构直接与车厢底板相连，以推动车厢，表现出卓越的启动性能，同时还能够承受相当大的偏置载荷；同时举升支点设在车厢中央附近，使车厢受力情况良好。第3章自卸车相关设计内容分析3.1车厢的结构形式与选材车厢，是用来装载、倾卸货物的。在运输过程中由于受自重影响而使其产生较大变形，因此需要进行加固处理以满足强度要求。本方案所选用的货箱为倾斜式结构。由于运输过程中需要卸载大量物料，因此必须有足够大的承载能力。典型的底板横剖面呈现出一种后倾式的矩形式结构，这种结构在图3.1中得以体现。厢体是由两个侧板和顶板组成的封闭箱体。为了保护驾驶室顶盖不受物料下落的破坏，一般会在前拦板上添加一块向上延伸的防护拦板，以防止装载时对驾驶室的损坏。车厢两侧侧板上装有横向加强筋，以防止侧翻时二次事故的发生。车厢的底板被牢固地固定在车厢的底架上，以确保车厢的稳定性和安全性。为了防止落料冲击车身侧门而损坏侧门部件，一般采用后倾斜的形式。通常情况下，车厢侧面的护栏以及前后栏板外侧面都会设置加强筋以增强结构稳定性。前倾式车厢主要用于载重车及大型卡车。后倾式车厢是一种广泛应用于轻型、中型和重型自卸汽车的车厢结构。左右两侧的栏板紧密固定，而后栏板的左右两端上部则与侧拦板铰接，这样一来，后栏板就能够轻松地进行开启或关闭了。此外，在选择车厢材料时，需要综合考虑其刚度、强度等多个方面的要求，并在此基础上实现材料的节约和制造成本的降低。车厢底部的结构主要受到货物在装卸过程中所受到的重力和惯性冲击的双重影响；车厢顶板则受到了车辆行驶产生的离心力以及列车振动产生的惯性力的影响。在货物运输过程中，车厢侧板所承受的作用力相对于车厢底板而言略显微小，然而货物对板的作用力却是相当显著的；车厢前板会受列车行驶速度等因素的影响。在考虑车厢后板的受力情况时，也需要综合考虑其与侧板的相似之处，同时也必须充分考虑其在安全防护方面的作用。1-车厢总体；2-后拦板；3、4-铰链座；5-车厢铰支座；6-侧拦板；7-防护拦板；8-底座图3.1举升机构液压系统图综合上述因素，车厢底板选用热轧钢板(GB/T709-1988)，厚度为4.0mm；车厢侧板及后板选用热轧钢板(GB/T709-1988)，厚度为3.0mm；前、后板均选冷轧钢带或冷拔钢带。车厢前板选用热轧钢板(GB/T709-1988)，厚度为10.0mm。车厢的支撑结构由侧板和后板构成，形成一个厢式结构，以确保稳定性和安全性。在设计上可根据需要采用不同规格或形状的车厢立柱以满足使用要求。车厢立柱选用热轧扁钢(GB704-1988)：宽80mm、厚63mm。由于在车辆运行过程中需要经常改变其长度、高度等尺寸以适应不同车型及各种运输条件，因此对该类型钢材的性能要求较高。为了确保车厢底架不会受到来自货物和厢板的重力和惯性力的影响，同时避免出现拖带泥土和其他外观美观问题，我们选择了采用矩形冷弯空心型钢（GB/T6728—2002）作为结构材料。最大举升角的确定：这个角度决定着货厢重心和水平方向上所受载荷的分配。当货厢被提升至其设计极限位置时，其底部与车架平面之间所形成的夹角即为最大举升角。货物的静息角度大小将直接影响其常运状态。如果超过这个数值则会使货箱产生较大振动而引起损坏或变形。大多数商品的静态安息角处于40到45的范围内。对于一些体积较大、重量较重的货物，如集装箱及大型设备等，则需采用较小或大角度的举升角。为了确保卸货干净，通常会在自卸车的最大举升角上设置50到60度的范围。此外，在最大举升角时，需留意车厢后板的最低点与地面保持一定的垂直高度，以确保卸货的安全性。3.2车厢的设计规范及尺寸确定在自卸车的总体设计阶段，应当对外廓尺寸进行明确的规定。其依据是车辆通过曲线路段时所产生的惯性力。为防止货厢和驾驶室在紧急制动过程中碰撞，会留出150-250mm的空隙。因此，必须考虑轴荷分配比例及车辆重心位置对车身稳定性的影响。为了满足汽车轴荷分配的要求，对于双胎的长头或短头车，其车厢和货物的质心距离后桥中心线的距离通常为轴距L的2%-10%；对于前轮距长、两厢式车则要比前者小一些。而对于平头车而言，其轴距所占比例通常介于12%至22%之间；对有侧滑倾向车辆则应考虑采用前束角较大的设计方式，以保证安全行驶。车厢长度可以根据车厢质心至后桥中心线距离和驾驶室后壁位置来决定，所以取其长度为2700mm；为了使货厢内空间利用率最高，考虑了前挡风玻璃与后挡玻璃之间的间隙。厢体宽度主要取决于底盘轮距（1480mm）、使用要求和法规限宽等因素，在此取车厢宽度1800mm；厢体高度根据改装质心高度(影响车辆行驶稳定性)而当考虑装载容积和装卸方便时，厢体高度应尽可能降低，从而减小质心，提高车辆行驶稳定性，所以此处取车厢高度400mm。在自卸汽车的设计中，将车厢进行全金属焊接，使其具备等刚度体的特性，是设计中的一个重要关注点。目前，国内对等刚度箱体结构进行了大量研究工作。然而，要同时确保高强度和轻量化却是一项极具挑战性的任务。车厢的刚度，无论是在弯曲还是扭转时，都会对车架的相应刚度产生影响，这两者的刚度相互补充。因此，在设计整车结构中，应充分考虑车辆行驶过程中对车身各部件强度和刚度的要求。当车辆行驶于路面高差较大、车架扭曲较大的区域时，车厢应当具备一定的扭转响应能力。在车辆运行过程中，由于悬架系统和传动系存在着非线性关系，所以要使车身具有较高的刚性，必须保证车轴前后两端分别对轮胎进行有效支撑。当车厢的扭转刚度过大时，一旦车架扭转到一定程度，车厢前支承缓冲块相应的一侧将被压至极限位置，而车厢纵梁的另一侧则可能脱离缓冲块，导致车厢前端的大量重量转移到一侧的车架纵梁上，从而可能导致纵梁超载并损坏。因此，在设计过程中必须考虑如何使车厢具有足够的扭力和适当的抗扭性能以满足使用要求。当车厢的扭转刚度过小时，它可以与车架的扭转同步运动，但当车架发生较大的扭曲时，车厢可能会因变形过大而提前受损。针对全金属焊接等刚度车厢设计的规范化定量设计计算方法尚不够完备，然而根据一些实践经验，我们可以了解到一些设汁规范和经验数据：为了确保车厢底板和侧梁的刚度等效，应当采用紧凑的布置方式，使其断面尺寸更小。同时要注意防止因自重而产生过大变形。货车自卸时，其车架断面系数应当比同级吨位的货车车架高出一倍。对于两轴载质10t的车厢，车架按1.5t的整体重物从1m的高处落在车厢内的冲击负荷来计算，车厢底板的厚度不得低于10mm,选材强度等级为60千克。3t自卸汽车车厢底板厚度不得小于6mm.本文所设计自卸车额定载荷1.5t.所以车厢底板厚度为6mm。车厢内部应呈簸箕形，底板前窄后宽、单边角度为1°～1.5°，横端面下窄上宽、单边角度为1°～1.5°。车厢底部采用橡胶垫或塑料板等材料制成垫脚和缓冲装置。在车厢倾卸的过程中，货物得以顺畅地进出车厢，避免了卡住的情况发生，从而提高了倾卸的便利性。3.3车厢板的锁启机构当前自动锁启机构已经成为自卸车车厢板锁启机构中的一种主流方案，手动机构应用比较少。按照自卸汽车卸货流程，当车厢渐渐倾斜到一定高度时，车厢板就会自动展开，从而促使车厢内货物平稳地卸出。当装上车钩时，由于车厢板为水平状态，因此车厢板在自重作用下也会自动打开。随着卸货的进行，车厢逐渐向下移动，直至到达其原始位置，此时锁启机构会自动启动，将车厢板紧紧锁住。在实际工作中，由于操作不当或其它原因导致车厢不能及时关闭，将会造成严重的后果[10]。本项设计运用了一种自动开闭控制机构，其工作原理如下图所示1-限位块；2-锁钩；图3.2自动开闭机构的状态当车厢升起时，限位块1随之升起，这时锁钩2右端的钩子受重力作用绕轴转动脱离厢板，使后厢板开启。车厢下降过程中，限位块对锁钩左侧产生压力，使钩将厢板紧紧勾住，达到后厢板全部关闭。3.4同步举升装置表3.3常用同步效果比较同步方式优点缺点１分流溢流阀同步液压系统简单2%—3%精度２机械连接同步液压系统简单受机械结构限制３调速阀同步液压系统简单5%—10%精度４同步马达同步体积小效率高1.5%—2.5%精度５同步液压缸同步噪音小，系统效率高成本高６编码器同步液压系统简单受机器结构限制７串联液压缸同步成本始终加锁横向宽度较大根据上面所描述，结合轻型自卸车举升机的结构特点：决定采用串联液压缸同步系统，该型号的举升机配备了一套先进的双重液压系统，其中包括一个循环的主/副共4支液压汽缸，既能够节省成本，又能够减少液压直径，从而提高了整体的结构强度。此外，该型号的液压系统具备极高的安全性，即便发生故障，也能够保证其稳定性和高效性。第4章轻型自卸车举升机构液压系统设计4.1液压系统简介液压传动技术已经成为工业控制的一种重要手段，因为它可以通过液压来传输动态能量，并且无需考虑传输距离。由于其独特的优势，液压系统已经被广泛地应用于各个领域，从动力系统到执行系统，再到辅助系统，都可以通过液压泵来实现。液压系统由许多关键部件构成，其中包括液压马达、液压缸、换向阀和其他辅助部件。这些部件的工作原理和性能决定了系统的效率和稳定性。此外，这些部件之间也相互配合，通过调节压力来实现各种功能。例如，通过调节压力，可以调节马达的转矩，从而提高系统的效率。此外，这些部件也会对系统的性能产生重大影响，因此需要进一步改进和优化[11]。通过研究液压的特性，我们可以建立出不同的增压、减压和多路协同工作的原理图，并将其应用于实际的结构设计中。随着科技的进步，电子控制技术已经被引入到液压系统，这大大提升了它的性能，提供了更快的反应时间，以及更好的操作灵活性。4.2液压组成液压系统由多个部分组成，其中包括压泵、减压阀、执行机构和辅助机构。它们通过电动机的驱动，将液压油转变为高压油，并通过过滤器进行净化。随着换向阀的操纵，液压缸能够进行往复移动。通过一个液压循环，我们可以将油送回油箱，从而完成一个有效的流程。因此，液压系统的传动媒介是液压，它的运用无需任何空间的限制，而且它的运作完全取决于液压控制。液压技术的核心部分包括：动力装置，它负责将机械能量转换为液体，从而使得流体在流动中得到有效的驱动，从而达到流量的调节和输出。而发动机则为其提供驱动。此外，还有一些辅助设备，如马达，用于完成各种操作。另外，还有一些控制设备，负责监测和调整液体的压力和流速，并使用溢流阀和节流阀来保证其正常运作。通过将各种元素结合起来，我们就能实现各种各样的功效。辅助设备的重要性无法忽视，它们包括过滤机、散热机、油管、蓄电池和其他附加设备，它们都为整个液压系统提供了重要的支持[12]。4.3液压优缺点第一，液压技术具有显著的优势，它可以提供20至30倍的输出功率，这使得它的体积变得极其小巧，而且结构也变得极其紧凑。此外，液压马达的扭矩也可以提高十二倍，这使得它的性能远超过传统的电动机。第二、工作平稳，液压装置拥有极其灵活的设计，它的重量极小，惯性极小，反应迅速，控制精准，可以实现快速的自动频繁启停，而且可以在500次的往复运动中保持高效的转向，远超过传统的电机。第三，变速范围液压装置具有无极调速的能力，能够根据不同的运动情况进行调整。第四，它具有自动化的特点，能够通过PLC进行远程控制，从而使得液压系统能够更加高效地完成任务。通过将液压系统与电气技术有机地融为一体，不仅大大简化了整个系统的复杂性，而且也极大地提高了远程控制的便捷性[15]。第五，为了有效地防止过载，液压系统中还可以配备溢流阀、压力继电器等设备。第六、采用标准化的液压系统可以大大提高生产效率，使得设计和生产过程更加高效，同时也大大降低了成本。液压系统存在一些明显的问题，其中最主要的是：第一，它无法确定精确的传动比，因为外部负荷的变化会导致传动比的波动。第二，它的压力损耗也很大[13]。4.4液压原理图本次设计的液压系统，主要对举升机构进行控制设计，通过双柱液压缸的举升实现置物架举升，通过电磁阀控制液压换向来，实现置物架上升与下降，液压原理图如下：1-液压缸；2-节流阀；3-分配阀；4-油箱；5-溢流阀；6-液压泵；7-单向阀；8-过滤器图4.1举升机构液压系统图工作原理介绍：利用液压缸实现车厢的举升、中停、下降三过程液压系统图如上图所示，分配阀从右向左依次控制举升、中停、下降过程：4.5举升机构液压缸设计1)第一级油缸举升力F的计算我们先对置物架进行了受力分析，当举升力达到最大值时就是刚开始提升时，也就是本次课题设计中需要达到的最大值，通过输送带缓慢而连续地提升，其提升力也随之变小，再通过公式我们便可计算出最大提升力:(式4-1)其中Fmax为举升缸的最大举升力；安装角度为15°的油缸，其后支承点与举升缸下铰支点之间的水平距离为L，而置物架的重心位置则与其后支承点之间的水平距离为L1;是力矩比系数，我们取值=2，G是输送带和满载时货物的质量之和；则我们可以推理出最大举升力为：Fη×G2×cos为了满足液压系统的压力需求和设备的工作条件，以及保证精确性，市场上出现了多种不同类型的压力表，详情请参见表4.1：表4.1各类设备的常见压力根据设计要求我们可以初选整个液压系统的稳定工作压力为p=25Mpa，在工作时，液压缸做直线的往复运动液压缸在工作时，采用液压平衡方式，所以我们可以算出液压缸内无杆端与有杆端的工作面积。液压缸腔体面积为Al:Al=FA1=D=4A查机械设计手册以及厂内标准我们可以找到与之尺寸相适应的标准尺寸这里我们选择D=140mm。d=(0.5~0.7)D,(式4-6)可以算出d=70~98mm查机械设计手册以及厂内标准我们可以找到与之尺寸相适应的标准尺寸这里我们选择d=80mm。所以我们可以算出A1=A2=我们算出了液压缸的直径，选择液压缸的型号HSGL2-φ140φ80，从而得出液压缸部分参数：表4.2液压缸部分参数4.6确定液压泵液压泵是液压系统的重要组成部分，它们的选择对于整个系统的性能和稳定性都至关重要。本次设计采用双联压泵，它们能够有效地提供动力，并且能够有效地减少总体压力损失[14]。表4.3进油总压力损失经验值(式4.9)由于一些基础的经验公式无法准确地反映出实际情况，因此，在考虑到各种液压系统的情况下，我们需要采用一种带有压力补偿功能的柱塞泵，其额定压力应该在P=35Mpa、8mL/r、1600r/min、q=16L/min之间，从而使得实际的压力损失能够稍稍高于最初的确定值，从而达到最佳的液压效果。4.7液压阀液压阀作为液压系统的重要组成部分，其功能多样，包括电磁控制、溢流控制、单向控制、调速控制等。此外，它们还具备多种驱动形式，其中最常见的是电磁控制和先导控制。经过精心考虑，我们最终决定采用表4.4中提供的液压系统方案。表4.4液压系统的辅助元件4.8油管元件在确保液压元件的正确选择之后，必须将它们通过管道连接起来。在此过程中，除了要注意安全外，还需要确保管道的稳定性，并确保管道的最大承载压力。此外，还需要确保管道的接口符合标准，并且确保流量的计算和快速变换都符合要求[15]。最终，根据以上计算，可以确定液压系统的流量值。表4.5各个阶段的进出流量根据液压管路的计算公式我们可以得出液压连接管路的内径d：(式4-10)d进=所以我们可以得出回油液压管路的内径：d回=2据此我们可以得出回路的液压管路内径为7.81mm，根据国标GB/T3845，液压缸设计标准我们选择标准的内径Φ8mm，其他液压管路的设计计算与此大同小异，这里就不做赘述了，根据此标准，我们可以选择其他管路的内径与外径Φ12mm，Φ18mm。4.9油箱的选择油箱的重要性无与伦比，它不仅可以有效地清除液压油中的杂质，而且还可以将其中的热量有效地散发，因此，在设计液压油时，应该注意其尺寸，一定要合理，否则，过大的油箱会造成液压油的浪费，而太小的油箱则会阻碍液压系统的正常运行[16]。(1)油箱容积计算油箱设计的重点关注的是如何提高散热性能，通过使用有效容量的计算方法来确定最佳的散热方案。可以得到v：V=ξq根据机械设计手册液压油应高出油液10%，所以我们可以得到油箱的容积为：V=ξqpV'=86.1×1.11=95.6L按液压设计手册，把油箱体积圆整。根据1：1、2：3的比例，我们可以计算出液压油箱的占地面积，而且，考虑到该液压系统的结构简单，回路数量少，而且各部件的连接相对容易，因此，我们可以得出液压缸的体积大小如下：v缸=然后再计算出液压缸最小体积，液压缸的最小体积为在工作时油腔内注满油(式4-17)这时油箱内的有些高度为H1=774×1000经过精确的计算，我们发现油箱的容量是40cm。因此，我们决定使用两块由普通的q235材料制作的隔板，厚度约为t=3mm。此外，为了方便散热，底部和地面的间隙设置为200mm。故此可知油箱的，总的长宽高为长为l=l1宽为w=w+2t=1600+2×4mm=1608mm高为ℎ=ℎ1经过精确的计算，我们可以确定100L的标准油箱，并且采用开式油箱，四角处的支撑角度、长度、宽度和高度都符合国家规范，具体的外观结构见下图：图4.2油箱外形图在设计过程中，我们考虑到了清洁、液压油回收等问题，因此油箱的底部通常会有一定的倾斜度，为了满足设计要求，我们选择了一个比较合适的倾斜角度1°4.10过滤器的选取过滤器在液压系统中扮演着重要的角色，它能够有效地去除液压泵的内部污染物，并且操作简单，只需将其内部的元件更换就能够完成。在选择过滤器的时候，应该遵循两倍于液压泵总流量的设计原则，这样才能保证其正常运行[17]。(式4-22)所以根据计算我们选用的过滤器的参数及型号如下表4.6过滤器的尺寸4.11液位/温度计的选取液位计和温度计作为液压系统不可缺少的液压辅助原件之一，液位计能够直观地显示出整个液压系统的容积，避免液压油太少而损坏液压泵和其他液压系统原件。温度计能直观地显示液压系统整体液压油油温情况，避免温度过高，造成压原件破损。因此我们选用YWZ系列液位液温计，具体型号采用YWZ-150T型。通常能达到使用的要求。4.12制定调速方案在液压执行器被安装完毕，如何精准地调节它们的位置、转矩以及转速，就成为构建液压回路的关键。为了满足这些要求，可以采取更加精准的操纵，比如采用换向阀或者逻辑控制器，以及将它们结合在一起，以满足较低的流量要求。当需要处理较强的高压和较大的流体时，通常会使用插入式和预测式控制器的结构。采用液压技术，可以根据需要，对传动系统进行快速、精确的操作，从而达到最佳的运动效果。为此，可采取多种不同的调速技术，包括节流、容积和容积节流技术，它们可以协同工作，从而达到最佳的运动效果。由于使用定量泵提供动力，并由于使用电流控制器来调整液压执行部分的电流，能够实现节流调压。该类型的调速方法具有结构简单的优点，但是需要使用溢流阀，因而效率较差，会产生较高的温升，通常只适用于需要较小动力的情况。利用调整液压泵或水力电机的输出功率，可以进行容量调压，这样可以避免溢出损耗，提升工作效率。然而，由于需要配备辅助泵，这一技术只能在功率较大、运行速度更快时使用。由于变量泵和节流控制阀的协同作用，容积节流调速可以有效地调整流速，从而达到调整流速的目的，同时保证流速的平衡，提升调压的效率和速度的稳定性，然而，这类调速系统的设计要求更为严格。通过改变电源的输入，可以实现三种不同的控制方法：进气控制、电源控制以及电源控制。其中，电源控制的启动冲击相对较低，通常被应用在带负载的情况下；而电源控制则更适宜在高速行驶。当调速回路被设计出来时，回油的循环方式便会被明确规范。通常，为了实现节流，液压泵会以开式的方式进行回油。这种方式的优点是，液压泵可以将压缩的液压能源有效地传递到回路，而且回路的结构紧凑，可以有效地降低温度，同时减少液压泵的体积，避免液压液压液的污染。在许多情况下，容量控制的方法是使用闭合的循环。在这种方法下，液压泵的抽气阀门和执行部分的放气阀门之间有一个密闭的连接，这样可以保证液压泵的稳定性和良好的散热性能[18]。第5章取力器的设计计算5.1取力装置概述多数专用汽车上使用的专用设备都是利用汽车自身的发动机作为动力源，由取力装置带动柱塞泵，水泵等来满足与各类专用汽车配套使用的需要。根据取力装置相对于汽车底盘的变速箱的位置，取力装置的施力方式可被归纳为前置、中置和后置三种基本类型。根据本车的变速箱结构和整车底盘空间，我们设计了一种后置式取力装置，用于驱动变速器的后侧。后桥总成采用差速器连接方式。在变速器的中央轴线末端，设有一个取力齿轮，其作用于副变速器的中央轴线上的齿轮，随后通过一对常啮合齿轮实现减速作用。5.2取力装置的设计计算绝大部分专用汽车专用装置采用汽车本身发动机作为动力源，通过取力装置来带动柱塞泵和水泵，使之与多种专用汽车相匹配。按取力装置在汽车底盘上变速箱所处位置不同，取力装置取力形式可分前、中、后三种基本型式。针对该车变速箱结构以及整车底盘空间进行了变速器后端取力设计以及属取力装置后置式结构。变速器中间轴末端预留有取力齿轮，取力于副变速器中间轴齿轮并通过副变速器一对常啮合齿轮来进行减速。5.2.1已知条件（1）发动机型号:WD12.375最大扭矩:1380N•m（1550r/min）（2）变速器齿数：主变速器一档：Z129中间轴常啮合齿轮：Z242模数：5mm（3）工作装置柱塞泵：转速:1000r/min功率:132.9KW5.2.2齿轮的参数选择和强度计算（1）传动件图（2）传动比的计算和齿轮齿数的确定按发动机最大扭矩时的转速来确定传动比，n=1550r/min，则：i总=Z已知变速器常啮合齿轮传动比i取Z3所以i（3）齿轮参数齿轮选取斜齿轮,螺旋角β=24∘；齿轮材料参照变速器齿轮选取20CrMnTi；精度等级7级[表5.1齿轮参数ZZZZm4mmd153.2mm144.5mm83.2mma113.85mmℎ4mm4mm4mmℎ5mm5mm5mmd161.2mm152.5mm91.2mmd143.2mm134.5mm73.2mm（4）齿轮强度校核由传动图可知,z3和z4受的应力最大,所以只需对z3和z4齿轮校核,由同组设计变速器的同学已经校核了齿轮3： σ3=2Tg Tg3=z Tg6=P转矩T查表知齿形系数y∴所以z3同理校核z4, σ4=其中转矩 Tg4=z齿形系数yσ所以z4（5）取力器轴的校核由于取力器轴上齿轮所受的力来自于圆周力、径向力和轴向力，因此轴必须承受一定程度的弯矩和扭矩。在轴上设计一个与之相配的轴承是非常必要的。轴必须具备足够的刚性和强度，以确保其稳定性和耐久性。一般采用分齿或分度装置来达到上述目的。考虑到齿轮啮和副离支点的距离较近，且负荷较小，基于实际经验，无需进行验算[20]。结论本次课程设计聚焦于轻型自卸车的举升机构和车厢的设计，特别关注于举升机构、液压系统以及与之相匹配的取力器的设计。通过理论分析、试验验证，确定了最佳方案及参数选择原则。经过对设计目标、方法和步骤的深入调研，收集了大量资料并进行了综合分析，最终完成了装配图和零件图的绘制，并进行了设计计算。通过分析确定设计方案后进行试验验证，最终达到预期目标。对于此次的设计，我们得出以下结论：举升机构类型的选择：通过了解自卸汽车的概念、功用、结构。并在深入研究目前自卸车几种主要举升机构的方式后，确定采用前置式自卸方案，配合油缸直推式举升机构，实现升降操作的优化。该种升降机构直接与车厢底板相连，以推动车厢，表现出卓越的启动性能，同时还能够承受相当大的偏置载荷；其结构简单、操作方便、维修费用低。车厢中央附近设有一个举升支点，该支点所受受力情况良好。对液压系统进行布置并对实物进行选型和计算：根据所选液压系统，完成举升液压缸，液压泵和液压油箱的计算和选型，然后在确保实现其功能的前提下，完成其简单设计。同时对过滤器、温度计等进行了简要的计算和选型。取力器的设计：在取力器的设计中，齿轮、轴和轴承的设计是至关重要的核心要素。齿轮设计包括了传动比计算、传动方案确定和各档次轮系选择等方面。在齿轮设计中，为了获得最佳效果，需要对齿轮的齿数、螺旋角和变位系数进行精细调整，以确保齿轮各挡的齿数分配达到最佳状态。轴系的设计要合理选择传动比以达到传动平稳可靠。在进行齿数分配时，应当全面参考相关资料