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大大连连大大学学2018届届学学生生毕毕业业论论文文(设设计计)中中期期检检查查表表题目自卸汽车举升机构的设计指导教师王邦国职称讲师学生姓名顾爽爽阅读文献数15初稿完成时间2018-04-30工 作 量较少 适中较多 出勤情况较好一般 较差 工作进度快 按进度进行慢 任 务 书有开题报告有中期工作结论优调整情况无教研室主任意见同意教研室主任(签名)：王淑芬日期：2018-04-26学院意见同意教学院长(签名)：吴蒙华日期：2018-04-26附录1：外文翻译矿用自卸卡车的气动特性及头部形状的改善魏Xiu-ling机械科学与工程学院、吉林大学、长春130022年,中国航空机械工程学系,空军航空大学130022年长春,中国,电子邮件:王Guo-qiang机械科学与工程学院,吉林大学,长春130022年中国风苏里基础科学部门,装甲技术研究所,130117年长春,中国(2008年3月6日，2008年6月13日修订)文摘:对某矿用自卸卡车的外流场进行了模拟。讨论了气流结构和气动阻力，得到了气流特性与气动阻力的关系。为了解决卡车头部形状的问题，通过数值模拟和分析，提出了三种方案，分别是边舍入边、安装分流面和组合。模型和方法被选为三维和时间无关的。用有限体积法求解了雷诺-平均纳维-斯托克斯方程。选择RNG k-模型来封闭紊流量。结果表明，第三种方案是最好的，因为其气动特性优于未改进的模型。关键词:自卸车，外流场，数值模拟。1.介绍矿用自卸卡车主要用于各种矿山和地面站。由于其工作条件差，路面较低，且经常起动、制动和转向，负荷过重，外部负荷复杂。目前，设计人员对自卸车的强度和刚度的要求越来越重视，其部件满足各种要求，很少考虑其气动特性和气动设计。据报道，我国大约有9000辆矿用自卸卡车1,2，一般负荷超过20吨，油耗和污染排放显著增加。由于节能和对环境保护的要求，需要通过降低自卸卡车的空气阻力来提高自卸车的燃油经济性。关于重型车辆空气动力学的大量信息可以在至少20世纪70年代早期的公开文献中找到。这些工程大多涉及风洞实验、道路测试和计算模拟。参考文献3-5联合风洞和计算模拟，以减少卡车空气阻力，导致减阻装置的智能设计。在Ref.6中引入的全面测试提供了计算验证的详细数据、减阻设备的指导和风洞测试指南。这些已发表的作品都不包括对矿车的气动参数的研究或对其减阻的研究。摘要在分析矿山倾卸卡车外部流场的速度场和压力场的基础上，给出了气动阻力的变化规律。为了解决卡车头部形状的气动问题，通过数值模拟和分析，提出了改善头部形状的三种方案。2.计算模型和网格2.1计算模型对一辆矿车的三维计算模型进行了以下假设，忽略了外部链接和车架附件的影响，将卡车底部作为平面处理。空气被认为是不可压缩的，所以可以计算出倾卸卡车周围的稳态流场。自卸卡车被认为是在冲击荷载状态下，以恒定的速度行驶在平滑的道路上，忽略了边坡和横风的影响。根据参考文献7。车轮表面被修整到10o和350o，然后垂直的边界下降到地面。所以轮子与地面的接触是一个矩形。基于上述假设，它是某一类型的采矿自卸车的1/10比例复制品，如图1所示。它的长度为765毫米(L)，高度为370毫米(H)，宽度为349毫米(W)。图1简化模型2.2计算域和网格生成。计算域是由2L在模型前面，5L在后面，4H在顶部，2W在每边。图2矿用自卸车网格图的一部分。为了克服复杂几何、大计算域和大网格数的困难，该域被分解。在本研究中，通过在卡车周围创建一个平行六面体箱，将该域分解为18个部分。包含卡车的盒子里装满了四面体细胞，而其他的部分则含有六面体细胞(见图2)。该网格是由Fluent Inc.开发的商业几何和网格构建工具GAMBIT生成的。离卡车越远的地方，网格就越稀疏。由于尾迹区对卡车的空气动力学特性有很大的影响，所以卡车后面的文章网格更加密集。本文所创建的网格包括四面体细胞、六面体细胞和金字塔细胞。3.数值模拟3.1数学模型由于外部流场可以被认为是不可压缩流，所以利用时间平均守恒方程来计算流动。现在方程在笛卡尔坐标系中给出。连续性方程是 （1）动量方程 （2）本构方程 （3）动荡的粘度 （4）空气的密度,u速度相对于卡车,p的平均压力,空气粘度,湍流粘度,K湍流动能,湍流耗散率,相关系数和粘度,应力张量,和ij年代染色率张量。选择RNG湍流模型，是因为它之前使用了一系列类似的问题(8,9)，精确到更高的应变率和漩涡流10-12。时间平均湍流动能方程。 (5)时间平均湍流耗散率方程 (6)这里3.2边界条件u用作一个恒定的速度入口边界条件在v和w强加于零,u,v和w x,y和z分量的速度相对于卡车。开矿倾卸车的最大速度为52公里/小时(14.44 m/s)。湍流强度比和湍流耗散率是过程默认值。出口边界条件为零相对静压。移动墙地平面(= uu)指定边界条件来模拟道路条件13。自卸卡车顶部和两侧的计算区域足够宽，足够高，可以忽略这些边界的影响，因此选择进口的条件14。3.3数值方法在本文中，所有的守恒方程和湍流模型方程都是用基于有限体积法的CFD软件Fluent求解的。对对流条件采用了一阶逆风法，对弥散性特尔马进行了中心差分。为了评价压力-速度耦合场，采用了著名的简单算法。4结果与讨论4.1空气动力空气动力在表1中给出。力包括压力和粘性力。通过计算，自卸卡车的气动阻力系数为0.9184。实测车辆滑行试验测量的空气动力阻力系数为0.8915。两个结果之间的误差为5%，表明计算模拟结果是可信的。表1气动力和阻力系数。4.2流动结构图3显示了卡车表面的压力轮廓，图4为=0z截面的速度矢量。迎面气流在卡车前部分为两个区域，其中一个在顶部，一个在卡车的底部(见图4)。通过保险杠，流体从底部的运动被提升到后面的压力峰值沿着底部。顶部的流也被分成两个区域，在阀罩的流动过程中。一个在底部，形成漩涡，让身体在驾驶室底部和身体之间的空间停下来。下一步是与底流合并，穿过车轮与地面之间的空隙，并沿下游路径进入尾流区。另一种流动的速度在身体的上边缘加速，在身体的前部形成一个低压区。然后，水流继续流向下游，形成一个巨大的漩涡，因为身体的形状。下一步是将它们重新附着在身体的表面，并与后面的气流合并。在向上流动的过程中，由于自卸车的形状，在车顶、驾驶室、车身和车身前部形成了一个较大的正压区域(见图3)。这是形成自卸卡车压力的主要原因。图3 自卸汽车的表面压力轮廓图4 z=o时的速度矢量图5显示了从卡车尾部各部分的速度矢量的结果。可以看出，在靠近尾部的区域，涡流非常复杂，因为卡车的形状是不对称的。随着涡旋沿着下游延伸，涡旋逐渐合并成一对涡旋与相反的方向旋转，在远后方的强度变得较弱。图5 在不同位置时的速度矢量图5从卡车形状的气动性能上研究头部形状的改善其不足主要是由于前缘基本上是一个方形的结构，导致头部的空气动力特性恶化，而面对风面积较大。这些因素使车辆的头部成为空气阻力的主要来源。为了提高倾卸车的气动性能，提出了三种头部形状改进方案，并对其进行了数值模拟。进行了以下研究。5.1头型改善方案第一个方案是改变自卸车的形状。因为头部形状基本上是一个方形的结构，在引擎罩的边缘，平台和身体的头部是圆形的。发动机罩的半径为10毫米，其他零件的半径为5毫米。这些变化之后，卡车模型如图6所示。图6 变化之后的卡车模型二是减少面向空气的面积。由于气流对机体的影响范围非常大，因此在倾卸卡车的头部形成了一个较大的正压区域。为了解决这个问题，拆分机安装在机身前部(如图7所示)，因为在Ref.16,17中使用了类似的设备来减少拖拉机拖车的阻力。图7 安装分束器飞机后的卡车模型第三种是将第一种与第二种相结合，通常是改善边缘和朝向风区。在模拟上述三种情况下，计算了该区域的初始条件和条件。边界条件将与前一个模型相似。通过计算，我们可以得到改进的卡车气动性能的数值结果。 图8 自卸汽车在z=0时改善前后的对比图5.2原型与改进卡车的对比5.2.1压力轮廓的比较=0 z截面图8显示了原型和改进卡车在=0 z部分的压力轮廓。可以看到，气流通过引擎盖和车身顶部平滑地流动。在车顶和车尾的压力轮廓变得稀疏，压力梯度降低。在机身前部安装了分裂机后，在车身前部和卡车尾部的压力轮廓都是稀疏的。它降低了整个卡车的压力阻力。第三个场景集成了前两个程序的优点，使压力减阻更显著。5.2.2改进后的卡车阻力系数比较，如表2所示。表2 改进前后气动阻力系数。改进后的卡车的气动阻力系数均减小。第一种情况减少3.8%，第二种减少6.59%，第三种减少13.7%。第三种情况的气动特性比其他的要好。因此，在气动外形优化设计中，我们应尽量使形状顺利进行，同时安装额外的设备以减小头部的压力。6总结通过计算得出矿用自卸卡车的阻力系数很大。因此，有必要对矿用自卸卡车的气动特性进行研究，并采取相应的措施来减少阻力和动力消耗。矿用自卸卡车的主要气动阻力来自于自卸卡车前的较大的正压区。根据卡车头部气动形状的缺陷，提出了三种改进卡车形状的方案。通过对比发现，第三种方法比其他方法更好，使卡车的气动特性大大提高。因此，在气动外形优化设计中，我们应尽量使形状顺利进行，同时安装额外的设备以减小头部的压力。 附录2：外文原文致 谢经过了半年的努力，毕业设计终于走到了尾声，在这个过程中，有过心酸和汗水，也有过欢乐和笑声，在此，我要感谢我的导师王邦国老师，我的论文就是在他的指导和帮助下完成的，王邦国老师渊博的学术知识、严谨的治学态度、诲人不倦的敬业精神以及和蔼宽容的待人作风使我获益颇多。一开始教会了我如何查找文献，循循善诱，一遍不行就两遍，很有耐心，当我计算遇到困难的时候教我学会MATLAB软件进行编译计算，大大节省了我的时间和精力，当检查开题报告和中期答辩的时候，对于我每个文字和数据进行了检查和分析，非常严谨细致，并时刻督促我赶上进度。在此，向王老师致以最诚挚的敬意和感谢！我还要感谢吕杰，林倩雯等同学，他们为我的论文提供了很多好的建议和支持。有时候老师并不能随时出现在自己的身边，在这时，同学们的出现也给了我很大的帮助。 这次设计可能就是我作为学生时代的最后一次作业了，对此我也很认真，本着一丝不苟的治学精神，也是对我大学四年学习生涯的一个检测，更是我将理论与实践相结合的一个契机，还是一个温故而知新的过程。在这次设计中，自己也是获益颇丰，学到了很多课本外的知识，见识到了很多国内外先进的技术，加深了我对理论知识的理解，拓展了自己的眼界，对实际生产有了更加的感性认识。所以也感谢这次毕业设计带给我的长足进步。- 15 -本科毕业论文(设计)开题报告论文题目： 自卸汽车举升机构的设计 学院： 年12 月30 日 填毕业论文（设计）开题报告要求开题报告既是规范本科生毕业论文工作的重要环节，又是完成高质量毕业论文（设计）的有效保证。为了使这项工作规范化和制度化，特制定本要求。一、选题依据1. 论文（设计）题目及研究领域；2. 论文（设计）工作的理论意义和应用价值；3. 目前研究的概况和发展趋势。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题；2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）；3. 本论文（设计）预期取得的成果。三、论文（设计）工作安排1. 拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；2. 论文（设计）进度计划。四、文献查阅及文献综述学生应根据所在学院及指导教师的要求阅读一定量的文献资料，并在此基础上通过分析、研究、综合，形成文献综述。必要时应在调研、实验或实习的基础上递交相关的报告。综述或报告作为开题报告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通顺， 较全面地反映出本课题的研究背景或前期工作基础。五、其他要求1. 开题报告应在毕业论文（设计）工作开始后的前四周内完成；2. 开题报告必须经学院教学指导委员会审查通过；3. 开题报告不合格或没有做开题报告的学生，须重做或补做合格后，方能继续论文（设计）工作，否则不允许参加答辩；4. 开题报告通过后，原则上不允许更换论文题目或指导教师；5. 开题报告的内容，要求打印并装订成册（部分专业可根据需要手写在统一纸张上，但封面需按统一格式打印）。8一、选题依据1、研究领域专用汽车的设计-车辆工程2、论文（设计）工作的理论意义和应用价值自卸汽车是利用发动机给变速箱，再通过取力器来带动液压泵来驱动液压举升机构，将货箱倾斜一定角度从而达到自动卸货的目的，并依靠货箱自重使其复位。其最大的优点是实现了卸货的机械化，从而提高卸货效率、减轻劳动强度、节约劳动力。已在各项施工运输中成为最普遍的运输工具，自卸汽车的性能好坏已经成为了影响国家各项施工建设事业的关键因素之一。举升机作为自卸汽车的一个特征机构，它在自卸汽车卸货过程中起着重要作用， 其设计质量直接影响自卸汽车整车性能，因此，自卸汽车举升机构的设计具有一定的意义和价值。3、目前研究的概况和发展趋势由于社会的不断进步和发展，社会对汽车运输的要求也越来越高，自卸汽车作为能自动卸货的运输车辆，在道路运输，建筑等领域都应用广泛。自 20 世纪自卸汽车出现以来，不断更新和发展，已成为当今货车运输的主要车辆之一，自卸汽车具有高度机动性和卸货机械化等优点。随着汽车制造业的发展，自卸汽车也不断采用新材料、新工艺，提高其质量利用系数，使其具有较大的速度范围和较高的传动效率，从而使控制和操纵更完善，更方便。我国的专用汽车从 20 世纪 50 年代末起步，几十年来在国内获得迅速发展与普及， 至今已具有一定的规模，目前我国的自卸汽车生产厂家比较多，至今其保有量大约占专用汽车的 25%，成为系列化多品种的产品。我国十分重视在自卸汽车的发展，并采用先进技术，全面提高自卸汽车的内在质量和使用性能，随着使用范围的不断扩大， 用户要求也不断提高，因而，自卸汽车正朝着多品种、系列化、小批量的方向发展和进步。国外对自卸汽车的研究时间较长，研究方法也比较成熟,从 19 世纪 90 年代末期， 第一代商用车辆在法国、德国和美国发展起来，随即卡车运输也不断发展，其重要性也日益彰显出来。欧美等汽车工业发达的国家在自卸汽车行业中保持着领先的地位。随着自卸汽车使用范围的不断扩大，用户要求的不断提高，国外自卸汽车正朝着大吨位、轻量化、多样化、系列化等方向发展。二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题(1) 自卸汽车举升机构的类型选择；(2) 自卸汽车液压系统的设计和参数的选择； (3)对自卸汽车举升机构的三维建模。2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）(1)查阅资料，了解做研究课题的研究意义、研究概况和发展趋势； (2)制定出自卸汽车举升机构的总体设计方案，并对该方案进行评价； (3)对自卸汽车举升机构中主要部件部分进行理论计算和校核；(4)根据计算和校核结果对自卸汽车举升机构进行结构设计并三维绘图。3.本论文（设计）预期取得的成果通过学习及查阅有关资料掌握对自卸汽车举升机构的工作原理以及其机构的设计, 了解现在对自卸汽车举升机构的发展趋势、相关技术的对比及市场前景。通过自主设计并选择最合理的方案设计能够得到以下结果：(1) 了解自卸汽车举升机机构的工作原理及拟定总体方案设计；(2) 主要部件的结构设计；三维软件绘制自卸汽车举升机构的三维图； (3)书写设计说明书；(4)翻译一篇与自卸汽车相关的外文文献，不少于 3000 字。三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；（1） 查阅资料，了解做研究课题的研究意义、研究概况和发展趋势；（2） 制定出自卸汽车举升机构的总体方案设计，并对其进行评价；（3） 对自卸汽车举升机构的主要部分进行理论计算及校核；（4） 根据校核结果对自卸汽车举升机构进行设计和绘图；（5） 整理总结图纸及说明书。2.论文（设计）进度计划第 1-3 周：明确设计主要任务和内容，查阅相关资料，撰写开题报告；第 4 周：完成毕设开题报告；第 5 周：拟定自卸汽车举升机构的结构方案；第 6-7 周：自卸汽车举升机构的结构设计；第 8-9 周：举升机构关键零部件校核；第 10 周：三维软件绘制自卸汽车举升机构的装配图；第 11 周：部件设计相关的外文文献翻译；第 12-13 周：撰写毕业论文，整理毕业设计资料；第 14 周：毕业设计答辩。四、需要阅读的参考文献1 葛绪坤，樊维，刘大维.自卸汽车举升机构应力实验与分析J.青岛大学学报(工程技术版).2014(01):56-59.2 张朝杰，刘跃进，范东林，王鹏.自卸汽车系统动力学建模与分析J.农业装备与车辆工程.2011(08):22-24.3 孙旭.基于SOLIDWORKS 的自卸汽车举升机构的仿真设计J.南通航运职业技术学院学报.2009(02):95-98.4 李晓锋，吴涛.基于 AMESim 的自卸汽车举升机构的建模与仿真J.机床与液压.2012(11):138-141.5 崔林林，徐锐良.基于遗传算法的自卸汽车 T 式举升机构优化设计J.河南科技大学学报(自然科学版).2006(06):16-19.6 葛绪坤，刘大维，朱龙龙.刚柔耦合的自卸汽车举升机构动力学分析J.机械设计与研究.2014(03):45-47.7 郗艳梅，岳红新，石岩.基于 ADAMS 自卸汽车举升机构优化设计J.机械设计与制造.2016(06):192-196.8 罗智宁，许 伟，黄雪梅，李宏伟.自卸汽车液压举升系统隐形缺陷和潜在失效模式分析J.自动化与仪器仪表.2017(04):192-195.9 苑风霞， 司志远. 自卸汽车举升机构设计J. 赤峰学院学报( 自然科学版).2014(09):89-91.10 李晓锋，吴涛.基于 AMESim 的自卸汽车举升机构的建模与仿真J.机床与液压.2012(11):138-141.11 WEI Xiu-ling ,WANG Guo-qiang, FENG Su-li. Aerodynamic Characteristics About Mining Dump Truck and The Improvement of Head ShapeJ.Journal ofHydrodynamics.2008,20(6):713-71812 Chun jin,Tong Liu,Yanhua Shen.State Estimation of the Electric drive Articulated Dump Truck Based on UKFJ. Journal of Harbin Institute of Technology.2015,6(3):21-30.13 Schalk G，Brunner P,Gerhardt L A,et al. Brain-computer interfaces detection insteadof classificationJ.Neurosci Methods,2008, 167(1):51-62.14 Renfroe D,Roberts A,Gilbert M.Vehicle rollover maximum limitsJ.International Journal of Vehicle Design,2006,40 (1):144-158.15 Kim MH, Oh JH, Lee JH, Jeon MC. Development of rollover criteria based on simple physical model of rollover eventJ.International Journal of Automotive technology. 2006,7(1):51-59.附：文献综述文献综述1. 课题的背景及研究意义汽车作为推动现代文明的工具,随着物质文明的不断提高,在社会商品和信息交流中,汽车的作用日趋重要。汽车发展的经济效益不只是汽车本身,也集中表现在汽车在使用和流通的全过程中。由于社会主义市场经济在不断发展和完善中,社会对汽车运输的效益以及各种功能和性能的要求也越来越高,从而使汽车运输向专用化方向发展成为必然趋势。近年来，我国正处在经济快速发展的时期，基础设施建设规模越来越大， 城市化建设、高速铁路建设、公路建设、道路运输业不断发展，对装卸机械化 的要求也越来越高，因此自卸汽车得到了快速发展，市场对自卸汽车的需求也 日益增加。自卸汽车的用途由最初的筑路逐渐发展应用到采矿、 铁路工程和机场建设等不同行业的工程项目中，主要用于散装和散装货物的运输，如砂、石、煤炭、矿产、土地、建筑材料、废料等。由于自卸汽车其载货卸货效率高、速 度快、节省劳动力的显著优点，成为我国交通运输业不可或缺的主力军，已是 国家基础设施建设工作中极为重要的运输工具之一，有着非常广泛的发展前景 和市场空间。自卸汽车的性能已经成为了影响国家各项施工建设事业的关键因 素，因而对自卸汽车的设计和不断完善成为主要工作。自卸汽车是利用发动机给变速箱，再通过取力器来带动液压泵来驱动液压 举升机构，将货箱倾斜一定角度从而达到自动卸货的目的，并依靠货箱自重使 其复位。因此，液压举升机构是自卸汽车的主要设计核心，其结构形式、性能 好坏直接影响到自卸汽车的寿命和安全性。举升机构采用液压驱动，依靠车辆 自身发动机提供动力源，通过举升机构的动作，将货箱举起和回位，实现货物 的卸载，同时也可操作液压系统，实现货箱倾斜卸货，卸货完成后，依靠其自 身的重力作用使得其自行回位。自卸汽车举升货箱的主要控制机构为分配举升、下降等功能的取力器，现在在用自卸汽车的液压举升系统主要有二位二通、三 位四通等液压举升系统。2. 国内外研究现状我国的专用汽车从 20 世纪 50 年代末起步，是对军用、消防车辆进行改装的基础上逐渐发展起来，到 20 世纪 70 年代，一些生产专用车辆的生厂依据不同的需要，已经逐渐变为生产某一门类专业汽车的企业，开发了属于自己的特 色产品，经过半个多世纪的发展，至今已具有一定的规模，目前我国的自卸汽 车生产厂家比较多，市场竞争十分激烈，因此各个企业都想在自卸汽车的举升 时间和各个部件的选取之间找到一个最优参数，以在满足自卸汽车举升机构举 升时间的条件下，尽量减少生产成本，提高机械效率，加强产品的市场竞争力， 使举升机构向着重型化和轻量化的方向不断发展。同时在液压元件生产设计水 平不断提高、计算机技术在车辆设计广泛应用的基础上，自卸汽车的设计效率 和受力计算的准确性和精确性也得到了大幅度提高。到目前为止，我国生产专用车辆的生产厂家一般分为四种：一是生产基本型车辆的汽车制造厂，它们占总的专用车辆产量的 50%左右；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，其生产占总的专用车辆产量的 45%；三是非专业生产厂，他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，根据订户的要求也改装少量的专用汽车。而国外对自卸汽车的研究时间较长，研究方法也比较成熟,从 19 世纪 90 年代末期，第一代商用车辆在法国、德国和美国发展起来，随后卡车运输也不断发展，其重要性日益彰显出来。自卸汽车主要用于露天采矿，交通运输中，由于露天矿山生产成本的 50% - 60%以上是用于运输和装载成本，自卸汽车成为露天矿山的主要机械设备之一,从经济的角度来看，保持设备的良好状态是非常重要的。随着自卸汽车使用范围的不断扩大，用户要求的不断提高，国外自卸汽车正朝着大吨位、轻量化、多样化、系列化等方向发展，更多地利用计算机手段研究开发新车型，以提高设计质量和缩短研制周期。例如美国 Caterpillar 公司采用虚拟样机技术设计载重 360 吨的大型矿用自卸汽车 797B，比用物理样机节省了一半的时间。国外的企业比如美国卡特彼勒（CATERPILLAR）、美国特雷克斯（TEREX）、日本小松制作所（KOMATSU）等在研究自卸汽车时，能从全局角度对自卸汽车机、电、液和控制方面进行把握，从而使自卸汽车的整体性能在短时间内得到很大 的提高，同时国外已经拥有完整的自卸汽车液压举升机构产品研发和生产体系， 设计加工的举升机构大多结构合理且比较轻巧，这使得他们在自卸汽车行业中 保持着领先的地位。相对而言，我国关于自卸汽车的研究起步晚、技术不够成熟，据调查,目前很多厂家,特别是一些低速载货汽车生产厂家,由于设计人员的技术水平等多方面的限制,在进行举升机构的设计时所采用的方法还比较落后,它们的主要方法是对于不同装载质量的自卸汽车举升机构,根据现有自卸汽车举升机构的大小, 凭经验按照一定的比例加大或缩小相应构件的尺寸设计而成,这就是传统的经 验类比法。但由于举升机构结构的复杂性以及机构铰点位置布置困难,所以在决定实际结构时往往取较大的安全系数,结果使得产品结果差强人意,材料的潜力不能充分使用，一些重型自卸汽车还依靠国外进口。作为一种专用汽车，自卸汽车的性能指标常因客户的不同要求而变化，这使自卸汽车的设计和生产具有批量小、种类多的特点，增加了自卸汽车的设计工作，这就需要对自卸汽车的设计不断改进和完善，以逐渐缩小与世界上先进国家的差距。3. 主要研究内容论文主要是进行自卸汽车举升机机构的设计，主要从以下几个方面进行研究：(1) 查阅相关资料，了解做研究课题的研究意义、研究概况，了解国内外自卸汽车发展趋势；(2) 制定出自卸汽车举升机机构的总体设计方案，选出最合理最简便的举升机机构进行设计，并对该方案进行评价；(3) 进行自卸汽车液压系统的设计，对液压系统的主要元件进行性能参数计算和选型，及选择液压举升机操纵方式；(4) 对自卸汽车举升机机构中主要部件部分进行理论计算和校核，检查强度是否满足要求，以确保该自卸汽车举升机构适用可行；(5) 根据计算和校核结果对自卸汽车举升机机构进行结构设计并进行三维建模及绘图。4. 结语综上所述，本次的毕业设计主要任务是完成自卸汽车举升机构的设计，并查阅相关资料及文献，分析国内外研究现状，并确定自己所设计的举升机构的方案，同时确定设计方案是否具有可实施性，是否满足强度计算要求，然后运用 catia 的软件把自卸汽车举升机构的装配图绘制出来，最终完成本次自卸汽车举升机机构设计。 毕业论文（设计）题目名称： 自卸汽车举升机构的设计 所在学院：专业（班级）：学生姓名：指导教师：评阅人：院 长 ：自卸汽车举升机构的设计总计：毕业论文： 37 页 表 格： 3 表 插 图： 9 幅 指导教师： 评 阅 人： 完成时间：摘 要随着国民经济的持续快速增长，社会对汽车运输的要求也越来越高，自卸汽车是通过液压系统来实现车厢举升并且能自动准确降落回位的汽车，它能够自动卸货，在道路运输，建筑等领域都应用广泛。自卸汽车作为专用汽车中一个分支，几十年来在我国快速发展，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，但是近10年来我国专用汽车生产的品种少且单一，缺乏创新，相较于国外等发达国家仍然比较落后，所以需要不断创新和发展，研究新的种类和技术，提高产品的质量，对于我国而言是非常重要的任务。本文首先对自卸汽车国内外的研究现状作了相关的概述，讲述了本文研究的意义。接着，按照自卸汽车的设计步骤，选择合适的二类底盘，参照型号为 CA3071PK2AEA80 的二类底盘，对汽车的外廓尺寸、轮距与轴距尺寸以及整车的装载质量、整备质量、总质量等参数进行了相关的计算与设计，再对举升机构和液压系统进行设计选型 然后对其关键部分进行校核以确保设计满足要求，最后进行catia三维画图。关键字：自卸汽车；举升机构 ；液压系统 ABSTRACTAlong with the sustained and rapid growth of the national economy, the society is becoming more and more high to the requirement of motor transport, car by hydraulic system to implement the carriage self-discharging and can automatic landing return car accurately, it can automatic unloading, in the road transport, construction and other fields are widely used. Dump trucks as a new branch of special vehicles, after decades of rapid development in our country, have a variety of forms, one of the most common is backward of dump truck, but less varieties of specialized automobile production in China in recent 10 years and a single, lack of innovation, compared with foreign developed countries such as still relatively backward, so need to constant innovation and development, research new types and technologies, improve the quality of the product, is a very important task for our country.At first, this paper gives an overview of the research status of dump trucks at home and abroad, and describes the significance of this study. Then, according to the design steps of the dump truck, select the appropriate category ii chassis, reference model for CA3071PK2AEA80 second class chassis, the car outside of the profile size, the size of the wheel track and wheelbase and vehicle loading quality, curb weight, total quality and relevant calculation and design, the parameters of lifting mechanism and hydraulic system design and type selection And then to check to ensure that the design of its key parts meet the requirements, finally carries on the catia 3 d drawing. Key Words：Dump truck ;lifting mechanism; hydraulic systemI目 录摘 要ABSTRACT1 绪论11.1 引言11.2 国内外专用车辆的发展概况11.3 研究本课题的目的和意义21.4 自卸汽车的概述22 自卸汽车总体设计42.1 总体设计方案确定42.2 二类底盘的选择42.3 主要尺寸参数52.4 本章小结63 举升机构和液压系统的设计73.1举升机构的选型73.2 举升机构最大举升角的确定83.3 举升机构的结构设计103.4 液压系统的设计133.5 本章小结174 自卸汽车稳定性及运动部件的校核184.1 自卸汽车稳定性计算校核184.2 自卸汽车运动部件干涉的校核194.3 本章小结215 结论22参 考 文 献23附录1：外文翻译24附录2：外文原文32致 谢38- 0 - 自卸汽车举升机构的设计1 绪论1.1 引言自卸汽车是通过液压系统来实现车厢举升并且能自动准确降落回位的汽车，它能够自动卸货，在道路运输，建筑等领域都应用广泛。自上世纪60年代起，经过工业革命之后，发达国家的汽车行业逐渐发展起来，因而发达国家的专用汽车的数量一直在增长，占据了世界汽车绝大部分市场，随后亚太地区也逐渐发展起来，而我国自卸汽车比发达国家晚了几十年，技术和产品的质量远不如发达国家，但经过几十年的不断革新和成长，现在已经不断地发展和壮大，如今已出具规模，并且在不断的完善和改良，现在，我国的自卸汽车生产的厂家繁多，已经有几千家，在21世纪初，载货汽车总产量达专用汽车的一半左右。但是近10年来我国专用汽车生产的品种种类少且单一，缺乏创新，仍然需要引进外国先进技术，同时数量和质量还远不如其他发达国家。所以需要不断创新和发展，研究新的种类和技术，提高产品的质量对于我国而言是非常重要的任务。1.2 国内外专用车辆的发展概况1.2.1 国外专用车辆发展概况从19世纪90年代末期开始，美国和西欧的一些发达国家的卡车交通运输业不断发展，逐渐运用于交通建筑等各个领域中，因而专用汽车在世界各国不断发展起来，不久之后日本等亚洲地区也开始重视专用汽车的发展。（1）国外专用汽车的规模：由于国外一些国家人口基数小、领土广泛、劳动力匮乏，因而需要机械化效率高的专用汽车，所以国外的自卸汽车厂家多，生产的零部件也专业化、标准化，同时批量大、品种多，符合交通运输各个领域的要求。（2）国外专用车辆的发展形势及研究现状据数据资料显示，1980年美国用于交通运输业的汽车占专业汽车生产的一半以上，其中中型和重型货车的数量为主。1970年Japan的汽车年产量到达21万辆。到90年代，Japan的特种车辆总产量为70年代的十倍之多，中型货车占据主要市场。欧洲地区由于人文环境的同，它以重型车辆为主，大部分产品是拖车、半挂车和低载货卡车，大小不一，轴承质量不同。前苏联比日本早了20年，汽车和工业发展迅速，货车比例和专用车辆的所有权上呈上升趋势。重型汽车具有重型、大功率、大功率的特点不能被其他特种车辆替代，因此在国外得到快速发展，当然重型汽车也存在些许不足，因而国外专用汽车厂家在研究上花了很大功夫，向轻型化发向发展。1.2.2 我国专用汽车的发展形势（一）我国专用汽车的研究现状自上世纪60年代初开始，我国开始重视专用车辆的存在，一开始从军事车辆和消防车的基础上经过改装形成专用汽车。1970年开始，通过改革开放及国民经济的增长，专用汽车逐渐成为社会生产的核心力量。我国的专用车辆行业在90年代得到飞速迅速，经过40多年的成长形成了自己独有的体系。现在的车辆生产厂家主要为四类:其中最为普遍的一种形式是厂家生产基本专用车辆，它的市场占据我国的一半;其次是厂家生产专用的车辆，其主要生产形式是对汽车底盘进行改装形成专用车辆，其生产占将近一半，与上一种基本占据了我国的主要市场；剩下来的就是一些不专业法的厂家和一些维修厂，主要根据用户的需求对车辆进行生产或改装。（二）专用车辆产品的发展趋势通过改革开放，交通基础设施建设也不断改进和发展，由于专用汽车的各个优点，因此专用汽车在我国发挥着重要的作用。但是，与发达国家相比，我国货车所有权的特殊车辆和年产出的比例较小，由于城市需要大量的特殊车辆，如生活车辆、医疗车辆、市政车辆和卫生车辆，所以研发生产的高水平、高质量、高附加值的专用车辆是我国发展的首要任务。1.3 研究本课题的目的和意义我国于上世纪中期开始生产自卸汽车,经过50多年的成长和蜕变,特别是在1980年代,经过改革开放，生产技术不断的交流和改变,公路自卸车和矿用自卸汽车逐渐壮大起来，自卸汽车从而形成了较为规范的体系，特别是自21世纪以来，我国的社会经济发展迅速，对专用车辆的行业需求量增加，使得专车专业化、丰富化。自卸汽车生产企业自发展萌芽开始，由不足的10家到现在的上千家，翻了近百倍,占了国家汽车生产企业的八成,从最初零散的小规模企业,通过不断的整合和联改等方式形成企业的集团化和规模化，无论从数量还是从品质上得到了前所未有的发展和进步。然而，国外自卸车的生产开始于1930年代，比中国早了30年。在随后的几年里，它的结构虽然得到了改善，车辆的性能得到了改善，但相比于国外仍然差了很多，因此需要不断研发和发展。1.4 自卸汽车的概述自卸汽车作为装有由本身发动机驱动的液压举升机构，能将车厢卸下或者使车厢倾斜一定的角度、货物依靠自重能自行卸下的专用车辆，其主要运输砂石等散装货物，运用于建筑和矿用等领域中。由于它具有能自动卸货的优点，大大提高了卸货的效率，节省了人力物力，降低了成本，所以自卸汽车得到了应用和发展，随后成为具有一定规模的产品，且种类丰富化。自卸汽车一般可分为两类:一类重型重载公路运输，主要是矿山和水路运输，配有挖掘机，但它的外部轮廓和轴载没有具体的要求。另外一种是普通公路运输的车辆，主要运用于市场经济，从事砂石等散货运输。一般额定装载质量小于4吨为轻型自卸汽车，大于8吨为重型，在这之间的则为中型。图 1.1 为普通自卸汽车结构及主要组成部分:1- 三角臂；2-车厢；3-液压油缸；4-拉杆；5-副车架；图1.1 普通自卸汽车结构及组成部分2 自卸汽车整车设计设计一辆载重为4吨的自卸汽车，需要对其完成自卸汽车底盘的选用，举升机构及液压系统的选型和设计，最后对关键部分进行校核和分析。2.1 二类底盘的选择自卸汽车的底盘分为一、二、三、四类底盘，目前绝大部分专用车辆被改装用于二类底盘，占所有底盘的八成左右。二类底盘是指完整车辆去掉货箱及专用装置的机械整体，它具有后悬小、车架大梁短的特点，因此本车选用二类底盘。汽车底盘除了需要满足可靠性和适用性的要求，还要考虑两个因素：一是汽车底盘性价比，二是要有供货来源。考虑到以上因素，本车选用CA3071PK2AEA80的型号。它具有安装灵活、配置方便、性价比高且供货来源广泛的特点，同时符合本文设计吨位要求，因此，本车选用该规格，它的规格及标准等主要参数见表 2.1表 2.1CA3071PK2AEA80 型二类底盘参数底盘型号CA3071PK2AEA80底盘类别二类规格长：6280宽：2358高2730燃油类型柴油依据标准GB3847-2005轴数2轴距3750轮胎规格9.00-20.9.00R20轮距前轮距：1914mm 后轮距：1847mm总质量7490kg整备质量2680kg前排乘客32.3 主要尺寸参数自卸汽车的主要尺寸参数如图2.1所示，主要包括:外廓尺寸、轴距、轮距、质量参数等。因为自卸汽车是由型号为 CA3071PK2AEA80 的底盘改装而来，因此基本参数保持不变。图2.1 自卸汽车主要尺寸参数2.3.1 外廓尺寸总长宽高为汽车的外廓尺寸，由上文所述基本参数不变，所以确定自卸汽车的长为6280mm、宽为2358mm、高为2730mm。2.3.2 轴距和轮距汽车的外廓尺寸、装载容积、轴荷分配、最小转弯直径等会受汽车轴距和轮距的影响，因此轴距和轮距的尺寸很重要。同理，本自卸汽车的轴距和轮距保持不变，所以确定其轴距 L5100mm；前轮距：1914mm；后轮距：1847mm。2.4.3 质量参数（1）整车整备质量装满了燃料、冷却整车整备质量剂和液压油的空车质量是车辆的整车质量。从设计原则考虑，需要尽力减少,所以采用轻型材料，减轻质量，来降低成本。当然，还要考虑车辆使用的外部条件、公路状况等因素。综合以上因素，确定自卸汽车的整备质量。（2）额定装载质量额定装载质量是根据用户的需求、使用情况及选定的底盘来确定的。还应考虑厂商的底盘的额定载荷质量，从而使产品向标准化发展。与此同时，能承载所选择的二类底盘允许的最大质量。（3） 最大总质量（4） 最大总质量包括整车整备质量、额定装载质量和乘载人员。所以，其中为承载人员质量，取60kg。所以本车最大总质量：2.4 本章小结确定了本次设计二类底盘的型号是CA3071PK2AEA80，根据该型号确定了本次设计的外廓尺寸长为6280mm、宽为2358mm、高为2730mm;轴距 L5100mm；前轮距：1914mm；后轮距：1847mm、整车整备质量4100kg、最大总质量7160kg。3 举升机构和液压系统的选型和设计3.1举升机构类型的选择从传动装置的侧面或上端安装到输出功率、动力升降器或通过直接驱动油泵驱动轴驱动泵来产生液压驱动的装置。其设计要求如下: 1：利用升降机构实现汽车倾卸功能；2：安装合理方便，具有良好的功率传递函数；3：倾倒完后，能够准确回位；4：当货箱实现最大举升角时，货箱底板的最低点不能低于水平地面。举升机构主要分为直推式和连杆组合式。(1）直推式直推式是指升降机机构利用液压缸直接将货箱推到指定位置。其结构简单，机械效率高，损失能量少，但是液压缸的工作行程长，影响工作效率。根据油缸位置和汽车连接点的位置，可将直接推举机构的位置分为前后两种。（2）连杆组合式连杆组合式根据布置形式分为两种，油缸后推式（D式或加伍德式举升机构）和前推式（T式或马勒里式举升机构）。连杆机构式是利用三角机构将货箱推到指定位置。升降机构工作平稳，油缸活塞行程短，可用于单缸，结构简单，加工方便，密封好，同时具有装配灵活的优点，所以被广泛使用。对于举升机构的选型需要通过对生产工艺条件进行比较和分析，来确定哪个方案适合本次自卸汽车的设计，但是无论选择哪一类机构，都需要满足F和这两个基本条件，表3.1是对两类举升机构的优缺点进行了分析和比较。表3.1 直推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复杂系统质量小大油缸加工工艺多级缸、工艺性差单级缸、制造简单、工艺性好油压特性差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、工作寿命短不易磨、损工作寿命长制造成本高低系统倾卸稳定性差好直推式安装灵活且构造不是很复杂。但是由于货箱与油缸有直接关系，需要被直接顶起，且要被举到最大举升角，所以有必要提升车辆的平稳性，就需要用双油缸结构来解决，这就可能造成油缸泄漏或双缸不同步，造成不均匀的举升力和高的制造成本，不适用于本文设计的自卸汽车。连杆式举升机构是利用三角臂机构来实现油缸举升，连杆是横向跨度期间加强稳定放电，只需使用单级单缸。所以它的制造过程方便且简单，适用于各个机械行业，得到了生产厂家很多的青睐。因此，本次设计采用了T式连杆组合举升机构。该系统的升降固定铰支点在车厢的质心周围，受力平衡，稳定性好。3.2 举升机构最大举升角的确定当货箱举升到设计极限时，不能再举升时，货箱底部与车架的平面角度是汽车的最大举升角度。因此，为了确定汽车的最大减压角，在静态角度的基础上往往只有货物，汽车的最大减压角的设计必须大于静态角度，以保证货物倾倒的完成。所以需要了解货物的静态安息角，如表3.2所示：表3.2货物的静态安息角运送货物名称单位容积质量（Kg/）安息角运动静止无烟煤焦炭石灰石碎石粘土（小块）粘土（干）水泥粗砂700-1000360-6301200-15001320-2000700-15001700900-17001400-165027-303530-353540-303527-455040-45-5027-45-40-45此外，当车厢被举升到一定角度时，货箱的最低点要与底面存在一定的间隙，如图3.1所示，货箱底部和汽车尾部之间的距离必须大于零，以保证卸货时不发生干涉。中轻型自卸汽车的最大举升角为，重型自卸汽车由于它承载质量大的特点，所以它的最大举升角稍稍大一点，通常在之间。本次设计的自卸车汽载重质量为4t，是一辆中轻型自卸汽车，所以本文取。图3.1自卸汽车最大举升角的确定3.3 T式举升机构的设计步骤T式举升机构具有结构简单、节能、压力与举升角存在函数关系的特点被广泛使用。其通常采用作图法与解析法来确定三角臂机构，其受力分析图如3.2所示。图3.2T式举升机构的受力分析图首先，通过作图法初步确定各杆件和三角臂各铰支点的坐标。然后计算出各固定铰支点与的函数关系，以求出所需求的力，具体步骤如下：1）建立平面直角坐标系坐标原点一般选在车厢与副车架的铰支点的坐标O1，x、y方向如图所示，此外参考同类举升机构，初步确定油缸的最大工作行程L。2）初定原始参数举升总质量=装载质量+车厢质量，初定为4100Kg。初定三角臂a、b、c、杆长度为d，在确定时，必须正确控制活塞冲程，同时考虑三角形臂对运动的放大效应，所以确定三边比为。初定三角臂参数：。3） 确定固定铰支点D、E两点的坐标直线CE和直线DB的作用线是由D、E两点坐标决定的，所以在D、E两铰支点的允许的情况下，使得DE之间的距离增大，以获得更大的翻倾力。纵坐标由结构允许的最小值确定，所以D、E两铰之点的坐标是、。4） 确定举升机构与车厢铰支点点A的坐标（，）选择的坐标应注意三角形臂合理布置空间，避免B在三角形臂端点前产生干涉。在当L较大时，R取最高值；反之，就取较小值，初定A点坐标（2800,250）。5）求出油缸的工作行程L最大升力和初始位置的差值是油缸行程。由于三角臂最高位置尚未确定，需采用作图法，连接0A，开始顺时针旋转至，旋转角度为最大举升角，此时A点变为。再以为中心作R=AB的圆，同样以D为中心作R=BD的圆，两圆相交于点，同理，以为中心作R=BC的圆和以为中心作R=AC的圆，两个圆相交于点，形成新的，即为车厢被举升到最大举升角的位置。所以，油缸的最大工作行程为L=E-EC。根据上述步骤就可以得出三角臂ABC三点及固定铰支点DE两点的坐标。拉杆和三角臂的几何尺寸是由图法中得到的每个铰链支点的坐标值，作为已知条件，当在0到最大举升角的任意时刻时，以求得和。马勒里式（T式）举升机构受力解析图如图3.3所示，其设计过程如下所示：图3.3前推式连杆组合式举升机构受力分析1）求出A 点在任意举升角时的坐标： (3-1)式中：和为当时的点坐标，即上文初定的A点（2800,250）。2）求出举升重量质心G点在任意举升角时的坐标（，）： (3-2)同理点为时的坐标，即为车厢质量的中心,所以坐标为（1800,600）。3)求举升角为时的B点坐标（，）已知:及A、D两点坐标,可得B 点坐标（，）。即: （3-3）4)求举升角为时的C点坐标（，）同理已知:及A、B两点坐标,所以可以得出C点坐标 （3-4）5） 求直线BD和直线CE的方程由于B、C、D、F四点的坐标都已经得知，所以直线BD的方程: （3-5）直线CE的方程: (3-6）6） 求F的坐标F点为直线BD和CE的交点，所以联立两直线方程即可求解 (3-7）可得F的坐标（，）。7）求翻倾力R取车厢为分离体，根据力矩平衡： (3-8） (3-9）8）求油缸的推力F取三角臂ABC为分离体，根据力矩平衡，对B点取距： (3-10） (3-11） (3-12）9）求拉杆拉力因为与F、R三个力受力平衡，所以只要知道其中两个力就可以得知另外一个力，本文已知F和R，所以也能求解出来。 (3-13） (3-14）因为所求的三个平衡力都在的位置求出最大值, 所以在设计时需要用作图法和解析法共同使用才能求解出这三个平衡力。根据以上公式,通过使用MATLAB软件进行分析计算得油缸最大推力F=97217.7N，油缸最大行程L=843.21mm 。3.4 液压系统的设计自卸汽车的液压系统如图 3.4 所示，它主要有由三部分组成，包括动力部分、控制部分和执行部分。图3.4自卸汽车的液压系统3.4.1 液压系统的结构特点和工作原理1）液压系统的结构特点液压生产部件由力提取器、油泵、单向阀、油箱驱动机构、油泵和单向阀组成，动力装置通常与传动装置直接相连。工作部分主要是指油缸和倾斜杠杆系统。油缸是安装在梁中间的辅助框架通过气缸支持。控制部件包括液压分配阀、控制系统和限位阀。2）液压举升机构操纵方式的选择控制系统的最主要的部分是液压分配阀，经常打开分配阀当汽车不解除油泵压力分布的油阀回油箱中,可以减少光油泵磨损,并且可以防止车祸的过程中推动自卸箱和造成事故,所以经常打开阀广泛应用于自动倾卸卡车分布。3） 液压举升机构的工作原理液压系统主要由单活塞杆液压缸、节流阀、手动换向阀、油箱、过滤器、液压泵、单向阀、溢流阀组成，图3.5为液压系统原理图。1- 单活塞杆液压缸,2-节流阀,3-手动换向阀,4-油箱，5-过滤器,6-液压泵，7-单向阀,8- 溢流阀图3.5 液压举升系统的原理图1） 举升时换向阀3处于最右边,能实现汽车举升，油箱中的油通过液压泵6顶开单向阀7，将油液送到液压缸1,推动活塞向上移,此时货箱开始被举升,直到限制活塞阀打开,油液再慢慢流回油箱,此时举升结束,溢流阀的作用是调整系统。2）中停时换向阀3在中间位置，此时举升中停，泵输出石油卸货在换向阀,没有压力,油压缸不提升油缸,油缸油封闭的同时,汽车静止状态。3) 下降时换向阀3处于左端，此时实现货箱下降的功能。此时液压缸与油箱直接相连。货箱在自身重力下使得活塞向下运动。速度需要通过节流阀来控制，以保证下降平稳。3.4.2 油缸的性能参数计算和选型 自卸汽车所用的元件一般都为标准元件，所以只需要完成只需要计算液压元件性能参数和选型。液压系统的执行机构是油缸，其选型主要依靠举升机构的和来确定。举升机构最大举升力： （2-15）式中：P额定工作压力（MPa），可按档次中选取。P 与密封性和成本成正比；取 p=16MPa；系统的工作效率，一般取。所以举升油缸缸径： （2-16）根据国家标准 GB/T 23481993规定，在标准尺寸中选取油缸的缸径为 D=125mm。油缸最大工作行程 L为 （2-17）式中:举升角为最大举升角，油缸两铰链支点距离，m；举升角为初始位置即时，油缸两铰链支点距离，m。同理，油缸的最大行程L也需要在标准参数系列中选择，上文得油缸最大行程为 L=843.21mm，所以选取油缸最大行程为 L=900mm，在国家标准规定生产的型号中选取此型号：3TG-E125900EQ-L1。3.4.3 液压油泵的选型油缸最大工作容积 （2-18）液压油泵额定流量应满足下式要求： （2-19）式中：t举升工作的时间（s），举升机构一般应在15s的时间内将车厢倾斜到最大举升角的位置,选取t=15s；液压系统的容积效率，通常=0.8-0.85，这里取0.85；所以液压油泵排量q由下式确定： （2-20）式中：油泵额定转速，r/min,取=1450r/min。经计算得上述参数都确定后，就可以从标准油泵系列中选择油泵型号，自卸汽车多采用齿轮泵，因为它具有流量大的特点，常用形式有CB、CG、CN等系列，根据上述计算参数，本文选取油泵型号为CB-B40。3.5 本章小结分析了直推式举升机构和连杆式举升机构的优缺点，根据比较选择了前推式连杆式举升机构，通过举升货物的安息角确定自卸汽车的最大举升角为50，再通过解析法和作图法综合使用求解出三角臂各点的关系坐标，拉杆长度为190mm及油缸最大推力F=97217.7N，油缸最大行程L=843.21mm。介绍了液压系统的工作原理及组成部分，设计举升机构的液压系统图使它完成举升、中停、下降的过程，确定出油缸的型号为3TG-E125900EQ-L1，油泵的型号为油泵型号为CB-B40。4 自卸汽车稳定性及运动部件的校核4.1 自卸汽车稳定性计算校核其质心一般高于普通卡车，因为副车架的存在，使加载部分的位置发生改变，其质心也发生了改变，所以需要计算车辆的静态稳定性，来确保汽车的卸货稳定性。4.1.1 自卸汽车平衡状态稳定性计算校核汽车处于平衡状态的时候，过车辆质心的竖直线穿过车轮的接地点时，车辆将处于翻转的状态就是汽车的稳态稳定性。如果过车辆质心的竖直线通过支撑点，那么车辆处于临界状态时的倾斜角为最大倾角稳定角，若大于这个倾斜角，车辆则倾翻，若小于这个倾斜角，车辆则处于稳定状态。计算车辆质心中心是分析特殊车辆静态稳定性的首要条件。总之，整车的质心位置，在竖直方向，需要考虑轴载质量的分配；在水平方向上，左右车轮的负荷应保持平衡，最大偏差不应超过3-4%才能确保汽车的平稳舒适性。在高位置，重心应尽量低，这样才能降低自卸汽车倾翻的可能性;所以为了确保汽车的稳定性，需要符合如下要求:确定水平方向不倾翻的要求如下： （4-1）确定竖直方向不倾翻的要求如下： （4-2）式中：-附着系数，是附着力与车轮法向压力的比值，一般取 0.6。B-汽车轮距，mm；-质心高度，mm;经过数字带入计算公式计算得：因此，平衡稳定性满足要求。4.2 自卸汽车运动部件干涉的校核当货箱被举升到最大举升角时，倾卸时货箱栏板的最低点可能与水平地面发生接触干涉，同时，货箱被举升的过程当中，汽车的底板与三角臂之间可能产生运动干涉，还有车厢和副车架之间也会存在运动干涉，所以，有必要对这几个部分进行运动分析及校核。4.2.1 三角臂运动干涉的校核原理图如图 4.1，三角形ABC为举升机构的三角臂，O点为汽车的倾翻中心，A点与D点相连形成拉杆AD，拉杆AD经过液压系统进行货箱的倾卸，转到拉杆,过点C做与水平地面平行的直线MC，再做翻转中心到与地面平行的水平直线MC的距离就是直线OM，以O为圆心，OM为半径画圆，满足点B与MC不发生干涉的条件为：图4.1 三角臂运动干涉的校核由上文计算可得A、B、C、O的坐标，所以BAC 和OCM 都可知，因为ACO和 AO成正比关系，所以当ACO达到最大值时，即 AO 的长度也就最长，此时是最容易发生运动部件干涉的位置。所以，根据上述内容，将数据带入下列公式中计算通过使用MATLAB软件进行编译计算所得，点B与直线MC不发生干涉。4.2.2 车厢与副车架运动干涉的校核上文已经定义货箱与副车架之间存在间隙，且间距250mm，所以在举升过程中车厢和副车架之间不会发生干涉。4.2.3 车厢后栏板与地面运动干涉的校核当货箱被举升到设计极限位置时，货箱的后栏板最低点与水平地面之间留有空隙，使得倾卸能够准确完成且不发生干涉。以下是本文最终设计的三维图,如图4.2所示：图4.2 自卸汽车三维图4.3 本章小结 对自卸汽车平衡状态稳定性进行了水平和竖直方向的计算校核，然后对三角臂运动干涉的校核、车厢与副车架运动干涉的校核、厢后栏板与地面运动干涉的校核这三个面进行了计算分析和校核皆满足要求。5 结论本次设计主要完成了以下内容：首先介绍了自卸汽车，然后对国内外研究现状进行了分析，随后对举升机构和液压系统进行选型和计算，最后对其进行校核，主要设计结果如下：确定了本次设计二类底盘的型号是CA3071PK2AEA80，根据该型号确定了本次设计的外廓尺寸长为6280mm、宽为2358mm、高为2730mm;轴距 L5100mm；前轮距：1914mm；后轮距：1847mm、整车整备质量4100kg、最大总质量7160kg。随后分析了直推式举升机构和连杆式举升机构的优缺点，根据比较选择了前推式连杆式举升机构，通过举升货物的安息角确定自卸汽车的最大举升角为50，再通过解析法和作图法综合使用求解出三角臂各点的关系坐标，拉杆长度为190mm及油缸最大推力F=97217.7N，油缸最大行程L=843.21mm。然后介绍了液压系统的工作原理及组成部分，设计举升机构的液压系统图使它完成举升、中停、下降的过程，确定出油缸的型号为3TG-E125900EQ-L1，油泵的型号为油泵型号为CB-B40。最后对自卸汽车平衡状态稳定性进行了水平和竖直方向的计算校核和对三角臂运动、车厢与副车架、厢后栏板与地面运动这三个面进行了计算分析和校核，结果皆满足要求。参 考 文 献1葛绪坤，樊维，刘大维.自卸汽车举升机构应力实验与分析J.青岛大学学报(工程技术版).2014(01):56-59.2张朝杰，刘跃进，范东林，王鹏.自卸汽车系统动力学建模与分析J.农业装备与车辆工程.2011(08):22-24.3孙旭.基于SOLIDWORKS的自卸汽车举升机构的仿真设计J.南通航运职业技术学院学报.2009(02):95-98.4李晓锋，吴涛.基于AMESim的自卸汽车举升机构的建模与仿真J.机床与液压.2012(11):138-141.5崔林林，徐锐良.基于遗传算法的自卸汽车T式举升机构优化设计J.河南科技大学学报(自然科学版).2006(06):16-19.6葛绪坤，刘大维，朱龙龙.刚柔耦合的自卸汽车举升机构动力学分析J.机械设计与研究.2014(03):45-47.7郗艳梅，岳红新，石岩.基于ADAMS自卸汽车举升机构优化设计J.机械设计与制造.2016(06):192-196.8罗智宁，许 伟，黄雪梅，李宏伟.自卸汽车液压举升系统隐形缺陷和潜在失效模式分析J.自动化与仪器仪表.2017(04):192-195.9苑风霞，司志远.自卸汽车举升机构设计J.赤峰学院学报(自然科学版).2014(09):89-91.10李晓锋，吴涛.基于AMESim 的自卸汽车举升机构的建模与仿真J.机床与液压.2012(11):138-141.11 WEI Xiu-ling ,WANG Guo-qiang, FENG Su-li. Aerodynamic CharacteristicsAbout Mining Dump Truck and The Improvement of Head ShapeJ.Journal of Hydrodynamics.2008,20(6):713-71812 Chun jin,Tong Liu,Yanhua Shen.State Estimation of the Electric drive Articulated Dump Truck Based on UKFJ. Journal of Harbin Institute of Technology.2015,6(3):21-30.13 Schalk G，Brunner P,Gerhardt L A,et al. Brain-computer interfaces detection instead of classificationJ.Neurosci Methods,2008, 167(1):51-62.14 Renfroe D,Roberts A,Gilbert M.Vehicle rollover maximum limitsJ.International Journal of Vehicle Design,2006,40 (1):144-158.15 Kim MH, Oh JH, Lee JH, Jeon MC. Development of rollover criteria based on simple physical model of rollover eventJ.International Journal of Automotive technology. 2006,7(1):51-59. - 24 -附录1：外文翻译矿用自卸卡车的气动特性及头部形状的改善魏Xiu-ling机械科学与工程学院、吉林大学、长春130022年,中国航空机械工程学系,空军航空大学130022年长春,中国,电子邮件:王Guo-qiang机械科学与工程学院,吉林大学,长春130022年中国风苏里基础科学部门,装甲技术研究所,130117年长春,中国(2008年3月6日，2008年6月13日修订)文摘:对某矿用自卸卡车的外流场进行了模拟。讨论了气流结构和气动阻力，得到了气流特性与气动阻力的关系。为了解决卡车头部形状的问题，通过数值模拟和分析，提出了三种方案，分别是边舍入边、安装分流面和组合。模型和方法被选为三维和时间无关的。用有限体积法求解了雷诺-平均纳维-斯托克斯方程。选择RNG k-模型来封闭紊流量。结果表明，第三种方案是最好的，因为其气动特性优于未改进的模型。关键词:自卸车，外流场，数值模拟。1.介绍矿用自卸卡车主要用于各种矿山和地面站。由于其工作条件差，路面较低，且经常起动、制动和转向，负荷过重，外部负荷复杂。目前，设计人员对自卸车的强度和刚度的要求越来越重视，其部件满足各种要求，很少考虑其气动特性和气动设计。据报道，我国大约有9000辆矿用自卸卡车1,2，一般负荷超过20吨，油耗和污染排放显著增加。由于节能和对环境保护的要求，需要通过降低自卸卡车的空气阻力来提高自卸车的燃油经济性。关于重型车辆空气动力学的大量信息可以在至少20世纪70年代早期的公开文献中找到。这些工程大多涉及风洞实验、道路测试和计算模拟。参考文献3-5联合风洞和计算模拟，以减少卡车空气阻力，导致减阻装置的智能设计。在Ref.6中引入的全面测试提供了计算验证的详细数据、减阻设备的指导和风洞测试指南。这些已发表的作品都不包括对矿车的气动参数的研究或对其减阻的研究。摘要在分析矿山倾卸卡车外部流场的速度场和压力场的基础上，给出了气动阻力的变化规律。为了解决卡车头部形状的气动问题，通过数值模拟和分析，提出了改善头部形状的三种方案。2.计算模型和网格2.1计算模型对一辆矿车的三维计算模型进行了以下假设，忽略了外部链接和车架附件的影响，将卡车底部作为平面处理。空气被认为是不可压缩的，所以可以计算出倾卸卡车周围的稳态流场。自卸卡车被认为是在冲击荷载状态下，以恒定的速度行驶在平滑的道路上，忽略了边坡和横风的影响。根据参考文献7。车轮表面被修整到10o和350o，然后垂直的边界下降到地面。所以轮子与地面的接触是一个矩形。基于上述假设，它是某一类型的采矿自卸车的1/10比例复制品，如图1所示。它的长度为765毫米(L)，高度为370毫米(H)，宽度为349毫米(W)。图1简化模型2.2计算域和网格生成。计算域是由2L在模型前面，5L在后面，4H在顶部，2W在每边。图2矿用自卸车网格图的一部分。为了克服复杂几何、大计算域和大网格数的困难，该域被分解。在本研究中，通过在卡车周围创建一个平行六面体箱，将该域分解为18个部分。包含卡车的盒子里装满了四面体细胞，而其他的部分则含有六面体细胞(见图2)。