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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目： 煤炭采樣車底盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
院 系： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
2016年4月
摘 要
伴隨著社會(huì)的高速發(fā)展，在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個(gè)行業(yè)在受到其他國家先進(jìn)技術(shù)沖擊的同時(shí)，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機(jī)會(huì)也變的越來越多。汽車行業(yè)通過行業(yè)展會(huì)、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實(shí)力和核心競爭力，縮小與發(fā)達(dá)國家之間的差距。
在新的市場需求的驅(qū)動(dòng)下，煤炭采樣車底盤的更新和優(yōu)化升級(jí)更加迫切。國內(nèi)煤炭采樣車底盤生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力研究發(fā)展穩(wěn)固、牢固的煤炭采樣車底盤，在機(jī)動(dòng)車輛向綠色環(huán)?；霓D(zhuǎn)變中揮積極作用。一般生產(chǎn)煤炭采樣車底盤的企業(yè)對(duì)所生產(chǎn)的車身的安全指數(shù)都有嚴(yán)格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)煤炭采樣車底盤的同時(shí)，都充分考慮到汽車在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)的種種問題，從而減少汽車因?yàn)檐嚿聿焕喂桃约坝捎诘妆P的聯(lián)接問題在行駛過程中產(chǎn)生的噪音而引起的噪音大、污染重等現(xiàn)象。
國內(nèi)煤炭采樣車底盤的研發(fā)及制造要與全球號(hào)召的安全穩(wěn)定、成本低廉的主題保持一致。加大汽車新型煤炭采樣車底盤的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時(shí)也迎合了國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。
汽車行業(yè)的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，目前煤炭采樣車底盤正向著穩(wěn)定、高效、可靠、節(jié)能方向發(fā)展。
本文介紹了煤炭采樣車底盤的結(jié)構(gòu)組成、結(jié)構(gòu)原理以及主要零部件的設(shè)計(jì)中所必須的理論計(jì)算，由于煤炭采樣車底盤在多樣化、安全穩(wěn)定方面的優(yōu)點(diǎn)日益突出，并且其使用和維護(hù)都很方便，相信在不久的將來，該新型煤炭采樣車底盤的應(yīng)用將會(huì)越來越普及。
關(guān)鍵詞：煤炭采樣車底盤 穩(wěn)定 結(jié)構(gòu) 應(yīng)用
Abstract
Along with the rapid development of society, under the environment of global economic development. China's various industries in by the other countries the impact of advanced technology at the same time, opportunity to communicate with foreign brand enterprises has become more and more. Automobile industry through industry exhibitions, research cooperation and other ways, and constantly improve their own strength and core competitiveness, narrowing the gap between the developed countries.
Driven by the new market demand, the automobile semi - load vehicle body is updated and optimized. Domestic automobile body production enterprises to fully tap the market potential, and vigorously research and development of a solid, strong car body, in a motor vehicle to the green environmental protection change in a positive role. General production of auto body enterprises on the production of the body's safety index has strict requirements. The enterprise in the production of car body, at the same time, give full consideration to the car may arise in the operation of all sorts of questions, so as to reduce the vehicle because the body is not strong and the body connection problem in running the noise generated in the process caused by noise, heavy
The development and manufacture of the domestic automobile semi bearing body should be consistent with the global call for security and stability, low cost and low cost. The development and production of the new type half bearing body structure is the major trend of the development of the industry, but also to meet the needs of the development of domestic infrastructure.
The development of automobile industry is closely related to the progress of human society and the level of science and technology. With the development of science and technology, interdisciplinary mutual infiltration, mutual exchanges between the industry, widely used new structure, new materials, new technology, at present carrying body towards a stable, efficient, reliable, energy-saving direction.
This paper introduces the semi auto bearing type body structure composition, structure principle and main parts design must have the theoretical calculation, because of the increasingly prominent advantages of car body in diverse, safe and stable, and the operation and maintenance are very convenient, I believe in not long future, the new semi bearing body structure will be applied more and more popular.
Key words: semi bearing body stability structure application
目 錄
1 緒論 1
1.1課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2課題的內(nèi)容 2
1.3煤炭采樣車底盤的結(jié)構(gòu) 4
1.4煤炭采樣車底盤的分類 6
2 煤炭采樣車底盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7
2.1采樣車的選型 7
2.2同類型產(chǎn)品的比較 7
2.3發(fā)動(dòng)機(jī)與車門的布置 9
2.4外廊尺寸和有關(guān)總布置尺寸 10
2.5車箱布置及橫截面尺寸 11
2.6座椅尺寸及操縱機(jī)構(gòu)的布置 13
2.7備胎、油箱和蓄電池的布置 14
3 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.1軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.2齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.3懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18
3.4蓄電池的選型計(jì)算 19
4 煤炭采樣車底盤主要零部件的有限元分析 21
4.1大梁的有限元強(qiáng)度分析 22
5 煤炭采樣車底盤零部件的三維建模 22
5.1 驅(qū)動(dòng)橋的三維建模 22
5.2 傳動(dòng)齒輪的三維建模 22
5.3 煤炭采樣車底盤的三維建模 22
結(jié) 論 23
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 25
1 緒論
1.1 課題的來源與研究的目的和意義
目前，我國生產(chǎn)的煤炭采樣車底盤結(jié)構(gòu)簡陋，穩(wěn)定性始終不高，雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展，近期產(chǎn)品的質(zhì)量較早期有所提高。但受國產(chǎn)配套件質(zhì)量及設(shè)計(jì)水平等的影響，我國目前生產(chǎn)的煤炭采樣車底盤的總體水平與進(jìn)口產(chǎn)品及港口用戶的要求仍有較大差距，煤炭采樣車底盤的生產(chǎn)也是如此，為滿足市場需求，開發(fā)出一種新型的煤炭采樣車底盤勢在必行！
相信此種煤炭采樣車底盤的出現(xiàn)將會(huì)大大提高機(jī)動(dòng)車輛的行駛穩(wěn)定性和安全系數(shù)，相對(duì)生產(chǎn)煤炭采樣車底盤，將會(huì)對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益方面帶來顯著的提高，同時(shí)也在某種程度上推進(jìn)了汽車工業(yè)的不斷發(fā)展。
隨著國際標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，世界煤炭采樣車底盤以采用新材料、新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，著眼于產(chǎn)品零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化、通用化和專業(yè)化以及大批量生產(chǎn)。根據(jù)互換性、模數(shù)制、公差與配合的原理，使得組合、多變、拆裝的煤炭采樣車底盤已經(jīng)進(jìn)入全面系統(tǒng)設(shè)計(jì)的階段，其功能與形式的結(jié)合更為完美。19世紀(jì)80年代，德國的MODTT公司將新開發(fā)的煤炭采樣車底盤應(yīng)用到該公司的子公司—一個(gè)專業(yè)生產(chǎn)汽車的公司，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，為該公司創(chuàng)造了不菲的利潤。隨著技術(shù)的發(fā)展，能源危機(jī)引發(fā)全球性的節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，在總結(jié)第一代煤炭采樣車底盤的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開發(fā)出了性能更佳，功率更大的煤炭采樣車底盤。當(dāng)前，全世界各大機(jī)械人廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力，都大力進(jìn)行煤炭采樣車底盤的研發(fā)工作?，F(xiàn)在國外等著名煤炭采樣車底盤的品牌中，都有煤炭采樣車底盤的銷售，全世界煤炭采樣車底盤的應(yīng)用越來越廣泛。有一點(diǎn)值得注意的是，煤炭采樣車底盤的市場，由最初的日本，歐洲，已經(jīng)滲透到北美市場，因此煤炭采樣車底盤是汽車生產(chǎn)企業(yè)很樂意生產(chǎn)的汽車部件之一。西方資本主義國家有巨大的煤炭采樣車底盤銷售市場，機(jī)械人工業(yè)是西方資本主義國家的機(jī)械工業(yè)之一。
目前國外特別是美國正在考慮發(fā)展煤炭采樣車底盤的功率最大化，產(chǎn)能最優(yōu)化的問題。自九十年代開始，煤炭采樣車底盤的開發(fā)和研制已經(jīng)被列入美國的重大科技攻關(guān)計(jì)劃，以跟蹤世界技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)適合美國汽車工業(yè)發(fā)展的煤炭采樣車底盤。
二十世紀(jì)以來，我國開始生產(chǎn)煤炭采樣車底盤，于2003年自行設(shè)計(jì)出型號(hào)不同的煤炭采樣車底盤之后，為了適應(yīng)汽車生產(chǎn)廠家的需要，2004年又制造了針對(duì)大型煤炭采樣車，貨車的煤炭采樣車底盤。
為了滿足煤炭采樣車底盤生產(chǎn)工業(yè)發(fā)展需要，我國于2001年研制了大型煤炭采樣車底盤。也曾設(shè)計(jì)制造出高穩(wěn)定性的煤炭采樣車底盤，經(jīng)過多年實(shí)踐摸索，于2011研制出新型煤炭采樣車底盤，經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)踐證明效果很好。近幾年又研制出PX1400/170型煤炭采樣車底盤。
目前，煤炭采樣車底盤是1970年開始仿制德國的煤炭采樣車底盤而設(shè)計(jì)。2008年開始自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)了煤炭采樣車底盤。2009年又設(shè)計(jì)制造了大型煤炭采樣車底盤。90年代已研制出針對(duì)大型煤炭采樣車的煤炭采樣車底盤的系列產(chǎn)品。后經(jīng)多年反復(fù)研制與實(shí)踐，相繼克服了舊系統(tǒng)不足，零件強(qiáng)度低以及結(jié)構(gòu)上的某些缺點(diǎn)，現(xiàn)己批量生產(chǎn)的新系列煤炭采樣車底盤有I,II,III,IV,VI等五個(gè)規(guī)格十四種類型，然而我國機(jī)械人業(yè)所需的煤炭采樣車底盤全部依賴進(jìn)口，這使得國產(chǎn)機(jī)械人配備煤炭采樣車底盤后，成本增加很大，而裝備自行開發(fā)生產(chǎn)煤炭采樣車底盤，其成本提高不大，說明煤炭采樣車底盤的市場前景令人樂觀。
1.2 本課題研究的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)煤炭采樣車底盤進(jìn)行設(shè)計(jì)，從煤炭采樣車底盤的整體方案出發(fā)，然后具體細(xì)化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)方面：
（1）到圖書館里查閱大量相關(guān)知識(shí)的資料，搜集各類煤炭采樣車底盤的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。
（2）分析煤炭采樣車底盤的結(jié)構(gòu)與參數(shù)
（3）確定設(shè)計(jì)總體方案。
（4）確定具體設(shè)計(jì)方案。
（5）煤炭采樣車底盤圖紙的繪制。
（6）說明書的編寫和整理。
1.3 底盤的組成
煤炭采樣車底盤結(jié)構(gòu)主要由：
傳動(dòng)系：主要是由離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等組成。
離合器：其作用是使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與傳動(dòng)裝置平穩(wěn)地接合或暫時(shí)地分離，以便于駕駛員進(jìn)行汽車的起步、停車、換檔等操作。
變速器：由變速器殼、變速器蓋、第一軸、第二軸、中間軸、倒檔軸、齒輪、軸承、操縱機(jī)構(gòu)等機(jī)件構(gòu)成，用于汽車變速、變輸出扭矩。
行駛系：由車架、車橋、懸架和車輪等部分組成。它的基本功用是支持全車質(zhì)量并保證汽車的行駛。
1.4 煤炭采樣車底盤的分類
常用的汽車專用車底盤有二類和三類之分，具體如下： 二類底盤是指帶有駕駛室的底盤，經(jīng)生產(chǎn)廠家試驗(yàn)，調(diào)試合格發(fā)放底盤合格證并有國家公告的產(chǎn)品。 二類底盤主要用于汽車改裝廠，專用車或特種車等（其廣泛用于油灌車、灑水車、吸糞車、吸污車、代工液體運(yùn)輸車、倉柵車、載貨車、自卸車、隨車吊、粉粒物料運(yùn)輸車、散裝水泥車、高空作業(yè)車、清障車、牽引車等。 三類是指不帶駕駛室的底盤，經(jīng)生產(chǎn)廠家試驗(yàn)，調(diào)試合格發(fā)放底盤合格證并有國家公告的產(chǎn)品，三類底盤主要用于煤炭采樣車廠或生產(chǎn)煤炭采樣車的廠家。 二類底盤就是有駕駛室，無貨廂等的底盤，一般1、3、5開頭車輛的所用。 三類就是沒有駕駛室，沒有車身（貨廂）等的底盤，一般為6開頭車輛（煤炭采樣車）所用的底盤。
2 煤炭采樣車底盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1采樣車的選型
3.1需要了解的煤炭信息
（1）采樣單元和煤炭種類。采樣單元是從一定量的煤中采取的一個(gè)總樣所代表的煤量，一批煤可以是一個(gè)或者多個(gè)采樣單元。子樣數(shù)目有采樣單元和煤炭的種類確定，而采樣精密度決定于子樣數(shù)目。一般可以根據(jù)皮帶的運(yùn)輸流量或者每個(gè)運(yùn)行周期的運(yùn)行總量作為一個(gè)采樣單元。
煤炭的最大粒度，一般煤炭的標(biāo)稱最大粒度是指篩上物累計(jì)百分率最接近5%的篩子篩孔尺寸。粒度是確定采樣頭尺寸的指標(biāo)，同時(shí)也確定了采樣的質(zhì)量。
（2）皮帶輸送速度和流量。根據(jù)輸送流量大小可以計(jì)算子樣的質(zhì)量。
（3）皮帶寬度和煤炭的水分及密度。根據(jù)煤炭的水分和密度可以確定驅(qū)動(dòng)采樣頭的動(dòng)力大小，根據(jù)皮帶的寬度可以確定活動(dòng)臂的長度以及采樣斗的容積。
3.2計(jì)算過程及應(yīng)用實(shí)例
某電廠皮帶運(yùn)輸線的基本參數(shù)為：流量1000t/h，粒度不大于50mm，評(píng)價(jià)干基灰分大于20%的原煤，皮帶輸送速度為2m/s，每次運(yùn)4h，要求每運(yùn)行周期為一個(gè)批量采取一個(gè)總樣。
（1）子樣數(shù)目的確定。依據(jù)GB455-1996《商品煤樣的采取方法》，干基灰分大于20%的原煤每1000t的最少子樣數(shù)目為60，則采樣單元的最小總字樣數(shù)目N：N=nm1000=60×40001000=120
式中：N———采樣的最小子樣數(shù)目，個(gè)；
n———每1000t最小子樣數(shù)目，個(gè)；
m———實(shí)際被采樣的煤量，t。
（2）采樣斗的尺寸。依據(jù)GB455-1996《商品煤樣的采取方法》，采樣斗的開口尺寸及刮板的寬度至少應(yīng)為
煤炭最大粒度的2.5~3倍。因此選用125~150mm的采樣斗。文中選用的尺寸為150mm。
（3）采樣頭的切割速度。依據(jù)美標(biāo)ASTM.D中有關(guān)規(guī)定，取400mm/s。
（4）子樣質(zhì)量。中部采樣子樣質(zhì)量=（流量×開口尺寸）/（皮帶速度）=21kg；端部采樣子樣質(zhì)量=（流量×開口尺寸）/（切割速度）=104kg；
（5）每小時(shí)最小樣品量。中部采樣系統(tǒng)為630kg；端部采樣系統(tǒng)為3120kg。
2.2同類型產(chǎn)品的比較
采煤機(jī)的類型有很多，主要分為以下幾種類型：
1.中部采樣機(jī)
中部采樣機(jī)是在煤流皮帶上獲取煤流的整個(gè)斷面的一種采樣設(shè)備。這種采樣又叫做皮帶上切割采樣。一般可以分為兩種，一種為采樣頭不隨皮帶運(yùn)動(dòng)；另一種采樣頭跟皮帶沿煤流方向運(yùn)動(dòng)。這樣的采樣設(shè)備要求：
①采樣斗的寬度至少為煤料中最大粒度的3倍，以保證采樣能覆蓋所有粒度大小的煤質(zhì)；
②采取的煤料質(zhì)量（即子樣質(zhì)量）必須滿足依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最小子樣質(zhì)量；③采樣斗必須與皮帶充分接觸。因?yàn)楦鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，所有采取的子樣必須包括煤流完整斷面。充分接觸能避免“底煤”存在。④整個(gè)取樣過程中，包含取樣斗中所有的煤料，無殘留。
2.端部采樣機(jī)
以各種不同的接斗，按照不同的切割方式，從輸送皮帶的卸料端煤流中采取必要的樣品的設(shè)備為端部采樣機(jī)。根據(jù)端部采樣機(jī)的特點(diǎn)，這種采樣手段能完全避免“底煤”殘留。但是，在采樣過程中，可能會(huì)因?yàn)椴蓸佣返倪\(yùn)動(dòng)影響整個(gè)煤流的流動(dòng)，造成不同密度和粒度的煤炭的分離。為了避免對(duì)煤流的影響，必須規(guī)定采樣斗的運(yùn)動(dòng)速度，在美標(biāo)ASTM.D.中規(guī)定采樣器切割煤流的速度不能超過457mm/s。這樣低的切割速度能較好地避免干擾煤流，但是這樣造成了每個(gè)子樣的質(zhì)量都較大。這樣在采用端部采樣機(jī)時(shí)，需要配套較大的制樣系統(tǒng)和余煤處理系統(tǒng)，這樣導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)的體積較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般為國外進(jìn)口設(shè)備，需要較高的維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。
2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)與車門的布置
1、發(fā)動(dòng)機(jī)布置
煤炭采樣車車身的總布置設(shè)計(jì)在很大程度上與發(fā)動(dòng)機(jī)的布置相關(guān)聯(lián)，發(fā)動(dòng)機(jī)布置主要有前置、中置和后置三種。如圖5-14所示。
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)（FR）方案
發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)方案是4×2型汽車的傳統(tǒng)布置方案，主要應(yīng)用于輕型煤炭采樣車上，如圖5-14（a）所示。這種方案結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，操縱方便，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效果好，前后輪的質(zhì)量分配比較理想。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)前置，凸起于車廂地板表面之上，使得車廂的面積利用率差；傳動(dòng)軸從車廂地板下通過，導(dǎo)致地板平面離地距離較高，司機(jī)上下車不方便；此外發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲、氣味和振動(dòng)難以隔絕，很容易傳入車廂內(nèi)影響乘員的乘坐舒適性；有一扇司機(jī)門布置在軸距范圍內(nèi)，降低了車身的剛度。
針對(duì)中開門設(shè)計(jì)導(dǎo)致車身強(qiáng)度降低的缺點(diǎn)，可以采用車門前開的布置，這樣可以改善車身的剛度，但是前懸必須得加長，可能出現(xiàn)前軸超載的現(xiàn)象。
（2）發(fā)動(dòng)機(jī)中置后驅(qū)（MR）方案
發(fā)動(dòng)機(jī)中置后輪驅(qū)動(dòng)方案如圖5-14（b）所示，傳動(dòng)系統(tǒng)的這種方案布置有利于實(shí)現(xiàn)較為理想的質(zhì)量分配，車廂面積的利用率高，司機(jī)門可以布置在車輛前軸之間。但是發(fā)動(dòng)機(jī)維修困難，所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性要求很高；由于中置車廂地板下，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻效果差，地板高度也難以降低；此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲、氣味和振動(dòng)還是可以傳入車廂內(nèi)。所以這種布置方式只在部分大中型煤炭采樣車上采用，并未獲得推廣。
（a）發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)
（b）發(fā)動(dòng)機(jī)中置后輪驅(qū)動(dòng)
圖5-14 煤炭采樣車發(fā)動(dòng)機(jī)布置方案
2、煤炭采樣車車門布置
煤炭采樣車車門有司機(jī)門、駕駛門和應(yīng)急門三種。對(duì)于不同尺寸不同類型的車型，其布置形式各不相同。
煤炭采樣車司機(jī)門是司機(jī)上下車的出口，是煤炭采樣車設(shè)計(jì)的重要組成部分，按通道寬度可分為單引道門和雙引道門。單引道門主要用于司機(jī)上下車不頻繁的長途煤炭采樣車、旅游煤炭采樣車和團(tuán)體煤炭采樣車上，輕型煤炭采樣車應(yīng)用也比較廣泛；雙引道則主要用于司機(jī)上下車頻繁的煤炭采樣車上。司機(jī)門在設(shè)計(jì)布置時(shí)候需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，一般布置在煤炭采樣車右側(cè)，其中至少應(yīng)有一個(gè)司機(jī)門在車輛的前半部。但對(duì)在道路中央設(shè)置的公共汽車專用道上運(yùn)營使用的公共汽車，由于公交站臺(tái)位置的原因需在車身左側(cè)上下司機(jī)時(shí)，允許在車身左側(cè)開設(shè)司機(jī)門，而車身右側(cè)則不允許再設(shè)司機(jī)門。一般司機(jī)門的數(shù)量設(shè)置如表5-1所示：
表5-1 煤炭采樣車司機(jī)門的最少數(shù)量-
煤炭采樣車類型
Ⅰ級(jí)
Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)
車長L/m
L≤10
10＜L≤13.7
L≥13.7
L≤12
L＞12
司機(jī)門最少數(shù)量
1
2
3
1
2
駕駛門是駕駛員上下車專用門，設(shè)置在方向盤同側(cè)，一般中低檔司機(jī)門中置的大型煤炭采樣車和一些中型煤炭采樣車采用。
應(yīng)急門又稱安全門，當(dāng)煤炭采樣車內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，司機(jī)可通過應(yīng)急門進(jìn)行緊急撤離，一般應(yīng)用在特大型的長途或旅游煤炭采樣車上。國家標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)應(yīng)急門的布置做出明確限制，但是合理布置應(yīng)急門的位置是相當(dāng)重要的，通常布置在煤炭采樣車右側(cè)中部偏后位置。
2.4 外廊尺寸和有關(guān)總布置尺寸
國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煤炭采樣車的相關(guān)尺寸做了詳細(xì)的規(guī)定。煤炭采樣車的外廊尺寸見GB 1589-2004《汽車外廓尺寸限界》中的規(guī)定，煤炭采樣車外廓尺寸的最大限值如表5-2所示：
表5-2 煤炭采樣車外廓尺寸的最大限值
外廓限值類型
限值
總高
4m（對(duì)于定線行駛的雙層煤炭采樣車為4.2m）
總寬（不包括后視鏡）
2.5m
總長
二軸煤炭采樣車
12m
三軸煤炭采樣車
13.7m
單鉸接煤炭采樣車
18m
GB/T 13094-1991《煤炭采樣車通用技術(shù)條件》規(guī)定了煤炭采樣車的其它總布置尺寸要求，如表5-3所示：
表5-3 煤炭采樣車其它總布置尺寸要求
規(guī)定項(xiàng)目
限值
按近角
≥12°
離去角
≥9°
轉(zhuǎn)彎半徑
≤12m
轉(zhuǎn)彎時(shí)的通道寬度
≤6.7m
最小離地間隙
大型煤炭采樣車
≥270mm
小型煤炭采樣車
≥240mm
此外，《煤炭采樣車通用技術(shù)條件》還對(duì)前、后懸長，軸距等許多總布置尺寸作了相應(yīng)規(guī)定。如窗距的確定，需要滿足10t頂置載荷作用的要求。
2.5 座椅尺寸及操縱機(jī)構(gòu)的布置
煤炭采樣車上座椅是最多的附件總成，其結(jié)構(gòu)的安全性、乘坐舒適性和材料的環(huán)保性等與司機(jī)密切相關(guān)，越來越受到人們的重視。煤炭采樣車座椅一般分為司機(jī)座椅和駕駛員座椅，兩者在尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有著一定的區(qū)別。
1、司機(jī)座椅的相關(guān)尺寸
司機(jī)座椅的尺寸如5-20所示，不同型號(hào)的大煤炭采樣車，其座椅座墊的前緣到擱腳支板的距離以及座墊和靠背的傾角都可以取為常數(shù)，但是布置在輪拱或后置發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋上的座椅，其高度一般需要相應(yīng)的提高，這是就有必要為司機(jī)設(shè)計(jì)以擱腳的臺(tái)階或是稍微改變座墊和靠背的傾角。座墊距離地板的高度大約為450mm，一般不超過500mm。升高座椅的高度就有可能縮短座椅之間的間距，有時(shí)候?yàn)榱嗽黾榆噧?nèi)的座位數(shù)，提高車內(nèi)面積的利用率，就采用此方法，同時(shí)還要改變靠背的傾角和其他尺寸。
圖5-20 大煤炭采樣車司機(jī)座椅的布置和尺寸 圖5-21 駕駛員座椅標(biāo)準(zhǔn)尺寸
2、駕駛員座椅的相關(guān)尺寸
駕駛員座椅的尺寸如圖5-21所示。由試驗(yàn)研究結(jié)果可以獲取駕駛員坐姿對(duì)其工作的影響，在座墊高度選定的情況下，隨著方向盤傾角的減小，駕駛員作用在方向盤上的力隨之增大。因此，為了減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)該盡量減小方向盤的傾角。此外，還應(yīng)合理的選擇其他參數(shù)，以保證駕駛員的乘坐舒適性。由此可見，在載質(zhì)量很大的汽車上，應(yīng)布置傾角很小的方向盤。
減小方向盤傾角之所以能夠增大作用力，原因主要是當(dāng)方向盤的傾角很小時(shí)，從手臂一直到肩膀的肌肉都參與工作；而當(dāng)傾角很大時(shí)，則只有手臂到胳膊的這一段肌肉在用力。
3、腳踏板的布置
圖5-22所示為踏板位置相對(duì)座椅的高度和相對(duì)于座椅對(duì)稱平面的橫向位置對(duì)踏板力的影響，可供布局時(shí)參考。顯然，駕駛員可以施加最大作用力的踏板位置同時(shí)也是最舒適的位置。
油門踏板要求操縱輕便，由于在形式過程中需要經(jīng)常踩踏，駕駛員通常習(xí)慣與將腳掌擱置在油門踏板上面，所以腳后跟應(yīng)支撐在地板上，而只靠改變小腿和腳掌的角度來進(jìn)行操縱。因此，油門踏板均做成鞋底板形狀，其擺動(dòng)軸在下端，為了適應(yīng)人的腳掌外張的特點(diǎn)，油門踏板上端也應(yīng)適當(dāng)?shù)南蛲鈴堥_。在相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的油門踏板位置，人體樣板腳掌踩在踏板上，應(yīng)使之大致垂直于小腿。圖5-23所示為踏板的具體布置。
圖5-22 踏板位置對(duì)駕駛員施力的影響 圖5-23踏板的布置
2.6 備胎、油箱和蓄電池的布置
1、備胎
煤炭采樣車備胎的安放布置主要考慮兩個(gè)方面的因素：軸荷分配和裝卸的方便性。備胎的質(zhì)量一般較大，可達(dá)80~140kg，故其安放位置對(duì)車輛的軸荷分布有一定的影響，應(yīng)在總布置開始階段就應(yīng)該開始考慮。同時(shí)要考慮只有駕駛員一人的時(shí)候，能夠方便裝卸備胎。
一般說來，將備胎安裝于垂直位置是最可取的，這樣便于駕駛員滾動(dòng)輪胎固定到夾持架，然后在舉升安放于車架下，而如果想要一個(gè)人挪動(dòng)平放的車輪并將其裝到夾持架上是相當(dāng)困難的。對(duì)于煤炭采樣車來說，一般沒有必要攜帶備胎。
2、油箱
煤炭采樣車的油箱通常布置在軸距范圍以內(nèi)的車身一側(cè)。主要從軸荷分配、加油方便及防火安全等方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，同時(shí)還需考慮煤炭采樣車用途因素，不同用途的煤炭采樣車對(duì)油箱容積的要求是不同的。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)縱向布置在軸距范圍內(nèi)時(shí)，從軸荷分布均勻的角度出發(fā)，油箱應(yīng)布置在車輛后端的車架下面，這樣可以改善煤炭采樣車的軸荷分配?，F(xiàn)代煤炭采樣車對(duì)防火要求也越來越高，對(duì)于煤炭采樣車這樣大量載人的車輛，防火安全更甚，所以在布置油箱的時(shí)候要進(jìn)行充分考慮。一般油箱盡量布置在遠(yuǎn)離排氣管的位置，而且不應(yīng)布置在司機(jī)門附近，同時(shí)在布置油箱時(shí)候還必須考慮加油的方便性，此外還應(yīng)考慮加油的速度，它取決于加油管口頸部的尺寸，加油速度一般不應(yīng)低于100L/min。對(duì)于靠右行駛的車輛，油箱加油口應(yīng)布置在車身左側(cè)。
3、蓄電池
蓄電池在布置時(shí)候應(yīng)與啟動(dòng)電機(jī)位于同一側(cè)，并且盡量靠近發(fā)動(dòng)機(jī)，以縮短線路的距離。當(dāng)蓄電池到啟動(dòng)電機(jī)的距離較遠(yuǎn)時(shí)，電路的電阻就會(huì)增大，這樣就會(huì)降低了到達(dá)啟動(dòng)電機(jī)的電壓。煤炭采樣車蓄電池通常由駕駛室內(nèi)的遠(yuǎn)距離電磁開關(guān)來進(jìn)行接通和斷開的。大煤炭采樣車上采用的是鉛酸蓄電瓶，用支架固定在車身上，和導(dǎo)線一起約重60~120kg。所以在布置時(shí)電瓶的位置對(duì)車輛軸荷的分布有一定的影響。此外，還要考慮蓄電池拆裝的方便性和可接近性。
3 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸作為機(jī)器的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其為各類傳動(dòng)部件的安裝，傳動(dòng)的扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圍繞軸進(jìn)行，而且經(jīng)過軸承和機(jī)架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸，通常軸設(shè)計(jì)成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構(gòu)成一個(gè)裝配體系，研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數(shù)據(jù)，還要將系統(tǒng)里的全部零碎部件融合在一起。
傳動(dòng)軸是煤炭采樣車底盤的最關(guān)鍵零件，對(duì)于保證煤炭采樣車底盤正常運(yùn)轉(zhuǎn)和提高煤炭采樣車底盤行駛能力有著重要的意義。
傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)首先是確定它的受力情況。煤炭采樣車底盤行駛時(shí)，由于制造、安裝、檢修等原因，常會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)軸壓在錐襯套下口的情況。我們就按傳動(dòng)軸處于最不利的這種情況，作為傳動(dòng)軸受力狀態(tài)，并且按承受最大扭矩和正常扭矩F兩種集中載荷（圖4.9）計(jì)算傳動(dòng)軸的強(qiáng)度。
用圖解可以求得和對(duì)O點(diǎn)的力矩
（3.54）
（3.55）
將和分解到動(dòng)錐平面和垂直于進(jìn)動(dòng)平面的力矩
（3.56）
（3.57） （3.58）
（3.59）
式中 —偏心套給傳動(dòng)軸的反力與進(jìn)動(dòng)平面的夾角，一般=15°~25°。
此外，動(dòng)錐在進(jìn)動(dòng)平面內(nèi)還作用著旋回力矩和重力矩，故
（3.60）
（3.61）
（3.62）
（3.63） 所以，動(dòng)錐上各力對(duì)O點(diǎn)的總力矩為：
和被傳動(dòng)軸套給傳動(dòng)軸下端的實(shí)際反力和對(duì)O點(diǎn)的力矩所平衡，所以：
（3.64）
（3.65）
已知或后，把動(dòng)錐的傳動(dòng)軸看成懸臂梁，則其危險(xiǎn)斷面上的彎曲應(yīng)力為
（3.66）
（3.67）
對(duì)于強(qiáng)度限為50~65MPa的優(yōu)質(zhì)鋼，=100~120MPa；=200~240MPa。
利用上述方法，可以求得傳動(dòng)軸危險(xiǎn)斷面b—b的直徑。然后，根據(jù)煤炭采樣車底盤的進(jìn)動(dòng)角、錐襯套的結(jié)構(gòu)尺寸大小以及傳動(dòng)軸與錐襯套上下口間隙，便可決定傳動(dòng)軸下端直徑的值。傳動(dòng)軸上部與動(dòng)錐內(nèi)孔相配合部位的軸向的尺寸，可按設(shè)計(jì)確定的破碎腔椎體部分尺寸并參考實(shí)際資料確定。傳動(dòng)軸與椎體內(nèi)孔相配合部位的直徑，可參考實(shí)際資料確定。
3.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
1初步計(jì)算
（1）材料選擇
因傳動(dòng)尺寸無嚴(yán)格限制，批量較小，故小齒輪用40Cr(調(diào)質(zhì)），硬度241HB~286HB，平均取為280HB，大齒輪用45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度229HB~286HB,平均取為240HB。選齒輪精度為7級(jí)。
（2）節(jié)錐角的計(jì)算
（3.11）
（3.12）
（3.13）
由文獻(xiàn)[2]表可知，
（3.14）
式中，齒頂高系數(shù)，。
取小齒輪齒數(shù)，
（3.15）
取大齒輪齒數(shù)。
（3）根據(jù)工作條件的要求，大端模數(shù)為
（3.16）
（4）齒輪分度圓的直徑
mm （3.17）
mm （3.18）
（5）錐距
mm （3.19）
（6）齒輪齒頂、齒根圓直徑
由文獻(xiàn)[3]表可知，
齒頂高
mm （3.20）
齒頂圓直徑
mm （3.21）
mm （3.22）
齒根高
mm （3.23）
齒輪基圓直徑
mm （3.24）
mm （3.25）
（7）齒寬
由文獻(xiàn)[2]表可知，，
mm （3.26）
（8）節(jié)圓周速度
m/s （3.27）
3.3懸架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
懸架作為煤炭采樣車底盤結(jié)構(gòu)的一種，是保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)(車架或承載式車身)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。
煤炭采樣車底盤懸架的垂直彈性特性表示作用在懸架上的垂直載荷與在輪軸上方的變形之間的關(guān)系。
圖2-1 懸架彈性特性曲線
彈住特性上任意點(diǎn)的懸架剛度c，為：
(2-1)
當(dāng)簧下質(zhì)量固定不動(dòng)時(shí)，而又無減震器時(shí)，簧上質(zhì)量的自由振動(dòng)偏頻僅與有效靜撓度有關(guān)
(2-2)
減振器阻力P與其活塞位移速度y之間的關(guān)系。經(jīng)常用的是雙向作用的，具有非對(duì)稱特性及卸荷閥的減振器。在現(xiàn)有的減振器中，復(fù)原阻力系數(shù)比壓縮阻力系數(shù)要大2—6倍。減震器的外特性主要指的是阻力-速度特性[10]，特性圖如下圖。
圖2-2 減震器的外特性
3.4蓄電池的選型計(jì)算
首先要確定變電站直流負(fù)荷的容量及事故放電時(shí)間。其中直流容量需考慮經(jīng)常性負(fù)荷，事故負(fù)荷，沖擊負(fù)荷等，統(tǒng)計(jì)好負(fù)荷容量，又知道直流額定電壓（220V居多），便可求出事故放電電流。
確定蓄電池個(gè)數(shù)：
原則首先按浮充電運(yùn)行時(shí), 直流母線電壓為1.05 Un 來確定電池個(gè)數(shù), Nf = 1. 05 Un/ Uf , Uf 為單個(gè)電池的浮充電壓,取2. 25 V。
根據(jù)直流母線允許的最低電壓,并計(jì)及蓄電池至直流母線間的電壓降來校驗(yàn)蓄電池的放電終止電壓Ud ,應(yīng)滿足Ud ≥0. 86 Un/ Nf 。具體計(jì)算過程如下：
Nf = 1. 05 Un/ Uf = 1. 05×220/ 2. 25 = 102. 7 ,取104 個(gè)。Ud ≥0. 86 Un/ Nf = 0. 86×220/ 104 = 1. 82 V ,取1. 85 V。
蓄電池容量的計(jì)算用電流換算法計(jì)算,根據(jù)直流負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表繪出直流放電負(fù)荷曲線。查找相關(guān)資料可得容量換算系數(shù)Kc 。Krel = Kt ×Ka ×Kr 式中: Krel為可靠系數(shù),一般取1. 4 Kt 為溫度修正系數(shù),一般取1. 10 Ka 為老化系數(shù),一般取1. 10 Kr 為裕度系數(shù),一般取1. 15再根據(jù)具體放電負(fù)荷曲線計(jì)算容量。
根據(jù)以上分析，確定蓄電池電流為300Ah，放電時(shí)間率有20Hr。
4 煤炭采樣車底盤主要零部件的有限元分析
大梁是煤炭采樣車底盤的最關(guān)鍵部位，整個(gè)車的受力部分都集中在大梁部位，所以對(duì)它進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析是有必要的，先對(duì)它分析如下：
大梁的三維零件圖如下圖所示：
添加夾具：
添加力：
選擇材料：
分析結(jié)果如下：
5 煤炭采樣車底盤零部件的三維建模
5.1 驅(qū)動(dòng)橋的三維建模
5.2 傳動(dòng)齒輪的三維建模
5.3 煤炭采樣車底盤的三維建模
結(jié) 論
直到今天，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)總算完成了，心里充滿感概和辛酸。這幾個(gè)月以來，我一直不斷地查詢與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種資料和文獻(xiàn)，通過仔細(xì)分析和研究，我的論文總算完成了，再這里感到百感交集，今天，我的論文總算接近尾聲了，心里充滿了辛酸和苦辣，覺得自己大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，有的必要的需要掌握的知識(shí)也沒有掌握好，只有希望以后自己更加努力工作，在工作中成長，在工作中學(xué)習(xí)，這樣自己才會(huì)不斷地進(jìn)步，不斷地提高自己，從而來實(shí)現(xiàn)自己的人身價(jià)值，讓自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)，對(duì)人們有用的人。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我懂得了許多知識(shí)，感謝大家。感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在濱海學(xué)院學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寶貴的鍛煉機(jī)會(huì)，它使我深刻認(rèn)識(shí)到在知識(shí)的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個(gè)最好的時(shí)代，也是尊重知識(shí)，充分學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握知識(shí)的時(shí)代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會(huì)在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實(shí)學(xué)為社會(huì)做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
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致 謝
在此論文完成之際，我的心里感到特別高興和激動(dòng)，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因?yàn)橛辛死蠋煹恼佌伣虒?dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識(shí)和做人的道理，同時(shí)在重新溫故了以前課堂所學(xué)的知識(shí)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，遇到難解的問題，老師都會(huì)及時(shí)和我解釋，那么仔細(xì)和認(rèn)真，讓后收益很多，我打心里感謝我的導(dǎo)師。
在相關(guān)的實(shí)際問題的討論中，我的導(dǎo)師總是孜孜不倦的引導(dǎo)著我，幫助著我。每周一次的進(jìn)度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進(jìn)，不僅工作的按時(shí)保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。也能為人生打下一個(gè)夯實(shí)地基礎(chǔ)！在此致以教授我的導(dǎo)師深切感激和真摯感謝！
另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計(jì)感覺受挫，枯燥與迷茫時(shí)，是他們?cè)谙ば牡臑槲裔尫艍毫?，鼓?lì)我不要?dú)怵H，勇敢面對(duì)。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
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