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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 課題的提出
自卸車又稱翻斗車，它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將車廂傾斜一定角度從而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的專用汽車。按不同的用途自卸車可分為兩大類：一類是非公路運(yùn)輸用的重型和超重型自卸汽車。這種自卸汽車主要應(yīng)用于大型礦山、水利工地等場(chǎng)所，運(yùn)輸?shù)呢浳锿ǔＪ怯膳c其配套的挖掘機(jī)械來完成裝載的。這類汽車也稱為礦用自卸汽車。這類自卸車輛在長(zhǎng)度、寬度、高度以及軸荷等方面不受公路法規(guī)的限制，但同時(shí)它也只能在礦山、工地上使用，而不得用于公路運(yùn)輸。另一類是公路運(yùn)輸用的輕、中、重型（裝載質(zhì)量在2~10t）普通自卸車。這種自卸車主要承擔(dān)著泥土、砂石、煤炭等松散貨物的運(yùn)輸工作，它通常也是與裝載機(jī)械配套使用的。
普通自卸車輛有多種分類方法，按運(yùn)輸貨物傾卸方向分為：后傾式、側(cè)傾式、三面傾式和底卸式自卸汽車；按貨箱欄板結(jié)構(gòu)分為：欄板一面開啟式、欄板三面開啟式和簸箕式（即無后欄板式）汽車：按裝載質(zhì)量分為：輕型自卸汽車（<3.5t）、中型自卸汽車（3.5t < <8t）和重型自卸汽車（>8t）。
普通自卸車是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，上世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的自卸運(yùn)輸車輛，其裝載重量在4.5t-9t之間。國(guó)家和地方均出臺(tái)專門的法規(guī)對(duì)普通車尺寸、排放、車速等各方面性能進(jìn)行規(guī)范，從而促進(jìn)了普通自卸車的健康發(fā)展。自2001年11月10日起，中國(guó)正式成為成員國(guó)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸開放。同時(shí)，我國(guó)亦確立了以擴(kuò)大內(nèi)需為主的經(jīng)濟(jì)政策，實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加大對(duì)基建項(xiàng)目的投資力度，農(nóng)林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商業(yè)運(yùn)輸、交通、通訊、金融、機(jī)場(chǎng)、電力、城市建設(shè)和石油開采等行業(yè)均快速發(fā)展，使各種類型的專用車需求量大增。在廣大城鄉(xiāng)的沙場(chǎng)、礦山、工地及般的土木工程等的運(yùn)輸作業(yè)中的自卸車以其靈活機(jī)動(dòng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。
1.2課題來源及研究意義
當(dāng)今汽車工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場(chǎng)的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的日益加快。汽車產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)主要手段就是變型設(shè)計(jì)，即以現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，保持其基本結(jié)構(gòu)和功能不變，對(duì)其局部結(jié)構(gòu)、尺寸或配置進(jìn)行一定范圍內(nèi)的變動(dòng)和調(diào)整，以此快速形成適應(yīng)市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品。
自動(dòng)傾卸汽車是以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，經(jīng)過變速器的取力機(jī)構(gòu)和液壓傾卸裝置，進(jìn)行車廂自動(dòng)傾卸，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸貨的一種車輛。因其短途卸載方便，動(dòng)力性、機(jī)動(dòng)性均較好，與裝載機(jī)，帶式輸送機(jī)，吊車等其它吊裝機(jī)具配合使生產(chǎn)效率明顯提高，被廣泛應(yīng)用于建設(shè)工地、礦山、港口、碼頭等，用來搬運(yùn)巖石，廢土，煤，沙子等物資。自卸汽車包括兩大類：鉸接式自卸汽車和剛性自卸汽車。剛性自卸汽車按傳動(dòng)方式又可分為液力機(jī)械傳動(dòng)自卸汽車和電力機(jī)械傳動(dòng)自卸汽車兩種。
自卸汽車具有高度機(jī)動(dòng)性和卸貨機(jī)械化等優(yōu)點(diǎn)，通常與鏟式轉(zhuǎn)載機(jī)、挖掘機(jī)或皮帶運(yùn)輸機(jī)等配套使用，實(shí)現(xiàn)裝卸機(jī)械化，從而可以大大縮短裝卸時(shí)間，提高運(yùn)輸效率并可以節(jié)省勞動(dòng)力，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，自卸汽車不斷采用新材料、新工藝，提高其質(zhì)量利用系數(shù)，具有較大的速度范圍和較高的傳動(dòng)效率，控制與操縱更完善，更方便。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，城市內(nèi)部垃圾、建筑材料也迅猛增長(zhǎng)。自卸汽車由于減輕了裝卸工作量、提高了工作效率、車廂可以密閉等原因，越來越被廣大用戶所接受，市場(chǎng)容量也越來越大。該自卸車既能適應(yīng)城市間運(yùn)輸，也要適應(yīng)城市內(nèi)部車流量的的特點(diǎn)。通過該設(shè)計(jì)，可以綜合訓(xùn)練學(xué)生所學(xué)知識(shí)，為將來工作打下良好基礎(chǔ)。
本課題在滿足設(shè)計(jì)要求下，對(duì)礦用自卸車的車廂和舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇和設(shè)計(jì)，并為進(jìn)一步研究整車的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提高自卸汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，也希望能為推廣虛擬樣機(jī)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，以及為提高我國(guó)專用汽車的設(shè)計(jì)水平進(jìn)行一些有益的探索。
1.3 自卸車國(guó)內(nèi)外研究概況
1.3.1國(guó)內(nèi)研究發(fā)展概況
我國(guó)在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用最優(yōu)化技術(shù)的歷史很短，但其發(fā)展速度卻是十分驚人的。無論在機(jī)構(gòu)綜合、通用零部件設(shè)計(jì)，還是各種專業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)都有最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的成果。
在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換初期，由于汽車領(lǐng)域不象航天等領(lǐng)域受到重視，國(guó)內(nèi)大多數(shù)輕型礦用自卸車生產(chǎn)企業(yè)在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中一直沿用著經(jīng)驗(yàn)類比的方法設(shè)，即傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，參照相同或類似的較為成熟的設(shè)計(jì)方案，輔以必要的分析計(jì)算，確定一個(gè)初始的設(shè)計(jì)方案，并通過估算，初步確定有關(guān)參數(shù)；然后對(duì)初定方案進(jìn)行必要的分析及校核計(jì)算；如果某些設(shè)計(jì)要求得不到滿足，則可進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整，并再一次進(jìn)行分析及校核計(jì)算，如此多次反復(fù)，直到獲得相對(duì)合適的設(shè)計(jì)方案為止。顯然，這種工作方法工作量大、效率低，而且設(shè)計(jì)出的舉升機(jī)構(gòu)往往存在許多不合理的因素，影響礦用自卸車舉升性能的提高，并嚴(yán)重阻礙著礦用自卸車產(chǎn)品的系列化。
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展和市場(chǎng)竟?fàn)幍募ち?，一些研究機(jī)構(gòu)、工程車改裝廠在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用了這種方法，并取得了一定的優(yōu)化成果。優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種新的設(shè)計(jì)方法具有綜合的本質(zhì)，它能夠把過去的設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)，尋找出更優(yōu)的結(jié)構(gòu)。優(yōu)化技術(shù)將越來越得到更為廣泛的應(yīng)用。
目前，我國(guó)改裝車市場(chǎng)最大銷售量約25萬輛左右，改裝量最大的除了客車外，主要有廂式車、罐式車、自卸車等主要車型。但是總體來看，這些專用車均存在技術(shù)附加值低、工藝較落后等問題。從品種來看，我國(guó)改裝車品種較少，僅有400多個(gè)品種。那么，未來改裝車市場(chǎng)到底是什么市場(chǎng)呢？肯定地說，應(yīng)該向多品種、高、精、尖方向發(fā)展。這種發(fā)展方向除了我國(guó)公路條件改善外，還和我國(guó)公路貨物運(yùn)輸市場(chǎng)息息相關(guān)。目前，我國(guó)公路貨運(yùn)市場(chǎng)的主體依然是以個(gè)體戶為主，公路貨運(yùn)甚至還談不上物流管理，具有運(yùn)輸成本高、隨意性大、服務(wù)沒有保證等特點(diǎn)。隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織，這種格局將要逐步被打破。我國(guó)汽車工業(yè)保護(hù)期只有五年，但是公路貨運(yùn)市場(chǎng)卻可以向外資開放?？鐕?guó)物流公司正虎視眈眈盯著中國(guó)公路貨運(yùn)這塊大市場(chǎng)。這場(chǎng)戰(zhàn)斗誰是贏者，不言自明。集團(tuán)化貨運(yùn)市場(chǎng)對(duì)卡車的個(gè)性化要求將越來越高，同時(shí)需求數(shù)量也將越來越大。可以毫不夸張地說，未來的卡車發(fā)展方向?qū)⑹菍Ｓ密?。美?guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家專用車市場(chǎng)十分巨大，專用車具有品種多、技術(shù)含金量高等特點(diǎn)。就專用車品種而言，美國(guó)就有5000多個(gè)品種，甚至很多專用車已經(jīng)被E()化，裝有電腦、衛(wèi)星導(dǎo)航等系統(tǒng)。確切地說，我國(guó)專用車市場(chǎng)最終是向多品種、高精尖的方向發(fā)展。尤其是隨著我國(guó)公路運(yùn)輸主體的逐漸變化，將加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化和技術(shù)的升級(jí)。我國(guó)自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀(jì)60年代初，經(jīng)過40多年的發(fā)展，尤其是在上世紀(jì)80年代以后通過技貿(mào)結(jié)合與合作生產(chǎn)方式，從國(guó)外引進(jìn)若干先進(jìn)的自卸汽車制造技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上形成以若干大型汽車制造廠為主體的機(jī)械傳動(dòng)式自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)集團(tuán)。公路用自卸汽車的裝載質(zhì)量從2～20t、礦用自卸汽車裝載質(zhì)量從20～154t以基本形成完整的自卸汽車系列，為我國(guó)自卸汽車的騰飛打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然除普通自卸汽車以外，專用自卸汽車的生產(chǎn)也得到了一定的發(fā)展，尤其是新世紀(jì)以來，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通環(huán)境的改善，各行業(yè)對(duì)專用汽車尤其是工程系列專用汽車的需
求越來越大。專用汽車將跟更加注重行業(yè)化、專用化、系列化。
1.3.2 國(guó)外研究發(fā)展概況
國(guó)外自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀(jì)30年代，比我國(guó)早30多年在其后70多年的發(fā)展過程中，其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，整車性能已有很大提高。為提高自卸汽車的科技含量，追求高附加值，各國(guó)更是不斷采用先進(jìn)技術(shù)，其主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：全面提高自卸汽車內(nèi)在質(zhì)量和使用性能；在制造加工方面，自卸汽車朝著底盤生產(chǎn)專業(yè)化、零部件生產(chǎn)專業(yè)化、工藝專業(yè)化和輔助生產(chǎn)專業(yè)化方向發(fā)展；廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)研制的周期；在材料配置上，將更多地采用高強(qiáng)度鋁合金、不銹鋼、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽車以形成自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與車型系列。目前, 各大自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的自卸車尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)多數(shù)為拉桿式尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)、鏈條式尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)、液壓手動(dòng)控制式尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)等, 這些機(jī)構(gòu)各有特點(diǎn), 在運(yùn)輸自卸車中被廣泛使用。國(guó)內(nèi)使用的自卸車車箱大部分使用16制造而成。其特點(diǎn)是鋼板厚, 車箱沉重, 截面一般呈方形, 邊板和底板有很多的加強(qiáng)筋。16的屈服強(qiáng)度較低, 硬度較小, 且沖擊性能較差。這些特性決定了不適合用于制造輕量化的車箱。在歐美, 很多車箱都使用(耐磨鋼板材料), 與傳統(tǒng)的方形車箱有著很大的區(qū)別, 其特點(diǎn)是橫截面呈形或半弧形, 而且車箱邊板和底板幾乎沒有使用加強(qiáng)筋。Hardox是瑞典鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的一種耐磨鋼板, 具有較高的屈服強(qiáng)度, 是16的三倍以上, 并且具有較高的硬度和沖擊韌性。在設(shè)計(jì)裝載量相同的情況下, 用鋼板制造的車箱與16用制造的車箱相比, 板材厚度更薄, 且不需要加強(qiáng)筋。據(jù)國(guó)外的一些廠家反饋, 車箱使用鋼板后, 重量能減少, 甚至更多。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，50年代發(fā)展起來的以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學(xué)分支一數(shù)學(xué)規(guī)劃被應(yīng)用于解決工程設(shè)計(jì)問題，形成了工程設(shè)計(jì)的新理論和新方法，即工程優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法。特別從60年代以來，最優(yōu)化技術(shù)發(fā)展迅速，而且得到了廣泛的應(yīng)用。在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的歐、美、日等國(guó)家，汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法已應(yīng)用于汽車諸多領(lǐng)域的很多環(huán)節(jié)，從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身等主要總成的優(yōu)化到整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配，優(yōu)化設(shè)計(jì)使他們的汽車工業(yè)保持了世界領(lǐng)先地位。
汽車工業(yè)的發(fā)展是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必然，而經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，又對(duì)汽車的使用功能不斷提出新的要求，使汽車在社會(huì)商品、信息、人員三種流通中起著重要的作用。汽車的經(jīng)濟(jì)效益不只在于汽車生產(chǎn)的本身，而是更集中體現(xiàn)在汽車使用和流通的全過程。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)汽車運(yùn)輸工具在各種功能和性能方面要求越來越高，對(duì)運(yùn)輸服務(wù)的品質(zhì)以及運(yùn)輸服務(wù)的多元化、個(gè)性化要求越來越強(qiáng)，從而推動(dòng)著專用車的迅速發(fā)展。從某種意義上講，基本車型只能簡(jiǎn)單的滿足數(shù)量上的要求，而專用汽車才能更好地滿足用戶的使用要求，更有效地發(fā)揮汽車的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，把汽車運(yùn)輸工具推向?qū)I(yè)化。只有專用汽車，才能更好地適應(yīng)客貨運(yùn)輸現(xiàn)代化、多樣化和個(gè)性化的要求，滿足特定條件下的各種專項(xiàng)作業(yè)的需求，更有效地發(fā)揮汽車在運(yùn)輸結(jié)構(gòu)中的作用，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)。
1.4 研究的內(nèi)容
隨著自卸車變得越來越重要，則有關(guān)它的設(shè)計(jì)領(lǐng)域也變得日益重要起來。它的總體設(shè)計(jì)程序與載貨車基本相近。本人進(jìn)行一系列的市場(chǎng)調(diào)研和同類車型資料的收集，摸清了產(chǎn)品主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，了解有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等。在此基礎(chǔ)上擬定設(shè)計(jì)原則，協(xié)調(diào)使用、制造與經(jīng)濟(jì)三方面矛盾，處理好產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性與工藝?yán)^承性、零部件通用化程度以及生產(chǎn)成本的辯證關(guān)系，然后進(jìn)入具體技術(shù)設(shè)計(jì)階段。針對(duì)上述問題和課題的研究需要，本文的主要工作是自卸汽車車廂和舉升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。具體工作如下：
1、舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
用機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)對(duì)油缸前推連桿組合式自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了說明。對(duì)舉升液壓缸、液壓油泵、換向閥等液壓元件計(jì)算和選取進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
2、車廂的設(shè)計(jì)
參考同類車型的車廂的尺寸參數(shù)，確定其上長(zhǎng)寬高。并對(duì)車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)的形式的選擇，而且要進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。
3. 、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
自卸車車采用的液壓泵、液壓缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化且由專業(yè)化液壓元件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在自卸車車改裝設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件選型計(jì)算。其主要內(nèi)容包括液壓缸直徑與行程、液壓泵工作壓力、流量、功率以及油箱容積與內(nèi)徑等。
第2章 自卸車總體設(shè)計(jì)及方案選擇
2.1質(zhì)量參數(shù)的確定
額定裝載質(zhì)量是自卸汽車的基本使用性能參數(shù)之一。目前，中、長(zhǎng)距離公路運(yùn)輸趨向使用重型自卸汽車，以便提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本，額定裝載質(zhì)量一般為9～19t；而承擔(dān)市區(qū)或市郊短途運(yùn)輸?shù)淖孕镀囶~定裝載質(zhì)量為4.5～9t。同時(shí)，還應(yīng)考慮到廠家的額定裝載質(zhì)量的合理分級(jí)，以利于產(chǎn)品系列化、部件通用化和零件標(biāo)準(zhǔn)化。此外，額定裝載質(zhì)量還必須與選用的二類貨車底盤允許的最大總質(zhì)量相適應(yīng)。
改裝部分質(zhì)量主要包括：車廂質(zhì)量、副車架質(zhì)量、液壓系統(tǒng)質(zhì)量、舉升機(jī)構(gòu)質(zhì)量以及其他改裝部件的質(zhì)量。改裝部分質(zhì)量既可通過計(jì)算、稱重求得，也可以根據(jù)同類產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。
自卸汽車整車整備質(zhì)量是指裝備齊全、加夠油料、液壓油和冷卻液的空車質(zhì)量。它一般是二類底盤整備質(zhì)量與改裝部分質(zhì)量的總合，是自卸汽車總體設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。
整備質(zhì)量： 選取5000kg；
裝載質(zhì)量： 選取5500kg；
駕駛員質(zhì)量：65kg/人，額定載員3人，；
自卸汽車總質(zhì)量是指裝備齊全，包括駕駛員，并按規(guī)定裝滿貨物的質(zhì)量。其值可按下式確定。
（2.1）
則： =5000+5500+195=10695
2.2總體方案設(shè)計(jì)
該自卸汽車是選擇型自卸車底盤，利用該車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)取力器-傳動(dòng)軸-液壓泵-舉升油缸，將車廂舉升到一定角度卸貨，并依靠車廂自重使其復(fù)位的專用汽車。該車最大裝載質(zhì)量為5.5t，是適用于公路運(yùn)輸?shù)闹行妥孕镀?。傾卸機(jī)構(gòu)采用油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)。該自卸汽車主要由貨箱、副梁、液壓舉升機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等部件組成，主要技術(shù)參數(shù)見表2.1。
表2.1整車參數(shù)
汽車外形尺寸（）
最大裝載質(zhì)量
5500kg
整備質(zhì)量
5000kg
軸距L
4250mm
輪距（前∕后）
1801∕1740
前懸
1330
后懸
2260
接近角
離去角
貨箱尺寸
傾斜時(shí)間（舉升∕落下）
15s∕13s
最大舉升角
總質(zhì)量
11000kg
最高車速（km∕h）
81.3
最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）
7.8
最大爬坡度
78
百公里油耗（L/100km）
24.3
2.3舉升車廂形式的選擇
車廂是用于裝載和傾卸貨物。它一般是由前欄板、左右側(cè)欄板，圖2.1為典型的底板橫剖面呈矩形的后傾式車廂結(jié)構(gòu)。為避免裝載時(shí)物料下落碰壞駕駛室頂孟，通常車廂前欄板加做向上前方延伸的防護(hù)擋板。車廂底板固定在車廂底架之上孟，車廂的側(cè)欄板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋。
車廂結(jié)機(jī)構(gòu)型式按用途不同大概可分為：普通矩形車廂和鏟斗車廂。
普通矩形車廂用于散裝貨物運(yùn)輸。它的要求要比礦用自卸車車廂要低，其后板裝有自動(dòng)開合機(jī)構(gòu)，保證貨物順利卸出。普通矩形車廂板厚為：前板4～6，邊板4
～8，后板5～8，底板6～12。比如：程力牌自卸車普通矩形車廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前4邊4底8后5。
1-車廂總成；2-后欄板；3、4-鉸鏈座；5-車廂鉸支座；
6-側(cè)欄板；7-防護(hù)擋板；8-底板
圖2.1車廂結(jié)構(gòu)圖
鏟斗車廂則適用于大石塊等粒度較大貨物的運(yùn)輸?？紤]到貨物的沖擊和碰幢，鏟斗車廂的設(shè)計(jì)形狀較復(fù)雜，用料較厚。比如：程力牌自卸車礦用鏟斗車廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前6邊6底10，而且有些車型在底板上焊接一些角鋼，以增加車廂的剛度和抗沖擊能力。
圖2.2普通矩形車廂
圖2.3鏟斗車廂
車廂對(duì)自卸汽車的質(zhì)量利用系數(shù)影響很大，對(duì)其使用壽命也有一定的影響。因此，自卸車的車廂是自卸車的重要部分。目前，國(guó)內(nèi)外自卸車車廂都是用鋼制成的，從質(zhì)量分配來看，車廂質(zhì)量大約占自卸車整備質(zhì)量的1∕4。綜合上述，車廂采用普通車廂。
2.4 車廂的選材
1、車廂選材原則
工程材料的一般選用原則：具有良好的使用性能，優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于自卸汽車車廂應(yīng)考慮以下性能：
（1）使用性能:使用性能是選材考慮的主要問題。
（2）工藝性能:材料加工的工藝流程要適合批量生產(chǎn)。
（3）經(jīng)濟(jì)性能:選擇材料的經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前注意的問題。
2、車廂鋼板選材
在遵循滿足使用性能要求，較好工藝性和較好經(jīng)濟(jì)性的前提下，車廂選用選用Q235工程用鋼材。
2.5 車廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定
將全金屬焊接車廂設(shè)計(jì)成等剛度體車廂是自卸汽車設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，但是很難既能保證高強(qiáng)度又能保證輕量化。就整車而言，可以看成由車輪、前軸、后橋殼、懸架、車架、車廂及其橡膠緩沖塊等不同剛度單元組合而成的彈性體，受力時(shí)，將按照各自的剛度產(chǎn)生各自的變形，其變形量與剛度成反比，吸收的能量與剛度成正比。車廂剛度，無論是彎曲剛度還是扭轉(zhuǎn)剛度，都會(huì)增加車架的相應(yīng)剛度，兩者的剛度是相輔相成、互相補(bǔ)償?shù)?。?dāng)汽車前后左右車輪處于高差較大的路面，車架扭曲較大時(shí)，車廂應(yīng)該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動(dòng)性。如果車相的扭轉(zhuǎn)剛度過大，當(dāng)車架扭轉(zhuǎn)到一定程度時(shí)，車廂前支承緩沖塊相應(yīng)的一側(cè)壓到極限位置，車廂縱梁的另一側(cè)可能離開緩沖塊，車廂前端的一大部分重量轉(zhuǎn)移到一側(cè)的車架縱梁上，縱梁可能超載損壞。如果車廂扭轉(zhuǎn)剛度過小，能與車架扭轉(zhuǎn)隨動(dòng)，當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭曲時(shí)，車廂可能因變形過大而早期損壞。
全金屬焊接等剛度車廂設(shè)計(jì)的規(guī)范化的定量的設(shè)計(jì)計(jì)算方法并不是很完善，根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)，可以知道一些設(shè)汁規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
車廂底板和側(cè)梁斷面應(yīng)小些，布置應(yīng)密集，這樣易于形成等剛度。自卸汽車的車架斷面系數(shù)也應(yīng)比同級(jí)噸位的貨車車架大一倍，5t自卸汽車的車廂底板厚度應(yīng)不小于6mm。
1、車廂外部尺寸參數(shù)
參考同類車型的車廂的尺寸，可確定自卸車的車廂的尺寸。
表2.2車廂的整體尺寸
車廂長(zhǎng)度
5200mm
車廂寬度
2280mm
車廂高度
1530mm
車廂前后板厚度
5mm
車廂底板厚度
6mm
車廂欄板厚度
150mm
車廂欄板高度
1528mm
擋板鋼板厚度
6mm
擋板肋寬度
100mm
擋板肋厚度
50mm
2、車廂內(nèi)部尺寸參數(shù)
車廂內(nèi)部長(zhǎng)寬各為車廂的長(zhǎng)寬相應(yīng)減掉廂板鋼板和車廂加強(qiáng)肋的厚度，高度減去鋼板厚度，即有車廂內(nèi)層的長(zhǎng)，寬，高為：
車廂長(zhǎng)度： 4500mm
車廂寬度： 2280mm
車廂高度： 900mm
即有，車廂的有效體積為：
=9.234
車廂質(zhì)量
車廂底梁的強(qiáng)度校核
則有
對(duì)于矩形面
Q235的抗拉強(qiáng)度在375-460，符合強(qiáng)度要求。
2.6車廂鎖止機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)
自卸汽車改裝對(duì)車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求如下： 在車廂傾斜卸貨時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)升至一定高度后，后廂板在重力的作用下自行打開，貨物開始傾卸。卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，車廂復(fù)位。 1-車廂；2-后板掛鎖總成；3-后廂板；4-鎖鉤；5-扭轉(zhuǎn)彈簧；6-鎖鉤軸；
7-鎖鉤下銷；8-轉(zhuǎn)軸；9-銷軸；10-支承架；11-調(diào)節(jié)螺母；12-拉桿
圖2.4后廂板示意圖
如圖所示為車廂板鎖啟機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是靠車廂舉升機(jī)構(gòu)的擺差來鎖啟車廂板。它主要由鎖鉤4扭轉(zhuǎn)彈簧5 拉桿11等組成。轉(zhuǎn)軸8中間穿有拉桿12，轉(zhuǎn)軸8兩端與支承架10鉸接，以滿足拉桿12以轉(zhuǎn)軸為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)。支承架的下端通過銷軸9固定在副車架上，車廂1可以繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而支承架相對(duì)于車架來說是不動(dòng)的。鎖鉤4固定在車廂底架上，了繞其鎖鉤軸6轉(zhuǎn)動(dòng)。扭轉(zhuǎn)彈簧5力圖使鎖鉤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使之緊緊地鎖在車廂板3。
當(dāng)自卸汽車車廂舉升時(shí)，由于鎖軸和轉(zhuǎn)軸通過支承架固定在副車架上，車廂以銷軸9為圓心，以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，拉桿以轉(zhuǎn)軸8為圓心，以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著車廂舉升角度的增大，和軌跡的差就也相應(yīng)的增大，由拉桿拉動(dòng)鎖鉤下銷7左移，克服扭轉(zhuǎn)彈簧的彈力， 迫使鎖鉤開啟，打開車廂板，使車廂中的貨物卸下。隨著車廂的降落,與軌跡的距離逐漸縮小，直至兩軌跡相交，扭轉(zhuǎn)彈簧使鎖鉤鎖住車廂板。而且從圖中可以看出，若車廂再繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與軌跡間則產(chǎn)生負(fù)間隙，使調(diào)節(jié)螺母11左移而離開轉(zhuǎn)軸8一定的距離。
2.7本章小結(jié)
本章主要確定自卸汽車整車參數(shù)及對(duì)自卸汽車車廂進(jìn)行了選型計(jì)算。整車參數(shù)將會(huì)對(duì)自卸車的車廂設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用，質(zhì)量參數(shù)會(huì)對(duì)自卸車的舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有這決定性的作用。整車參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)選擇是自卸車的設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，因此，它們是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。車廂的設(shè)計(jì)主要對(duì)自卸車車廂的形式選擇、材料的選擇；對(duì)車廂和其底板、攔板等主要尺寸的確定；對(duì)車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析；通過以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，該自卸車車廂的強(qiáng)度和廂后攔板開合機(jī)構(gòu)均符合要求。
第3章 自卸車液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的性能
對(duì)于液壓舉升機(jī)構(gòu)考慮到工作環(huán)境、工作性質(zhì)及工作內(nèi)容等的要求，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)滿足以下功能：
1、較強(qiáng)的免維護(hù)性
自卸車主要應(yīng)用場(chǎng)所是沙場(chǎng)、礦山、工地等，這些場(chǎng)所沙塵肆虐，工作環(huán)境惡劣，自卸機(jī)構(gòu)的維護(hù)條件較差，甚至有時(shí)根本談不上什么維護(hù)。因此需要自卸機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到鉸支點(diǎn)和油缸的免維護(hù)性。
2、良好的動(dòng)力性
舉升機(jī)構(gòu)作為礦用自卸車卸料時(shí)的動(dòng)力來源，為保證卸料順利完成，要求其必須具有良好的動(dòng)力性能。自卸車由于其特定的使用環(huán)境和用戶群體決定了它經(jīng)常處于超載狀態(tài)，這就要求舉升機(jī)構(gòu)要具有一定的過載系數(shù)。
3、平穩(wěn)性
要求舉升機(jī)構(gòu)在傾卸貨物時(shí)具有較好的平穩(wěn)性，不得有較大的動(dòng)力沖擊，降低沖擊力對(duì)機(jī)構(gòu)各部件的損傷概率，保證機(jī)構(gòu)的使用壽命。
4、卸料性
礦用自卸車顧名思義就是省卻了人力卸料之苦，通過特定的機(jī)構(gòu)使用液壓力自動(dòng)卸料。因此，自卸車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)達(dá)到的卸料目標(biāo)是：在較短的時(shí)間內(nèi)使貨箱舉升一定的角度，即舉升機(jī)構(gòu)將貨箱舉升到最大舉升角所需的時(shí)間（對(duì)此國(guó)家規(guī)定了時(shí)間限值）；貨箱被舉升機(jī)構(gòu)舉升到最大轉(zhuǎn)角時(shí)，貨物應(yīng)順利地傾卸完畢（即最大舉升角達(dá)到貨物的安息角）。
5、緊湊性
礦用自卸車多數(shù)是大噸位的工程運(yùn)輸車輛，其裝載工具多為大型裝載機(jī)械。為了裝載方便，礦用自卸車的貨箱布置位置一般較低，同時(shí)又要考慮到礦用自卸車的工作環(huán)境，應(yīng)使其具有較好的通過性（即離地間隙受限），因此，自卸車的舉升機(jī)構(gòu)布置空間就受到很大的限制，這就要求機(jī)構(gòu)具有較好的緊湊性，占用較少的空間。
6、 協(xié)調(diào)性
液壓舉升機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一種演化的四連桿機(jī)構(gòu)，在外力作用下，各部件能沿自己
的鉸支點(diǎn)按設(shè)計(jì)者的意圖順利轉(zhuǎn)動(dòng)，不得出現(xiàn)傳動(dòng)角小于許用傳動(dòng)角的情況，更不能有死點(diǎn)位置的存在。
目前大多數(shù)企業(yè)一直沿用傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種方法存在效率低、工作量大以及設(shè)計(jì)方案難以達(dá)到最優(yōu)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案難以同時(shí)兼顧以上各性能要求。這與當(dāng)今高科技環(huán)境下的相關(guān)領(lǐng)域相比，缺少科學(xué)性，人的主觀經(jīng)驗(yàn)決定了車輛的性能。由此帶來的問題是，車輛性能低下，難以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。同時(shí)由于設(shè)計(jì)手段的落后，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品投放市場(chǎng)遲緩，不能適應(yīng)市場(chǎng)多變的要求。因此借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用最優(yōu)化方法，改善液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)手段和方法，快速、高效、保值、保量完成液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，意義重大，有著重大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
3.2 舉升系統(tǒng)性能主要評(píng)價(jià)參數(shù)
自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動(dòng)，其性能的好壞，表現(xiàn)為舉升貨物的最大舉升力和最大舉升傾角，以及對(duì)液壓系統(tǒng)的要求兩方面。液壓舉升機(jī)構(gòu)的性能評(píng)價(jià)參數(shù)有如下幾方面：
1、舉升力系數(shù)K
舉升力系數(shù)是評(píng)價(jià)液壓舉升機(jī)構(gòu)舉升性能的參數(shù)，指單位舉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 舉升質(zhì)量 （Kg）；
g一 重力加速度 （m/）。
對(duì)于具體形式的舉升機(jī)構(gòu)，舉升力系數(shù)K與汽車總布置參數(shù)和機(jī)構(gòu)的性能特征有關(guān)，K值只能比較同類型舉升機(jī)構(gòu)的工作效率。對(duì)于相同的舉升質(zhì)量，舉升力系數(shù)越小，則液壓舉升力越小，油缸的油壓也越小，這樣舉升機(jī)構(gòu)耗能也較少。
2、舉升油缸最大行程
是指貨箱達(dá)到最大舉升角時(shí)，舉升油缸的最大伸長(zhǎng)量。它既是舉升油缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，又是舉升機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)。舉升油缸最大行程較小，可減少舉升油缸的級(jí)數(shù)，降低制造成本，同時(shí)舉升機(jī)構(gòu)的布置也較方便。
3、 舉升高度
是指舉升機(jī)構(gòu)所占用的空間高度。對(duì)于重型礦用自卸汽車的后置雙缸舉升機(jī)構(gòu)，空間高度決定于舉升缸的安裝長(zhǎng)度和舉升缸的初始方位角。舉升缸初始安裝長(zhǎng)度越
小，舉升缸在車上就越好布置。
4、最大舉升角
指舉升機(jī)構(gòu)能使貨箱傾翻的最大角度。它是決定能否把貨箱內(nèi)貨物傾卸干凈的參數(shù)。一般的松散物在水平面上堆積成圓錐體，錐體角稱為松散物的安息角。安息角也稱休止角、堆積角，一般為35-55度。將松散物置于光滑的平板上，使此平板傾斜到松散物開始滑動(dòng)時(shí)的角度，為松散物滑動(dòng)角，一般為30～40度。松散物安息角和滑動(dòng)角是評(píng)價(jià)松散物流動(dòng)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。它們與松散物的粒徑、含水率、塵粒形狀、塵粒表面光滑程度、松散物粘附性等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)的貨箱最大舉升角必須大于貨物的安息角，這樣才可保證將貨箱內(nèi)的貨物傾斜干凈。
表3.1常運(yùn)貨物的安息角
物料名稱
煤
焦炭
鐵礦石
銅礦
細(xì)沙
粗沙
石灰石
安息角（度）
27～45
50
40～50
35～45
30～35
50
40～45
5、油壓特性曲線
舉升過程中，油缸工作壓力是舉升角的函數(shù)。理想的油壓特性曲線應(yīng)是油壓波動(dòng)很小，但對(duì)于重型礦用自卸汽車常用的后置直推式雙缸舉升機(jī)構(gòu)，由于多級(jí)伸縮油缸自身結(jié)構(gòu)原因，油壓特性曲線只能是階躍型的，在每一級(jí)油缸伸出瞬時(shí)缸內(nèi)油壓都有一個(gè)沖擊。設(shè)計(jì)時(shí)，需要控制最大油壓峰值在可允許的范圍內(nèi)。
6、舉升機(jī)構(gòu)的耗能量
舉升機(jī)構(gòu)要將貨物傾卸到位就必定要消耗一定的能量，這些能量的消耗影響著整車的使用經(jīng)濟(jì)性，但這只是占其能量消耗的一小部分，因此能耗量是評(píng)價(jià)舉升機(jī)構(gòu)性能好壞的一個(gè)次要參數(shù)。
上述六個(gè)性能參數(shù)構(gòu)成了對(duì)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的基本指標(biāo)。
3.3 液壓舉升機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定
3.3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述
普通自卸汽車和專用自卸汽車設(shè)計(jì)的主要工作是在定型的汽車二類底盤上合理的布置車廂，適當(dāng)?shù)倪x用和設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)，使汽車具有自卸功能。舉升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自卸汽車功能的基本部件。舉升機(jī)構(gòu)的好壞直接影響到自卸汽車的性能，因此是自卸汽車設(shè)計(jì)中最為重要的部分。舉升機(jī)構(gòu)種類繁多，設(shè)計(jì)方法也不盡相同。目前，在自卸車上廣泛采用液壓舉升機(jī)構(gòu)，根據(jù)油缸與車廂底板的連接方式，常用的舉升機(jī)構(gòu)有兩種形式：油缸直接推動(dòng)式和連桿組合式兩大類。
直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升貨廂傾卸貨物。此結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長(zhǎng)，故一般要求采用單作用的2級(jí)或3級(jí)伸縮式套筒油缸.按油缸布置位置不同，直推式舉升機(jī)構(gòu)可分為前置式和后置式（亦稱為中置式）兩種，前置式一般采用單缸，后置式既可采用單缸，也可采用并列雙缸。在相同舉升載荷條件下，前置式需要的舉升力較小，舉升時(shí)貨箱橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長(zhǎng)；后置式的情況則與前置式的相反。
油缸與車廂底板之間通過連桿機(jī)構(gòu)相連接，這種舉升機(jī)構(gòu)稱為連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。在生產(chǎn)實(shí)踐中連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)因其具有舉升平順、油缸活塞工作行程短，舉升機(jī)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的采用，發(fā)展出了多種連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)形式，如油缸前推（后推）連桿放大式、油缸前推（后推）杠桿平衡式、油缸浮動(dòng)式等。
a） 前置式 b） 中置（后置）式
圖3.1直推式舉升機(jī)構(gòu)
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架
圖3.2油缸前推連桿組合式
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架
圖3.3油缸后推連桿組合式
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架
圖3.4油缸前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架
圖3.5 油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架
圖3.6 油缸浮動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu)
上面各種機(jī)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。相對(duì)來說，直推式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，而連桿組合式的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜和靈活。
3.3.2 液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的選擇
直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升車廂傾卸。該機(jī)構(gòu)布置簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高，但液壓油缸工作行程長(zhǎng)，因此，一般要求采用單作用的2級(jí)或多級(jí)伸縮式套筒油缸。另外單缸系統(tǒng)其橫向剛度不足，系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性差，還存在工作壽命短、成本高等缺點(diǎn)。
表3.2推動(dòng)式和連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較
項(xiàng)目 類別
直推式
連桿組合式
結(jié)構(gòu)布置
簡(jiǎn)單，易于布置
比較復(fù)雜
系統(tǒng)布置
較小
較大
建造高度
較底
較高
油缸加工工藝性
多級(jí)缸，加工精度高，工藝性差
單級(jí)缸，制造簡(jiǎn)便，工藝性好
油壓特性
較差
較好
系統(tǒng)密封性
密封環(huán)節(jié)多，易滲漏
密封環(huán)節(jié)少，密封性好
工作壽命
磨損大，易損壞，工作壽命較
不易損壞，工作壽命較長(zhǎng)
制造成本
較高
較底
系統(tǒng)穩(wěn)定性
較差
較好
系統(tǒng)耐沖擊性
較好
較差
連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)具有舉升平順、油缸活塞的工作行程短、機(jī)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)構(gòu)又分油缸后推式和油缸前推式兩種，油缸后推式機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)適中，結(jié)構(gòu)緊湊，但各部件布置集中在后部，車廂底板受力大，適用于中型自卸汽車油缸前推式機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)小、省力、油壓特性好，適用于重型自卸汽車。
綜合考慮以上因素，我們決定選用油缸前推式連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。
3.4 舉升機(jī)構(gòu)幾何尺寸的確定
油缸前推式四連桿舉升機(jī)構(gòu)（見圖3.7），主要由舉升油缸EB、拉桿AD和三角臂ABC構(gòu)成。點(diǎn)O是車廂與副梁的鉸接點(diǎn)。工作時(shí)油缸充油，使油缸EB伸長(zhǎng)，三角臂ABC和拉桿AD隨著轉(zhuǎn)動(dòng)并升高，舉升車廂，使其繞O點(diǎn)傾翻。貨物卸完后，車廂靠自重復(fù)位。舉升機(jī)構(gòu)在初始位置所占據(jù)的空間愈小愈好，以保證機(jī)構(gòu)緊湊，各構(gòu)件不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，可協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。用作圖法初選各鉸支點(diǎn)的位置及各構(gòu)件的幾何尺寸。
圖3.7機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖
3.4.1 車廂與副梁鉸支點(diǎn)O的確定
車廂后鉸支點(diǎn)O應(yīng)盡量靠近車架大梁的尾端。已知車廂副梁高205mm，長(zhǎng)4600mm，兼顧結(jié)構(gòu)安排空間，取水平方向離副梁尾端146mm、垂直方向離副梁下沿118mm處，作為車廂后鉸支點(diǎn)，并以車廂后鉸支點(diǎn)作為四連桿運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0），x軸平行于副梁的上平面，指向汽車前方。
3.4.2 車廂放平時(shí)舉升機(jī)構(gòu)與車廂前鉸支點(diǎn)C0的確定。
車廂前鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)（，）可按經(jīng)驗(yàn)公式（3.2）計(jì)算
（3.2）
式中L—油缸最大工作行程，參考同類車型油缸型號(hào)，初選油缸自由長(zhǎng)度=1165mm，最大有效工作行程L=780mm；
—車廂最大舉升角，根據(jù)車廂傾卸動(dòng)作要求和所運(yùn)物料的安息角，
選取=
R—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)L尺寸，選取R=175
因此可得， ==2730
考慮結(jié)構(gòu)安排，取=2725
點(diǎn)的垂直方向應(yīng)盡量靠近車廂底面，充分利用車廂底部空間，減少油缸下支點(diǎn)沉人副梁中的深度。確定距車廂底板的距離為83，已知底板縱梁高180，因此。點(diǎn)坐標(biāo)為（2725，184）。
3.4.3 液壓油缸與副梁鉸支點(diǎn)E的確定
由于油缸具有相當(dāng)大的尺寸，以及開始舉升時(shí)，為減少油缸的工作壓力，油缸必須具有一定數(shù)值的傾斜角，因此，E 點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)O的垂直距離由結(jié)構(gòu)允許最小值確定，取=-14。E點(diǎn)x軸坐標(biāo)由經(jīng)驗(yàn)公式求得
（3.3）
==2387
根據(jù)結(jié)構(gòu)安排，令為2378，則E點(diǎn)坐標(biāo)為（2378，-14）。
3.4.4 車廂放平時(shí)三角臂中支點(diǎn)B0座標(biāo)和C0B0長(zhǎng)度的確定
點(diǎn)即油缸上支點(diǎn)。車廂放平時(shí)，點(diǎn)應(yīng)盡量靠近車廂底面，要充分利用上部空間，從而減少油缸下支點(diǎn)沉人副梁中的深度。過點(diǎn)作線式該線與X軸夾角為：
.
式中 ——結(jié)構(gòu)允許的拉桿與副車架鉸支點(diǎn)的最高位置，一般>0；
取=175mm，再以為圓心，為半徑畫弧交線于點(diǎn)，連接，即為液壓缸中心線在舉升角Θ=0°時(shí)的位置。
點(diǎn)坐標(biāo)為（3530，94），==810mm。
3.4.5 車廂放平時(shí)拉桿與三角臂鉸接點(diǎn)A0的確定
連接，并將繞O點(diǎn)向上轉(zhuǎn)50°，角轉(zhuǎn)到點(diǎn)，以為圓心，為半徑畫弧，再以為圓心，一液壓缸自由長(zhǎng)度與最大有效工作行程之和為半徑畫弧。兩弧交于點(diǎn)，連接和，作，又以為頂點(diǎn)，為邊，作，根據(jù)結(jié)構(gòu)允許尺寸，取==250mm，連接，AC，由此確定點(diǎn)的坐標(biāo)為(3615，-152)，即△和△分別為和時(shí)三腳架所處的位置。
3.4.6 拉桿與副梁鉸接點(diǎn)D及拉桿長(zhǎng)度的確定
作的垂直平分線交于線于點(diǎn)，調(diào)整點(diǎn)位置使為整數(shù)，最后確定點(diǎn)坐標(biāo)為(2170，175) 。拉桿長(zhǎng)度=1870mm。
用作圖法初選出各鉸支點(diǎn)位置后，需要對(duì)不同舉升角作運(yùn)動(dòng)軌跡校核。如果出現(xiàn)點(diǎn)至車廂底板距離小于點(diǎn)至車廂底板距離的情況，則應(yīng)加大線與x軸平行線的夾角的數(shù)值，重新計(jì)算各鉸支點(diǎn)參數(shù)值。
3.5 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析
舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析的目的就是要求得各構(gòu)件在車廂任意舉升角時(shí)的受力最大值，為液壓系統(tǒng)參數(shù)確定和構(gòu)件截面尺寸的計(jì)算提供依據(jù)。舉升力系數(shù)K是體現(xiàn)舉升機(jī)構(gòu)動(dòng)力性的指標(biāo)，是指單位舉升質(zhì)量所需要的液壓缸推力。
K直接影響自卸汽車的經(jīng)濟(jì)性能，其值越小越好。隨著車廂舉升角的變化，K值是變化的?？紤]到機(jī)構(gòu)在初始位置時(shí)車廂內(nèi)貨物最多，阻力臂最大，車廂啟動(dòng)時(shí)又有慣性阻力作用，此時(shí)油缸推力最大。因此，下面只對(duì)初始位置時(shí)各構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析。
3.5.1 舉升機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算及校核
當(dāng)時(shí)
有上述可知：
在時(shí)直線AoD和直線BoE的方程分別為:
① ②
和交點(diǎn)的坐標(biāo)可以通過①和②式
求解得：=2821， =28
在時(shí)，點(diǎn)O至直線的距離為
取車廂作為分離體，根據(jù)力矩平衡ΣMo=0得：
式中 W——表示被舉升的重力；
——用在直線方向的力。
在時(shí)，點(diǎn)至直線的距離為：
在時(shí)，點(diǎn)至直線的距離為
取三角臂為分離體，根據(jù)力矩平衡，得
式中 ——對(duì)應(yīng)任意舉升角的液壓缸推力。
在時(shí)，點(diǎn)到的距離為
當(dāng)時(shí)，Co點(diǎn)到的距離為
取三角臂為分離體，根據(jù)力矩平衡，得
式中 ——對(duì)任意舉升角時(shí)的拉桿最大拉力。
3.5.2 拉桿截面尺寸確定
拉桿為二力受拉桿件，作用力對(duì)稱分布在兩根拉桿上，因此作用在每根拉桿上的最大拉力為：
F=/2=59061.439N
初選拉桿材質(zhì)為Q235， 從《機(jī)械手冊(cè)》[5]可查得σs=230000000N/m2，取安全系數(shù)n=2，由公式σ=n×F拉/A≦σs，可知拉桿最小橫截面面積A≧n×F拉/σs，A≧513.577mm2取A=600mm2
實(shí)際上σ=59061.439/0.000513577=115000163.8N/m2
校核安全系數(shù)n=σs/σ=3.8>n
因此，拉桿截面面積A=600滿足強(qiáng)度要求。
3.6 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算
自卸車車采用的液壓泵、液壓缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化且由專業(yè)化液壓元件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在自卸車車改裝設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件選型計(jì)算。其主要內(nèi)容包括液壓缸直徑與行程、液壓泵工作壓力、流量、功率以及油箱容積與內(nèi)徑等。
3.6.1 液壓油缸性能參數(shù)計(jì)算
液壓缸作為液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行組件，以直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)擺動(dòng)的形式，將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能輸出。液壓缸種類繁多。按供油方式可分為單作用缸和雙作用缸。單作用缸只往缸的一側(cè)輸入壓力油，活塞僅作單向出力運(yùn)動(dòng)，靠外力使活塞桿返回。雙作用缸則分別向缸的兩側(cè)輸入壓力油，活塞的正反向運(yùn)動(dòng)均靠液壓力來完成。按結(jié)構(gòu)形式可以分為活塞缸柱塞缸和伸縮缸；按活塞桿形式可以分為單活塞缸和雙活塞缸；按液壓缸的特殊用途分為串聯(lián)缸增壓缸增速缸多位缸步進(jìn)缸等此類液壓缸不是一個(gè)單純的缸筒，而是和其他的缸筒或構(gòu)件組合而成，又稱組合缸。
從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，在滿足使用要求的情況下，選用雙作用單活塞桿液壓缸。車廂在整個(gè)傾翻過程中液壓油缸最大舉升力為94311.8N
參考同類車型， 初選最高工作壓力P=16MPa，最大舉升力公式：
≦
式中 η——液壓缸機(jī)械效率，取η=0.8；
d——舉升油缸缸徑(m)。
因此，d≧(4×/Pη)?=80mm (有上述可知L=780mm)。取d=100。
根據(jù)以上計(jì)算，選擇自卸車專用油缸HG-E180X780其主要參數(shù)為缸徑d=80mm，油缸桿徑，油缸行程L=780mm。
3.6.2 液壓泵性能參數(shù)計(jì)算
一般常用的液壓泵分為齒輪泵、柱塞泵、葉片泵、螺桿泵。按泵的流量特性，可分為定量泵和變量泵兩種。前者在泵轉(zhuǎn)速不變時(shí)，不能調(diào)節(jié)流量，后者當(dāng)泵轉(zhuǎn)速不變時(shí)，通過變量機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)，可使具有不同的流量。齒輪泵一般為定流量式，葉片泵和柱塞泵有定量式及變量式兩種。對(duì)變量泵，按輸由方式，又可分為單向變向泵和雙向變量泵。前者工作時(shí)，輸由方向不可變，后者工作時(shí)，通過調(diào)節(jié)，可以改變輸出油流的方向。
齒輪泵分為外嚙合及內(nèi)嚙合中兩種。前者構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，工作可靠，維護(hù)方便，對(duì)沖擊負(fù)荷適應(yīng)性好，旋轉(zhuǎn)部分慣性小，多用于速度中等，作用力不大的簡(jiǎn)單液壓系統(tǒng)中，應(yīng)用廣泛。所以選用單級(jí)齒輪泵。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：車廂舉升到最大舉升角的時(shí)間不超過20s.在這里我們初選舉升時(shí)間為15s.
液壓缸工作容積
=6.123m=6123ml
液壓泵額定流量Q應(yīng)滿足以下公式
式中：—舉升時(shí)間，=15s；
—液壓系統(tǒng)容積效率，取 0.8
則 =510.25ml∕s
液壓泵轉(zhuǎn)速
—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取中速2000 r∕min
傳動(dòng)比，i=1.361
則 ==1469.5 r∕min
選取液壓泵額定轉(zhuǎn) 2000 r∕min
液壓泵排量q由下式確定
=49.6 ml∕r
依據(jù)以上參數(shù)，選擇齒輪油泵CBT-E563，其主要參數(shù)如下：
公稱排量q=63 ml∕r
額定壓力p=16Mpa
公稱轉(zhuǎn)2000 r∕min。
3.6.3油箱容積與油管內(nèi)徑計(jì)算
1、液壓系統(tǒng)油箱容積計(jì)算
液壓系統(tǒng)的用途主要是儲(chǔ)油和散熱。如果容量過大，占地增加，增加了設(shè)備重量，而且操作不變；過小，則油溫升高會(huì)超過許用值，油液將會(huì)溢出油箱。液壓系統(tǒng)的油箱容積應(yīng)滿足一下要求：
（1）設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，液壓油液能夠靠重力作用返回油箱；
（2）操作時(shí)，油面保持適當(dāng)高度位置；
（3）能散發(fā)操作時(shí)產(chǎn)生的熱量。
油箱容積一般不小于全部工作液壓缸容積的三倍，即
319849ml
=59.547L
擬設(shè)定液壓系統(tǒng)油箱尺寸為。
==
即油箱選擇系列中63公稱容量。
2、液壓管路內(nèi)徑的計(jì)算
由計(jì)算公式：
可以計(jì)算出高壓管路內(nèi)徑：
式中—油泵的理論流量，取
高壓管中油液的流速，，取
即有：
取用
低壓管路內(nèi)徑：
式中，是低壓管路系統(tǒng)中液壓油的流速，，取
即有
取用。
3.6.4系統(tǒng)壓力校核
系統(tǒng)最大壓力
已知 =94311.8N =0.8
==7850m=7850
= =15.02N∕=15Mpa<16Mpa。
3.6.5 車廂升降時(shí)間的校核
系統(tǒng)流量： = 92579 ml∕min
舉升時(shí)液壓缸工作容積：
=6.123=6123 ml
則舉升時(shí)間： =13.36 s <15 s
下降時(shí)液壓缸工作容積：
==2.20428=2204.28ml
則下降時(shí)間 = 10.3<15s
因此，油泵、油缸參數(shù)選用合理，滿足設(shè)計(jì)要求。
3.6.6方向控制閥的選型
方向控制閥是用來使液壓系統(tǒng)中的油路通斷或改變油液的流動(dòng)方向，從而控制液壓執(zhí)行元件的起動(dòng)或停止，改變其運(yùn)動(dòng)方向的閥類。包括單向閥、換向閥、壓力表開關(guān)等。按換向閥的工作位置和控制的通道數(shù)，可分為二位二通、二位三通、二位四通、三位四通、三位五通等；按換向閥的操縱方式，可分為手動(dòng)、電磁、液動(dòng)、電動(dòng)和氣動(dòng)。根據(jù)本車的使用條件與要求，選用通用性強(qiáng)、可靠性好、維修方便的機(jī)械操縱方向控制閥——三位四通換向閥。另外，液壓系統(tǒng)中還含有各種溢流閥、單向閥以及順序閥，它們均選擇標(biāo)準(zhǔn)件。
3.6.7操縱方式的選擇
液壓系統(tǒng)操縱方式分為以下幾種：
1、機(jī)械操縱式
機(jī)械操縱式的可靠性好、通用性強(qiáng)、維修方便，但是它桿件較多、布置復(fù)雜。對(duì)于可翻轉(zhuǎn)式駕駛室不宜采用這種方式。
2、液壓操縱式
依靠手動(dòng)閥建立起來的油壓來關(guān)閉或打開舉升方向控制閥，實(shí)現(xiàn)車廂的舉升和下降。該閥通過切斷動(dòng)力實(shí)現(xiàn)停止工作。它便與遠(yuǎn)程控制，操縱可靠。但反應(yīng)較慢。
3、氣動(dòng)操縱式
依靠汽車貯氣筒的壓縮空氣，通過控制操縱氣控液壓換向閥，控制油路方向?qū)崿F(xiàn)車廂舉升、下降和中停。該系統(tǒng)用于中、重型自卸汽車比較合適。
鑒于機(jī)械操縱式具有上述點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中的液壓系統(tǒng)均采用機(jī)械操縱式。
3.6.8液壓系統(tǒng)原理
液壓系統(tǒng)原理圖如圖所示
1-油箱；2-安全閥；3-分配閥；4-油缸；5-單向閥；6-油泵
液壓系統(tǒng)原理：
1、舉升狀態(tài)
首先，液壓泵將液壓油從油箱抽取，通過三位四通閥，處于左部狀態(tài)，油液上流流向油缸左端，經(jīng)過右端，流向油箱通過。車廂舉升開始卸貨，油液上流，使車廂保持舉升狀態(tài)。
2、保持狀態(tài)
首先，液壓泵將液壓油從油箱抽取，通過三位四通閥，處于中部狀態(tài)，油液處于截至狀態(tài)，使車廂保持舉升狀態(tài)。
3、下降狀態(tài)
首先，液壓泵將液壓油從油箱抽取，通過三位四通閥，處于右部狀態(tài)，油液上流流向油缸右端，經(jīng)過左端，流向油箱。車廂開始回位，使車廂保持下降狀態(tài)。
3.6.9 取力器的選擇
各類專用汽車的專用工作裝置的動(dòng)力來源，主要由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供。取力器就是其中一種動(dòng)力輸出的專用裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)取出部分功率，用于驅(qū)動(dòng)各類液壓泵、真空泵、空壓機(jī)以及各類專用汽車工作機(jī)械[17]。除了少量專用汽車的工作裝置因考慮工作可靠相符殊的要求而配備專門動(dòng)力驅(qū)動(dòng)外（例如部分冷藏汽車的機(jī)械制冷系統(tǒng)），絕大多數(shù)專用汽車上的專用設(shè)備都是以汽車底盤自身的發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，經(jīng)過取力器，用來驅(qū)動(dòng)齒輪液壓泵、真空泵、柱塞泵、輕質(zhì)油液壓泵、自吸液壓泵、水泵、空氣壓縮機(jī)等，從而為自卸車、加油車、牛奶車、垃圾車、吸污車、隨車起重車、高空作業(yè)車、散裝水泥車、攔板起重運(yùn)輸車等諸多專用汽車配套使用。因此，取力器在專用汽車的設(shè)計(jì)和制造方面顯得尤為重要。
專用車取力方案的布置取決于取力方式。常見的取力方式分類：
從變速器輸入軸取力的布置方案又稱變速器上置式方案。此種方案將取力器疊置于變速器之上，用一惰輪與輸入軸常嚙合齒輪嚙合獲取動(dòng)力，固需改制原變速器頂蓋。此方案應(yīng)用很廣，如自卸車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。
從變速器取力有多種方案，如從中間軸末端取力，從道檔齒輪取力，從輸出軸上取力等。但最常見的還是從中間軸齒輪取力，稱為側(cè)置式取力，又可分為左側(cè)與又側(cè)布置方案。
本設(shè)計(jì)中的取力器選用從變速器輸入軸取力的布置方案。
3.6.10本章小結(jié)
本章主要對(duì)自卸汽車舉升液壓系統(tǒng)進(jìn)行了選型計(jì)算。主要對(duì)自卸車液壓系統(tǒng)中液壓油缸和油泵進(jìn)行了計(jì)算選型；對(duì)液壓系統(tǒng)的油箱容積和油管管徑進(jìn)行了計(jì)算；對(duì)液壓系統(tǒng)中用到的各種液壓閥進(jìn)行了選擇；選出了液壓系統(tǒng)的操縱方式，確定整車的液壓系統(tǒng)原理及原理圖，以及取力器的選取。
第4章 副車架的設(shè)計(jì)
4.1 選用的底盤主車架的主要尺寸
主車架是汽車底盤上各總成及專用工作裝置安裝的基礎(chǔ)，改裝時(shí)受到的影響最大，因此，要特別引起注意。
由上選用的是CA1123P9KAL4E底盤，其主車架尺寸如下：
主車架的長(zhǎng)度： 5000mm
主車架的寬度： 865mm
主車架上面尺寸到地面高度： 940mm
主車架的厚度： 240mm
4.2副車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2.1副車架的外形
在設(shè)計(jì)自卸車車時(shí)，所選取的二類底盤只有主車架，為了增加車架的強(qiáng)度剛度，延長(zhǎng)車架的使用壽命，在原有主車架的基礎(chǔ)上增加了副車架。其形狀同主車架，在主副車架之間加一定厚度的松質(zhì)木條。其長(zhǎng)度同副車架的長(zhǎng)度，寬度同副車架的厚度。主副車架進(jìn)行加固連接。副車架示意簡(jiǎn)圖見圖4.1。
圖4.1 副車架示意簡(jiǎn)圖
4.2.2副車架的選材
在汽車制造工藝中，鋼板沖壓成型工藝占有十分重要的位置。沖壓成形的零件具有互換性好、能保證裝配的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
載重汽車用中板數(shù)量較多，受力的車架縱梁和橫梁、車廂的縱梁和橫梁均采用中板沖制且多以低合金高強(qiáng)度鋼板沖壓生產(chǎn)，也是適應(yīng)提高汽車承載能力、延長(zhǎng)使用壽命、降低汽車自重和節(jié)能節(jié)材以及安全行駛等要求的發(fā)展趨勢(shì)。
目前，我國(guó)載重汽車車架的縱梁和橫梁