【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，，壓縮包內(nèi)文檔可直接點開預(yù)覽，需要原稿請自助充值下載，請見壓縮包內(nèi)的文件及預(yù)覽，所見才能所得，請細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：414951605或1304139763
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1 課題的提出
自卸汽車又稱翻斗車（tipper,dump car）,它是依靠自身動力驅(qū)動液壓舉升機(jī)構(gòu)，使貨箱具有自動傾卸貨物的能力和復(fù)位功能的一種重要專用汽車。自卸汽車主要運輸砂、石、土、垃圾、建材、煤炭、礦石、糧食、化肥和農(nóng)產(chǎn)品等散裝貨物。它具有以下多種分類方式:
1、按用途分類：公路運輸?shù)钠胀ㄗ孕盾?；非公路運輸?shù)闹匦妥孕盾?，主要用于礦區(qū)裝卸作業(yè)與大中型土建工程。
2、按最大總質(zhì)量級別分類：輕型自卸車（1.8-6噸）；中型自卸車（6噸-14噸）；重型自卸車（大于14噸）。
3、按傳動類型分類：機(jī)械傳動、液力機(jī)械傳動和電力傳動三種類型。
4、按卸貨方式分類：有后傾式、側(cè)傾卸式、三面卸式，以及貨廂升高后傾式等多種形式。其中以后傾式應(yīng)用最廣。
5、按傾卸機(jī)構(gòu)分類：直推式與連桿舉升式自卸車。直推式又可細(xì)分為前置式、后置式等。連桿式又可細(xì)分為液壓缸前推連桿式、液壓缸后推連桿式。
6、按車廂結(jié)構(gòu)分類：一面開啟式、三面開啟式與無后欄板式。
自卸車在土木工程中，常與挖掘機(jī)、裝載機(jī)、帶式輸送機(jī)等聯(lián)合作業(yè)，構(gòu)成裝、運、卸生產(chǎn)線，進(jìn)行土方，沙石、松散物料的裝載運輸。由于自卸車的裝載車廂能自動傾翻一定角度卸料，大大節(jié)省卸料時間和勞動力，縮短運輸周期，提高生產(chǎn)效率、降低運輸成本，并標(biāo)明裝載，是常用的運輸機(jī)械。自卸汽車自20世紀(jì)初出現(xiàn)以來，不斷發(fā)展，日趨完善，已成為當(dāng)今貨物運輸?shù)闹饕囕v之一。自卸汽車需求快速增長，銷量超過載貨汽車上升到第一位。主要原因是固定資產(chǎn)投資強(qiáng)勁增長，巨大的投資規(guī)模奠定了自卸車市場需求基礎(chǔ)；自卸汽車品種增加，不僅適應(yīng)和滿足施工需求，同時向運輸市場發(fā)展；自卸汽車保持較快發(fā)展，已成為公路運輸?shù)闹髁囆汀?
隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要不斷增加，自卸汽車產(chǎn)量近年來一直保持較高產(chǎn)銷量，在專用車綜合產(chǎn)量中保持領(lǐng)先位置，但在種類、型式、材料運用方面與國外還有一定的差距。
中型自卸車是隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，上世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的自卸運輸車輛，其最大總重量在6t-14t之間。國家和地方均出臺專門的法規(guī)對商用車尺寸、排放、車速等各方面性能進(jìn)行規(guī)范，從而促進(jìn)了中型自卸車的健康發(fā)展。自2001年11月10日起，中國正式成為WTO成員國，國內(nèi)市場逐漸開放。同時，我國亦確立了以擴(kuò)大內(nèi)需為主的經(jīng)濟(jì)政策，實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加大對基建項目的投資力度，農(nóng)林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商業(yè)運輸、交通、通訊、金融、機(jī)場、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、礦山、工地及般的十木工程等的運輸作業(yè)中型自卸車以其靈活機(jī)動、價格低廉的優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。
傾卸裝置是自卸汽車的主要結(jié)構(gòu)部分。其主要組成如下：
普通自卸汽車機(jī)構(gòu)組成圖如下圖1.1所示：
1-液壓傾卸操縱裝置；2-傾卸機(jī)構(gòu)；3-液壓油缸；4-拉桿；5-車廂；
6-后鉸鏈支座；7-安全撐桿；8-油箱；9-油泵10-傳動軸；11-取力器
圖1.1 普通自卸汽車結(jié)構(gòu)組成
在中型自卸車的設(shè)計當(dāng)中，液壓舉升機(jī)構(gòu)和車廂的設(shè)計一直處于重要的地位。這是因為液壓舉升機(jī)構(gòu)是自卸車的重要工作系統(tǒng)，其設(shè)計方案的優(yōu)劣直接影響著汽車的多個主要性能指標(biāo);對提高液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量和效率具有重要的意義。
非公路運輸自卸汽車主要應(yīng)用于大型礦山、水利工地等場所，運輸?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，但同時它也只能在礦山、工地上使用，而不得用于公路運輸。另一類是公路運輸用的輕、中、重型（裝載質(zhì)量在2～10t）普通自卸汽車。這種自卸車主要承擔(dān)著泥土、砂石、煤炭等松散貨物的運輸工作，它通常也是與裝載機(jī)械配套使用的。
隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，東風(fēng)尖頭140自卸汽車成為了公路運輸?shù)闹匾O(shè)備。城市建筑的增加，運輸?shù)缆返淖兓?，鐵路運輸效率降低，曲率半徑受到限制，爬坡能力低，很難適應(yīng)短途運輸?shù)囊?，從而為中型自卸車的發(fā)展提供了機(jī)遇。其中東風(fēng)尖頭140自卸汽車更是應(yīng)用廣泛。
東風(fēng)尖頭140自卸汽車隨著城市建筑規(guī)模的擴(kuò)大，裝載質(zhì)量的增大，多數(shù)自卸汽車經(jīng)常是滿載連續(xù)行駛，又需要連續(xù)制動，發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)滿負(fù)荷運行時間長，因此東風(fēng)尖頭140自卸汽車的使用可靠性要求很高，這也是其售價適中，銷售量很高的原因。
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)的一個主要手段就是變型設(shè)計，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，對其局部結(jié)構(gòu)、尺寸或配置進(jìn)行一定范圍內(nèi)的變動和調(diào)整，以此快速形成適應(yīng)市場需求的新產(chǎn)品。
自卸汽車是以發(fā)動機(jī)為動力，經(jīng)過變速器的取力機(jī)構(gòu)和液壓傾卸裝置，進(jìn)行車廂自動傾卸，從而實現(xiàn)自動卸貨的一種車輛。因其短途卸載方便，動力性、機(jī)動性均較好，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，用來搬運巖石，廢土，煤，沙子等物資。
當(dāng)今汽車工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的日益加快。汽車產(chǎn)品開發(fā)的一個主要手段就是變型設(shè)計，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，對其局部結(jié)構(gòu)、尺寸或配置進(jìn)行一定范圍內(nèi)的變動和調(diào)整，以此快速形成適應(yīng)市場需求的新產(chǎn)品。
東風(fēng)尖頭140自卸汽車是一種專用汽車，技術(shù)要求適中，社會需求量高。過去很長一段時間，國內(nèi)卸汽車生產(chǎn)廠家主要靠引進(jìn)國外車型，通過仿制和部分改造開發(fā)自己的新車型。隨著設(shè)計水平和生產(chǎn)能力逐漸提高，部分自卸汽車生產(chǎn)廠家開始與高校等科研機(jī)構(gòu)合作，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自卸汽車。如北京首鋼重型汽車制造廠與北京科技大學(xué)合作，開發(fā)的SGA3550型礦用自卸汽車。
在 SGA3550型自卸汽車樣機(jī)裝配過程中，發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計上的失誤，造成部分零件的返工，延長了樣機(jī)制作時間。可見，有必要采用新的設(shè)計方法，如國外部分自卸汽車生產(chǎn)廠家采用的虛擬樣機(jī)技術(shù)，保證整車一次裝配成功，減少甚至避免零件的返工，縮短新車型的研制時間，降低研制成本，提高整車性能。自卸汽車液壓系統(tǒng)是自卸汽車重要組成部分，液壓系統(tǒng)性能好壞直接影響整車的工作性能和可靠性。
本課題在滿足設(shè)計要求下，對東風(fēng)尖頭140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，并為進(jìn)一步研究整車的計算機(jī)輔助設(shè)計提供經(jīng)驗，進(jìn)而提高自卸汽車產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。同時，也希望能為推廣虛擬樣機(jī)等先進(jìn)CAD技術(shù)的應(yīng)用，以及為提高我國專用汽車的設(shè)計水平進(jìn)行一些有益的探索。
1.3 自卸汽車國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢
我國專用車市場“蛋糕”將越做越大。去年以來，我國專用車市場取得較好的經(jīng)營業(yè)績，全國395家改裝車企業(yè)改裝汽車23.06萬輛，銷售23.05萬輛?？蛙嚫难b量最大，共改裝103492萬輛，占總量的44.88％；載貨汽車44870輛，占總量的19.46％；自卸汽車27125輛，占總量的11.76％；廂式、罐式等專用車銷售40966輛，占總量的17.77％。今年1～8月份，各類專用車銷售均有較大增幅，樂觀估計今年全年專用車產(chǎn)銷將達(dá)30萬輛。
通過數(shù)字來看，去年一年銷售專用車達(dá)23萬輛，結(jié)合我國道路、經(jīng)濟(jì)等實際情況，應(yīng)該說數(shù)量還是比較可觀的。但是問題就在于395家改裝企業(yè)才生產(chǎn)23萬輛?？梢钥闯?，我國汽車改裝企業(yè)和汽車制造一樣，存在著規(guī)模小、技術(shù)落后、生產(chǎn)點過多等問題。
從改裝車生產(chǎn)分布地區(qū)來看，也存在較大不均衡性。江蘇、河北、安徽、河南等8個省去年產(chǎn)量之和約占總產(chǎn)量的75％，其他21個省僅占總產(chǎn)量的25％。地域的不均衡性也顯示出專用車市場前景看好。
目前，我國改裝車市場最大銷售量約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，我國改裝車品種較少，僅有400多個品種。那么，未來改裝車市場到底是什么市場呢？肯定地說，應(yīng)該向多品種、高、精、尖方向發(fā)展。
這種發(fā)展方向除了我國公路條件改善外，還和我國公路貨物運輸市場息息相關(guān)。目前，我國公路貨運市場的主體依然是以個體戶為主，公路貨運甚至還談不上物流管理，具有運輸成本高、隨意性大、服務(wù)沒有保證等特點。隨著我國加入世界貿(mào)易組織，這種格局將要逐步被打破。我國汽車工業(yè)保護(hù)期只有五年，但是公路貨運市場卻可以向外資開放?？鐕锪鞴菊⒁曧耥穸⒅袊坟涍\這塊大市場。這場戰(zhàn)斗誰是贏者，不言自明。集團(tuán)化貨運市場對卡車的個性化要求將越來越高，同時需求數(shù)量也將越來越大?？梢院敛豢鋸埖卣f，未來的卡車發(fā)展方向?qū)⑹菍Ｓ密嚒?
美國等發(fā)達(dá)國家專用車市場十分巨大，專用車具有品種多、技術(shù)含金量高等特點。就專用車品種而言，美國就有5000多個品種，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，我國專用車市場最終是向多品種、高精尖的方向發(fā)展。尤其是隨著我國公路運輸主體的逐漸變化，將加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化和技術(shù)的升級。
我國自卸汽車生產(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)械傳動式自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)集團(tuán)。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，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和交通環(huán)境的改善，各行業(yè)對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]。
國外自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀(jì)30年代，比我國早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，各國更是不斷采用先進(jìn)技術(shù)，其主要表現(xiàn)以下幾個方面：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；廣泛采用計算機(jī)輔助設(shè)計，以提高設(shè)計的質(zhì)量和縮短設(shè)計研制的周期；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)、液壓手動控制式尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)等, 這些機(jī)構(gòu)各有特點, 在運輸自卸車中被廣泛使用。國內(nèi)使用的自卸車車箱大部分使用16Mn制造而成。其特點是鋼板厚, 車箱沉重, 截面一般呈方形, 邊板和底板有很多的加強(qiáng)筋。16Mn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HARDOX耐磨鋼板材料, 與傳統(tǒng)的方形車箱有著很大的區(qū)別, 其特點是橫截面呈U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16Mn的三倍以上, 并且具有較高的硬度和沖擊韌性。在設(shè)計裝載量相同的情況下, 用HARDOX鋼板制造的車箱與16Mn用制造的車箱相比, 板材厚度更薄, 且不需要加強(qiáng)筋。據(jù)國外的一些廠家反饋, 車箱使用HARDOX鋼板后, 重量能減少很多。
作為專用車輛的東風(fēng)尖頭140自卸汽車，幾十年來在國內(nèi)獲得迅速發(fā)展與普及，至今其保留量大約占專用汽車的25%，并且日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。東風(fēng)尖頭140自卸汽車有兩個比較顯著的發(fā)展趨勢：穩(wěn)定化和智能化。
對于自卸汽車，一般不專門作底盤設(shè)計，而是用具有相同裝載質(zhì)量的載貨汽車底盤進(jìn)行改裝。因此，自卸汽車的設(shè)計主要是舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計，舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量是影響自卸汽車使用性能的關(guān)鍵因素。
雖然舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車的關(guān)鍵部件，但是很多廠家在進(jìn)行舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計時所采用的方法還比較落后，其主要方法是對于不同裝載質(zhì)量的自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)有自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的大小，憑經(jīng)驗按照一定的比例加大或縮小相應(yīng)構(gòu)件的尺寸設(shè)計成的，這就是傳統(tǒng)的經(jīng)驗類比法。采用這種設(shè)計方法，由于舉升機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)構(gòu)鉸點位置布置的復(fù)雜性等問題，所以在決定實際結(jié)構(gòu)時往往取較大的安全系數(shù)，結(jié)果是材料的潛力不能充分發(fā)揮，產(chǎn)品性能也難以發(fā)揮。只能靠一次次的設(shè)計實驗來改進(jìn)，這樣設(shè)計出的舉升機(jī)構(gòu)必然存在許多不合理的因素，影響自卸汽車舉升性能的提高，也必然導(dǎo)致設(shè)計制造周期長，成本高。因此，要先獲得良好工作性能的舉升機(jī)構(gòu)，就必須從根本上改進(jìn)設(shè)計手段和方法，提高舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。.電子計算機(jī)的發(fā)展為此提供了有利條件，以計算機(jī)為輔助手段的計算機(jī)輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計軟件及計算機(jī)圖形學(xué)，使得自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計成為現(xiàn)實，這一設(shè)計上的巨大進(jìn)步帶來的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的[1]。
中型專用汽車在專用汽車中所占的比例繼續(xù)上升，與此同時，中型專用汽車在汽車市場中所占份額也將繼續(xù)提高，預(yù)計幾年內(nèi)將超過普通重型車所占的市場份額；專用車需求進(jìn)一步向?qū)I(yè)化高技術(shù)含量發(fā)展，專用車生產(chǎn)向柔性化、自動化方向發(fā)展，產(chǎn)品配套國際化、模塊化；市場競爭更趨激烈，具有較強(qiáng)市場應(yīng)變能力的企業(yè)將不斷發(fā)展壯大，而應(yīng)變能力較差的企業(yè)將逐步被市場所淘汰；我國專用汽車企業(yè)的勞動力優(yōu)勢與國外專用汽車企業(yè)的資金優(yōu)勢將逐步弱化，競爭力主要體現(xiàn)在企業(yè)的創(chuàng)新能力和市場應(yīng)變能力；重型專用汽車產(chǎn)量集中度相對提高，逐步形成行業(yè)內(nèi)的知名企業(yè)。
隨著計算機(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)計問題，形成了工程設(shè)計的新理論和新方法，即工程優(yōu)化設(shè)計理論與方法。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、日等國家，汽車優(yōu)化設(shè)計理論和方法已應(yīng)用于汽車諸多領(lǐng)域的很多環(huán)節(jié)，從汽車發(fā)動機(jī)、底盤、車身等主要總成的優(yōu)化到整車動力傳動系統(tǒng)的匹配，優(yōu)化設(shè)計使他們的汽車工業(yè)保持了世界領(lǐng)先地位。
1.4 研究的內(nèi)容
專用汽車與普通汽車的區(qū)別主要是改裝了具有專用功能的上裝部分，能完成某些特殊的運輸和作業(yè)功能。因此在設(shè)計上，除了要滿足基本型汽車的性能要求外，還要滿足專用功能的要求，這就形成了其自身特點，概括如下：
1、 專用汽車設(shè)計多選用定型的基本型汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計
這首先就需要了解國內(nèi)外汽車產(chǎn)品，特別是貨車產(chǎn)品的生產(chǎn)情況、底盤規(guī)格、供貨渠道、銷售價格及相關(guān)資料等。然后根據(jù)所設(shè)計的專用汽車的功能和性能指標(biāo)要求，在功率匹配、動力輸出、傳動方式、外形尺寸、軸載質(zhì)量、購置成本等方面進(jìn)行分析比較，優(yōu)選出一種基本型汽車底盤作為專用汽車改裝設(shè)計的底盤。能否選到一種好的汽車底盤，是能否設(shè)計出一種好的專用汽車的前提。對于不能直接采用二類底盤或三類底盤進(jìn)行改裝的專用汽車，也應(yīng)盡量選用定型的汽車總成和部件進(jìn)行設(shè)計，以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和提高產(chǎn)品的可靠性。
2、專用汽車設(shè)計的主要工作是總體布置和專用工作裝置匹配
設(shè)計時既要保證專用功能滿足其性能要求，也要考慮汽車底盤的基本性能不受到影響。在必要時，可適當(dāng)降低汽車底盤的某些性能指標(biāo)，以滿足實現(xiàn)某些專用工作裝置性能的要求。
3、針對專用汽車品種多、批量少的生產(chǎn)持點
專用汽車設(shè)計應(yīng)考慮產(chǎn)品的系列化，以便根據(jù)不同用戶的需要而能很快的進(jìn)行產(chǎn)品變型。對專用汽車零部件的設(shè)計，應(yīng)按“三化”的要求進(jìn)行，最大限度地選用標(biāo)難件，或選用已經(jīng)定型產(chǎn)品的零部件，盡量減少自制件。
4、對專用汽車自制件的設(shè)計，應(yīng)遵循單件或小批量的生產(chǎn)持點工的可能性。
5、對專用汽車工作裝置中的某些核心部件和總成
如各種水泵、油泵、氣泵、空壓機(jī)及各種閥等，要從專業(yè)生產(chǎn)廠家中優(yōu)選。因?qū)Ｓ闷噷ｍ椬鳂I(yè)性能的好壞，主要決定干這些部件的性能和可靠性。
6、在普通汽車底盤上改裝的專用汽車，底盤受載情況可能與原設(shè)計不同，因此要對一些重要的總成結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
7、專用汽車設(shè)計應(yīng)滿足有關(guān)機(jī)動車輛公路交通安全法規(guī)的要求
8、某些專用汽車可能會在很惡劣的環(huán)境下工作，其使用條件復(fù)雜，要了解和掌握國家及行業(yè)相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，使專用汽車有良好的適應(yīng)性，工作可靠，是要設(shè)安全性裝置。
由于專用汽車種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用面廣、開發(fā)期短等待點，所以專用汽車設(shè)計人員既要具備汽車設(shè)計的知識相能力．向時也要掌握專用汽車各種不同工作裝置的原理與設(shè)計計算。此外專用汽車設(shè)計人員還需要對用戶的要求，市場動態(tài)有充分的了解，這樣設(shè)計的產(chǎn)品才能在性能上先進(jìn)，在市場上適銷對路，在使用上滿足用戶的要求。
隨著中型自卸車變得越來越重要，則有關(guān)它的設(shè)計領(lǐng)域也變得日益重要起來。它的總體設(shè)計程序與載貨車基本相近。在此基礎(chǔ)上擬定設(shè)計原則，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)計階段。
綜上所述，專用汽車的設(shè)計有其自身的特點和要求，既要滿足汽車設(shè)計的一般要求。同時又要獲得好的專用性能。這就要求汽車和專用工作裝置合理匹配，構(gòu)成一個協(xié)調(diào)的整體，使汽車的基本性能和專用功能都得到充分發(fā)揮[2]。
第2章 整車參數(shù)的確定及校核
2.1二類底盤的選擇及校核
目前，改裝專用汽車選用的底盤主要是二類或三類汽車底盤，也有為某些專用汽車設(shè)計的專用底盤。汽車底盤的選擇或設(shè)計專用底盤主要根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形尺寸、動力匹配等來決定。
我國對于常規(guī)的廂式車、罐式車、自卸車等通常是采用二類汽車底盤改裝設(shè)計。這是目前專用汽車設(shè)計中選用底盤型式最多的一種。所謂二類汽車底盤，即在基本型整車的基礎(chǔ)上去掉貨箱。在改裝設(shè)計的總布置時，在沒有貨箱的汽車底盤上，加裝所需的工作裝置或特種車身。采用二類汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計工作的重點是整車總體布置和工作裝置設(shè)計。在設(shè)計時若嚴(yán)格控制了整車總質(zhì)量、軸載質(zhì)量分配、質(zhì)心高度位置等，則基本上能保持原車型的主要性能。但是，還要對改裝后的整車重新作出性能分析和計算。
對客車、客貨兩用車、廂式貨車等則通常采用三類汽車底盤改裝設(shè)計。所謂三類汽車底盤，—般是在基本型車的基礎(chǔ)上，去掉貨箱和駕駛室。近年來，我國乘用車發(fā)展很快，對乘用車使用性能的要求也在不斷提高，再用原來的三類汽車底盤改裝的客車已越來越不受歡迎。因此，各類專用客車底盤應(yīng)運而生。這些專用客車底盤的基本特點是利用基本型總成，按客車性能要求更新進(jìn)行整車布置，更新設(shè)計懸架系統(tǒng)。這種底盤不僅在質(zhì)心位置、整車性能特別是平順性方面有很大的變化，而且在傳動系統(tǒng)和動力匹配、以及制動系統(tǒng)等總成方面也有較大的改裝設(shè)計。
目前在用普通汽車底盤作改裝設(shè)計時。把更換了發(fā)動機(jī)的底盤，如將汽油發(fā)動機(jī)改換成柴油發(fā)動機(jī)．亦當(dāng)作三類底盤處理[3]。
在專用汽車底盤或總成選型方面，一般應(yīng)滿足下述要求：
1)適用性
對貨運車用的總成應(yīng)適應(yīng)貨運要求，保證貨運安全無損；對乘用車用的總成應(yīng)適于乘客的需要．達(dá)到乘座安全舒適；對各種專用改裝車的總成應(yīng)適于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標(biāo)進(jìn)行改裝選型設(shè)計。
2)可靠性
所選用的各總成工作應(yīng)可靠，出現(xiàn)故障的幾率少，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽命，且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨于均衡
3)先進(jìn)性
所選用的底盤或總成。應(yīng)使整車在動力性、經(jīng)濟(jì)性、制動性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平。而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
4)方便性
所選用的各總成要便于安裝、檢查、保養(yǎng)和維修。處理好結(jié)構(gòu)緊湊與裝配調(diào)試空間合理的矛盾。在選用專用汽車底盤時，除了上述因素外，還有以下兩個很重要的方面：一是汽車底盤價格，它是專用汽車購置成本小很大約部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產(chǎn)品能否很快地占有市場、企業(yè)能否增加效益等問題。二是汽車底盤供貨要有來源，要同生產(chǎn)汽車底盤的主機(jī)廠有明確的協(xié)議或合同，無論汽車底盤滯銷或緊俏，一定要按時將底盤供貨。
綜上所述，本文改裝的自卸車選擇EQ3092FJ底盤。
2.1.1 整車尺寸參數(shù)的確定
承擔(dān)公路運輸?shù)钠胀ㄗ孕盾囃ǔＪ怯赏N貨車變型設(shè)計而成。其總體設(shè)計程序與載貨車相近。首先，進(jìn)行一系列的市場調(diào)研和同類車型資料的收集分析，摸清產(chǎn)品主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，了解有關(guān)設(shè)計法規(guī)等。在此基礎(chǔ)上擬定設(shè)計原則，協(xié)調(diào)使用、制造與經(jīng)濟(jì)三方矛盾，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)計階段。
在技術(shù)設(shè)計階段，首先進(jìn)行自卸車結(jié)構(gòu)選型，確定舉升機(jī)構(gòu)類型與貨廂結(jié)構(gòu)形式，然后選擇自卸車總布置主要參數(shù)。
東風(fēng)尖頭140自卸汽車是選擇EQ3092FJ型自卸車底盤，利用該車發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動液壓舉升機(jī)構(gòu)取力器-傳動軸-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4.3t，是適用于公路運輸?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)。該自卸汽車主要由車廂、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kg
4300
整備質(zhì)量kg
5255
軸距mm
3950
輪距（前∕后）mm
1810∕1800
前懸 mm
1065
后懸 mm
1485
接近角
離去角
貨箱尺寸mm
傾斜時間（舉升∕落下）
15s∕13s
最大舉升角
總質(zhì)量kg
9750
最高車速（km∕h）
85
額定裝載質(zhì)量是自卸汽車的基本使用性能參數(shù)之一?？紤]到廠家的額定裝載質(zhì)量的合理分級，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[3]。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)計的重要設(shè)計參數(shù)之一。
整備質(zhì)量： 5255kg；
裝載質(zhì)量： 選取4300kg；
駕駛員質(zhì)量：65kg/人，額定載員3人，kg；
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: =5255+4300+195kg=9750Kg
貨廂最大舉升角是當(dāng)貨廂舉升角是當(dāng)貨廂舉升至設(shè)計極限位置時，貨廂底部與車架平面之夾角。它取決于常運貨物靜安息角的大小。多數(shù)貨物靜安息角在40—45范圍。故為保證卸貨干凈，一般自卸車最大舉升角常取50—60。此外，尚應(yīng)注意在最大舉升角時，車廂后板下垂最低點與地面保持一定卸貨高度。舉升時間指滿載時從開始舉升至最大舉升角所需時間。降落時間系指空載時貨廂從最大舉升角降至車架的時間。此兩項參數(shù)太長將影響運輸生產(chǎn)率；太短又勢必增大液壓系統(tǒng)負(fù)荷。故一般設(shè)計舉升時間要求為15s-25s，降落時間要求為8s-15s[4]。
2.1.2總體布局的設(shè)計
專用車的總體布局要滿足車輛自身的質(zhì)量及專用車的特殊用途。東風(fēng)尖頭140自卸汽車的總體布局要求各部滿足國家標(biāo)準(zhǔn)及使用安全，各個部件間要滿足配合要求，尤其是車廂及舉升機(jī)構(gòu)的布局要使自身車輛使用方便，美觀。
2.1.3取力器布置方案的選定
取力器，除少數(shù)專用汽車的工作裝置因考慮工作的可靠性和特殊要求而配備專門動力驅(qū)動外（例如部分冷藏汽車的的制冷系統(tǒng)），絕大多數(shù)專用汽車上的的專用設(shè)備都是以汽車自身的發(fā)動機(jī)為動力源。
各類專用汽車的專用工作裝置的動力來源，主要由汽車發(fā)動機(jī)提供。取力器就是其中一種動力輸出的專用裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)從發(fā)動機(jī)取出部分功率，用于驅(qū)動各類液壓泵、真空泵、空壓機(jī)以及各類專用汽車工作機(jī)械。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力驅(qū)動外，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)動機(jī)為動力源，經(jīng)過取力器，用來驅(qū)動齒輪液壓泵、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)計和制造方面顯得尤為重要。 根據(jù)取力器相對于汽車底盤變速器的位置，取力器的取力方式可分為前置、中置和后置三種基本型式，每一種基本形式又包括若干種具體的結(jié)構(gòu)[5]。
常見的取力方式分類：
下面著重介紹幾種常用的取力方式：
1）發(fā)動機(jī)前端取力
發(fā)動機(jī)前端取力是一種常用的形式，一般是有正時齒輪室或由發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇，水泵的皮帶輪輸出。
圖2.1是有一種發(fā)動機(jī)前端取力的布置方式，取力后用來驅(qū)動混凝土攪拌運輸車的滾筒。這種取力方式適用于有普通長頭式汽車底盤改裝的專用車輛。由于該取力方式的取力器到裝用裝置的距離太長，且需要轉(zhuǎn)換傳動方向，若采用機(jī)械傳動其機(jī)構(gòu)就很復(fù)雜，因此一般采用液力傳動。
圖2.1 發(fā)動機(jī)前端取力
2）夾鉗式取力
圖2.2是飛輪前端取力的布置方案，在飛輪前端的曲軸齒輪通過中間軸齒輪帶動取力器齒輪，從而驅(qū)動取力器的輸出軸。這種取力方式的有點是不受主離合器的控制，但因改變了曲軸末端的結(jié)構(gòu)，對其平衡發(fā)動機(jī)制造會有一些影響。這種布置在機(jī)場消防中應(yīng)用較多。
1—發(fā)動機(jī) 2—取力器 3—水泵離合器 4—高壓水泵 5—變速器 6—離合器
圖2.2夾鉗式取力
3）發(fā)動機(jī)后端取力
如圖2.3所示，這種取力方式類似飛輪前端取力，取力器不受主離合器的控制，但區(qū)里齒輪位于主離合器之后。這種取力方式常用于有平頭式汽車底盤改裝的大、中、型混凝土攪拌運輸車，取力器到滾筒的距離較短，因而傳動系統(tǒng)簡單，傳動效率較高。
1—閥 2—液壓泵 3—取力器輸出 4—變速器 5—發(fā)動機(jī)曲軸及飛輪
圖2.3發(fā)動機(jī)后端取力的傳動路線
4）變速器上蓋取力
這種布置方案是改制原變速器的上蓋，將取力器置于變速器之上，用一個惰輪和變速器的第一軸輸人齒輪常嚙合，再由該惰輪將動力傳給取力器的輸出軸，固需改制原變速器頂蓋，如圖2.4所示。這種取力方式亦具有和發(fā)動機(jī)同轉(zhuǎn)速輸出的特點，因而適合于需要高轉(zhuǎn)速輸入的工作裝置，如自卸車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。
1—齒輪軸 2—離合器套 3—花鍵軸 4—蝸桿 5—渦輪 6—離合手柄 7—法蘭
8—變速器第一軸 9—撥叉 10—拉桿 11—取力器殼體 12—惰性齒輪13—小齒輪
圖2.4變速器上蓋取力器
5）變速器后端蓋取力
1—發(fā)動機(jī) 2—離合器 3—變速箱 4—取力器 5—汽車傳動軸
圖2.5變速器后蓋取力示意圖
如圖2.5為一種變速器后端蓋取力傳動示意圖。動力有中間軸直接取出，并在中軸的后端蓋處輸出。
6）變速器側(cè)蓋取力
圖2.6變速器側(cè)蓋取力器
1-氣缸；2-活塞；3、4-O型封圈；5-活塞桿；6-彈簧；7-撥叉；8-滑動齒輪；9-接合齒輪；10-油封；11-輸出軸；12-滾針軸承；13-中間齒輪；14-外殼；15-定位銷；16-十字軸；17、21-傳動軸；18-泵架；19-彈性柱銷聯(lián)軸節(jié)；20-液壓泵；22-連接套筒
根據(jù)所選二類底盤的特點，本次設(shè)計采用發(fā)動機(jī)前端取力的方式。
2.1.4整車性能分析
自卸車的整車性能分析也很重要,下面是對自卸車的各項性能進(jìn)行了逐一分析,確保自卸車在使用過程中安全可靠。
一．汽車動力性能分析
1.基本參數(shù)確定
發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化的二條重要特性曲線，為非線形曲線。工程實踐表明，可用二次三相式來描述汽車發(fā)動機(jī)的的外特性，即
（2.1）
式中 ——發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(N·m);
——發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速(r/min);
a、b、c——待定系數(shù)，由具體的外特性曲線決定。
根據(jù)外特性數(shù)值建立外特性方程式
如果已知發(fā)動機(jī)的外特性，則可利用拉格朗日三點插值法求出公式中的三個待定系數(shù)的a、b、c。在外特性曲線上取三點，即、、、及、，依拉氏插值三項式有
(2.2)
將上式展開，按冪次高低合并，即可得三個三個待定系數(shù)為：
（2.3）
(2.4)
（2.5）
因為不知道外特性曲線圖，故按經(jīng)驗公式擬合外特性方程式。
如果沒有所要發(fā)動機(jī)的外特性，但從發(fā)動機(jī)銘牌上知道該發(fā)動機(jī)的最大輸出功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速和該發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速時，可用下列經(jīng)驗公式來描述發(fā)動機(jī)的外特性：
（2.6）
式中 ——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩（N·m）,取283N·m；
——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速（r/min），2667r/min；
——發(fā)動機(jī)最大輸出功率時的轉(zhuǎn)速（r/min）,4000r/min；
——發(fā)動機(jī)最大輸出功率時的轉(zhuǎn)矩（N·m）。
=9550×99÷4000=236.36N·m
由上述公式可得：
所以a=-2.62×10-5 ；b=0.14；c=96.3.
2.汽車的行駛方程式
自卸車在直線行駛時，驅(qū)動力和行駛阻力之間的關(guān)系式如下： （2.7）
式中: ——驅(qū)動力； ——滾動阻力；——空氣阻力；——坡度阻力；
——加速阻力。
1）驅(qū)動力的計算
自卸車在地面行駛時受到發(fā)動機(jī)限制所能產(chǎn)生的驅(qū)動力與發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：
（2.8）
式中 ——變速器某一擋的傳動比，分別為4.65,3.42,2.51,1.85,1.36：
——主減速器傳動比，6.28；
——傳動系統(tǒng)某一擋的機(jī)械效率，0.87；
——驅(qū)動輪的動力半徑,0.469m；
——發(fā)動機(jī)外特性修正系數(shù)，按GB標(biāo)準(zhǔn)試驗中μ=0.85。
2）滾動阻力的計算
自卸車的滾動阻力的計算公式為：
（2.9）
式中 ——汽車的總質(zhì)量，9750kg；
——道路坡度角,16.7。；
——滾動阻力系數(shù)，0.02。
滾動阻力系數(shù)取決于輪胎的結(jié)構(gòu)形式及氣壓、車輛的行駛速度、路面條件等因素。當(dāng)車速在km/h以下時，可取常數(shù)；當(dāng)車速超過km/h時，可用經(jīng)驗公式來求得[7]。（式中、、分別為常數(shù)項、比例系數(shù)、道路清障車行駛的速度）
3）坡道阻力的計算
汽車上坡行駛時，整車重力沿坡道的分力為坡道阻力，其計算公式為：
（2.10）
4)空氣阻力的計算
汽車的空氣阻力與車速的平方成反比，即：
（2.11）
式中 ——空氣阻力系數(shù)，0.85；
——迎風(fēng)面積（m2），4.7m2。
5)加速阻力的計算
加速阻力是汽車加速行駛時所需克服的慣性阻力計算公式為：
（2.12）
式中 ——汽車加速度（m/s2）；
——汽車整備質(zhì)量（kg）；
——傳統(tǒng)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，0.03～0.05。
的計算公式為：
（2.13）
式中 ——車輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；
——發(fā)動機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；
——車輪的滾動半徑（m）。
進(jìn)行動力性計算時，若、的值不確定，則可按下述經(jīng)驗公式估算值：
（2.14）
式中 。低擋時取上限，高檔時取下限。
將式（2.8）、（2.9）、（2.10）、（2.11）、（2.12）綜合，得： （2.15）
又因為 （2.16）
將式（2.16）代入（2.15）中得：
（2.17）
式中：
3 .汽車最高車速的確定
當(dāng)汽車以直接擋行使時有公式：
=—1.9398
=87.005
= 1284.28
=—95550
=1031.52
表2.2汽車參數(shù)
名稱
符號
數(shù)值與單位
發(fā)動機(jī)最大功率
99kw
發(fā)動機(jī)最大功率時的轉(zhuǎn)速
4000r/min
發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
283N·m
發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速
2667 r/min
車輪動力半徑
0.483 m
車輪滾動半徑
r
0.469 m
主減速比
6.278
汽車迎風(fēng)面積
4.7m2
汽車滿載總質(zhì)量
9750kg
表2.3 各檔位時的系數(shù)A、B、C1、C2和D的計算結(jié)果
檔位
1
-66..448
1021.25
4391.09
-95550
1244.21
2
-43.144
725.68
3229.57
-95550
1211.20
3
-20.621
544.37
2370.24
-95550
1154.61
4
-8.978
206.27
1746.99
-95550
1098.47
5
-1.9398
87.005
1284.28
-95550
1031.52
二． 燃油經(jīng)濟(jì)性計算
專用汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性通常用車輛在水平的混凝土或瀝青路面上，以經(jīng)濟(jì)車速v滿載行駛的百公里油耗量來評價，百公里油耗，單位L/100km?？梢愿鶕?jù)發(fā)動機(jī)萬有特性來計算。根據(jù)和的計算值，在萬有特性圖上查出有效燃油消耗率（g/kW·h），再利用下式計算百公里燃油消耗量（kg/100km）：
(L/100km) (2.18)
式中：——燃油的密度，（kg/L）。汽油可取=6.96N/L～7.15N/L；柴油可取=7.94N/L～8.13N/L[8]。 自卸車的最高車速為85km/h,
則 =4104.54r/min
在經(jīng)濟(jì)車速下發(fā)動機(jī)功率為:
=99.65KW
由（2.18）式得：
=18.56L/100km
三 .整車穩(wěn)定性分析
行駛穩(wěn)定是保證自卸車安全的一項重要性能指標(biāo)。因此，設(shè)計時要對自卸車空載質(zhì)心高度、空載側(cè)傾角和最小轉(zhuǎn)彎直徑進(jìn)行了計算，保證行駛的安全性[9]。
計算時可根據(jù)已有的資料，或利用試驗結(jié)果，也可用計算方法來確定專用車各總成的質(zhì)量及其質(zhì)心位置坐標(biāo)，然后按照力矩平衡方程式，求出整車的質(zhì)心位置。
針對東風(fēng)尖頭140自卸車已有的資料，又因輪距為3950mm ，可得 重心離地高度為m。
自卸車空載的側(cè)傾角是評價整車穩(wěn)定性的重要參數(shù)。如圖2.7所示。
自卸車空載側(cè)傾角的計算公式為
（2.19）
B——車輪外側(cè)傾翻點寬度 ，為2460mm;
h——自卸車質(zhì)心高度，為1893mm；
則 38。
根據(jù)規(guī)定，自卸車空載側(cè)傾角應(yīng)大于等于，故設(shè)計滿足側(cè)向穩(wěn)定性條件。
圖2.7自卸車側(cè)傾角
在計算本設(shè)計的自卸車的最小轉(zhuǎn)彎直徑時，取自卸車的轉(zhuǎn)彎極限位置計算。如圖
2.8所示圖例，由此自卸車的最小轉(zhuǎn)彎半徑:
R=4.2 （2.20）
故計算最小轉(zhuǎn)彎直徑:D=8.4m
由與所選底盤的最小轉(zhuǎn)彎直徑為16m，圖2.8的極限位置打不到，所以汽車的轉(zhuǎn)彎直徑為16m。
圖2.8最小轉(zhuǎn)彎半徑
2.2本章小結(jié).
本章分別從整車動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、最大托舉重量的穩(wěn)定性等幾個方面，對改裝后的自卸車進(jìn)行了合理性的性能計算分析。從計算分析的結(jié)果可以看出，該設(shè)計方案滿足各方面的性能要求。
第3章 液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計
3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)時應(yīng)滿足的性能
對于液壓舉升機(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)計過程中應(yīng)滿足以下功能：
1、較強(qiáng)的免維護(hù)性
2、良好的動力性
舉升機(jī)構(gòu)作為自卸車卸料時的動力來源，為保證卸料順利完成，要求其必須具有良好的動力性能。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)在傾卸貨物時具有較好的平穩(wěn)性，不得有較大的動力沖擊，降低沖擊力對機(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
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間（對此國家規(guī)定了時間限值）；貨箱被舉升機(jī)構(gòu)舉升到最大轉(zhuǎn)角時，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
自卸車多數(shù)是大噸位的工程運輸車輛，其裝載工具多為大型裝載機(jī)械。為了裝載方便，自卸車的貨箱布置位置一般較低，同時又要考慮到自卸車的工作環(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按設(shè)計者的意圖順利轉(zhuǎn)動，不得出現(xiàn)傳動角小于許用傳動角的情況，更不能有死點位置的存在。
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，這種方法存在效率低、工作量大以及設(shè)計方案難以達(dá)到最優(yōu)的缺點，設(shè)計方案難以同時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)市場的需求。同時由于設(shè)計手段的落后，設(shè)計周期長，產(chǎn)品投放市場遲緩，不能適應(yīng)市場多變的要求。因此借助計算機(jī)技術(shù)，運用最優(yōu)化方法，改善液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計手段和方法，快速、高效、保值、保量完成液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計，適應(yīng)市場競爭的需求，意義重大，有著重大的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。
3.2 舉升系統(tǒng)性能主要評價參數(shù)
自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動，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，以及對液壓系統(tǒng)的要求兩方面。液壓舉升機(jī)構(gòu)的性能評價參數(shù)有如下幾方面：
1、舉升力系數(shù)K
舉升力系數(shù)是評價液壓舉升機(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，舉升油缸的最大伸長量。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數(shù)，降低制造成本，同時舉升機(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度和舉升缸的初始方位角。舉升缸初始安裝長度越小，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時的角度，為松散物滑動角，一般為30～40度。松散物安息角和滑動角是評價松散物流動特性的一個重要指標(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)是油壓波動很小，但對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，在每一級油缸伸出瞬時缸內(nèi)油壓都有一個沖擊。設(shè)計時，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，因此能耗量是評價舉升機(jī)構(gòu)性能好壞的一個次要參數(shù)。
上述六個性能參數(shù)構(gòu)成了對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合評價的基本指標(biāo)。
3.3 液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的確定
3.3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)簡述
普通自卸汽車和專用自卸汽車設(shè)計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)計舉升機(jī)構(gòu)，使汽車具有自卸功能。舉升機(jī)構(gòu)是實現(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)計中最為重要的部分。
舉升機(jī)構(gòu)種類繁多，設(shè)計方法也不盡相同。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)布局簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長，故一般要求采用單作用的2級或3級伸縮式套筒油缸.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，舉升時貨箱橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長；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，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 油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu)
上面各種機(jī)構(gòu)各有優(yōu)缺點，使用時根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇。相對來說，直推式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計較為簡單，而連桿組合式的設(shè)計較為復(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)布置簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高，但液壓油缸工作行程長，因此，一般要求采用單作用的2級或多級伸縮式套筒油缸。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。
表3.2推動式和連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較
項目 類別
直推式
連桿組合式
結(jié)構(gòu)布置
簡單，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
多級缸，加工精度高，工藝性差
單級缸，制造簡便，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
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。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EC、拉桿BD和三角臂ABC構(gòu)成。點O是車廂與副梁的鉸接點。工作時油缸充油，使油缸EC伸長，三角臂ABC和拉桿BD隨著轉(zhuǎn)動并升高，舉升車廂，使其繞O點傾翻。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)生運動干涉，可協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)。用作圖法初選各鉸支點的位置及各構(gòu)件的幾何尺寸。
圖3.7機(jī)構(gòu)設(shè)計示意圖
3.4.1 舉升機(jī)構(gòu)安裝位置的設(shè)計
1