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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 目 錄 摘要 Abstract 第 1 章 緒論 3 1 1 課題的提出 3 1 2 專用汽車設(shè)計特點 5 1 3 課題的實際意義 6 1 4 國內(nèi)外自卸汽車的發(fā)展概況 7 第 2 章 輕型自卸車主要性能參數(shù)的選擇 10 2 1 整車尺寸參數(shù)的確定 10 2 2 質(zhì)量參數(shù)的確定 10 2 3 其它性能參數(shù) 12 2 4 本章小結(jié) 12 第 3 章 自卸車車廂的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 13 3 1 自卸汽車車廂的結(jié)構(gòu)形式 13 3 1 1 車廂的結(jié)構(gòu)形式 13 3 1 2 車廂選材 14 3 2 車廂的設(shè)計規(guī)范及尺寸確定 14 3 2 1 車廂尺寸設(shè)計 15 3 2 2 車廂內(nèi)框尺寸及車廂質(zhì)量 16 3 3 車廂板的鎖啟機構(gòu) 17 3 4 本章小結(jié) 17 第 4 章 自卸舉升機構(gòu)的設(shè)計 18 4 1 自卸舉升機構(gòu)的選擇 18 4 1 1 舉升機構(gòu)的類型 18 4 1 2 自卸汽車傾卸機構(gòu)性能比較 21 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 4 2 舉升機構(gòu)運動與受力分析及參數(shù)選擇 23 4 2 1 機構(gòu)運動分析 23 4 2 2 舉升機構(gòu)受力分析與參數(shù)選擇 24 4 3 本章小結(jié) 26 第 5 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 27 5 1 液壓系統(tǒng)工作原理與結(jié)構(gòu)特點 27 5 1 1 工作原理 27 5 1 2 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置 28 5 1 3 液壓分配閥 28 5 2 油缸選型與計算 29 5 3 油箱容積與油管內(nèi)徑計算 30 5 4 取力器的設(shè)計 31 5 5 本章小結(jié) 32 第 6 章 副車架的設(shè)計 33 6 1 副車架的截面形狀及尺寸 33 6 2 副車架前段形狀及位置 33 6 2 1 副車架的前端形狀及安裝位置 33 6 2 2 縱梁與橫梁的連接設(shè)計 35 6 2 3 副車架與主車架的連接設(shè)計 36 6 3 副車架主要尺寸參數(shù)設(shè)計計算 37 6 3 1 副車架主要尺寸設(shè)計 37 6 3 2 副車架的強度剛度彎曲適應性校核 37 6 4 本章小結(jié) 44 結(jié)論 45 參考文獻 46 致謝 47 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 第 1 章 緒 論 1 1 課題的提出 專用自卸車是裝有液壓舉升機構(gòu) 能將車廂卸下或使車廂傾斜一定角度 貨物 依靠自重能自行卸下或者水平推擠卸料的專用汽車 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 按裝載質(zhì)量級別分類 輕型自卸車 一般小于3 5噸 中型自卸車 4噸 8噸 重型自卸車 大于8噸 3 按傳動類型分類 機械傳動 液力機械傳動和電動三種類型 4 按卸貨方式分類 有后傾式 三面傾卸式 底卸式 以及貨廂升高后傾式等多種 形式 其中以后傾式應用最廣 5 按傾卸機構(gòu)分類 直推式與杠桿舉升式自卸車 直推式又可細分為單缸式 雙缸 式 多級式等 杠桿式又可細分為杠桿前置式 杠桿后置式 杠桿中置式等 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 輕型農(nóng)用自卸車是隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟的不斷發(fā)展 上世紀 80 年代末發(fā)展起來的 自卸運輸車輛 其裝載重量在 1t 4t 之間 國家和地方均出臺專門的法規(guī)對農(nóng)用車尺 寸 排放 車速等各方面性能進行規(guī)范 從而促進了輕型農(nóng)用自卸車的健康發(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 亦確立了以擴大內(nèi)需為主的經(jīng)濟政策 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)中輕型農(nóng)用自卸車以其靈 活機動 價格低廉的優(yōu)點得到了廣泛的應用 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 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 傾 普通自卸汽車機構(gòu)組成圖如下圖 1 1 所示 1 液壓傾卸操縱裝置 2 傾卸機構(gòu) 3 液壓油缸 4 拉桿 5 車廂 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 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 在輕型農(nóng)用自卸車的設(shè)計當中 液壓舉升機構(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構(gòu)是輕型農(nóng)用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 對提高液壓舉升機構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量和效率具有重要 的意義 1 2 專用汽車設(shè)計特點 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行改裝的專用汽車 也應盡量選用定型 的汽車總成和部件進行設(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 可適當降低汽車底盤的某些性能指標 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行 產(chǎn)品變型 圖 1 1 為菜廠牽引車 半掛車和全掛車系列型譜 對專用汽車零部件的 設(shè)計 應按 三化 的要求進行 最大限度地選用標難件 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 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 如各種水泵 油泵 氣泵 空壓機及各種閥等 要從專業(yè)生產(chǎn)廠家中優(yōu)選 因 專用汽車專項作業(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)件進行強度校核 7 專用汽車設(shè)計應滿足有關(guān)機動車輛公路交通安全法規(guī)的要求 對于某些特殊車輛 如重型半掛車 油田修井車 機場寬體客車等 應作為特 定作業(yè)環(huán)境的特種車輛來處理 8 某些專用汽車可能會在很惡劣的環(huán)境下工作 其使用條件復雜 要了解和掌 握國家及行業(yè)相應的規(guī)范和標準 使專用汽車有良好的適應性 工作可靠 是要設(shè)安 全性裝置 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 由于專用汽車種類繁多 結(jié)構(gòu)復雜 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 在市場上適銷對路 在使用上滿足用戶的要求 1 3 課題的實際意義 對于液壓舉升機構(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) 計液壓舉升機構(gòu)時應滿足的性能有 1 較強的免維護性 自卸車主要應用場所是沙場 礦山 工地等 這些場所沙塵肆虐 工作環(huán)境惡 劣 自卸機構(gòu)的維護條件較差 甚至有時根本談不上什么維護 因此需要自卸機構(gòu)在 設(shè)計時就要考慮到鉸支點和油缸的免維護性 2 良好的動力性 舉升機構(gòu)作為輕型農(nóng)用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 輕型農(nóng)用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) 這就要求舉升機構(gòu)要具有一定的過載系數(shù) 3 平穩(wěn)性 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 要求舉升機構(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 沖擊力對機構(gòu)各部件的損傷概率 保證機構(gòu)的使用壽命 4 卸料性 輕型農(nóng)用自卸車顧名思義就是省卻了人力卸料之苦 通過特定的機構(gòu)使用液壓 力自動卸料 因此 自卸車舉升機構(gòu)應達到的卸料目標是 a 在較短的時間內(nèi)使貨箱 舉升一定的角度 即舉升機構(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 b 貨箱被舉升機構(gòu)舉升到最大轉(zhuǎn)角時 貨物應順利地傾卸完畢 即最大舉 升角達到貨物的安息角 5 緊湊性 輕型農(nóng)用自卸車多數(shù)是中小噸位的工程運輸車輛 其裝載工具多為小型裝載機 械 為了裝載方便 輕型農(nóng)用自卸車的貨箱布置位置一般較低 同時又要考慮到輕型 農(nóng)用自卸車的工作環(huán)境 應使其具有較好的通過性 即離地間隙受限 因此 自卸車 的舉升機構(gòu)布置空間就受到很大的限制 這就要求機構(gòu)具有較好的緊湊性 占用較少 的空間 6 協(xié)調(diào)性 液壓舉升機構(gòu)實際上是一種演化的四連桿機構(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 1 4 國內(nèi)外自卸汽車的發(fā)展概況 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 客車改裝量 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 30 萬輛 通過數(shù)字來看 去年一年銷售專用車達 23 萬輛 結(jié)合我國道路 經(jīng)濟等實際情 況 應該說數(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 可以看出 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 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 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)保護期只有五年 但是公路貨運市場卻可以 向外資開放 跨國物流公司正虎視眈眈盯著中國公路貨運這塊大市場 這場戰(zhàn)斗誰是 贏者 不言自明 集團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 可以毫不夸張地說 未來的卡車發(fā)展方向?qū)⑹菍Ｓ密?美國等發(fā)達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 60 年代初 經(jīng)過 40 多年的發(fā)展 尤其是在上世紀 80 年代以后通過技貿(mào)結(jié)合與合作生產(chǎn)方式 從國外引進若干先進的自卸汽車制造技 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械傳動式自卸汽車生產(chǎn)企業(yè) 集團 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 為我國自卸汽車的騰飛打下了堅實的基礎(chǔ) 當然除普 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 尤其是新世紀以來 隨 著我國社會經(jīng)濟和交通環(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 國外自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀 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 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 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 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構(gòu)多數(shù)為拉桿式尾鉤鎖緊 機構(gòu) 鏈條式尾鉤鎖緊機構(gòu) 液壓手動控制式尾鉤鎖緊機構(gòu)等 這些機構(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筋 16Mn 的 屈服強度較低 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 強筋 HARDOX是瑞典鋼鐵集團生產(chǎn)的一種耐磨鋼板 具有較高的屈服強度 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 甚至更多 某些自卸車在產(chǎn)品開發(fā) 試驗和用戶的使用過程中均發(fā)現(xiàn)舉升機構(gòu)中三角臂早期 斷裂問題 實際構(gòu)件在運動過程中承受一定動載荷的沖擊 受力大小方向不規(guī)則 使用 傳統(tǒng)的方法很難對受力點的受力情況進行測量 直接利用現(xiàn)有的有限元軟件 ANSYS 也 無法對其進行分析 很難確定在運動過程中極限應力區(qū)域 但是軟件劃分網(wǎng)格功能強大 而 仿真分析軟件ADAMS 雖然處理剛性物體運動精度較高 但對于復雜的柔性體的建模 和計算都比較困難 為此一些專家利用有限元軟件ANSYS 和動力學軟件ADAMS 進 行聯(lián)合仿真分析 找出了三角臂早期斷裂的原因 并提出改進方案 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 第 2 章 輕型自卸車主要性能參數(shù)的選擇 承擔公路運輸?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)濟指標 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)濟三方矛盾 處理好產(chǎn)品技術(shù)先進性與工藝繼承性 零部件通用化程度以及生 產(chǎn)成本的辯證關(guān)系 然后進入具體技術(shù)設(shè)計階段 在技術(shù)設(shè)計階段 首先進行自卸車結(jié)構(gòu)選型 確定舉升機構(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) 2 1 整車尺寸參數(shù)的確定 表 2 1 整車尺寸參數(shù) 外形尺寸 長 寬 高 4540 1800 1980 mm 軸距 2800mm 輪距 前 后 1480 1470 mm 前懸 970mm 后懸 770mm 接近角 25 離去角 36 最小離地間隙 185mm 2 2 質(zhì)量參數(shù)的確定 自卸車質(zhì)量參數(shù)包括廠定最大裝載質(zhì)量 整備質(zhì)量 廠定最大總質(zhì)量 質(zhì)量利用系數(shù) 容積利用系數(shù) 以及重心位置等 3 1 廠定最大裝載質(zhì)量 me 根據(jù)裝載質(zhì)量級別分類中 輕型自卸車小于3 5噸的規(guī)定 由于本設(shè)計中自卸車 裝載貨物為農(nóng)產(chǎn)品 因此這里取最大裝載質(zhì)量 為1500kg 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 2 整備質(zhì)量 mo 整備質(zhì)量 指的是裝備齊全 加滿油水的空車質(zhì)量 它等于底盤的整備質(zhì)量與 汽車改裝部分之和 改裝部分質(zhì)量包括取力器裝置 液壓系統(tǒng) 舉升機構(gòu) 副車架 貨廂以及其它改裝附件的質(zhì)量 在總體設(shè)計時 常參考同類樣車及總成 進行零部件 稱重或質(zhì)量分析 初步估算出改裝部分質(zhì)量與整備質(zhì)量 這里參考同類車型取整備質(zhì) 量為2100kg 3 廠定最大總質(zhì)量 ma 最大總質(zhì)量 是按規(guī)定裝滿貨物 坐滿司機乘坐人員的整備質(zhì)量 可按下式計 算 2 1 式中 自卸車整備質(zhì)量 kg 廠定最大裝載質(zhì)量 kg 額定司機乘客人員質(zhì)量 每人按65kg計 kg 2100 1500 130 3730 4 質(zhì)量利用系數(shù) G 是廠定最大裝載質(zhì)量與其整備質(zhì)量之比 2 2 15002100 0 71 越大 則該車材料消耗少 材料利用率高 因此 可反映自卸車設(shè)計制造水平 提 高 的主要措施在于設(shè)法減輕傾卸機構(gòu)與貨廂質(zhì)量 一般3噸以下輕型自卸車之 約 為0 5 1 0 5 容積利用系數(shù) V 即單位容積裝載質(zhì)量 它取決于常運貨物的種類 通常堆裝部分的體積約占 貨廂體積的三分之一 確定 的原則是既要充分利用汽車額定載重能力 又要避免 在運輸高比重貨物時出現(xiàn)嚴重超載 對普通自卸車常取 1650kg 3 6 質(zhì)心位置 質(zhì)心位置對汽車附著性能和穩(wěn)定性能等能產(chǎn)生重要影響 因此是一項重要指標 質(zhì)心位置又分為空載質(zhì)心與滿載質(zhì)心兩種狀況 設(shè)計時應力求使改裝自卸車的質(zhì)心位 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 置盡量接近原車質(zhì)心 質(zhì)心計算公式如下 質(zhì)心水平位置 2 3 1 2 質(zhì)心垂直位置 h 2 4 式中 自卸車廠定最大總質(zhì)量 kg 自卸車前 后軸軸載質(zhì)量 kg 1 2 底盤質(zhì)量 kg 改裝部分各總成質(zhì)量 kg 廠定最大裝載質(zhì)量 kg 底盤質(zhì)心坐標 改裝部分各總成質(zhì)量質(zhì)心坐標 裝載質(zhì)量質(zhì)心坐標 2 3 其它性能參數(shù) 貨廂最大舉升角是當貨廂舉升角是當貨廂舉升至設(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 2 4 本章小結(jié) 本章主要對輕型農(nóng)用自卸汽車的整車尺寸參數(shù) 質(zhì)量參數(shù)以及其他性能參數(shù)進 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 行了確定 綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點 選擇本設(shè)計的設(shè)計方案 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 第 3 章 自卸車車廂的結(jié)構(gòu)與設(shè)計 3 1 自卸汽車車廂的結(jié)構(gòu)形式 3 1 1 車廂的結(jié)構(gòu)形式 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 3 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擋板 車廂底板固定在車廂底架之上 車廂的側(cè) 欄板 前后欄板外側(cè)面通常布置有加強筋 后傾式車廂廣泛用于輕 中和重型自卸汽車 它的左右側(cè)欄板固定 后欄板左右 兩端上部與側(cè)欄板餃接 后欄板借此即可開啟或關(guān)閉 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 防護擋板 8 底板 圖 3 1 車廂結(jié)構(gòu)圖 側(cè)傾式及三面傾卸式車廂欄板與底板為直角 如圖 3 2 所示 其欄板開啟 關(guān)閉 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 的鉸接軸為上置式 開啟時 欄板呈自由懸垂狀 多用于有側(cè)傾要求的中型自卸汽車 礦用白卸汽車和重型自卸汽車的車廂多采用簸箕式 以方便裝載 傾卸礦石 砂 石等 有的簸箕式車廂采用雙層底板結(jié)構(gòu) 以增加底板的強度和剛度 并可減輕自重 簸箕式車廂如圖 3 3 所示 圖 3 2 側(cè)頃式及三面傾卸式車廂 圖 3 3 簸箕式車廂 本文設(shè)計的自卸車是承擔農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)短途運輸?shù)钠胀ㄗ孕镀?沒有側(cè)傾要求 故 采用后傾式車廂 3 1 2 車廂選材 在全面分析車廂的工作條件 受力狀態(tài) 工作環(huán)境和零件失效等各種因素的前提 下 選用 16Mn 工程用鋼材 3 2 車廂的設(shè)計規(guī)范及尺寸確定 3 2 1 車廂尺寸設(shè)計 外廓尺寸應在廂式貨車總體設(shè)計階段予以確定 為了防止緊急制動時貨廂與駕 駛室之間留有150 250mm的間隙 為滿足汽車的軸荷分配 車廂和貨物的質(zhì)心離后橋 中心線的距離為 對于后輪為雙胎的長頭或短頭車 該距離一般為軸距L的 2 10 對于平頭車 該距離一般為軸距的 12 22 根據(jù)車廂質(zhì)心到后橋中心 線的距離以及駕駛室后壁的位置 可確定車廂長度 取車廂長度為2700mm 廂體寬 度主要由底盤輪距1480mm 使用要求及法規(guī)限寬的因素決定 這里取車廂寬度為1800 mm 廂體高度由改裝后的質(zhì)心高度 影響汽車的行駛穩(wěn)定性 決定 在滿足裝載容 積及裝卸方便的情況下 應盡量減小廂體高度 以降低質(zhì)心 提高汽車行駛穩(wěn)定性 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 這里取車廂高為400 mm 將全金屬焊接車廂設(shè)計成等剛度體車廂是自卸汽車設(shè)計的重點 但是很難既能保 證高強度又能保證輕量化 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 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 都會增加車架的相應剛度 兩者的剛 度是相輔相成 互相補償?shù)?當汽車前后左右車輪處于高差較大的路面 車架扭曲較 大時 車廂應該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動性 如果車廂的扭轉(zhuǎn)剛度過大 當車架扭轉(zhuǎn)到一定 程度時 車廂前支承緩沖塊相應的一側(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 當車架產(chǎn)生較大扭曲時 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)計的規(guī)范化的定量的設(shè)計計算方法并不是很完善 根據(jù) 一些經(jīng)驗 可以知道一些設(shè)汁規(guī)范和經(jīng)驗數(shù)據(jù) 車廂底板和側(cè)梁斷面應小些 布置應密集 這樣易于形成等剛度 自卸汽車車架 斷面系數(shù)也應比同級噸位的貨車車架大一倍 對于兩軸載質(zhì)為 10t 的車廂 車架按 1 5t 整體重物從 lm 高處落人車廂的沖擊負 荷進行計算 車廂底板厚度應不小于 10mm 其選材強度等級大于 60kg 級 3t 自卸 汽車的車廂底板厚度應不小于 6mm 本文所設(shè)計的自卸車 其額定載荷為 1 5t 故其 車廂底板厚度取 6mm 車廂的內(nèi)部形狀應為簸箕形 底板前窄后寬 單邊角度 1 1 5 橫端面下 窄上寬 單邊角度 1 1 5 這樣 當車廂傾卸時 貨物不易在車廂內(nèi)卡住 易 于傾卸 3 2 2 車廂內(nèi)框尺寸及車廂質(zhì)量 自卸車的裝載質(zhì)量為 1500kg 農(nóng)用自卸車常運貨物密度如表 3 1 表 3 1 農(nóng)用自卸車常運貨物密度 土豆 玉米 小麥 甜菜 680kg 3 640kg 3 730kg 3 650kg 3 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 自卸車滿載時 裝載的質(zhì)量為 M 3 1 1500730 2 055 3 內(nèi)框尺寸確定了車廂容積的大小 應從車輛用途 裝載質(zhì)量 貨物密度以及包裝 方式 尺寸規(guī)格等方面考慮 以便提高運輸效率 車廂容積按下式計算 V 3 2 1 1h 1 10 9 式中 V 車廂容積 3 廂內(nèi)有效長度 寬度 高度 mm 1 1 1 普通矩形車廂標準配置板厚為 前板 4 mm 邊板 4 mm 底板 6mm 后板 5 mm 由此得出 V 2700 1800 400 10 9 1 944 3 符合要求 由此 確定出 EQ3040B 車廂的尺寸如表 3 2 表 3 2 NTQ3040B 車廂主要尺寸 長 mm 寬 mm 高 mm 底板厚 mm 2700 1800 400 6 側(cè)板厚 mm 底板傾斜角度 側(cè)板傾斜角度 4 1 1 本車貨箱尺寸為 2360 1800 400 貨箱各板體積 V 400 1800 9 400 2700 4 2 1800 2700 6 44280000 3 在全面分析車廂的工作條件 受力狀態(tài) 工作環(huán)境和零件失效等各種因素的前提 下 選用 16Mn 工程用鋼材 貨箱材料錳鋼密度 7 81 3 貨箱質(zhì)量為 m 308 7kg 取過載系數(shù)為 90 則車廂及滿載時的質(zhì)量為 1500 90 308 7 2000kg 3 2 3 車廂地板高度 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 車廂地板高度直接影響貨物裝卸的方便性和汽車質(zhì)心的高度 該高度過高 對 行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響 過低 則輪胎與地板下平面容易發(fā)生運動干涉 這是不允 許的 影響車廂地板高度的主要因素有 輪胎直徑 道路條件 懸架動撓度以及車輛 空載時車輪與地板下平面之間預留的空間等 設(shè)計時該預留空間一般取230 左右 mm 3 3 車廂板的鎖啟機構(gòu) 自卸車汽車車廂板的鎖啟機構(gòu)有手動和自動兩種 現(xiàn)在大多采用自動鎖啟機構(gòu) 當自卸汽車卸貨時 車廂逐漸傾斜 當傾斜到一定程度 傾斜方向的車廂板便自動開 啟 使車廂內(nèi)的貨物卸出 4 卸完貨后 車廂逐漸下落 直至落到原始位置 鎖啟機 構(gòu)使自動將車廂板鎖住 本設(shè)計采用自動開閉機構(gòu)原理簡圖如下 1 限位塊 2 鎖鉤 圖 3 4 自動開閉機構(gòu) 當車廂被舉升時 限位塊 1 隨著車廂一起升高 這時鎖鉤 2 右端鉤子一側(cè)在重力 作用下繞軸旋轉(zhuǎn)與廂板脫離 這樣后廂板打開 當車廂回落時 限位塊壓著鎖鉤的左 側(cè) 這樣鉤子就會勾住廂板 使后廂板閉合 3 4 本章小結(jié) 本章主要對輕型農(nóng)用自卸汽車的車廂的結(jié)構(gòu)和尺寸以及材料的選擇進行設(shè)計 同時對車廂后欄板的自動開閉機構(gòu)進行設(shè)計 綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點 選擇本設(shè) 計的設(shè)計方案 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 第 4 章 自卸舉升機構(gòu)的設(shè)計 4 1 自卸舉升機構(gòu)的選擇 4 1 1 舉升機構(gòu)的類型 自卸車舉升機構(gòu)又稱傾卸機構(gòu) 包括貨廂 副車架 車廂鉸鏈 舉升油缸及其 杠桿系統(tǒng) 現(xiàn)代自卸車的舉升機構(gòu)均以液壓能作為舉升動力 其功能是承載物料 并 在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動下完成傾卸動作 自卸汽車對傾卸機構(gòu)的設(shè)計要求如下 1 利用連桿機構(gòu)實現(xiàn)車廂的翻轉(zhuǎn) 其安裝空間不能超過車廂底部與托架大梁 間的空間 2 結(jié)構(gòu)要緊湊 可靠 具有很好的動力傳遞性能 3 完成傾卸后 要能夠復位 5 舉升機構(gòu)的主要類型有 1 油缸直推式 油缸直推式傾卸機構(gòu)的示意圖如圖 4 1 所示 這種機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊 舉升效率 高 工藝簡單 成本較低 采用單缸時 容易實現(xiàn)三面傾斜 另外 若油缸垂直下置 時 油缸的推力可以作為 車廂的舉升力 因而所需的油缸功率較小 但是采用單缸 時機構(gòu)橫向強度差 而且油缸的推程較大 采用多節(jié)伸縮時密封性也稍差 液 壓 油 缸 車 廂 圖 4 1 直推式傾卸機構(gòu) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 2 俯沖式 俯沖式桿系傾卸結(jié)構(gòu)簡單 造價低 橫向剛度好 舉升轉(zhuǎn)動圓滑平順 但油缸必 須增大容量 5 如圖 4 2 所示 OGBACD 3 前推杠桿組合式 前推杠桿組合式傾卸機構(gòu)示意圖如圖 4 3 所示 該機構(gòu)橫向剛度好 舉升時轉(zhuǎn)動 平順圓滑 在舉升過程中 舉升力小 構(gòu)件受力改善 但油缸的行程過大 偏擺角大 GCOBAED 4 杠桿平衡式 油缸后推杠桿組合式 油缸前推連桿組合式傾卸機構(gòu)的示意圖如圖 4 4 所示 這種機構(gòu)橫向剛度較好 舉升時轉(zhuǎn)動圓滑平順 三腳架推動車廂舉升時 車廂傾翻軸支架的水平反力比較小 車架底部的受力也比較均勻 但是油缸在車廂翻轉(zhuǎn)過程中擺動角度較大 且活塞行程 稍大 6 圖 4 3 前推杠桿組合式傾卸機構(gòu) 圖 4 2 俯沖式傾卸機構(gòu) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 5 油缸后推連桿組合式 加伍德舉升臂式 油缸后推連桿組合式傾卸機構(gòu)的示意圖如圖 4 5 所示 該機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較緊湊 橫 向剛度較好 油缸的推程小 舉升時轉(zhuǎn)動圓滑平順 但舉升力系數(shù)大 舉升臂 三角 架 較大 7 GADCBOAGDBCO 圖 4 5 油缸后推連桿組合式傾卸機構(gòu) 6 油缸浮動連桿式 強力型 油缸浮動連桿傾卸機構(gòu)示意圖如圖 4 6 所示 該機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊 橫向剛度較好 舉升時轉(zhuǎn)動圓滑平順 油缸進出油管活動范圍大 油管長 副車駕受力改善 舉升力 系數(shù)較小 但該機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較大 油缸固定在節(jié)點上 從而使桿件剛度要求較高 而 且油缸轉(zhuǎn)動角度過大 7 油缸前推連桿組合式 馬勒里舉升臂式 圖 4 4 杠桿平衡式傾卸機構(gòu) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 油缸前推連桿組合式傾卸機構(gòu)的示意圖如圖 4 7 所示 這種機構(gòu)橫向剛度較好 舉升時轉(zhuǎn)動圓滑平順 三腳架推動車廂舉升時 車廂傾翻軸支架的水平反力比較小 車架底部的受力也比較均勻 但是油缸在車廂翻轉(zhuǎn)過程中擺動角度較大 且活塞行程 稍大 OGEDCBA 圖 4 6 油缸浮動連桿式傾卸機構(gòu) GFBAEDC 4 1 2 自卸汽車傾卸機構(gòu)性能比較 傾卸機構(gòu)是自卸汽車的重要裝置 它直接關(guān)系到自卸車的結(jié)構(gòu)與舉升性能 國 內(nèi)外典型傾卸機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型 性能特征 見表 4 1 目前 輕型 中型自卸車廣泛采用直推式傾斜機構(gòu) 三面傾卸式自卸車均采用直 推式傾斜機構(gòu) 該機構(gòu)不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊 改裝方便等優(yōu)點 而且通過合理地選取各 支撐點的位置 液壓缸直徑 特別是多級液壓缸各節(jié)的直徑 等參數(shù) 可以獲得比較 圖 4 7 油缸前推連桿組合式傾卸機構(gòu) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 理想的油壓特性 即液壓缸推舉過程中油壓變化很小 且初始時的油壓略低于最高油 壓 而中 重型自卸車大多采用連桿式傾卸機構(gòu) 其中中型自卸車一般采用油缸后 推連桿式和油缸后推杠桿式 其他 4 種型式的傾卸機構(gòu)多用在重型自卸車上 這主要 是因為更容易達到省力的目的 更能使車廂在舉升過程中獲得較好的橫向穩(wěn)定性 并 可獲得更理想的油壓特性與傾卸性能 表 4 1 自卸汽車舉升機構(gòu)特性比較 結(jié)構(gòu)形式 車型舉例 性能特征 前置 斯太爾 1291 280 K38 卡瑪斯 5511 單 缸 中置 斯太爾 991 200 K38 依發(fā) 50L K CA340 直 推 式 雙缸 QD3151 EQ340 結(jié)構(gòu)緊湊 舉升效率高 工藝簡單 成本較低 采用單缸時 橫向剛度不 足 采用多節(jié)伸縮時密封性較差 馬勒里舉升臂式 五十鈴 TD50ALCQD JN3180 QD362 舉升力系數(shù)小 省力 油壓 特性好 但缸擺角大活塞行 程稍大 加伍德舉升臂式 TD50A D QD352 HF352 轉(zhuǎn)軸反力小 舉升力系數(shù)大 舉升臂較大 活塞行程短 連 桿 組 合 式 油缸前推杠桿組合式 SX3180 舉升力小 構(gòu)件受力改善 油缸擺角大 油缸后推杠桿組合式 日產(chǎn) PTL81SD 舉升力適中 結(jié)構(gòu)緊湊但布 置集中后部 車廂底板受力 大 油缸液動連桿組合式 YZ 300 油缸進出油管活動范圍大 油管長 俯沖式 東急 73 型 橫 向 剛 度 好 舉 升 轉(zhuǎn) 動 圓 滑 平 順 桿系結(jié)構(gòu)極簡 造價低 但 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 綜上所述 對于本設(shè)計自卸車 本文選用油缸直推式傾卸機構(gòu) 該種舉升機構(gòu)直 接與車廂底板相連推動車廂 啟動性能較好 并能承受較大的偏置載荷 舉升支點在 車廂中心附近 車廂受力狀況較好 4 2 舉升機構(gòu)運動與受力分析及參數(shù)選擇 4 2 1 機構(gòu)運動分析 該車總體布置基本參數(shù)如下 廠定最大裝載質(zhì)量 1500kg ma 舉升總質(zhì)量 2000kg mw 最大舉升角 50 2 max 用作圖法進行機構(gòu)的運動分析 其結(jié)果詳見圖 4 8 油缸必須增大容量 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 圖 4 8 機構(gòu)運動分析圖 圖中 OAB 為舉升初始位置 其舉升總質(zhì)量質(zhì)心為 OA 為舉升終了位置 其舉C0 升總質(zhì)量質(zhì)心為 由總布置獲得 0 a b 50 1670 0 1400 1 200 油缸總行程 L 計算 總行程 L 應保證最大舉升角 的設(shè)計要求 5 可根據(jù)余弦定 理 從 OA 解出 中 L 4 1 2 2 2 cos 2 1 式中 OA 2 2 1400 9 2 05 1 tan 1 4 92 2 tan 1 12 0 2 0 1 O 0cos 1 2 1236 d tan 1 2 171 2 代入式 3 1 得 L 1064 9mm 根據(jù) L 1065 其三級行程分別為 1 533 2 532 3 532 4 2 2 舉升機構(gòu)受力分析與參數(shù)選擇 自卸車之油缸舉升力應保證最大舉升質(zhì)量時所需的舉升力矩 為此 對 NTQ3040B 輕型農(nóng)用自卸車舉升機構(gòu)的最大受力狀況 即舉升初始狀態(tài) 進行受力分 析 如圖 4 9 通過受力分析求得油缸舉升力 P 各級油缸直徑 以及各 1 2 3 級油缸力矩比系數(shù) 等主要參數(shù)如下 1 2 3 1 油缸舉升力 P 油缸推力 P 對貨箱翻轉(zhuǎn)中心 O 產(chǎn)生的舉升力矩 與舉升總質(zhì)量 m 對 O 點的阻 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 力矩 應取得平衡 6 7 即 4 2 油缸舉升力矩 sin 最大舉升阻力矩 代入 4 2 得 P sin 油缸舉升力 P 4 3 sin 式中 舉升總質(zhì)量 等于廠定最大裝載質(zhì)量和貨箱質(zhì)量之和 kg 2000 X 質(zhì)心至翻轉(zhuǎn)中心水平坐標 它是隨車廂舉升角 變化的函數(shù) 當 時 0 圖 4 9 機構(gòu)受力分析圖 X 為最大值 X 1030 油缸軸心線與底座 OA 之夾角 在舉升過程中 為變量 因此油缸舉升力 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 也隨之為變量 8 9 2 油缸直徑確定 油缸推力與油缸直徑的關(guān)系為 P 4 4 2 4 式中 p 液壓系統(tǒng)最大工作壓力 取 p 10MP 10 將式 4 4 代入式 4 3 即可求得各級油缸之最小直徑 2 4 sin 4 sin 按上式可計算出各級油缸的最小直徑后 再經(jīng)標準化選定油缸直徑系列為 100 mm mm 60mm d1 d2 80 d3 由式 4 4 計算出各節(jié)油缸總推力分別為 7854N 1 214 0 124 106 5027N 2 224 0 0824 106 2827N 3 234 0 0624 106 4 3 本章小結(jié) 本章主要對輕型農(nóng)用自卸汽車的舉升機構(gòu)的形式進行了選擇 對舉升機構(gòu)進行運 動分析和參數(shù)的選擇 根據(jù)所求出舉升力的大小確定了油缸的直徑 綜合考慮各種方 案的優(yōu)缺點 選擇本設(shè)計的設(shè)計方案 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 第 5 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計 自卸車所采用的油泵 油缸 液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標準化 系列化與 通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應 因此在自卸車改裝設(shè)計中只需要進行液壓 元件選型計算 其主要內(nèi)容包括油缸的直徑與行程 油泵工作壓力 流量 功率以及 油箱容積與管路內(nèi)徑等 5 1 液壓系統(tǒng)工作原理與結(jié)構(gòu)特點 5 1 1 工作原理 該系統(tǒng)由取力器 油泵 液壓控制閥 油缸 油箱 操縱系統(tǒng)以及油管系統(tǒng)等 組成 其工作原理如下 1 準備 先將自卸車處于駐車制動狀態(tài) 并將變速器置于空擋 將轉(zhuǎn)閥手柄置于水平位 置 啟動發(fā)動機 然后踩離合器結(jié)合取力器使油泵進入工作狀態(tài) 此時液壓油經(jīng)油泵 單向閥 液壓換向閥流回油箱 2 舉升 將轉(zhuǎn)閥手柄逐漸向上轉(zhuǎn)動關(guān)閉換向閥 此時 從油泵經(jīng)單向閥來的高壓油 進 入油缸實現(xiàn)舉升 油缸舉升到最大行程時撥動限位閥 將高壓油路與回油路接通而卸 荷 舉升停止 貨廂處于舉升最高位置 3 保持 將轉(zhuǎn)閥手柄置于 保持舉升區(qū)間 并切斷取力器停止油泵工作 此時壓力油被 鎖死在油缸內(nèi) 可按需使貨廂處于任意舉升位置保持 4 降落 將轉(zhuǎn)閥手柄推至慢落位置 回油路僅部分打開 實現(xiàn)車廂緩慢降落 若將轉(zhuǎn)閥 手柄推到底 則回油路被全部打開 油缸下腔油液經(jīng)分流體向油箱快速回油 11 5 1 2 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置 自卸車液壓系統(tǒng)由液壓能產(chǎn)生部件 工作部件與操縱控制部件三大部分組成 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 1 液壓能產(chǎn)生部件 包括取力器 油泵及單向閥 油箱及油泵傳動機構(gòu) 取力器通常均與變速器直 接安裝成一體 取力方式可分左側(cè)取力 右傾取力或箱頂取力三種 油箱安裝位置則 比較靈活 主要視副車架與貨廂間的空間便于安裝維護液壓管路系統(tǒng)并盡量縮短油管 長度 2 工作部件 主要指油缸與翻傾杠桿系統(tǒng) 油缸通過油缸支座安裝在副車架中部或中后部的 加強橫梁上 由于工作部件受力極大 要求各連接鉸支點處有足夠的連接強度 剛度 所有摩擦副應有良好的配合精度與潤滑 3 控制部件 包括液壓分配閥 限位閥以及操縱系統(tǒng) 控制部件多安裝在汽車前部的駕駛室 內(nèi)部或后部 既要方便操縱與維護 又要減少管路的迂回 5 1 3 液壓分配閥 液壓分配閥式控制系統(tǒng)的核心 分為滑閥和轉(zhuǎn)閥兩大類 三位四通閥應用范圍 比較廣 而轉(zhuǎn)閥多用于低壓 小流量的輕型 中型自卸車上 分配閥又分為常開式和 常壓式 常開式分配閥在車廂不舉升時 油泵的壓力油經(jīng)分配閥后又返回油箱 在系 統(tǒng)中不產(chǎn)生高壓 因此可減輕油泵磨損 并可防止自卸車在行駛中意外舉升貨廂造成 事故 故常開式分配閥在自卸車應用最為廣泛 分配閥選型主要考慮額定工作壓力 流量及操縱方式 分配閥操縱機構(gòu)的形式有機械操縱式 氣壓操縱式和液壓操縱式 以氣壓操縱 式應用最為廣 操縱過程應具有舉升 停止 下落三個動作 機械操縱式 駕駛員通過機械杠桿或鋼絲軟軸直接撥動液壓分配閥實現(xiàn)換向 液壓操縱式 通過手動液壓操縱閥建立油壓來打開或關(guān)閉液動舉升閥實習換向 此閥沒有中停位置 故必須切斷油泵動力才能實現(xiàn)中停 氣動操縱式 利用貯氣筒的壓縮空氣 通過氣動操縱閥控制操縱氣管 驅(qū)動氣 動分配閥上的氣缸工作 實現(xiàn)分配閥換向 機械操縱式的優(yōu)點是可靠性好 通用性強 維修方便 缺點是桿件布置比較麻 煩 不適合翻轉(zhuǎn)駕駛室采用 液壓操縱式的優(yōu)點是可實現(xiàn)遠距離控制 操縱可靠 在我國引進生產(chǎn)的斯太爾 重型自卸車上采用了此種操縱系統(tǒng) 其不足處事反應較慢 沒有中停位置 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 30 氣動操縱式的優(yōu)點是功能齊全 操作簡便 反應靈敏 結(jié)構(gòu)先進 因此廣泛應 用于中 重型具備氣源的自卸車 其缺點是需同時具備液 氣兩套管路系統(tǒng) 維修麻 煩 綜合以上優(yōu)缺點本設(shè)計采用機械操縱式 其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 5 1 圖 5 1 手動轉(zhuǎn)閥 當把手柄拉到極限位置時 液壓缸開始舉升 當卸完貨物后 把手柄拉到降落區(qū)間時 車廂開始下落 手柄越靠近水平下落的速度越快 5 2 油缸選型與計算 作為液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的油缸分為活塞式和浮柱式兩類 浮柱式為多級伸縮式油 缸 一般有 2 5 個伸縮結(jié) 其結(jié)構(gòu)緊湊 并具有短而粗 伸縮長度大 使用油壓高 可達 35 兆帕 易于安裝布置等優(yōu)點 因此這里選用單作用多級浮柱式油缸 GHL1100 1 用泵工作壓力 p 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 31 P MPa 5 41MPa 5 1 106 式中 油缸最大舉升力 Fmax A 油缸橫截面積 2 油泵理論流量 L min 5 2 60 式中 油缸最大工作容積 按下式計算 3 0 24 106 5 35 t 舉升時間 一般要求 t t 取 15s 20 液壓泵容積效率 取 0 85 0 85 0 9 L min 60 5 350 85 15 25 2 3 油泵排量 q q 17 6 5 3 103 式中 油泵流量 L min n 油泵額定轉(zhuǎn)速 r min 取力器速比 i 2 1 3 4 37 1921 30 1 12 舉升時發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速 1600 r min 油泵轉(zhuǎn)速 n r min 16001 12 1429 4 油泵功率 N N 5 4 9 71 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 32 式中 p 油泵最大工作壓力 Pa 油泵額定流量 s 3 油泵總效率 0 8 按以上各式計算出 p 后 從標準油泵系列選取齒輪泵 CB C 型 12 QT q N 5 3 油箱容積與油管內(nèi)徑計算 1 油箱容積 V 計算 一般要求油箱容積 V 不得小于全部工作油缸容積 的三倍 即 V 3 V 16 05 5 5 取 V 18 則取油箱的長寬高為 200 100 90 mm 2 油缸直徑計算 由 10660 214 1 103 高壓管路內(nèi)徑 12 2 1 4 6 1 5 6 式中 油缸理論流量 L min 高壓管路中油的流V1 速 V1 3 6m s 低壓管路內(nèi)徑 d2 4 6 QTV2 23 1 5 7 式中 高壓管路中油的流 V2 速 V2 1m s 5 4 取力器的設(shè)計 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 33 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 例如部分冷藏汽車的機械制冷系統(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)動機為動力源 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) 如下所列 發(fā) 動 機 前 端 取 力前 置 式 發(fā) 動 機 后 端 取 力夾 鉗 式 取 力變 速 器 上 蓋 取 力取 力 器 取 力 方 式 中 置 式 變 速 器 側(cè) 蓋 取 力變 速 器 后 端 蓋 取 力分 動 器 取 力后 置 式 傳 動 軸 取 力 其中 變速器側(cè)蓋取力 由于在設(shè)計變速器時已考慮了動力輸出 因而一般在變 速器左側(cè)和右側(cè)都留有標準的取力接口 也有專門生產(chǎn)與之配套的取力器的廠家 這 種取力器較為常用 故本課題中 為了便于設(shè)計 節(jié)約成本 同時也考慮到大批量生 產(chǎn) 采用變速器側(cè)蓋取力方式 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 34 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 圖 5 2 變速器側(cè)蓋取力器 5 5 本章小結(jié) 本章主要對輕型農(nóng)用自卸汽車的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 液壓油缸 油箱進行了設(shè)計 對 液壓油泵取力器進行了選取 綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點 選擇本設(shè)計的設(shè)計方案 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 35 第 6 章 副車架的設(shè)計 在專用汽車設(shè)計時 為了改善主車架的承載情況 避免集中載荷 同時也為了不 破壞主車架的結(jié)構(gòu) 一般多采用副車架 副梁 過渡 本車在工作中受較大的彎曲應力 因此 本車副車架縱梁采用兩根抗彎性能較好的平直槽行梁 材料為 16MnL 13 在增加副車架的同時 為了避免由于副車架剛度的急劇變化而引起主車架上的應 力集中 所以對副車架的形狀 安裝位置及與主車架的連接方式都有一定的要求 6 1 副車架的截面形狀及尺寸 專用汽車副車架的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同 多采用如圖 6 1 所示的槽形結(jié)構(gòu) 其截面形狀尺寸取決于專用汽車的種類及其承受載荷的大小 圖 6 1 副車架的截面形狀 參照國內(nèi)外總質(zhì)量相近車型的副車架縱梁端面尺寸 確定副車架縱梁端面尺寸為 100 80 60mm 6 2 副車架前段形狀及位置 6 2 1 副車架的前端形狀及安裝位置 在保證使用可靠的前提下 為了提高撓曲性 減小副車架剛度 應盡量減少副 車架的橫梁 以減少對縱梁的扭轉(zhuǎn)約束 副車架油缸支承橫梁與翻轉(zhuǎn)軸橫梁形成框架 油缸支承橫梁應盡量靠近后懸架 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 36 前支承處的橫梁 最好能位于后框架之內(nèi) 因為這段主車架變形小 所以副車架對其 扭轉(zhuǎn)約束力也相應減弱 同時保證了舉升機構(gòu)的幾何特性 在副車架結(jié)構(gòu)要求剛性較高時 可在主 副車架中間增加一層橡膠墊 當主車架 變形時以彈性橡膠的變形來減弱副車架對主車架的約束 副車架與主車架連接如圖 6 2 所示 圖 6 2 副車架與主車架的連接 A A 處是截面突變點 在受沖擊載荷時 此處出現(xiàn)應力集中 嚴重時造成主車架 斷裂 這就要求副車架的前端結(jié)構(gòu)要設(shè)計成漸變截面 以減緩應力集中 圖 6 3 副車架的前端結(jié)構(gòu) 副車架前端形狀常有三種形狀 見圖 6 4 對于這三種不同形狀的副車架前端 在其與主車架縱梁相接觸的翼面上部加工有 局部斜面 其斜而尺寸如圖 6 4 c 所示 01hm 05 2lm a U 形 b 角形 c L 形 圖 6 4 副車架的三種前端形狀 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 37 如果加工上述形狀困難時 可以采用如圖 6 5 所示的副車架前端簡易形狀 此時 斜面尺寸較大 14 對于鋼質(zhì)副車架 05 7hm 02 3lm 對于硬本質(zhì)副車架 1H 副車架在汽車底盤上布置時 其前端應盡可能地往駕駛室后圍靠近 圖 6 6 為某散裝水泥運輸車的罐體 副車架相對于汽車底盤的安裝位置 在滿足 軸荷分配的前提下 其中 A 不宜過大 留足空壓機的位置即可 B 為副車架的前增離 主車架拱形橫粱的距離 一般在 100 mm 之內(nèi) C 為固定副車架的前面第一個 U 型螟 栓距拱形橫梁的距離 一般控制在 500 800 mm 的范圍內(nèi) a 剛質(zhì)副車架 b 硬木質(zhì)副車架 圖 6 5 副車架前端簡易形狀 圖 6 6 副車架的安裝位置 6 2 2 縱梁與橫梁的連接設(shè)計 橫梁與縱梁的連接方式主要有三種 見圖 6 7 1 縱梁 2 連接板 3 橫梁 圖 6 7 橫梁與縱梁的連接 圖 6 7 a 橫梁與縱梁上下翼板連接 該種連接方式優(yōu)點是利于提高縱梁的抗扭 剛度 缺點是當車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時 縱梁上下翼面應力將大幅度增加 易引起 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 38 縱梁上下翼面的早期損壞 由于車架前后兩端扭轉(zhuǎn)變形較小 因此本車架前后兩端采 用了該種連接方式 為了提高縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度采用了縱向連接尺寸較大的連接板 橫 梁僅固定在腹板上 圖 6 7 b 橫梁僅固定在腹板上 這種連接形式連接剛度較差 允許截面產(chǎn)生自 由蹺曲 可以在車架下翼面變形較大區(qū)域采用 以避免縱梁上下翼面早期損壞 圖 6 7 c 橫梁同時與縱梁的腹板及上或下翼板相連 此種連接方式兼有以上兩 種方式連接的特點 但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上 對橫梁的強度要求較高 由于該車平衡懸架的推力桿與平衡懸架支架上的兩根橫梁連接 因此 這兩根橫梁與 縱梁共同承受平衡懸架傳遞過來的垂直力 反 和縱向力 牽引力 制動力 綜合以上考慮 本副車架的縱梁與橫梁的連接采用第 1 種方式 即橫梁與縱梁 上下翼板連接 同時為了降低成本和適于批量生產(chǎn) 本車架縱梁和橫梁的連接方式采 用螺栓連接 15 6 2 3 副車架與主車架的連接設(shè)計 副車架與主車架的連接常采用如下幾種形式 1 止推連接板 圖 6 8 是采用的止推連接板的結(jié)構(gòu)形狀及其安裝方式 連接板上端通過焊接與副 車架固定 而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接 止推板的優(yōu)點在于可以承受 較大的水平載荷 防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對水平位移 相鄰兩個推止推連接 板之間的距離在 500 1000 mm 范圍內(nèi) 1 副車架 2 止推連接板 3 主車架縱梁 1 上托架 2 下托架 3 螺栓 圖 6 8 止推連接板的結(jié)構(gòu) 圖 6 9 連接支架 2 連接支架 連接支架由相互獨立的上 下托架組成 上 下托架均通過螺栓分別與副車架和 主車架縱梁的腹板相固定 然后再用螺栓將上 下托架相連接 見圖 6 9 所示 由于 上 下托架之間留有間隙 因此連接支架所能承受的水平載荷較小 所以連接支架應 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 39 和止推連接板配合使用 一般布置是在后懸架前支座前用連接支架連接