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大大連大大學(xué)學(xué)2018屆屆學(xué)學(xué)生生畢畢業(yè)業(yè)論論文文(設(shè)設(shè)計(jì)計(jì))中中期期檢檢查查表表題目自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師王邦國(guó)職稱(chēng)講師學(xué)生姓名顧爽爽閱讀文獻(xiàn)數(shù)15初稿完成時(shí)間2018-04-30工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好一般 較差 工作進(jìn)度快 按進(jìn)度進(jìn)行慢 任 務(wù) 書(shū)有開(kāi)題報(bào)告有中期工作結(jié)論優(yōu)調(diào)整情況無(wú)教研室主任意見(jiàn)同意教研室主任(簽名)：王淑芬日期：2018-04-26學(xué)院意見(jiàn)同意教學(xué)院長(zhǎng)(簽名)：吳蒙華日期：2018-04-26
附錄1：外文翻譯
礦用自卸卡車(chē)的氣動(dòng)特性及頭部形狀的改善
魏Xiu-ling機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院、吉林大學(xué)、長(zhǎng)春130022年,中國(guó)航空機(jī)械工程學(xué)系,空軍航空大學(xué)130022年長(zhǎng)春,中國(guó),電子郵件:wei411036@163.com王Guo-qiang機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院,吉林大學(xué),長(zhǎng)春130022年中國(guó)風(fēng)蘇里基礎(chǔ)科學(xué)部門(mén),裝甲技術(shù)研究所,130117年長(zhǎng)春,中國(guó)
(2008年3月6日，2008年6月13日修訂)
文摘:對(duì)某礦用自卸卡車(chē)的外流場(chǎng)進(jìn)行了模擬。討論了氣流結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)阻力，得到了氣流特性與氣動(dòng)阻力的關(guān)系。為了解決卡車(chē)頭部形狀的問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模擬和分析，提出了三種方案，分別是邊舍入邊、安裝分流面和組合。模型和方法被選為三維和時(shí)間無(wú)關(guān)的。用有限體積法求解了雷諾-平均納維-斯托克斯方程。選擇RNG k-模型來(lái)封閉紊流量。結(jié)果表明，第三種方案是最好的，因?yàn)槠錃鈩?dòng)特性?xún)?yōu)于未改進(jìn)的模型。
關(guān)鍵詞:自卸車(chē)，外流場(chǎng)，數(shù)值模擬。
1.介紹
礦用自卸卡車(chē)主要用于各種礦山和地面站。由于其工作條件差，路面較低，且經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向，負(fù)荷過(guò)重，外部負(fù)荷復(fù)雜。目前，設(shè)計(jì)人員對(duì)自卸車(chē)的強(qiáng)度和剛度的要求越來(lái)越重視，其部件滿(mǎn)足各種要求，很少考慮其氣動(dòng)特性和氣動(dòng)設(shè)計(jì)。據(jù)報(bào)道，我國(guó)大約有9000輛礦用自卸卡車(chē)[1,2]，一般負(fù)荷超過(guò)20噸，油耗和污染排放顯著增加。由于節(jié)能和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，需要通過(guò)降低自卸卡車(chē)的空氣阻力來(lái)提高自卸車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。關(guān)于重型車(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)的大量信息可以在至少20世紀(jì)70年代早期的公開(kāi)文獻(xiàn)中找到。這些工程大多涉及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、道路測(cè)試和計(jì)算模擬。參考文獻(xiàn)[3-5]聯(lián)合風(fēng)洞和計(jì)算模擬，以減少卡車(chē)空氣阻力，導(dǎo)致減阻裝置的智能設(shè)計(jì)。在Ref.[6]中引入的全面測(cè)試提供了計(jì)算驗(yàn)證的詳細(xì)數(shù)據(jù)、減阻設(shè)備的指導(dǎo)和風(fēng)洞測(cè)試指南。這些已發(fā)表的作品都不包括對(duì)礦車(chē)的氣動(dòng)參數(shù)的研究或?qū)ζ錅p阻的研究。
摘要在分析礦山傾卸卡車(chē)外部流場(chǎng)的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，給出了氣動(dòng)阻力的變化規(guī)律。為了解決卡車(chē)頭部形狀的氣動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模擬和分析，提出了改善頭部形狀的三種方案。
2.計(jì)算模型和網(wǎng)格
2.1計(jì)算模型
對(duì)一輛礦車(chē)的三維計(jì)算模型進(jìn)行了以下假設(shè)，忽略了外部鏈接和車(chē)架附件的影響，將卡車(chē)底部作為平面處理?？諝獗徽J(rèn)為是不可壓縮的，所以可以計(jì)算出傾卸卡車(chē)周?chē)姆€(wěn)態(tài)流場(chǎng)。自卸卡車(chē)被認(rèn)為是在沖擊荷載狀態(tài)下，以恒定的速度行駛在平滑的道路上，忽略了邊坡和橫風(fēng)的影響。根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]。車(chē)輪表面被修整到10o和350o，然后垂直的邊界下降到地面。所以輪子與地面的接觸是一個(gè)矩形?；谏鲜黾僭O(shè)，它是某一類(lèi)型的采礦自卸車(chē)的1/10比例復(fù)制品，如圖1所示。它的長(zhǎng)度為765毫米(L)，高度為370毫米(H)，寬度為349毫米(W)。
圖1簡(jiǎn)化模型
2.2計(jì)算域和網(wǎng)格生成。
計(jì)算域是由2L在模型前面，5L在后面，4H在頂部，2W在每邊。
圖2礦用自卸車(chē)網(wǎng)格圖的一部分。
為了克服復(fù)雜幾何、大計(jì)算域和大網(wǎng)格數(shù)的困難，該域被分解。在本研究中，通過(guò)在卡車(chē)周?chē)鷦?chuàng)建一個(gè)平行六面體箱，將該域分解為18個(gè)部分。包含卡車(chē)的盒子里裝滿(mǎn)了四面體細(xì)胞，而其他的部分則含有六面體細(xì)胞(見(jiàn)圖2)。該網(wǎng)格是由Fluent Inc.開(kāi)發(fā)的商業(yè)幾何和網(wǎng)格構(gòu)建工具GAMBIT生成的。離卡車(chē)越遠(yuǎn)的地方，網(wǎng)格就越稀疏。由于尾跡區(qū)對(duì)卡車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)特性有很大的影響，所以卡車(chē)后面的文章網(wǎng)格更加密集。本文所創(chuàng)建的網(wǎng)格包括四面體細(xì)胞、六面體細(xì)胞和金字塔細(xì)胞。
3.數(shù)值模擬
3.1數(shù)學(xué)模型
由于外部流場(chǎng)可以被認(rèn)為是不可壓縮流，所以利用時(shí)間平均守恒方程來(lái)計(jì)算流動(dòng)。現(xiàn)在方程在笛卡爾坐標(biāo)系中給出。連續(xù)性方程是
（1）
動(dòng)量方程
（2）
本構(gòu)方程
（3）
動(dòng)蕩的粘度
（4）
空氣的密度ρ,u速度相對(duì)于卡車(chē),p的平均壓力,μ空氣粘度,湍流粘度,K湍流動(dòng)能,湍流耗散率,相關(guān)系數(shù)和粘度,應(yīng)力張量,和ij年代染色率張量。
選擇RNG湍流模型，是因?yàn)樗笆褂昧艘幌盗蓄?lèi)似的問(wèn)題(8,9)，精確到更高的應(yīng)變率和漩渦流[10-12]。時(shí)間平均湍流動(dòng)能方程。
(5)
時(shí)間平均湍流耗散率方程
(6)
這里
3.2邊界條件
u∞用作一個(gè)恒定的速度入口邊界條件在v和w強(qiáng)加于零,u,v和w x,y和z分量的速度相對(duì)于卡車(chē)。開(kāi)礦傾卸車(chē)的最大速度為52公里/小時(shí)(14.44 m/s)。湍流強(qiáng)度比和湍流耗散率是過(guò)程默認(rèn)值。出口邊界條件為零相對(duì)靜壓。移動(dòng)墻地平面(= uu∞)指定邊界條件來(lái)模擬道路條件[13]。自卸卡車(chē)頂部和兩側(cè)的計(jì)算區(qū)域足夠?qū)?，足夠高，可以忽略這些邊界的影響，因此選擇進(jìn)口的條件[14]。
3.3數(shù)值方法
在本文中，所有的守恒方程和湍流模型方程都是用基于有限體積法的CFD軟件Fluent求解的。對(duì)對(duì)流條件采用了一階逆風(fēng)法，對(duì)彌散性特爾馬進(jìn)行了中心差分。為了評(píng)價(jià)壓力-速度耦合場(chǎng)，采用了著名的簡(jiǎn)單算法。
4結(jié)果與討論
4.1空氣動(dòng)力
空氣動(dòng)力在表1中給出。力包括壓力和粘性力。通過(guò)計(jì)算，自卸卡車(chē)的氣動(dòng)阻力系數(shù)為0.9184。實(shí)測(cè)車(chē)輛滑行試驗(yàn)測(cè)量的空氣動(dòng)力阻力系數(shù)為0.89[15]。兩個(gè)結(jié)果之間的誤差為5%，表明計(jì)算模擬結(jié)果是可信的。
表1氣動(dòng)力和阻力系數(shù)。
4.2流動(dòng)結(jié)構(gòu)
圖3顯示了卡車(chē)表面的壓力輪廓，圖4為=0z截面的速度矢量。迎面氣流在卡車(chē)前部分為兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)在頂部，一個(gè)在卡車(chē)的底部(見(jiàn)圖4)。通過(guò)保險(xiǎn)杠，流體從底部的運(yùn)動(dòng)被提升到后面的壓力峰值沿著底部。頂部的流也被分成兩個(gè)區(qū)域，在閥罩的流動(dòng)過(guò)程中。一個(gè)在底部，形成漩渦，讓身體在駕駛室底部和身體之間的空間停下來(lái)。下一步是與底流合并，穿過(guò)車(chē)輪與地面之間的空隙，并沿下游路徑進(jìn)入尾流區(qū)。另一種流動(dòng)的速度在身體的上邊緣加速，在身體的前部形成一個(gè)低壓區(qū)。然后，水流繼續(xù)流向下游，形成一個(gè)巨大的漩渦，因?yàn)樯眢w的形狀。下一步是將它們重新附著在身體的表面，并與后面的氣流合并。在向上流動(dòng)的過(guò)程中，由于自卸車(chē)的形狀，在車(chē)頂、駕駛室、車(chē)身和車(chē)身前部形成了一個(gè)較大的正壓區(qū)域(見(jiàn)圖3)。這是形成自卸卡車(chē)壓力的主要原因。
圖3 自卸汽車(chē)的表面壓力輪廓
圖4 z=o時(shí)的速度矢量
圖5顯示了從卡車(chē)尾部各部分的速度矢量的結(jié)果?？梢钥闯觯诳拷膊康膮^(qū)域，渦流非常復(fù)雜，因?yàn)榭ㄜ?chē)的形狀是不對(duì)稱(chēng)的。隨著渦旋沿著下游延伸，渦旋逐漸合并成一對(duì)渦旋與相反的方向旋轉(zhuǎn)，在遠(yuǎn)后方的強(qiáng)度變得較弱。
圖5 在不同位置時(shí)的速度矢量圖
5從卡車(chē)形狀的氣動(dòng)性能上研究頭部形狀的改善
其不足主要是由于前緣基本上是一個(gè)方形的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頭部的空氣動(dòng)力特性惡化，而面對(duì)風(fēng)面積較大。這些因素使車(chē)輛的頭部成為空氣阻力的主要來(lái)源。為了提高傾卸車(chē)的氣動(dòng)性能，提出了三種頭部形狀改進(jìn)方案，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬。進(jìn)行了以下研究。5.1頭型改善方案
第一個(gè)方案是改變自卸車(chē)的形狀。因?yàn)轭^部形狀基本上是一個(gè)方形的結(jié)構(gòu)，在引擎罩的邊緣，平臺(tái)和身體的頭部是圓形的。發(fā)動(dòng)機(jī)罩的半徑為10毫米，其他零件的半徑為5毫米。這些變化之后，卡車(chē)模型如圖6所示。
圖6 變化之后的卡車(chē)模型
二是減少面向空氣的面積。由于氣流對(duì)機(jī)體的影響范圍非常大，因此在傾卸卡車(chē)的頭部形成了一個(gè)較大的正壓區(qū)域。為了解決這個(gè)問(wèn)題，拆分機(jī)安裝在機(jī)身前部(如圖7所示)，因?yàn)樵赗ef.[16,17]中使用了類(lèi)似的設(shè)備來(lái)減少拖拉機(jī)拖車(chē)的阻力。
圖7 安裝分束器飛機(jī)后的卡車(chē)模型
第三種是將第一種與第二種相結(jié)合，通常是改善邊緣和朝向風(fēng)區(qū)。在模擬上述三種情況下，計(jì)算了該區(qū)域的初始條件和條件。邊界條件將與前一個(gè)模型相似。通過(guò)計(jì)算，我們可以得到改進(jìn)的卡車(chē)氣動(dòng)性能的數(shù)值結(jié)果。
圖8 自卸汽車(chē)在z=0時(shí)改善前后的對(duì)比圖
5.2原型與改進(jìn)卡車(chē)的對(duì)比
5.2.1壓力輪廓的比較=0 z截面
圖8顯示了原型和改進(jìn)卡車(chē)在=0 z部分的壓力輪廓?？梢钥吹?，氣流通過(guò)引擎蓋和車(chē)身頂部平滑地流動(dòng)。在車(chē)頂和車(chē)尾的壓力輪廓變得稀疏，壓力梯度降低。在機(jī)身前部安裝了分裂機(jī)后，在車(chē)身前部和卡車(chē)尾部的壓力輪廓都是稀疏的。它降低了整個(gè)卡車(chē)的壓力阻力。第三個(gè)場(chǎng)景集成了前兩個(gè)程序的優(yōu)點(diǎn)，使壓力減阻更顯著。5.2.2改進(jìn)后的卡車(chē)阻力系數(shù)比較，如表2所示。
表2 改進(jìn)前后氣動(dòng)阻力系數(shù)。
改進(jìn)后的卡車(chē)的氣動(dòng)阻力系數(shù)均減小。第一種情況減少3.8%，第二種減少6.59%，第三種減少13.7%。第三種情況的氣動(dòng)特性比其他的要好。因此，在氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時(shí)安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。
6總結(jié)
通過(guò)計(jì)算得出礦用自卸卡車(chē)的阻力系數(shù)很大。因此，有必要對(duì)礦用自卸卡車(chē)的氣動(dòng)特性進(jìn)行研究，并采取相應(yīng)的措施來(lái)減少阻力和動(dòng)力消耗。礦用自卸卡車(chē)的主要?dú)鈩?dòng)阻力來(lái)自于自卸卡車(chē)前的較大的正壓區(qū)。根據(jù)卡車(chē)頭部氣動(dòng)形狀的缺陷，提出了三種改進(jìn)卡車(chē)形狀的方案。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第三種方法比其他方法更好，使卡車(chē)的氣動(dòng)特性大大提高。因此，在氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時(shí)安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。
附錄2：外文原文
致 謝
經(jīng)過(guò)了半年的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于走到了尾聲，在這個(gè)過(guò)程中，有過(guò)心酸和汗水，也有過(guò)歡樂(lè)和笑聲，在此，我要感謝我的導(dǎo)師王邦國(guó)老師，我的論文就是在他的指導(dǎo)和幫助下完成的，王邦國(guó)老師淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的敬業(yè)精神以及和藹寬容的待人作風(fēng)使我獲益頗多。一開(kāi)始教會(huì)了我如何查找文獻(xiàn)，循循善誘，一遍不行就兩遍，很有耐心，當(dāng)我計(jì)算遇到困難的時(shí)候教我學(xué)會(huì)MATLAB軟件進(jìn)行編譯計(jì)算，大大節(jié)省了我的時(shí)間和精力，當(dāng)檢查開(kāi)題報(bào)告和中期答辯的時(shí)候，對(duì)于我每個(gè)文字和數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查和分析，非常嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，并時(shí)刻督促我趕上進(jìn)度。在此，向王老師致以最誠(chéng)摯的敬意和感謝！
我還要感謝呂杰，林倩雯等同學(xué)，他們?yōu)槲业恼撐奶峁┝撕芏嗪玫慕ㄗh和支持。有時(shí)候老師并不能隨時(shí)出現(xiàn)在自己的身邊，在這時(shí)，同學(xué)們的出現(xiàn)也給了我很大的幫助。
這次設(shè)計(jì)可能就是我作為學(xué)生時(shí)代的最后一次作業(yè)了，對(duì)此我也很認(rèn)真，本著一絲不茍的治學(xué)精神，也是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯的一個(gè)檢測(cè)，更是我將理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)契機(jī)，還是一個(gè)溫故而知新的過(guò)程。在這次設(shè)計(jì)中，自己也是獲益頗豐，學(xué)到了很多課本外的知識(shí)，見(jiàn)識(shí)到了很多國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解，拓展了自己的眼界，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有了更加的感性認(rèn)識(shí)。所以也感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我的長(zhǎng)足進(jìn)步。
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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
論
文
題
目： 自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
學(xué)
院：
年 12 月 30 日 填
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求
開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題；
2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線(xiàn)或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)；
3. 開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5. 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專(zhuān)業(yè)可根據(jù)需要手寫(xiě)在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?
8
一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域
專(zhuān)用汽車(chē)的設(shè)計(jì)-車(chē)輛工程
2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
自卸汽車(chē)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)給變速箱，再通過(guò)取力器來(lái)帶動(dòng)液壓泵來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱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。其最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了卸貨的機(jī)械化，從而提高卸貨效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約勞動(dòng)力。已在各項(xiàng)施工運(yùn)輸中成為最普遍的運(yùn)輸工具，自卸汽車(chē)的性能好壞已經(jīng)成為了影響國(guó)家各項(xiàng)施工建設(shè)事業(yè)的關(guān)鍵因素之一。
舉升機(jī)作為自卸汽車(chē)的一個(gè)特征機(jī)構(gòu)，它在自卸汽車(chē)卸貨過(guò)程中起著重要作用， 其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響自卸汽車(chē)整車(chē)性能，因此，自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的意義和價(jià)值。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
由于社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，社會(huì)對(duì)汽車(chē)運(yùn)輸?shù)囊笠苍絹?lái)越高，自卸汽車(chē)作為能自動(dòng)卸貨的運(yùn)輸車(chē)輛，在道路運(yùn)輸，建筑等領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。自 20 世紀(jì)自卸汽車(chē)出現(xiàn)以來(lái)，不斷更新和發(fā)展，已成為當(dāng)今貨車(chē)運(yùn)輸?shù)闹饕?chē)輛之一，自卸汽車(chē)具有高度機(jī)動(dòng)性和卸貨機(jī)械化等優(yōu)點(diǎn)。隨著汽車(chē)制造業(yè)的發(fā)展，自卸汽車(chē)也不斷采用新材料、新工藝，提高其質(zhì)量利用系數(shù)，使其具有較大的速度范圍和較高的傳動(dòng)效率，從而使控制和操縱更完善，更方便。
我國(guó)的專(zhuān)用汽車(chē)從 20 世紀(jì) 50 年代末起步，幾十年來(lái)在國(guó)內(nèi)獲得迅速發(fā)展與普及， 至今已具有一定的規(guī)模，目前我國(guó)的自卸汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家比較多，至今其保有量大約占專(zhuān)用汽車(chē)的 25%，成為系列化多品種的產(chǎn)品。我國(guó)十分重視在自卸汽車(chē)的發(fā)展，并采用先進(jìn)技術(shù)，全面提高自卸汽車(chē)的內(nèi)在質(zhì)量和使用性能，隨著使用范圍的不斷擴(kuò)大， 用戶(hù)要求也不斷提高，因而，自卸汽車(chē)正朝著多品種、系列化、小批量的方向發(fā)展和進(jìn)步。
國(guó)外對(duì)自卸汽車(chē)的研究時(shí)間較長(zhǎng)，研究方法也比較成熟,從 19 世紀(jì) 90 年代末期， 第一代商用車(chē)輛在法國(guó)、德國(guó)和美國(guó)發(fā)展起來(lái)，隨即卡車(chē)運(yùn)輸也不斷發(fā)展，其重要性也日益彰顯出來(lái)。歐美等汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家在自卸汽車(chē)行業(yè)中保持著領(lǐng)先的地位。隨著自卸汽車(chē)使用范圍的不斷擴(kuò)大，用戶(hù)要求的不斷提高，國(guó)外自卸汽車(chē)正朝著大噸位、輕量化、多樣化、系列化等方向發(fā)展。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題
(1) 自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的類(lèi)型選擇；
(2) 自卸汽車(chē)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇； (3)對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的三維建模。
2.擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）
(1)查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢(shì)； (2)制定出自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該方案進(jìn)行評(píng)價(jià)； (3)對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)中主要部件部分進(jìn)行理論計(jì)算和校核；
(4)根據(jù)計(jì)算和校核結(jié)果對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并三維繪圖。3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
通過(guò)學(xué)習(xí)及查閱有關(guān)資料掌握對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的工作原理以及其機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì), 了解現(xiàn)在對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)、相關(guān)技術(shù)的對(duì)比及市場(chǎng)前景。通過(guò)自主設(shè)計(jì)并選擇最合理的方案設(shè)計(jì)能夠得到以下結(jié)果：
(1) 了解自卸汽車(chē)舉升機(jī)機(jī)構(gòu)的工作原理及擬定總體方案設(shè)計(jì)；
(2) 主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三維軟件繪制自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的三維圖； (3)書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
(4)翻譯一篇與自卸汽車(chē)相關(guān)的外文文獻(xiàn)，不少于 3000 字。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線(xiàn)或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
（1） 查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢(shì)；
（2） 制定出自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)；
（3） 對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的主要部分進(jìn)行理論計(jì)算及校核；
（4） 根據(jù)校核結(jié)果對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪圖；
（5） 整理總結(jié)圖紙及說(shuō)明書(shū)。2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1-3 周：明確設(shè)計(jì)主要任務(wù)和內(nèi)容，查閱相關(guān)資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；
第 4 周：完成畢設(shè)開(kāi)題報(bào)告；
第 5 周：擬定自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案；
第 6-7 周：自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
第 8-9 周：舉升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零部件校核；
第 10 周：三維軟件繪制自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的裝配圖；
第 11 周：部件設(shè)計(jì)相關(guān)的外文文獻(xiàn)翻譯；
第 12-13 周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文，整理畢業(yè)設(shè)計(jì)資料；
第 14 周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述
1. 課題的背景及研究意義
汽車(chē)作為推動(dòng)現(xiàn)代文明的工具,隨著物質(zhì)文明的不斷提高,在社會(huì)商品和信息交流中,汽車(chē)的作用日趨重要。汽車(chē)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益不只是汽車(chē)本身,也集中表現(xiàn)在汽車(chē)在使用和流通的全過(guò)程中。由于社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展和完善中,社會(huì)對(duì)汽車(chē)運(yùn)輸?shù)男б嬉约案鞣N功能和性能的要求也越來(lái)越高,從而使汽車(chē)運(yùn)輸向?qū)Ｓ没较虬l(fā)展成為必然趨勢(shì)。
近年來(lái)，我國(guó)正處在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)期，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大， 城市化建設(shè)、高速鐵路建設(shè)、公路建設(shè)、道路運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)裝卸機(jī)械化 的要求也越來(lái)越高，因此自卸汽車(chē)得到了快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)自卸汽車(chē)的需求也 日益增加。自卸汽車(chē)的用途由最初的筑路逐漸發(fā)展應(yīng)用到采礦、 鐵路工程和機(jī)場(chǎng)建設(shè)等不同行業(yè)的工程項(xiàng)目中，主要用于散裝和散裝貨物的運(yùn)輸，如砂、石、煤炭、礦產(chǎn)、土地、建筑材料、廢料等。由于自卸汽車(chē)其載貨卸貨效率高、速 度快、節(jié)省勞動(dòng)力的顯著優(yōu)點(diǎn)，成為我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)不可或缺的主力軍，已是 國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作中極為重要的運(yùn)輸工具之一，有著非常廣泛的發(fā)展前景 和市場(chǎng)空間。自卸汽車(chē)的性能已經(jīng)成為了影響國(guó)家各項(xiàng)施工建設(shè)事業(yè)的關(guān)鍵因 素，因而對(duì)自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)和不斷完善成為主要工作。
自卸汽車(chē)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)給變速箱，再通過(guò)取力器來(lái)帶動(dòng)液壓泵來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓 舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱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。因此，液壓舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車(chē)的主要設(shè)計(jì)核心，其結(jié)構(gòu)形式、性能 好壞直接影響到自卸汽車(chē)的壽命和安全性。舉升機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)，依靠車(chē)輛 自身發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，通過(guò)舉升機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，將貨箱舉起和回位，實(shí)現(xiàn)貨物 的卸載，同時(shí)也可操作液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貨箱傾斜卸貨，卸貨完成后，依靠其自 身的重力作用使得其自行回位。自卸汽車(chē)舉升貨箱的主要控制機(jī)構(gòu)為分配舉升、下降等功能的取力器，現(xiàn)在在用自卸汽車(chē)的液壓舉升系統(tǒng)主要有二位二通、三 位四通等液壓舉升系統(tǒng)。
2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國(guó)的專(zhuān)用汽車(chē)從 20 世紀(jì) 50 年代末起步，是對(duì)軍用、消防車(chē)輛進(jìn)行改裝
的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)，到 20 世紀(jì) 70 年代，一些生產(chǎn)專(zhuān)用車(chē)輛的生廠(chǎng)依據(jù)不同的需要，已經(jīng)逐漸變?yōu)樯a(chǎn)某一門(mén)類(lèi)專(zhuān)業(yè)汽車(chē)的企業(yè)，開(kāi)發(fā)了屬于自己的特 色產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，至今已具有一定的規(guī)模，目前我國(guó)的自卸汽 車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家比較多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，因此各個(gè)企業(yè)都想在自卸汽車(chē)的舉升 時(shí)間和各個(gè)部件的選取之間找到一個(gè)最優(yōu)參數(shù)，以在滿(mǎn)足自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)舉 升時(shí)間的條件下，盡量減少生產(chǎn)成本，提高機(jī)械效率，加強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力， 使舉升機(jī)構(gòu)向著重型化和輕量化的方向不斷發(fā)展。同時(shí)在液壓元件生產(chǎn)設(shè)計(jì)水 平不斷提高、計(jì)算機(jī)技術(shù)在車(chē)輛設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上，自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)效率 和受力計(jì)算的準(zhǔn)確性和精確性也得到了大幅度提高。
到目前為止，我國(guó)生產(chǎn)專(zhuān)用車(chē)輛的生產(chǎn)廠(chǎng)家一般分為四種：一是生產(chǎn)基本型車(chē)輛的汽車(chē)制造廠(chǎng)，它們占總的專(zhuān)用車(chē)輛產(chǎn)量的 50%左右；二是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)專(zhuān)用車(chē)輛的汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)，在汽車(chē)制造廠(chǎng)提供的汽車(chē)底盤(pán)上進(jìn)行改裝，這是目前我國(guó)專(zhuān)用車(chē)輛生產(chǎn)的主要形式，其生產(chǎn)占總的專(zhuān)用車(chē)輛產(chǎn)量的 45%；三是非專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)，他們?cè)谏a(chǎn)其他產(chǎn)品的同時(shí)也在生產(chǎn)專(zhuān)用車(chē)輛；四是一些部門(mén)修理廠(chǎng)，根據(jù)訂戶(hù)的要求也改裝少量的專(zhuān)用汽車(chē)。
而國(guó)外對(duì)自卸汽車(chē)的研究時(shí)間較長(zhǎng)，研究方法也比較成熟,從 19 世紀(jì) 90 年代末期，第一代商用車(chē)輛在法國(guó)、德國(guó)和美國(guó)發(fā)展起來(lái)，隨后卡車(chē)運(yùn)輸也不斷發(fā)展，其重要性日益彰顯出來(lái)。自卸汽車(chē)主要用于露天采礦，交通運(yùn)輸中，由于露天礦山生產(chǎn)成本的 50% - 60%以上是用于運(yùn)輸和裝載成本，自卸汽車(chē)成為露天
礦山的主要機(jī)械設(shè)備之一,從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，保持設(shè)備的良好狀態(tài)是非常重要的。隨著自卸汽車(chē)使用范圍的不斷擴(kuò)大，用戶(hù)要求的不斷提高，國(guó)外自卸汽車(chē)正朝
著大噸位、輕量化、多樣化、系列化等方向發(fā)展，更多地利用計(jì)算機(jī)手段研究開(kāi)發(fā)新車(chē)型，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短研制周期。例如美國(guó) Caterpillar 公司采用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)載重 360 噸的大型礦用自卸汽車(chē) 797B，比用物理樣機(jī)節(jié)省了一半的時(shí)間。
國(guó)外的企業(yè)比如美國(guó)卡特彼勒（CATERPILLAR）、美國(guó)特雷克斯（TEREX）、日本小松制作所（KOMATSU）等在研究自卸汽車(chē)時(shí)，能從全局角度對(duì)自卸汽車(chē)機(jī)、電、液和控制方面進(jìn)行把握，從而使自卸汽車(chē)的整體性能在短時(shí)間內(nèi)得到很大 的提高，同時(shí)國(guó)外已經(jīng)擁有完整的自卸汽車(chē)液壓舉升機(jī)構(gòu)產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)體系， 設(shè)計(jì)加工的舉升機(jī)構(gòu)大多結(jié)構(gòu)合理且比較輕巧，這使得他們?cè)谧孕镀?chē)行業(yè)中 保持著領(lǐng)先的地位。
相對(duì)而言，我國(guó)關(guān)于自卸汽車(chē)的研究起步晚、技術(shù)不夠成熟，據(jù)調(diào)查,目前很多廠(chǎng)家,特別是一些低速載貨汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家,由于設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平等多方面的限制,在進(jìn)行舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)所采用的方法還比較落后,它們的主要方法是對(duì)于不同裝載質(zhì)量的自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu),根據(jù)現(xiàn)有自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的大小, 憑經(jīng)驗(yàn)按照一定的比例加大或縮小相應(yīng)構(gòu)件的尺寸設(shè)計(jì)而成,這就是傳統(tǒng)的經(jīng) 驗(yàn)類(lèi)比法。但由于舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)位置布置困難,所以在決定實(shí)際結(jié)構(gòu)時(shí)往往取較大的安全系數(shù),結(jié)果使得產(chǎn)品結(jié)果差強(qiáng)人意,材料的潛力不能充分使用，一些重型自卸汽車(chē)還依靠國(guó)外進(jìn)口。作為一種專(zhuān)用汽車(chē)，自卸汽車(chē)的性能指標(biāo)常因客戶(hù)的不同要求而變化，這使自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有批量小、種類(lèi)多的特點(diǎn)，增加了自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)工作，這就需要對(duì)自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)不斷改進(jìn)和完善，以逐漸縮小與世界上先進(jìn)國(guó)家的差距。
3. 主要研究?jī)?nèi)容
論文主要是進(jìn)行自卸汽車(chē)舉升機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研
究：
(1) 查閱相關(guān)資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況，了解國(guó)內(nèi)外自
卸汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)；
(2) 制定出自卸汽車(chē)舉升機(jī)機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)方案，選出最合理最簡(jiǎn)便的舉升機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)該方案進(jìn)行評(píng)價(jià)；
(3) 進(jìn)行自卸汽車(chē)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)液壓系統(tǒng)的主要元件進(jìn)行性能參數(shù)計(jì)算和選型，及選擇液壓舉升機(jī)操縱方式；
(4) 對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)機(jī)構(gòu)中主要部件部分進(jìn)行理論計(jì)算和校核，檢查強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求，以確保該自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)適用可行；
(5) 根據(jù)計(jì)算和校核結(jié)果對(duì)自卸汽車(chē)舉升機(jī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并進(jìn)行三維建模及繪圖。
4. 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要任務(wù)是完成自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并查閱相關(guān)資料及文獻(xiàn)，分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并確定自己所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)構(gòu)的方案，同時(shí)確定設(shè)計(jì)方案是否具有可實(shí)施性，是否滿(mǎn)足強(qiáng)度計(jì)算要求，然后運(yùn)
用 catia 的軟件把自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的裝配圖繪制出來(lái)，最終完成本次自卸汽車(chē)舉升機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題目名稱(chēng)： 自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
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自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
總計(jì)：畢業(yè)論文： 37 頁(yè)
表 格： 3 表
插 圖： 9 幅
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摘 要
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，社會(huì)對(duì)汽車(chē)運(yùn)輸?shù)囊笠苍絹?lái)越高，自卸汽車(chē)是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)廂舉升并且能自動(dòng)準(zhǔn)確降落回位的汽車(chē)，它能夠自動(dòng)卸貨，在道路運(yùn)輸，建筑等領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。自卸汽車(chē)作為專(zhuān)用汽車(chē)中一個(gè)分支，幾十年來(lái)在我國(guó)快速發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了多種多樣的型式，其中最常見(jiàn)的是后傾式自卸汽車(chē)，但是近10年來(lái)我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)生產(chǎn)的品種少且單一，缺乏創(chuàng)新，相較于國(guó)外等發(fā)達(dá)國(guó)家仍然比較落后，所以需要不斷創(chuàng)新和發(fā)展，研究新的種類(lèi)和技術(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)于我國(guó)而言是非常重要的任務(wù)。
本文首先對(duì)自卸汽車(chē)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀作了相關(guān)的概述，講述了本文研究的意義。接著，按照自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)步驟，選擇合適的二類(lèi)底盤(pán)，參照型號(hào)為 CA3071PK2AEA80 的二類(lèi)底盤(pán)，對(duì)汽車(chē)的外廓尺寸、輪距與軸距尺寸以及整車(chē)的裝載質(zhì)量、整備質(zhì)量、總質(zhì)量等參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)的計(jì)算與設(shè)計(jì)，再對(duì)舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)選型 然后對(duì)其關(guān)鍵部分進(jìn)行校核以確保設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，最后進(jìn)行catia三維畫(huà)圖。
關(guān)鍵字：自卸汽車(chē)；舉升機(jī)構(gòu) ；液壓系統(tǒng)
Ⅰ
ABSTRACT
Along with the sustained and rapid growth of the national economy, the society is becoming more and more high to the requirement of motor transport, car by hydraulic system to implement the carriage self-discharging and can automatic landing return car accurately, it can automatic unloading, in the road transport, construction and other fields are widely used. Dump trucks as a new branch of special vehicles, after decades of rapid development in our country, have a variety of forms, one of the most common is backward of dump truck, but less varieties of specialized automobile production in China in recent 10 years and a single, lack of innovation, compared with foreign developed countries such as still relatively backward, so need to constant innovation and development, research new types and technologies, improve the quality of the product, is a very important task for our country.
At first, this paper gives an overview of the research status of dump trucks at home and abroad, and describes the significance of this study. Then, according to the design steps of the dump truck, select the appropriate category ii chassis, reference model for CA3071PK2AEA80 second class chassis, the car outside of the profile size, the size of the wheel track and wheelbase and vehicle loading quality, curb weight, total quality and relevant calculation and design, the parameters of lifting mechanism and hydraulic system design and type selection And then to check to ensure that the design of its key parts meet the requirements, finally carries on the catia 3 d drawing.
Key Words：Dump truck ;lifting mechanism; hydraulic system
I
Ⅱ
目 錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 國(guó)內(nèi)外專(zhuān)用車(chē)輛的發(fā)展概況 1
1.3 研究本課題的目的和意義 2
1.4 自卸汽車(chē)的概述 2
2 自卸汽車(chē)總體設(shè)計(jì) 4
2.1 總體設(shè)計(jì)方案確定 4
2.2 二類(lèi)底盤(pán)的選擇 4
2.3 主要尺寸參數(shù) 5
2.4 本章小結(jié) 6
3 舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7
3.1舉升機(jī)構(gòu)的選型 7
3.2 舉升機(jī)構(gòu)最大舉升角的確定? 8
3.3 舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 10
3.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13
3.5 本章小結(jié) 17
4 自卸汽車(chē)穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)部件的校核 18
4.1 自卸汽車(chē)穩(wěn)定性計(jì)算校核 18
4.2 自卸汽車(chē)運(yùn)動(dòng)部件干涉的校核 19
4.3 本章小結(jié) 21
5 結(jié)論 22
參 考 文 獻(xiàn) 23
附錄1：外文翻譯 24
附錄2：外文原文 32
致 謝 38
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自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 引言
自卸汽車(chē)是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)廂舉升并且能自動(dòng)準(zhǔn)確降落回位的汽車(chē)，它能夠自動(dòng)卸貨，在道路運(yùn)輸，建筑等領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。自上世紀(jì)60年代起，經(jīng)過(guò)工業(yè)革命之后，發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車(chē)行業(yè)逐漸發(fā)展起來(lái)，因而發(fā)達(dá)國(guó)家的專(zhuān)用汽車(chē)的數(shù)量一直在增長(zhǎng)，占據(jù)了世界汽車(chē)絕大部分市場(chǎng)，隨后亞太地區(qū)也逐漸發(fā)展起來(lái)，而我國(guó)自卸汽車(chē)比發(fā)達(dá)國(guó)家晚了幾十年，技術(shù)和產(chǎn)品的質(zhì)量遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國(guó)家，但經(jīng)過(guò)幾十年的不斷革新和成長(zhǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)不斷地發(fā)展和壯大，如今已出具規(guī)模，并且在不斷的完善和改良，現(xiàn)在，我國(guó)的自卸汽車(chē)生產(chǎn)的廠(chǎng)家繁多，已經(jīng)有幾千家，在21世紀(jì)初，載貨汽車(chē)總產(chǎn)量達(dá)專(zhuān)用汽車(chē)的一半左右。但是近10年來(lái)我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)生產(chǎn)的品種種類(lèi)少且單一，缺乏創(chuàng)新，仍然需要引進(jìn)外國(guó)先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)數(shù)量和質(zhì)量還遠(yuǎn)不如其他發(fā)達(dá)國(guó)家。所以需要不斷創(chuàng)新和發(fā)展，研究新的種類(lèi)和技術(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)于我國(guó)而言是非常重要的任務(wù)。
1.2 國(guó)內(nèi)外專(zhuān)用車(chē)輛的發(fā)展概況
1.2.1 國(guó)外專(zhuān)用車(chē)輛發(fā)展概況
從19世紀(jì)90年代末期開(kāi)始，美國(guó)和西歐的一些發(fā)達(dá)國(guó)家的卡車(chē)交通運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)展，逐漸運(yùn)用于交通建筑等各個(gè)領(lǐng)域中，因而專(zhuān)用汽車(chē)在世界各國(guó)不斷發(fā)展起來(lái)，不久之后日本等亞洲地區(qū)也開(kāi)始重視專(zhuān)用汽車(chē)的發(fā)展。
（1）國(guó)外專(zhuān)用汽車(chē)的規(guī)模：
由于國(guó)外一些國(guó)家人口基數(shù)小、領(lǐng)土廣泛、勞動(dòng)力匱乏，因而需要機(jī)械化效率高的專(zhuān)用汽車(chē)，所以國(guó)外的自卸汽車(chē)廠(chǎng)家多，生產(chǎn)的零部件也專(zhuān)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)批量大、品種多，符合交通運(yùn)輸各個(gè)領(lǐng)域的要求。
（2）國(guó)外專(zhuān)用車(chē)輛的發(fā)展形勢(shì)及研究現(xiàn)狀
據(jù)數(shù)據(jù)資料顯示，1980年美國(guó)用于交通運(yùn)輸業(yè)的汽車(chē)占專(zhuān)業(yè)汽車(chē)生產(chǎn)的一半以上，其中中型和重型貨車(chē)的數(shù)量為主。1970年Japan的汽車(chē)年產(chǎn)量到達(dá)21萬(wàn)輛。到90年代，Japan的特種車(chē)輛總產(chǎn)量為70年代的十倍之多，中型貨車(chē)占據(jù)主要市場(chǎng)。歐洲地區(qū)由于人文環(huán)境的同，它以重型車(chē)輛為主，大部分產(chǎn)品是拖車(chē)、半掛車(chē)和低載貨卡車(chē)，大小不一，軸承質(zhì)量不同。前蘇聯(lián)比日本早了20年，汽車(chē)和工業(yè)發(fā)展迅速，貨車(chē)比例和專(zhuān)用車(chē)輛的所有權(quán)上呈上升趨勢(shì)。
重型汽車(chē)具有重型、大功率、大功率的特點(diǎn)不能被其他特種車(chē)輛替代，因此在國(guó)外得到快速發(fā)展，當(dāng)然重型汽車(chē)也存在些許不足，因而國(guó)外專(zhuān)用汽車(chē)廠(chǎng)家在研究上花了很大功夫，向輕型化發(fā)向發(fā)展。
1.2.2 我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)的發(fā)展形勢(shì)
（一）我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)的研究現(xiàn)狀
自上世紀(jì)60年代初開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始重視專(zhuān)用車(chē)輛的存在，一開(kāi)始從軍事車(chē)輛和消防車(chē)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改裝形成專(zhuān)用汽車(chē)。1970年開(kāi)始，通過(guò)改革開(kāi)放及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，專(zhuān)用汽車(chē)逐漸成為社會(huì)生產(chǎn)的核心力量。
我國(guó)的專(zhuān)用車(chē)輛行業(yè)在90年代得到飛速迅速，經(jīng)過(guò)40多年的成長(zhǎng)形成了自己獨(dú)有的體系?，F(xiàn)在的車(chē)輛生產(chǎn)廠(chǎng)家主要為四類(lèi):其中最為普遍的一種形式是廠(chǎng)家生產(chǎn)基本專(zhuān)用車(chē)輛，它的市場(chǎng)占據(jù)我國(guó)的一半;其次是廠(chǎng)家生產(chǎn)專(zhuān)用的車(chē)輛，其主要生產(chǎn)形式是對(duì)汽車(chē)底盤(pán)進(jìn)行改裝形成專(zhuān)用車(chē)輛，其生產(chǎn)占將近一半，與上一種基本占據(jù)了我國(guó)的主要市場(chǎng)；剩下來(lái)的就是一些不專(zhuān)業(yè)法的廠(chǎng)家和一些維修廠(chǎng)，主要根據(jù)用戶(hù)的需求對(duì)車(chē)輛進(jìn)行生產(chǎn)或改裝。
（二）專(zhuān)用車(chē)輛產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)
通過(guò)改革開(kāi)放，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不斷改進(jìn)和發(fā)展，由于專(zhuān)用汽車(chē)的各個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因此專(zhuān)用汽車(chē)在我國(guó)發(fā)揮著重要的作用。但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)貨車(chē)所有權(quán)的特殊車(chē)輛和年產(chǎn)出的比例較小，由于城市需要大量的特殊車(chē)輛，如生活車(chē)輛、醫(yī)療車(chē)輛、市政車(chē)輛和衛(wèi)生車(chē)輛，所以研發(fā)生產(chǎn)的高水平、高質(zhì)量、高附加值的專(zhuān)用車(chē)輛是我國(guó)發(fā)展的首要任務(wù)。
1.3 研究本課題的目的和意義
我國(guó)于上世紀(jì)中期開(kāi)始生產(chǎn)自卸汽車(chē),經(jīng)過(guò)50多年的成長(zhǎng)和蛻變,特別是在1980年代,經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放，生產(chǎn)技術(shù)不斷的交流和改變,公路自卸車(chē)和礦用自卸汽車(chē)逐漸壯大起來(lái)，自卸汽車(chē)從而形成了較為規(guī)范的體系，特別是自21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)專(zhuān)用車(chē)輛的行業(yè)需求量增加，使得專(zhuān)車(chē)專(zhuān)業(yè)化、豐富化。
自卸汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)自發(fā)展萌芽開(kāi)始，由不足的10家到現(xiàn)在的上千家，翻了近百倍,占了國(guó)家汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的八成,從最初零散的小規(guī)模企業(yè),通過(guò)不斷的整合和聯(lián)改等方式形成企業(yè)的集團(tuán)化和規(guī)?；?，無(wú)論從數(shù)量還是從品質(zhì)上得到了前所未有的發(fā)展和進(jìn)步。然而，國(guó)外自卸車(chē)的生產(chǎn)開(kāi)始于1930年代，比中國(guó)早了30年。在隨后的幾年里，它的結(jié)構(gòu)雖然得到了改善，車(chē)輛的性能得到了改善，但相比于國(guó)外仍然差了很多，因此需要不斷研發(fā)和發(fā)展。
1.4 自卸汽車(chē)的概述
自卸汽車(chē)作為裝有由本身發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓舉升機(jī)構(gòu)，能將車(chē)廂卸下或者使車(chē)廂傾斜一定的角度、貨物依靠自重能自行卸下的專(zhuān)用車(chē)輛，其主要運(yùn)輸砂石等散裝貨物，運(yùn)用于建筑和礦用等領(lǐng)域中。由于它具有能自動(dòng)卸貨的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了卸貨的效率，節(jié)省了人力物力，降低了成本，所以自卸汽車(chē)得到了應(yīng)用和發(fā)展，隨后成為具有一定規(guī)模的產(chǎn)品，且種類(lèi)豐富化。
自卸汽車(chē)一般可分為兩類(lèi):一類(lèi)重型重載公路運(yùn)輸，主要是礦山和水路運(yùn)輸，配有挖掘機(jī)，但它的外部輪廓和軸載沒(méi)有具體的要求。另外一種是普通公路運(yùn)輸?shù)能?chē)輛，主要運(yùn)用于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，從事砂石等散貨運(yùn)輸。
一般額定裝載質(zhì)量小于4噸為輕型自卸汽車(chē)，大于8噸為重型，在這之間的則為中型。
圖 1.1 為普通自卸汽車(chē)結(jié)構(gòu)及主要組成部分:
1- 三角臂；2-車(chē)廂；3-液壓油缸；4-拉桿；5-副車(chē)架；
圖1.1 普通自卸汽車(chē)結(jié)構(gòu)及組成部分
2 自卸汽車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)一輛載重為4噸的自卸汽車(chē)，需要對(duì)其完成自卸汽車(chē)底盤(pán)的選用，舉升機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)，最后對(duì)關(guān)鍵部分進(jìn)行校核和分析。
2.1 二類(lèi)底盤(pán)的選擇
自卸汽車(chē)的底盤(pán)分為一、二、三、四類(lèi)底盤(pán)，目前絕大部分專(zhuān)用車(chē)輛被改裝用于二類(lèi)底盤(pán)，占所有底盤(pán)的八成左右。二類(lèi)底盤(pán)是指完整車(chē)輛去掉貨箱及專(zhuān)用裝置的機(jī)械整體，它具有后懸小、車(chē)架大梁短的特點(diǎn)，因此本車(chē)選用二類(lèi)底盤(pán)。
汽車(chē)底盤(pán)除了需要滿(mǎn)足可靠性和適用性的要求，還要考慮兩個(gè)因素：一是汽車(chē)底盤(pán)性?xún)r(jià)比，二是要有供貨來(lái)源。
考慮到以上因素，本車(chē)選用CA3071PK2AEA80的型號(hào)。它具有安裝靈活、配置方便、性?xún)r(jià)比高且供貨來(lái)源廣泛的特點(diǎn)，同時(shí)符合本文設(shè)計(jì)噸位要求，因此，本車(chē)選用該規(guī)格，它的規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)等主要參數(shù)見(jiàn)表 2.1
表 2.1CA3071PK2AEA80 型二類(lèi)底盤(pán)參數(shù)
底盤(pán)型號(hào)
CA3071PK2AEA80
底盤(pán)類(lèi)別
二類(lèi)
規(guī)格
長(zhǎng)：6280寬：2358高2730
燃油類(lèi)型
柴油
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
GB3847-2005
軸數(shù)
2
軸距
3750
輪胎規(guī)格
9.00-20.9.00R20
輪距
前輪距：1914mm 后輪距：1847mm
總質(zhì)量
7490kg
整備質(zhì)量
2680kg
前排乘客
3
2.3 主要尺寸參數(shù)
自卸汽車(chē)的主要尺寸參數(shù)如圖2.1所示，主要包括:外廓尺寸、軸距、輪距、質(zhì)量參數(shù)等。因?yàn)樽孕镀?chē)是由型號(hào)為 CA3071PK2AEA80 的底盤(pán)改裝而來(lái)，因此基本參數(shù)保持不變。
圖2.1 自卸汽車(chē)主要尺寸參數(shù)
2.3.1 外廓尺寸
總長(zhǎng)寬高為汽車(chē)的外廓尺寸，由上文所述基本參數(shù)不變，所以確定自卸汽車(chē)的長(zhǎng)為6280mm、寬為2358mm、高為2730mm。
2.3.2 軸距和輪距
汽車(chē)的外廓尺寸、裝載容積、軸荷分配、最小轉(zhuǎn)彎直徑等會(huì)受汽車(chē)軸距和輪距的影響，因此軸距和輪距的尺寸很重要。同理，本自卸汽車(chē)的軸距和輪距保持不變，所以確定其軸距 L＝5100mm；前輪距：1914mm；后輪距：1847mm。
2.4.3 質(zhì)量參數(shù)
（1）整車(chē)整備質(zhì)量
裝滿(mǎn)了燃料、冷卻整車(chē)整備質(zhì)量劑和液壓油的空車(chē)質(zhì)量是車(chē)輛的整車(chē)質(zhì)量。從設(shè)計(jì)原則考慮，需要盡力減少,所以采用輕型材料，減輕質(zhì)量，來(lái)降低成本。當(dāng)然，還要考慮車(chē)輛使用的外部條件、公路狀況等因素。
綜合以上因素，確定自卸汽車(chē)的整備質(zhì)量。
（2）額定裝載質(zhì)量
額定裝載質(zhì)量是根據(jù)用戶(hù)的需求、使用情況及選定的底盤(pán)來(lái)確定的。還應(yīng)考慮廠(chǎng)商的底盤(pán)的額定載荷質(zhì)量，從而使產(chǎn)品向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。與此同時(shí)，能承載所選擇的二類(lèi)底盤(pán)允許的最大質(zhì)量。
（3） 最大總質(zhì)量
（4） 最大總質(zhì)量包括整車(chē)整備質(zhì)量、額定裝載質(zhì)量和乘載人員。所以，其中為承載人員質(zhì)量，取60kg。
所以本車(chē)最大總質(zhì)量：
2.4 本章小結(jié)
確定了本次設(shè)計(jì)二類(lèi)底盤(pán)的型號(hào)是CA3071PK2AEA80，根據(jù)該型號(hào)確定了本次設(shè)計(jì)的外廓尺寸長(zhǎng)為6280mm、寬為2358mm、高為2730mm;軸距 L＝5100mm；前輪距：1914mm；后輪距：1847mm、整車(chē)整備質(zhì)量4100kg、最大總質(zhì)量7160kg。
3 舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的選型和設(shè)計(jì)
3.1舉升機(jī)構(gòu)類(lèi)型的選擇
從傳動(dòng)裝置的側(cè)面或上端安裝到輸出功率、動(dòng)力升降器或通過(guò)直接驅(qū)動(dòng)油泵驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)泵來(lái)產(chǎn)生液壓驅(qū)動(dòng)的裝置。其設(shè)計(jì)要求如下:
1：利用升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)傾卸功能；
2：安裝合理方便，具有良好的功率傳遞函數(shù)；
3：傾倒完后，能夠準(zhǔn)確回位；
4：當(dāng)貨箱實(shí)現(xiàn)最大舉升角時(shí)，貨箱底板的最低點(diǎn)不能低于水平地面。
舉升機(jī)構(gòu)主要分為直推式和連桿組合式。
(1）直推式?
直推式是指升降機(jī)機(jī)構(gòu)利用液壓缸直接將貨箱推到指定位置。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械效率高，損失能量少，但是液壓缸的工作行程長(zhǎng)，影響工作效率。
根據(jù)油缸位置和汽車(chē)連接點(diǎn)的位置，可將直接推舉機(jī)構(gòu)的位置分為前后兩種。
（2）連桿組合式
連桿組合式根據(jù)布置形式分為兩種，油缸后推式（D式或加伍德式舉升機(jī)構(gòu)）和前推式（T式或馬勒里式舉升機(jī)構(gòu)）。
連桿機(jī)構(gòu)式是利用三角機(jī)構(gòu)將貨箱推到指定位置。升降機(jī)構(gòu)工作平穩(wěn)，油缸活塞行程短，可用于單缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，密封好，同時(shí)具有裝配靈活的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛使用。
對(duì)于舉升機(jī)構(gòu)的選型需要通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行比較和分析，來(lái)確定哪個(gè)方案適合本次自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)，但是無(wú)論選擇哪一類(lèi)機(jī)構(gòu)，都需要滿(mǎn)足F和這兩個(gè)基本條件，表3.1是對(duì)兩類(lèi)舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和比較。
表3.1 直推式和連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較
項(xiàng)目
類(lèi)別
直推式
連桿組合式
結(jié)構(gòu)布置
簡(jiǎn)單
復(fù)雜
系統(tǒng)質(zhì)量
小
大
油缸加工工藝
多級(jí)缸、工藝性差
單級(jí)缸、制造簡(jiǎn)單、工藝性好
油壓特性
差
好
系統(tǒng)密封性
密封環(huán)節(jié)多、易滲漏、密封性差
密封環(huán)節(jié)少、不易滲漏、密封性好
工作壽命
磨損大、工作壽命短
不易磨、損工作壽命長(zhǎng)
制造成本
高
低
系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性
差
好
直推式安裝靈活且構(gòu)造不是很復(fù)雜。但是由于貨箱與油缸有直接關(guān)系，需要被直接頂起，且要被舉到最大舉升角，所以有必要提升車(chē)輛的平穩(wěn)性，就需要用雙油缸結(jié)構(gòu)來(lái)解決，這就可能造成油缸泄漏或雙缸不同步，造成不均勻的舉升力和高的制造成本，不適用于本文設(shè)計(jì)的自卸汽車(chē)。
連桿式舉升機(jī)構(gòu)是利用三角臂機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)油缸舉升，連桿是橫向跨度期間加強(qiáng)穩(wěn)定放電，只需使用單級(jí)單缸。所以它的制造過(guò)程方便且簡(jiǎn)單，適用于各個(gè)機(jī)械行業(yè)，得到了生產(chǎn)廠(chǎng)家很多的青睞。
因此，本次設(shè)計(jì)采用了T式連桿組合舉升機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)的升降固定鉸支點(diǎn)在車(chē)廂的質(zhì)心周?chē)?，受力平衡，穩(wěn)定性好。
3.2 舉升機(jī)構(gòu)最大舉升角的確定?
當(dāng)貨箱舉升到設(shè)計(jì)極限時(shí)，不能再舉升時(shí)，貨箱底部與車(chē)架的平面角度是汽車(chē)的最大舉升角度。因此，為了確定汽車(chē)的最大減壓角，在靜態(tài)角度的基礎(chǔ)上往往只有貨物，汽車(chē)的最大減壓角的設(shè)計(jì)必須大于靜態(tài)角度，以保證貨物傾倒的完成。所以需要了解貨物的靜態(tài)安息角，如表3.2所示：
表3.2貨物的靜態(tài)安息角
運(yùn)送貨物名稱(chēng)
單位容積質(zhì)量（Kg/）
安息角
運(yùn)動(dòng)
靜止
無(wú)煙煤
焦炭
石灰石
碎石
粘土（小塊）
粘土（干）
水泥
粗砂
700-1000
360-630
1200-1500
1320-2000
700-1500
1700
900-1700
1400-1650
27°-30°
35°
30°-35°
35°
40°
-
30°
35°
27°-45°
50°
40°-45°
-
50°
27°-45°
-
40°-45°
此外，當(dāng)車(chē)廂被舉升到一定角度時(shí)，貨箱的最低點(diǎn)要與底面存在一定的間隙，如圖3.1所示，貨箱底部和汽車(chē)尾部之間的距離必須大于零，以保證卸貨時(shí)不發(fā)生干涉。
中輕型自卸汽車(chē)的最大舉升角為，重型自卸汽車(chē)由于它承載質(zhì)量大的特點(diǎn)，所以它的最大舉升角稍稍大一點(diǎn)，通常在之間。本次設(shè)計(jì)的自卸車(chē)汽載重質(zhì)量為4t，是一輛中輕型自卸汽車(chē)，所以本文取。
圖3.1?自卸汽車(chē)最大舉升角的確定
3.3 T式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟?
T式舉升機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能、壓力與舉升角存在函數(shù)關(guān)系的特點(diǎn)被廣泛使用。其通常采用作圖法與解析法來(lái)確定三角臂機(jī)構(gòu)，其受力分析圖如3.2所示。
圖3.2?T式舉升機(jī)構(gòu)的受力分析圖
首先，通過(guò)作圖法初步確定各桿件和三角臂各鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)。然后計(jì)算出各固定鉸支點(diǎn)與的函數(shù)關(guān)系，以求出所需求的力，具體步驟如下：
1）建立平面直角坐標(biāo)系?
坐標(biāo)原點(diǎn)一般選在車(chē)廂與副車(chē)架的鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)O1，x、y方向如圖所示，此外參考同類(lèi)舉升機(jī)構(gòu)，初步確定油缸的最大工作行程L。
2）初定原始參數(shù)?
舉升總質(zhì)量=裝載質(zhì)量+車(chē)廂質(zhì)量，初定為4100Kg。?
初定三角臂a、b、c、桿長(zhǎng)度為d，在確定時(shí)，必須正確控制活塞沖程，同時(shí)考慮三角形臂對(duì)運(yùn)動(dòng)的放大效應(yīng)，所以確定三邊比為。初定三角臂參數(shù)：。
3） 確定固定鉸支點(diǎn)D、E兩點(diǎn)的坐標(biāo)
直線(xiàn)CE和直線(xiàn)DB的作用線(xiàn)是由D、E兩點(diǎn)坐標(biāo)決定的，所以在D、E兩鉸支點(diǎn)的允許的情況下，使得DE之間的距離增大，以獲得更大的翻傾力。
縱坐標(biāo)由結(jié)構(gòu)允許的最小值確定，所以D、E兩鉸之點(diǎn)的坐標(biāo)是、。
4） 確定舉升機(jī)構(gòu)與車(chē)廂鉸支點(diǎn)點(diǎn)A的坐標(biāo)（，）
選擇的坐標(biāo)應(yīng)注意三角形臂合理布置空間，避免B在三角形臂端點(diǎn)前產(chǎn)生干涉。在當(dāng)L較大時(shí)，R取最高值；反之，就取較小值，初定A點(diǎn)坐標(biāo)（2800,250）。?
5）求出油缸的工作行程L?
最大升力和初始位置的差值是油缸行程。由于三角臂最高位置尚未確定，需采用作圖法，連接0A，開(kāi)始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至，旋轉(zhuǎn)角度為最大舉升角，此時(shí)A點(diǎn)變?yōu)椤Ｔ僖詾橹行淖鱎=AB的圓，同樣以D為中心作R=BD的圓，兩圓相交于點(diǎn)，同理，以為中心作R=BC的圓和以為中心作R=AC的圓，兩個(gè)圓相交于點(diǎn)，形成新的Δ，即為車(chē)廂被舉升到最大舉升角的位置。所以，油缸的最大工作行程為L(zhǎng)=E-EC。?
根據(jù)上述步驟就可以得出三角臂ABC三點(diǎn)及固定鉸支點(diǎn)DE兩點(diǎn)的坐標(biāo)。拉桿和三角臂的幾何尺寸是由圖法中得到的每個(gè)鉸鏈支點(diǎn)的坐標(biāo)值，作為已知條件，當(dāng)在0°到最大舉升角的任意時(shí)刻時(shí)，以求得和。??
馬勒里式（T式）舉升機(jī)構(gòu)受力解析圖如圖3.3所示，其設(shè)計(jì)過(guò)程如下所示：
圖3.3?前推式連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)受力分析
1）求出A 點(diǎn)在任意舉升角時(shí)的坐標(biāo)：
｛ (3-1)
式中：和為當(dāng)時(shí)的點(diǎn)坐標(biāo)，即上文初定的A點(diǎn)（2800,250）。
2）求出舉升重量質(zhì)心G點(diǎn)在任意舉升角時(shí)的坐標(biāo)（，）：
｛ (3-2)
同理點(diǎn)為時(shí)的坐標(biāo)，即為車(chē)廂質(zhì)量的中心,所以坐標(biāo)為（1800,600）。
3)求舉升角為時(shí)的B點(diǎn)坐標(biāo)（，）
已知:及A、D兩點(diǎn)坐標(biāo),可得B 點(diǎn)坐標(biāo)（，）。即:
｛ （3-3）
4)求舉升角為時(shí)的C點(diǎn)坐標(biāo)（，）
同理已知:及A、B兩點(diǎn)坐標(biāo),所以可以得出C點(diǎn)坐標(biāo)
｛ （3-4）
5） 求直線(xiàn)BD和直線(xiàn)CE的方程
由于B、C、D、F四點(diǎn)的坐標(biāo)都已經(jīng)得知，所以直線(xiàn)BD的方程:
（3-5）
直線(xiàn)CE的方程:
(3-6）
6） 求F的坐標(biāo)
F點(diǎn)為直線(xiàn)BD和CE的交點(diǎn)，所以聯(lián)立兩直線(xiàn)方程即可求解
｛ (3-7）
可得F的坐標(biāo)（，）。
7）求翻傾力R
取車(chē)廂為分離體，根據(jù)力矩平衡：
(3-8）
(3-9）
8）求油缸的推力F
取三角臂ABC為分離體，根據(jù)力矩平衡，對(duì)B點(diǎn)取距：
(3-10）
(3-11）
(3-12）
9）求拉桿拉力
因?yàn)榕cF、R三個(gè)力受力平衡，所以只要知道其中兩個(gè)力就可以得知另外一個(gè)力，本文已知F和R，所以也能求解出來(lái)。
(3-13）
(3-14）
因?yàn)樗蟮娜齻€(gè)平衡力都在的位置求出最大值, 所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要用作圖法和解析法共同使用才能求解出這三個(gè)平衡力。根據(jù)以上公式,通過(guò)使用MATLAB軟件進(jìn)行分析計(jì)算得油缸最大推力F=97217.7N，油缸最大行程L=843.21mm 。
3.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
自卸汽車(chē)的液壓系統(tǒng)如圖 3.4 所示，它主要有由三部分組成，包括動(dòng)力部分、控制部分和執(zhí)行部分。
圖3.4自卸汽車(chē)的液壓系統(tǒng)
3.4.1 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理
1）液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
液壓生產(chǎn)部件由力提取器、油泵、單向閥、油箱驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、油泵和單向閥組成，動(dòng)力裝置通常與傳動(dòng)裝置直接相連。
工作部分主要是指油缸和傾斜杠桿系統(tǒng)。油缸是安裝在梁中間的輔助框架通過(guò)氣缸支持。
控制部件包括液壓分配閥、控制系統(tǒng)和限位閥。
2）液壓舉升機(jī)構(gòu)操縱方式的選擇
控制系統(tǒng)的最主要的部分是液壓分配閥，經(jīng)常打開(kāi)分配閥當(dāng)汽車(chē)不解除油泵壓力分布的油閥回油箱中,可以減少光油泵磨損,并且可以防止車(chē)禍的過(guò)程中推動(dòng)自卸箱和造成事故,所以經(jīng)常打開(kāi)閥廣泛應(yīng)用于自動(dòng)傾卸卡車(chē)分布。
3） 液壓舉升機(jī)構(gòu)的工作原理
液壓系統(tǒng)主要由單活塞桿液壓缸、節(jié)流閥、手動(dòng)換向閥、油箱、過(guò)濾器、液壓泵、單向閥、溢流閥組成，圖3.5為液壓系統(tǒng)原理圖。
1- 單活塞桿液壓缸,?2-節(jié)流閥,?3-手動(dòng)換向閥,?4-油箱，
5-過(guò)濾器,6-液壓泵，7-單向閥,8- 溢流閥
圖3.5 液壓舉升系統(tǒng)的原理圖
1） 舉升時(shí)
換向閥3處于最右邊,能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)舉升，油箱中的油通過(guò)液壓泵6頂開(kāi)單向閥7，將油液送到液壓缸1,推動(dòng)活塞向上移,此時(shí)貨箱開(kāi)始被舉升,直到限制活塞閥打開(kāi),油液再慢慢流回油箱,此時(shí)舉升結(jié)束,溢流閥的作用是調(diào)整系統(tǒng)。
2）中停時(shí)
換向閥3在中間位置，此時(shí)舉升中停，泵輸出石油卸貨在換向閥,沒(méi)有壓力,油壓缸不提升油缸,油缸油封閉的同時(shí),汽車(chē)靜止?fàn)顟B(tài)。
3) 下降時(shí)
換向閥3處于左端，此時(shí)實(shí)現(xiàn)貨箱下降的功能。此時(shí)液壓缸與油箱直接相連。貨箱在自身重力下使得活塞向下運(yùn)動(dòng)。速度需要通過(guò)節(jié)流閥來(lái)控制，以保證下降平穩(wěn)。
3.4.2 油缸的性能參數(shù)計(jì)算和選型
自卸汽車(chē)所用的元件一般都為標(biāo)準(zhǔn)元件，所以只需要完成只需要計(jì)算液壓元件性能參數(shù)和選型。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是油缸，其選型主要依靠舉升機(jī)構(gòu)的和來(lái)確定。
舉升機(jī)構(gòu)最大舉升力：
（2-15）
式中：P—額定工作壓力（MPa），可按檔次中選取。P 與密封性和成本成正比；取 p=16MPa；
—系統(tǒng)的工作效率，一般取。
所以舉升油缸缸徑：
（2-16）
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 2348—1993規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)尺寸中選取油缸的缸徑為 D=125mm。
油缸最大工作行程 L為
（2-17）
式中:—舉升角為最大舉升角，油缸兩鉸鏈支點(diǎn)距離，m；
—舉升角為初始位置即時(shí)，油缸兩鉸鏈支點(diǎn)距離，m。
同理，油缸的最大行程L也需要在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)系列中選擇，上文得油缸最大行程為 L=843.21mm，所以選取油缸最大行程為 L=900mm，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生產(chǎn)的型號(hào)中選取此型號(hào)：3TG-E125×900EQ-L1。
3.4.3 液壓油泵的選型
油缸最大工作容積
（2-18）
液壓油泵額定流量應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：
（2-19）
式中：t—舉升工作的時(shí)間（s），舉升機(jī)構(gòu)一般應(yīng)在15s的時(shí)間內(nèi)將車(chē)廂傾斜到最大舉升角的位置,選取t=15s；
—液壓系統(tǒng)的容積效率，通常=0.8-0.85，這里取0.85；
所以液壓油泵排量q由下式確定：
（2-20）
式中：—油泵額定轉(zhuǎn)速，r/min,取=1450r/min。
經(jīng)計(jì)算得
上述參數(shù)都確定后，就可以從標(biāo)準(zhǔn)油泵系列中選擇油泵型號(hào)，自卸汽車(chē)多采用齒輪泵，因?yàn)樗哂辛髁看蟮奶攸c(diǎn)，常用形式有CB、CG、CN等系列，根據(jù)上述計(jì)算參數(shù)，本文選取油泵型號(hào)為CB-B40。
3.5 本章小結(jié)
分析了直推式舉升機(jī)構(gòu)和連桿式舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)比較選擇了前推式連桿式舉升機(jī)構(gòu)，通過(guò)舉升貨物的安息角確定自卸汽車(chē)的最大舉升角為50°，再通過(guò)解析法和作圖法綜合使用求解出三角臂各點(diǎn)的關(guān)系坐標(biāo)，拉桿長(zhǎng)度為190mm及油缸最大推力F=97217.7N，油缸最大行程L=843.21mm。
介紹了液壓系統(tǒng)的工作原理及組成部分，設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)圖使它完成舉升、中停、下降的過(guò)程，確定出油缸的型號(hào)為3TG-E125×900EQ-L1，油泵的型號(hào)為油泵型號(hào)為CB-B40。
4 自卸汽車(chē)穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)部件的校核
4.1 自卸汽車(chē)穩(wěn)定性計(jì)算校核
其質(zhì)心一般高于普通卡車(chē)，因?yàn)楦避?chē)架的存在，使加載部分的位置發(fā)生改變，其質(zhì)心也發(fā)生了改變，所以需要計(jì)算車(chē)輛的靜態(tài)穩(wěn)定性，來(lái)確保汽車(chē)的卸貨穩(wěn)定性。
4.1.1 自卸汽車(chē)平衡狀態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算校核
汽車(chē)處于平衡狀態(tài)的時(shí)候，過(guò)車(chē)輛質(zhì)心的豎直線(xiàn)穿過(guò)車(chē)輪的接地點(diǎn)時(shí)，車(chē)輛將處于翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)就是汽車(chē)的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性。如果過(guò)車(chē)輛質(zhì)心的豎直線(xiàn)通過(guò)支撐點(diǎn)，那么車(chē)輛處于臨界狀態(tài)時(shí)的傾斜角為最大傾角穩(wěn)定角，若大于這個(gè)傾斜角，車(chē)輛則傾翻，若小于這個(gè)傾斜角，車(chē)輛則處于穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算車(chē)輛質(zhì)心中心是分析特殊車(chē)輛靜態(tài)穩(wěn)定性的首要條件。
總之，整車(chē)的質(zhì)心位置，在豎直方向，需要考慮軸載質(zhì)量的分配；在水平方向上，左右車(chē)輪的負(fù)荷應(yīng)保持平衡，最大偏差不應(yīng)超過(guò)3-4%才能確保汽車(chē)的平穩(wěn)舒適性。在高位置，重心應(yīng)盡量低，這樣才能降低自卸汽車(chē)傾翻的可能性;所以為了確保汽車(chē)的穩(wěn)定性，需要符合如下要求:
確定水平方向不傾翻的要求如下：
（4-1）
確定豎直方向不傾翻的要求如下：
（4-2）
式中：-附著系數(shù)，是附著力與車(chē)輪法向壓力的比值，一般取 0.6。
B-汽車(chē)輪距，mm；
-質(zhì)心高度，mm;
經(jīng)過(guò)數(shù)字帶入計(jì)算公式計(jì)算得：
因此，平衡穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。
4.2 自卸汽車(chē)運(yùn)動(dòng)部件干涉的校核
當(dāng)貨箱被舉升到最大舉升角時(shí)，傾卸時(shí)貨箱欄板的最低點(diǎn)可能與水平地面發(fā)生接觸干涉，同時(shí)，貨箱被舉升的過(guò)程當(dāng)中，汽車(chē)的底板與三角臂之間可能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，還有車(chē)廂和副車(chē)架之間也會(huì)存在運(yùn)動(dòng)干涉，所以，有必要對(duì)這幾個(gè)部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及校核。
4.2.1 三角臂運(yùn)動(dòng)干涉的校核
原理圖如圖 4.1，三角形ABC為舉升機(jī)構(gòu)的三角臂，O點(diǎn)為汽車(chē)的傾翻中心，A點(diǎn)與D點(diǎn)相連形成拉桿AD，拉桿AD經(jīng)過(guò)液壓系統(tǒng)進(jìn)行貨箱的傾卸，轉(zhuǎn)到拉桿,過(guò)點(diǎn)C做與水平地面平行的直線(xiàn)MC，再做翻轉(zhuǎn)中心到與地面平行的水平直線(xiàn)MC的距離就是直線(xiàn)OM，以O(shè)為圓心，OM為半徑畫(huà)圓，滿(mǎn)足點(diǎn)B與MC不發(fā)生干涉的條件為：
圖4.1 三角臂運(yùn)動(dòng)干涉的校核
由上文計(jì)算可得A、B、C、O的坐標(biāo)，所以∠BAC 和∠OCM 都可知，因?yàn)椤螦CO和 AO成正比關(guān)系，所以當(dāng)∠ACO達(dá)到最大值時(shí)，即 AO 的長(zhǎng)度也就最長(zhǎng)，此時(shí)是最容易發(fā)生運(yùn)動(dòng)部件干涉的位置。
所以，根據(jù)上述內(nèi)容，將數(shù)據(jù)帶入下列公式中計(jì)算
通過(guò)使用MATLAB軟件進(jìn)行編譯計(jì)算所得，點(diǎn)B與直線(xiàn)MC不發(fā)生干涉。
4.2.2 車(chē)廂與副車(chē)架運(yùn)動(dòng)干涉的校核
上文已經(jīng)定義貨箱與副車(chē)架之間存在間隙，且間距250mm，所以在舉升過(guò)程中車(chē)廂和副車(chē)架之間不會(huì)發(fā)生干涉。
4.2.3 車(chē)廂后欄板與地面運(yùn)動(dòng)干涉的校核
當(dāng)貨箱被舉升到設(shè)計(jì)極限位置時(shí)，貨箱的后欄板最低點(diǎn)與水平地面之間留有空隙，使得傾卸能夠準(zhǔn)確完成且不發(fā)生干涉。
以下是本文最終設(shè)計(jì)的三維圖,如圖4.2所示：
圖4.2 自卸汽車(chē)三維圖
4.3 本章小結(jié)
對(duì)自卸汽車(chē)平衡狀態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了水平和豎直方向的計(jì)算校核，然后對(duì)三角臂運(yùn)動(dòng)干涉的校核、車(chē)廂與副車(chē)架運(yùn)動(dòng)干涉的校核、廂后欄板與地面運(yùn)動(dòng)干涉的校核這三個(gè)面進(jìn)行了計(jì)算分析和校核皆滿(mǎn)足要求。
5 結(jié)論
本次設(shè)計(jì)主要完成了以下內(nèi)容：首先介紹了自卸汽車(chē)，然后對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，隨后對(duì)舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行選型和計(jì)算，最后對(duì)其進(jìn)行校核，主要設(shè)計(jì)結(jié)果如下：
確定了本次設(shè)計(jì)二類(lèi)底盤(pán)的型號(hào)是CA3071PK2AEA80，根據(jù)該型號(hào)確定了本次設(shè)計(jì)的外廓尺寸長(zhǎng)為6280mm、寬為2358mm、高為2730mm;軸距 L＝5100mm；前輪距：1914mm；后輪距：1847mm、整車(chē)整備質(zhì)量4100kg、最大總質(zhì)量7160kg。隨后分析了直推式舉升機(jī)構(gòu)和連桿式舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)比較選擇了前推式連桿式舉升機(jī)構(gòu)，通過(guò)舉升貨物的安息角確定自卸汽車(chē)的最大舉升角為50°，再通過(guò)解析法和作圖法綜合使用求解出三角臂各點(diǎn)的關(guān)系坐標(biāo)，拉桿長(zhǎng)度為190mm及油缸最大推力F=97217.7N，油缸最大行程L=843.21mm。然后介紹了液壓系統(tǒng)的工作原理及組成部分，設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)圖使它完成舉升、中停、下降的過(guò)程，確定出油缸的型號(hào)為3TG-E125×900EQ-L1，油泵的型號(hào)為油泵型號(hào)為CB-B40。最后對(duì)自卸汽車(chē)平衡狀態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了水平和豎直方向的計(jì)算校核和對(duì)三角臂運(yùn)動(dòng)、車(chē)廂與副車(chē)架、廂后欄板與地面運(yùn)動(dòng)這三個(gè)面進(jìn)行了計(jì)算分析和校核，結(jié)果皆滿(mǎn)足要求。
參 考 文 獻(xiàn)
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附錄1：外文翻譯
礦用自卸卡車(chē)的氣動(dòng)特性及頭部形狀的改善
魏Xiu-ling機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院、吉林大學(xué)、長(zhǎng)春130022年,中國(guó)航空機(jī)械工程學(xué)系,空軍航空大學(xué)130022年長(zhǎng)春,中國(guó),電子郵件:wei411036@163.com王Guo-qiang機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院,吉林大學(xué),長(zhǎng)春130022年中國(guó)風(fēng)蘇里基礎(chǔ)科學(xué)部門(mén),裝甲技術(shù)研究所,130117年長(zhǎng)春,中國(guó)
(2008年3月6日，2008年6月13日修訂)
文摘:對(duì)某礦用自卸卡車(chē)的外流場(chǎng)進(jìn)行了模擬。討論了氣流結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)阻力，得到了氣流特性與氣動(dòng)阻力的關(guān)系。為了解決卡車(chē)頭部形狀的問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模擬和分析，提出了三種方案，分別是邊舍入邊、安裝分流面和組合。模型和方法被選為三維和時(shí)間無(wú)關(guān)的。用有限體積法求解了雷諾-平均納維-斯托克斯方程。選擇RNG k-模型來(lái)封閉紊流量。結(jié)果表明，第三種方案是最好的，因?yàn)槠錃鈩?dòng)特性?xún)?yōu)于未改進(jìn)的模型。
關(guān)鍵詞:自卸車(chē)，外流場(chǎng)，數(shù)值模擬。
1.介紹
礦用自卸卡車(chē)主要用于各種礦山和地面站。由于其工作條件差，路面較低，且經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向，負(fù)荷過(guò)重，外部負(fù)荷復(fù)雜。目前，設(shè)計(jì)人員對(duì)自卸車(chē)的強(qiáng)度和剛度的要求越來(lái)越重視，其部件滿(mǎn)足各種要求，很少考慮其氣動(dòng)特性和氣動(dòng)設(shè)計(jì)。據(jù)報(bào)道，我國(guó)大約有9000輛礦用自卸卡車(chē)[1,2]，一般負(fù)荷超過(guò)20噸，油耗和污染排放顯著增加。由于節(jié)能和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，需要通過(guò)降低自卸卡車(chē)的空氣阻力來(lái)提高自卸車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。關(guān)于重型車(chē)輛空氣動(dòng)力學(xué)的大量信息可以在至少20世紀(jì)70年代早期的公開(kāi)文獻(xiàn)中找到。這些工程大多涉及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、道路測(cè)試和計(jì)算模擬。參考文獻(xiàn)[3-5]聯(lián)合風(fēng)洞和計(jì)算模擬，以減少卡車(chē)空氣阻力，導(dǎo)致減阻裝置的智能設(shè)計(jì)。在Ref.[6]中引入的全面測(cè)試提供了計(jì)算驗(yàn)證的詳細(xì)數(shù)據(jù)、減阻設(shè)備的指導(dǎo)和風(fēng)洞測(cè)試指南。這些已發(fā)表的作品都不包括對(duì)礦車(chē)的氣動(dòng)參數(shù)的研究或?qū)ζ錅p阻的研究。
摘要在分析礦山傾卸卡車(chē)外部流場(chǎng)的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的基礎(chǔ)上，給出了氣動(dòng)阻力的變化規(guī)律。為了解決卡車(chē)頭部形狀的氣動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)數(shù)值模擬和分析，提出了改善頭部形狀的三種方案。
2.計(jì)算模型和網(wǎng)格
2.1計(jì)算模型
對(duì)一輛礦車(chē)的三維計(jì)算模型進(jìn)行了以下假設(shè)，忽略了外部鏈接和車(chē)架附件的影響，將卡車(chē)底部作為平面處理?？諝獗徽J(rèn)為是不可壓縮的，所以可以計(jì)算出傾卸卡車(chē)周?chē)姆€(wěn)態(tài)流場(chǎng)。自卸卡車(chē)被認(rèn)為是在沖擊荷載狀態(tài)下，以恒定的速度行駛在平滑的道路上，忽略了邊坡和橫風(fēng)的影響。根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]。車(chē)輪表面被修整到10o和350o，然后垂直的邊界下降到地面。所以輪子與地面的接觸是一個(gè)矩形。基于上述假設(shè)，它是某一類(lèi)型的采礦自卸車(chē)的1/10比例復(fù)制品，如圖1所示。它的長(zhǎng)度為765毫米(L)，高度為370毫米(H)，寬度為349毫米(W)。
圖1簡(jiǎn)化模型
2.2計(jì)算域和網(wǎng)格生成。
計(jì)算域是由2L在模型前面，5L在后面，4H在頂部，2W在每邊。
圖2礦用自卸車(chē)網(wǎng)格圖的一部分。
為了克服復(fù)雜幾何、大計(jì)算域和大網(wǎng)格數(shù)的困難，該域被分解。在本研究中，通過(guò)在卡車(chē)周?chē)鷦?chuàng)建一個(gè)平行六面體箱，將該域分解為18個(gè)部分。包含卡車(chē)的盒子里裝滿(mǎn)了四面體細(xì)胞，而其他的部分則含有六面體細(xì)胞(見(jiàn)圖2)。該網(wǎng)格是由Fluent Inc.開(kāi)發(fā)的商業(yè)幾何和網(wǎng)格構(gòu)建工具GAMBIT生成的。離卡車(chē)越遠(yuǎn)的地方，網(wǎng)格就越稀疏。由于尾跡區(qū)對(duì)卡車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)特性有很大的影響，所以卡車(chē)后面的文章網(wǎng)格更加密集。本文所創(chuàng)建的網(wǎng)格包括四面體細(xì)胞、六面體細(xì)胞和金字塔細(xì)胞。
3.數(shù)值模擬
3.1數(shù)學(xué)模型
由于外部流場(chǎng)可以被認(rèn)為是不可壓縮流，所以利用時(shí)間平均守恒方程來(lái)計(jì)算流動(dòng)。現(xiàn)在方程在笛卡爾坐標(biāo)系中給出。連續(xù)性方程是
（1）
動(dòng)量方程
（2）
本構(gòu)方程
（3）
動(dòng)蕩的粘度
（4）
空氣的密度ρ,u速度相對(duì)于卡車(chē),p的平均壓力,μ空氣粘度,湍流粘度,K湍流動(dòng)能,湍流耗散率,相關(guān)系數(shù)和粘度,應(yīng)力張量,和ij年代染色率張量。
選擇RNG湍流模型，是因?yàn)樗笆褂昧艘幌盗蓄?lèi)似的問(wèn)題(8,9)，精確到更高的應(yīng)變率和漩渦流[10-12]。時(shí)間平均湍流動(dòng)能方程。
(5)
時(shí)間平均湍流耗散率方程
(6)
這里
3.2邊界條件
u∞用作一個(gè)恒定的速度入口邊界條件在v和w強(qiáng)加于零,u,v和w x,y和z分量的速度相對(duì)于卡車(chē)。開(kāi)礦傾卸車(chē)的最大速度為52公里/小時(shí)(14.44 m/s)。湍流強(qiáng)度比和湍流耗散率是過(guò)程默認(rèn)值。出口邊界條件為零相對(duì)靜壓。移動(dòng)墻地平面(= uu∞)指定邊界條件來(lái)模擬道路條件[13]。自卸卡車(chē)頂部和兩側(cè)的計(jì)算區(qū)域足夠?qū)?，足夠高，可以忽略這些邊界的影響，因此選擇進(jìn)口的條件[14]。
3.3數(shù)值方法
在本文中，所有的守恒方程和湍流模型方程都是用基于有限體積法的CFD軟件Fluent求解的。對(duì)對(duì)流條件采用了一階逆風(fēng)法，對(duì)彌散性特爾馬進(jìn)行了中心差分。為了評(píng)價(jià)壓力-速度耦合場(chǎng)，采用了著名的簡(jiǎn)單算法。
4結(jié)果與討論
4.1空氣動(dòng)力
空氣動(dòng)力在表1中給出。力包括壓力和粘性力。通過(guò)計(jì)算，自卸卡車(chē)的氣動(dòng)阻力系數(shù)為0.9184。實(shí)測(cè)車(chē)輛滑行試驗(yàn)測(cè)量的空氣動(dòng)力阻力系數(shù)為0.89[15]。兩個(gè)結(jié)果之間的誤差為5%，表明計(jì)算模擬結(jié)果是可信的。
表1氣動(dòng)力和阻力系數(shù)。
4.2流動(dòng)結(jié)構(gòu)
圖3顯示了卡車(chē)表面的壓力輪廓，圖4為=0z截面的速度矢量。迎面氣流在卡車(chē)前部分為兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)在頂部，一個(gè)在卡車(chē)的底部(見(jiàn)圖4)。通過(guò)保險(xiǎn)杠，流體從底部的運(yùn)動(dòng)被提升到后面的壓力峰值沿著底部。頂部的流也被分成兩個(gè)區(qū)域，在閥罩的流動(dòng)過(guò)程中。一個(gè)在底部，形成漩渦，讓身體在駕駛室底部和身體之間的空間停下來(lái)。下一步是與底流合并，穿過(guò)車(chē)輪與地面之間的空隙，并沿下游路徑進(jìn)入尾流區(qū)。另一種流動(dòng)的速度在身體的上邊緣加速，在身體的前部形成一個(gè)低壓區(qū)。然后，水流繼續(xù)流向下游，形成一個(gè)巨大的漩渦，因?yàn)樯眢w的形狀。下一步是將它們重新附著在身體的表面，并與后面的氣流合并。在向上流動(dòng)的過(guò)程中，由于自卸車(chē)的形狀，在車(chē)頂、駕駛室、車(chē)身和車(chē)身前部形成了一個(gè)較大的正壓區(qū)域(見(jiàn)圖3)。這是形成自卸卡車(chē)壓力的主要原因。
圖3 自卸汽車(chē)的表面壓力輪廓
圖4 z=o時(shí)的速度矢量
圖5顯示了從卡車(chē)尾部各部分的速度矢量的結(jié)果。可以看出，在靠近尾部的區(qū)域，渦流非常復(fù)雜，因?yàn)榭ㄜ?chē)的形狀是不對(duì)稱(chēng)的。隨著渦旋沿著下游延伸，渦旋逐漸合并成一對(duì)渦旋與相反的方向旋轉(zhuǎn)，在遠(yuǎn)后方的強(qiáng)度變得較弱。
圖5 在不同位置時(shí)的速度矢量圖
5從卡車(chē)形狀的氣動(dòng)性能上研究頭部形狀的改善
其不足主要是由于前緣基本上是一個(gè)方形的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頭部的空氣動(dòng)力特性惡化，而面對(duì)風(fēng)面積較大。這些因素使車(chē)輛的頭部成為空氣阻力的主要來(lái)源。為了提高傾卸車(chē)的氣動(dòng)性能，提出了三種頭部形狀改進(jìn)方案，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬。進(jìn)行了以下研究。5.1頭型改善方案
第一個(gè)方案是改變自卸車(chē)的形狀。因?yàn)轭^部形狀基本上是一個(gè)方形的結(jié)構(gòu)，在引擎罩的邊緣，平臺(tái)和身體的頭部是圓形的。發(fā)動(dòng)機(jī)罩的半徑為10毫米，其他零件的半徑為5毫米。這些變化之后，卡車(chē)模型如圖6所示。
圖6 變化之后的卡車(chē)模型
二是減少面向空氣的面積。由于氣流對(duì)機(jī)體的影響范圍非常大，因此在傾卸卡車(chē)的頭部形成了一個(gè)較大的正壓區(qū)域。為了解決這個(gè)問(wèn)題，拆分機(jī)安裝在機(jī)身前部(如圖7所示)，因?yàn)樵赗ef.[16,17]中使用了類(lèi)似的設(shè)備來(lái)減少拖拉機(jī)拖車(chē)的阻力。
圖7 安裝分束器飛機(jī)后的卡車(chē)模型
第三種是將第一種與第二種相結(jié)合，通常是改善邊緣和朝向風(fēng)區(qū)。在模擬上述三種情況下，計(jì)算了該區(qū)域的初始條件和條件。邊界條件將與前一個(gè)模型相似。通過(guò)計(jì)算，我們可以得到改進(jìn)的卡車(chē)氣動(dòng)性能的數(shù)值結(jié)果。
圖8 自卸汽車(chē)在z=0時(shí)改善前后的對(duì)比圖
5.2原型與改進(jìn)卡車(chē)的對(duì)比
5.2.1壓力輪廓的比較=0 z截面
圖8顯示了原型和改進(jìn)卡車(chē)在=0 z部分的壓力輪廓。可以看到，氣流通過(guò)引擎蓋和車(chē)身頂部平滑地流動(dòng)。在車(chē)頂和車(chē)尾的壓力輪廓變得稀疏，壓力梯度降低。在機(jī)身前部安裝了分裂機(jī)后，在車(chē)身前部和卡車(chē)尾部的壓力輪廓都是稀疏的。它降低了整個(gè)卡車(chē)的壓力阻力。第三個(gè)場(chǎng)景集成了前兩個(gè)程序的優(yōu)點(diǎn)，使壓力減阻更顯著。5.2.2改進(jìn)后的卡車(chē)阻力系數(shù)比較，如表2所示。
表2 改進(jìn)前后氣動(dòng)阻力系數(shù)。
改進(jìn)后的卡車(chē)的氣動(dòng)阻力系數(shù)均減小。第一種情況減少3.8%，第二種減少6.59%，第三種減少13.7%。第三種情況的氣動(dòng)特性比其他的要好。因此，在氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時(shí)安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。
6總結(jié)
通過(guò)計(jì)算得出礦用自卸卡車(chē)的阻力系數(shù)很大。因此，有必要對(duì)礦用自卸卡車(chē)的氣動(dòng)特性進(jìn)行研究，并采取相應(yīng)的措施來(lái)減少阻力和動(dòng)力消耗。礦用自卸卡車(chē)的主要?dú)鈩?dòng)阻力來(lái)自于自卸卡車(chē)前的較大的正壓區(qū)。根據(jù)卡車(chē)頭部氣動(dòng)形狀的缺陷，提出了三種改進(jìn)卡車(chē)形狀的方案。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第三種方法比其他方法更好，使卡車(chē)的氣動(dòng)特性大大提高。因此，在氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)盡量使形狀順利進(jìn)行，同時(shí)安裝額外的設(shè)備以減小頭部的壓力。
附錄2：外文原文
致 謝
經(jīng)過(guò)了半年的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于走到了尾聲，在這個(gè)過(guò)程中，有過(guò)心酸和汗水，也有過(guò)歡樂(lè)和笑聲，在此，我要感謝我的導(dǎo)師王邦國(guó)老師，我的論文就是在他的指導(dǎo)和幫助下完成的，王邦國(guó)老師淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的敬業(yè)精神以及和藹寬容的待人作風(fēng)使我獲益頗多。一開(kāi)始教會(huì)了我如何查找文獻(xiàn)，循循善誘，一遍不行就兩遍，很有耐心，當(dāng)我計(jì)算遇到困難的時(shí)候教我學(xué)會(huì)MATLAB軟件進(jìn)行編譯計(jì)算，大大節(jié)省了我的時(shí)間和精力，當(dāng)檢查開(kāi)題報(bào)告和中期答辯的時(shí)候，對(duì)于我每個(gè)文字和數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查和分析，非常嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，并時(shí)刻督促我趕上進(jìn)度。在此，向王老師致以最誠(chéng)摯的敬意和感謝！
我還要感謝呂杰，林倩雯