25噸自卸車舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7.92

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1、 VIII 1 緒 論 1.1研究背景和意義 近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的大力投資，在各種機(jī)械化施工中,自卸汽車的需求量越來越大，自卸汽車的應(yīng)用范圍也越來越廣。 根據(jù)2016年我國汽車市場相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2016年國內(nèi)自卸車市場迎來了一次新的增長高峰期，數(shù)據(jù)顯示重型自卸車在2016年一季度的銷量為1.2萬輛，同比增長4.6%，中型自卸車銷量為0.2萬輛，同比增長49.5%，輕型自卸車銷量1.7萬輛，同比提升42.5%。根據(jù)中國汽車協(xié)會(huì)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015至2017年，我國自卸車的銷售量連續(xù)三年持續(xù)增長，由此可見隨著政府對國內(nèi)基建投資力度加大且審批速

2、度加快，房地產(chǎn)市場在國家政策的大力扶持下繼續(xù)升溫，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目和房地產(chǎn)項(xiàng)目的大面積開工，各類建筑材料與垃圾的運(yùn)送需求量也在大幅提升，從而促進(jìn)了自卸車市場需求量的提升，伴隨著自卸車持續(xù)增長的需求量，設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的自卸汽車便成為各生產(chǎn)商的當(dāng)務(wù)之急。 自卸車是通過借助汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)而自行完成卸載貨物的工作，并且依靠車廂自重完成復(fù)位的專用車輛（如圖2所示）。自卸車的動(dòng)力是由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供，驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)而將車廂舉升至最大角度時(shí)完成卸載貨物，并且依靠車廂的自重完成復(fù)位。自卸汽車通常由二類底盤、舉升機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)，車廂和副車架等部件組成。 自卸車按其用途可分為兩大類：一類是重

3、型和超重型自卸汽車。主要應(yīng)用在礦場，碼頭，工地等。另一類屬于普通輕型自卸車，主要承擔(dān)煤炭、渣土、垃圾、建材、等松散貨物的裝卸運(yùn)輸工作，通常與裝載機(jī)配套使用。自卸汽車按卸貨方式的不同可分為前卸式自卸車，底卸式。 自卸車的車廂由前，后，左，右及底欄板組成，主要分為簸箕，側(cè)傾，三面傾，后傾式車廂。 自卸汽車的最大優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了卸貨的機(jī)械化 ，提高了裝卸貨物的效率、減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和降低了生產(chǎn)成本。 圖2 重量型自卸汽車 舉升機(jī)構(gòu)是自卸車中最核心的結(jié)構(gòu)，也是決定自卸車性能好壞的最重要的指標(biāo)，它的性能如何將直接影響自卸汽車的工作效率，因此研究舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)

4、構(gòu)，優(yōu)化舉升機(jī)構(gòu)的性能是對提高自卸汽車工作效率起著決定性的作用。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國外研究現(xiàn)狀 國外對自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究起步比較早，剛開始都采用的類比作圖試湊的辦法，這種方法缺點(diǎn)比較明顯工作量繁重，設(shè)計(jì)誤差較大,設(shè)計(jì)過程中需要多次作圖試湊, 盲目性較大。20世紀(jì)60年代，羅伯森，凱恩等人開辟了多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的新學(xué)科。它是在經(jīng)典力學(xué)的理論基礎(chǔ)上對于多個(gè)剛體組成的復(fù)雜的系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)動(dòng)分析后，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,借助計(jì)算機(jī)建立方程求解。 1985年在第二屆國際多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)討論會(huì)上,對多剛體系統(tǒng)的發(fā)展做了回顧與總結(jié)，這也標(biāo)志多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)體系的已經(jīng)成熟。 1994

5、年Garcia和Bayo提出了笛卡爾坐標(biāo)方法,它用參考基點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)和參考基矢量的笛卡爾分量描述構(gòu)件的位置和姿態(tài),給出了求解仿真時(shí)用到的高效計(jì)算方法。 20世紀(jì)末，美國通用公司，福特公司，日本豐田公司開始將虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用于汽車的設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，對汽車各個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真，利用計(jì)算機(jī)建模計(jì)算，大大的節(jié)約了研發(fā)時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本。 1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)對于自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的研究起步比較晚晚，80年代我國從國外引進(jìn)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，早期我國也采用經(jīng)驗(yàn)類比法，根據(jù)現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)的大小，憑經(jīng)驗(yàn)按照一定的比例縮小或者放大機(jī)構(gòu)的尺寸進(jìn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，由于舉升機(jī)構(gòu)的復(fù)

6、雜性，往往在設(shè)計(jì)過程中預(yù)留比較大的安全系數(shù)，使材料的使用效率降低，設(shè)計(jì)制造成本高，周期長，影響自卸汽車性能的提高。 1985年青島專用汽車研究所的于新永在舉升機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中提出三角臂和前后舉升支點(diǎn)為設(shè)計(jì)變量。通過改變設(shè)計(jì)變量的坐標(biāo)參數(shù)，進(jìn)而得到目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化值的方法，這種方法采用作圖與解析計(jì)算并用，需要對舉升機(jī)構(gòu)各部件在舉升過程中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)受力分析，計(jì)算量較大。 1986年漢陽專用汽車研究所的周國光提出了自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)思路簡化了設(shè)計(jì)工作量，在最短的時(shí)間內(nèi)以最快的工作效率設(shè)計(jì)不同的舉升機(jī)構(gòu)以適應(yīng)不同噸位自卸車的運(yùn)輸需求。 1989年南京晨光機(jī)器廠設(shè)計(jì)研究所的賀齡山在舉升機(jī)構(gòu)的

7、優(yōu)化設(shè)計(jì)中結(jié)合電算程序，將舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化工作量大大地降低，提高了設(shè)計(jì)精度。 1994 年，吉林工業(yè)大學(xué)楊桂林在油缸后推式舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中采用編制電算程序，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的辦法，解決了傳統(tǒng)圖解法工作量大，舉升機(jī)構(gòu)工作個(gè)狀態(tài)難以具體分析的缺陷。 進(jìn)入21世紀(jì)后，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和模擬仿真軟件開始大量應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)中。 2003年武漢理工大學(xué)余良富，馬力，王元良等人提出了矩舉升機(jī)構(gòu)陣變換算法利用MATLAB編制程序進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，該方法程序編寫簡潔，運(yùn)算速度快，適用于各種舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 2004年廣西工學(xué)院汽車研究所的韋志林，黃貴東等人將多體動(dòng)力學(xué)仿真軟

8、件ADAMS應(yīng)用于對某重型自卸車的舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬研究。 2005年集美大學(xué)凌錫亮通過應(yīng)用Pro/E對油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真，對機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程中受力分析，機(jī)構(gòu)干涉的驗(yàn)證。使設(shè)計(jì)人員在已知目標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過修改變量參數(shù)，快速實(shí)現(xiàn)舉升機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 2005 年安徽飛彩有限公司技術(shù)研究院 徐德鴻利用三維設(shè)計(jì)軟件Solid Works對油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模并計(jì)算出油缸最大推力后，借助軟件自帶的comosx press插件對舉升機(jī)構(gòu)各構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算校核，分析得出構(gòu)件的最大受力處，最小安全系數(shù)等值，最后設(shè)計(jì)出最理想的舉升機(jī)構(gòu)。 2007年黑龍江工程學(xué)院 趙鶴飛等人以MATLAB

9、軟件為工具，通過對裝載機(jī)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論分析和數(shù)學(xué)建模，確定約束變量，約束條件和目標(biāo)函數(shù)，通過修改參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了舉升機(jī)構(gòu)在任意位置時(shí)的優(yōu)化分析，并生成了優(yōu)化前后舉升機(jī)構(gòu)各性能指標(biāo)的對比。同年武漢理工大學(xué)汽車學(xué)院的 趙永輝等人采用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)三角臂進(jìn)行研究使優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)質(zhì)量較之前三角臂的質(zhì)量下降了百分之二十，而經(jīng)過優(yōu)化后的機(jī)構(gòu)在強(qiáng)度上較原始構(gòu)件強(qiáng)度大大增加。 2008年熊樸借助CAE軟件構(gòu)件油缸后推式舉升機(jī)后的模型，精確計(jì)算出舉升過程中各點(diǎn)的位移，速度，受力等，將舉升機(jī)構(gòu)全程工作中各狀態(tài)下的參數(shù)值全部掌握，將車廂中心位置，三角臂長度，舉升機(jī)構(gòu)鉸支點(diǎn)坐標(biāo)等作為設(shè)計(jì)變量，通過對這些

10、參數(shù)的取值，從而迅速完成不同舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 2009年南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 孫旭運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)仿真軟件Solid Works建立了組合連桿式舉升機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)，對此機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，將各零件的受力傳回給COSMOSWorks軟件得到整個(gè)工作過程中舉升機(jī)構(gòu)最大舉升角，并利用有限元分析對零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)和校核。這種方法仿真效果好，可以實(shí)現(xiàn)舉升機(jī)構(gòu)快速優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。 2010年陜汽集團(tuán)工程師張建平等人通過多年對T式舉升機(jī)構(gòu)的研究分析，在此基礎(chǔ)上利用計(jì)算機(jī)編程開發(fā)出了對T式舉升機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的軟件，該軟件通過依據(jù)T式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的計(jì)算，將公式寫成代碼，編制成程序，通過對T式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)

11、計(jì)變量參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以將結(jié)果心境優(yōu)化調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的的構(gòu)件設(shè)計(jì)。降低了工作量，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了工作效率。使自卸汽車T式舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，節(jié)約了生產(chǎn)成本，取得了很好的效果。 2011年福建機(jī)械科學(xué)院工程師李建華通過對連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理分析，采用作圖法對連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)布置，作圖表示出連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)受力分析，選擇舉升力系數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)，采用Pro-E軟件對連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，并進(jìn)行構(gòu)件的三維裝配最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真模擬。同年，江蘇海鵬特種車輛公司 趙靜一等人借助ADAMS軟件對某型自卸車進(jìn)行參數(shù)化建模，目標(biāo)函數(shù)選擇為油缸的最大舉升力的值

12、最小，舉升機(jī)構(gòu)的的鉸接點(diǎn)位置坐標(biāo)為設(shè)計(jì)變量，舉升機(jī)構(gòu)最大舉升角度為約束條件，通過軟件建立虛擬仿真模型，通過對設(shè)計(jì)變量坐標(biāo)計(jì)算優(yōu)化分析，確立了舉升機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)的位置布置，提高了自卸汽車的經(jīng)濟(jì)性和車廂傾卸貨物的操作穩(wěn)定性。 2012年西華大學(xué) 李曉峰利用AMESIm軟件對自卸汽車液壓油缸進(jìn)行建模，根據(jù)幾何解析的方法計(jì)算舉升機(jī)構(gòu)工作過程中載荷的變化，通過修改設(shè)計(jì)變量參數(shù)值，對整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，從而找到最優(yōu)的理論值，再不斷進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，通過這種方法大大地縮短了設(shè)計(jì)研發(fā)的周期。同年重慶交通大學(xué)李偉等人利用SimDesigner軟件對油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型構(gòu)建，然后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，根

13、據(jù)結(jié)果對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化，最后得到舉升機(jī)構(gòu)優(yōu)化后各性能的指標(biāo)，這種方法應(yīng)用性強(qiáng)，可縮短設(shè)計(jì)研發(fā)周期。 2014年桂林航天工業(yè)學(xué)院王國富等人通過建立多柔體動(dòng)力學(xué)仿真模擬模型，實(shí)現(xiàn)了將有限元和多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)技術(shù)的耦合，對油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)的舉升工作過程進(jìn)行了仿真模擬，得到了油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)在舉升至任意角度時(shí)各構(gòu)件受力的變化圖和各柔體的應(yīng)力變化圖，對油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)核心部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考信息和指導(dǎo)性建議。 2015年趙玉成等人借助ANSYS軟件對自卸汽車油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模并做分析瞬態(tài)仿真模擬，在油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)的工作過程中，得到了舉升機(jī)構(gòu)不同時(shí)刻，不同位置時(shí)，的受力情況，以

14、及整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中核心構(gòu)件的應(yīng)力分布變化情況。實(shí)現(xiàn)了對舉升機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析。同年劉萬頂?shù)热私柚鶦ero軟件中的虛擬樣機(jī)技術(shù)對自卸汽車進(jìn)行卸貨過程的動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了對自卸車整個(gè)卸貨過程的運(yùn)動(dòng)仿真，分析了舉升機(jī)構(gòu)隨舉升角增大過程的受力變化曲線，為自卸車舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的方法與思路。 2016年北京科技大學(xué)黃宏偉等人在油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)的工作過程中的運(yùn)動(dòng)及受力分析的基礎(chǔ)上，對舉升機(jī)構(gòu)構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用NSGA-Ⅱ算法對模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算分析，獲取結(jié)果后對舉升機(jī)構(gòu)中三角臂進(jìn)行剛?cè)狁詈戏治?，得到?yōu)化前后油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)的性能對比曲線，從而確定了三角臂的設(shè)計(jì)方案。 1.3

15、、研究內(nèi)容： 本課題通過對自卸汽車T式舉升機(jī)構(gòu)的介紹，對運(yùn)動(dòng)原理的闡述和對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，獲得T式舉升機(jī)構(gòu)工作過程中的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建立優(yōu)化函數(shù)模型，通過改變變量參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)軟件MATLAB中優(yōu)化函數(shù)工具箱對構(gòu)建的模型進(jìn)行計(jì)算分析， 獲得目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值（最佳油壓特性曲線，最大舉升角度，各部件不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉時(shí)最小的幾何參數(shù)）確定函數(shù)變量的取值，從而獲得整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化布置方案。 1.4、研究方法與手段 （1）T式舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理作圖分析 （2）對T式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)受力分析，收集各結(jié)構(gòu)部件參數(shù) （3）構(gòu)建T式舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化模型確定設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)

16、函數(shù)，選擇約束條件 （4）利用MATLAB 中對優(yōu)化函數(shù)對模型進(jìn)行計(jì)算分析，確定最優(yōu)方案。 1.5技術(shù)路線: 開 始 對T式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析 構(gòu)件優(yōu)化模型 利用MATLAB中優(yōu)化函數(shù)計(jì)算 確定最優(yōu)值 目錄 摘要 II Abstract III 1 緒論 1 1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義 1 1.2 國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢 1 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 1.4 舉升方案的選擇 3 2??舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 2.1 自卸車各部分參數(shù)的確定 5 2.2 舉升機(jī)構(gòu)各個(gè)鉸點(diǎn)坐

17、標(biāo)的確定 6 2.3 舉升機(jī)構(gòu)受力計(jì)算 9 2.4 舉升機(jī)構(gòu)受力分析 11 2.5 舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉檢查 14 3??舉升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零件尺寸及校核 16 3.1 拉桿尺寸與校核 16 3.2 車廂后支座校核 18 3.3 中支座的設(shè)計(jì)校核 19 3.4 三角臂尺寸及校核 21 3.5 銷軸的選擇 22 3.6 各銷軸強(qiáng)度校核 22 4??液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 4.1 液壓系統(tǒng)圖 25 4.2 液壓油缸的選擇及校核 26 4.3 其它液壓元件的選擇 30 4.4 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)性能 33 5 總結(jié) 34 5.1 設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 34 5.2 設(shè)計(jì)不足與期待 35 參

18、考文獻(xiàn) 36 致謝 38 附錄 39 25噸自卸車舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 目前，專用汽車中應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的當(dāng)屬自卸車。無論是城市房屋橋梁的建設(shè)，還是礦山的開采，自卸車在運(yùn)輸物料中都扮演著及其重要的角色。因此自卸車的舉升機(jī)構(gòu)在卸載貨物的過程中十分重要，它不僅取代了人工卸貨解放了生產(chǎn)力，而且提高了卸貨的效率。在眾多的舉升機(jī)構(gòu)中，本次設(shè)計(jì)根據(jù)要求選擇后推式連桿組合機(jī)構(gòu)—加伍德式舉升機(jī)構(gòu)。這種舉升機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是舉升較平順、轉(zhuǎn)軸反力小、活塞桿行程短等。所以本次對它進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，從自卸車的最大舉升角到各個(gè)桿件的尺寸都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明。本文根據(jù)整車的參數(shù)對舉升部分的三角臂、拉桿以及

19、液壓缸的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了尺寸設(shè)計(jì)和受力校核，使用多種工具對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。不僅提升了設(shè)計(jì)的效率而且使得設(shè)計(jì)也更加合理。通過本文不僅可以清楚的了解到自卸車后推桿式舉升機(jī)構(gòu)的工作原理，還能知道舉升機(jī)構(gòu)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程及受力情況。 關(guān)鍵詞：自卸車，后推桿式舉升機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)，液壓缸 Abstract At present, the most widely used is the dump truck car in the car application area. Whether it is the construction of a city buil

20、ding bridge or the mining of a mine, it plays an important role in the transportation of materials. So the lifting mechanism of dump truck is very important in the process of unloading the goods, it is not only to replace the manual unloading liberated the productive forces, and improve the efficien

21、cy of the discharge.Among the many lifters, the design is based on the requirement of the post-launch link group, the garwood lifting mechanism.The lifting mechanism is characterized by the low lift, the lower shaft and the short running of the piston rod.So this is a detailed design of the design,

22、from the maximum lift Angle of the dump truck to the size of each pole.This paper, based on the triangle of vehicle parameters on the lifting part of the arm, tie rod and the various parameters of hydraulic cylinder of the size design and stress check, use a variety of tools to analyze the mechanism

23、 is calculated.It not only improves the design efficiency but also makes the design more reasonable.By this paper can not only understand to dump truck after the working principle of push rod type lifting mechanism, also can know the process of lifting mechanism of every movement and stress distribu

24、tion. Key words:Dumper, Hydraulic system, Gawood elevating mechanism ,Hydraulic cylinder 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義 近年來隨著國家重大工程的建設(shè)，自卸車作為最便捷的搬運(yùn)工具也成為了工程項(xiàng)目中不可或缺的一員。為了能夠更快的完成各種各樣的貨物的運(yùn)輸，自卸車的卸貨能力成了一個(gè)參考的指標(biāo)。安全高效是改革的特點(diǎn)，同時(shí)也是我們設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)，提高自卸車的載重便是大幅度的提升了工程建設(shè)中貨物的搬運(yùn)效率。尤其在近幾年國家對道路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)

25、中自卸車可謂是迎來了春天，但并不是載重越大自卸車就越好，裝得多還要舉得起放得下，所以自卸車的舉升機(jī)構(gòu)就肩負(fù)起了卸貨的重任。自卸車的舉升機(jī)構(gòu)是讓自卸車有別于其它車輛的重要機(jī)構(gòu)，它不僅能將貨物從車廂內(nèi)倒出，而且還是提高卸貨效率的關(guān)鍵因素。所以為自卸車設(shè)計(jì)出能夠快速舉升并且安全可靠的機(jī)構(gòu)是非常重要的。 現(xiàn)在使用的舉升機(jī)構(gòu)主要有直推式和連桿組合式，連桿組合式分為前推桿和后推桿。前推桿的特點(diǎn)是舉升力系數(shù)小、省力、油壓特性好，但缸擺角較大活塞桿行程稍大。使用后推桿主要有轉(zhuǎn)軸反力小，舉升力系數(shù)大，活塞行程相對較短，舉升臂較大的優(yōu)點(diǎn)[1]。所以為25噸的自卸車設(shè)計(jì)使用后推桿式的舉升機(jī)構(gòu)，可以提升它在實(shí)際生產(chǎn)

26、中的效率，而且后推桿的舉升力和同規(guī)格下其它形式的舉升機(jī)構(gòu)相比舉升臂更大，舉升的貨物也更重。為了讓25噸的自卸車在工程建設(shè)中更受歡迎，讓企業(yè)生產(chǎn)出更實(shí)用的自卸車。所以我以“25噸自卸車舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”為課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過查閱資料考察同類車型設(shè)計(jì)出更好更實(shí)用的舉升機(jī)構(gòu)。 1.2 國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢 當(dāng)今世界集科技、信息、能源于一體，建橋鋪路、開山挖礦、填海造陸都能見到自卸車的身影。作為重要的搬運(yùn)工具，各個(gè)國家都設(shè)計(jì)生產(chǎn)了不同型號(hào)的產(chǎn)品。我國主要有解放、東風(fēng)和重汽三大品牌。其中解放以生產(chǎn)、銷售中型和重型自卸車為主，它們的銷量已經(jīng)多年位居行業(yè)第一。東風(fēng)公司生產(chǎn)的自卸車是整個(gè)市場的主流車型。而重

27、汽牌的自卸車主要有質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理以及結(jié)實(shí)耐用幾大特點(diǎn)。在國外生產(chǎn)自卸車的廠家也較多，而且在超大型的自卸車技術(shù)上也處于先進(jìn)的水平。這其中一個(gè)原因就是國外在這方面投入的科研人員較多且裝備制造的技術(shù)也有一定的領(lǐng)先。不過在舉升機(jī)構(gòu)的方面大多是以直推式和連桿組合式為主。我國在下一個(gè)五年計(jì)劃中將會(huì)加大力度建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，房地產(chǎn)、高速公路、港口、機(jī)場、礦山都將是自卸車的用武之地，輕量化、專業(yè)化及重型化將是整個(gè)自卸車發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。 從50年代我國由解放CA—10型汽車變型的自卸車起步，歷經(jīng)60年代JN—150變型的自卸車生產(chǎn)，15T交通牌以及32T上海牌自卸車的試驗(yàn)研制；70年代本溪60t和100t自卸

28、車的生產(chǎn)；我國自70年代開始采用大型礦用自卸車，其中采購了大量進(jìn)口車約占80％ ，也有相當(dāng)大的一部分電傳動(dòng)車占據(jù)了自卸車進(jìn)口量的95％ 以上。自卸電傳動(dòng)車自打60年代制造出來以后，普遍采用直流電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，途經(jīng)直流到直流傳動(dòng)和交流到直流傳動(dòng)兩個(gè)重要的發(fā)展階段。90年代之前，世界上最大的電傳動(dòng)自卸車的載重總量僅僅在200噸以內(nèi)。到90年代后期交流牽引傳動(dòng)技術(shù)越發(fā)成熟，所以該技術(shù)開始應(yīng)用到自卸車上，以至于大型自卸車的載重量有了空前的發(fā)展。世界上出現(xiàn)的第一臺(tái)真正能夠投入生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)慕涣鱾鲃?dòng)自卸車是美國Haulpak工廠生產(chǎn)的930E型自卸車，載重量達(dá)281t。該自卸車的交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)是由美國GE公

29、司配套提供。它的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)和輪胎選用分別采用MTU和DDC公司合作生產(chǎn)的MTU16V396TB44和日本BRIDGE—STONE公司生產(chǎn)的48／95R57。近年因?yàn)殡娮与娏涂刂萍夹g(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)日趨完美成熟，成本不斷下降。所以，在最近幾年交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已開始向小噸位車輛發(fā)展偏移。 進(jìn)入21世紀(jì)，我國自卸車的銷售量幾乎每年都在增長。2016年1~6月份自卸車?yán)塾?jì)產(chǎn)量為104086輛比2015年同比增加了76548輛增長36%，略高于2014年同期產(chǎn)量[2]。隨著“十三五”計(jì)劃的推進(jìn)，我國工程建設(shè)的不斷增加，自卸車的需求量也將會(huì)不斷增加。屆時(shí)各種中型和重型的貨車將會(huì)在運(yùn)輸方面廣泛使

30、用?，F(xiàn)在我國自卸車已發(fā)展成品種。但同世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的自卸車相比，仍有一點(diǎn)點(diǎn)的差距。近年來，國內(nèi)自卸車舉升機(jī)構(gòu)的研究也呈現(xiàn)出比較積極的局面，從優(yōu)化設(shè)計(jì)到數(shù)學(xué)建模以及機(jī)構(gòu)仿真，研究不斷深入，并且緊跟時(shí)代步伐，做出了很好的成績。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 此次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是25噸的自卸車舉升機(jī)構(gòu)，要求在滿足法律法規(guī)的基礎(chǔ)下進(jìn)行設(shè)計(jì)。其最大舉升角要在50°～60°之間，整車質(zhì)量為25噸，舉升總質(zhì)量為12.6噸。主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括： （1） 舉升機(jī)構(gòu)的最大舉升角選擇， （2） 三角臂和拉桿的幾何尺寸計(jì)算， （3） 液壓缸的選擇， （4） 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及舉升機(jī)構(gòu)中各個(gè)零件的校核計(jì)算。 1.4

31、 舉升方案的選擇 在自卸車的的發(fā)展中，舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)發(fā)展最受人們的關(guān)注，所以經(jīng)過工程師們不斷地設(shè)計(jì)改進(jìn)舉升機(jī)構(gòu)發(fā)展成了最常用的兩大類。一類是液壓油缸直接于車廂相連，液壓力直接作用在車廂上的直推式舉升機(jī)構(gòu)；另一類則是通過連桿機(jī)構(gòu)將液壓缸和車廂連接在一起達(dá)到舉升的目的。根據(jù)油缸安裝的特點(diǎn)又分為不同類型的連桿組合機(jī)構(gòu)。 各種機(jī)構(gòu)的類型特點(diǎn)如表1-1所示： 表1-1 舉升機(jī)構(gòu)分類及特點(diǎn) 特 點(diǎn) 類 型 優(yōu)點(diǎn) 弊端 油缸前置式舉升機(jī)構(gòu) 油缸安裝在車廂的中部，油缸行程較小，舉升力較大多采用雙缸雙柱式油缸[3]。 橫向剛度不足， 采用多節(jié)伸縮時(shí)密封性較差。 油缸中置式舉升機(jī)構(gòu)

32、 油缸安裝在車廂的前部，油缸的舉升力較小，多用于重型自卸車上。 油缸前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu) 這種舉升機(jī)構(gòu)通過拉桿與車廂底板相連，舉升支點(diǎn)較靠近車廂的前部，故車廂受力狀況較好；拉桿幾乎是垂直頂起車廂，機(jī)構(gòu)啟動(dòng)性能好[4]。 三角形連桿的幾何尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊；油缸擺角較大，工作行程較大，液壓管路不易布置。 油缸后推連桿放大式（加伍德式）舉升機(jī)構(gòu) 三角臂與車廂底板相連推動(dòng)車廂，啟動(dòng)性能較好，并能承受較大的偏置載荷；舉升支點(diǎn)在車廂幾何中心附近，車廂受力狀況較好。 該機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)大，工作效率較低。 比較上述幾種舉升機(jī)構(gòu)，最后選擇后推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)，又叫做“D”式（加伍德式）舉升機(jī)

33、構(gòu)，它具有啟動(dòng)性能好能夠承受較大偏置載荷的特征，而且有舉升臂放大系數(shù)大及活塞行程短等一系列優(yōu)點(diǎn)。后推桿式舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示： 圖1-1 后推桿式舉升機(jī)構(gòu) 1—車廂底板；2—三角臂；3—拉桿；4—液壓缸；5—車架 油缸和拉桿分別鉸接在副車架上，舉升時(shí)油缸活塞桿伸出將三角臂頂起從而使三角臂將整個(gè)的車廂舉起。 2??舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 自卸車各部分參數(shù)的確定 自卸車底盤的選擇：在汽車的底盤中，25噸的自卸車多使用二類底盤，為滿足要求選用東風(fēng)汽車公司生產(chǎn)型號(hào)為EQ3251GX5DJ的底盤，底盤的具體參數(shù)如表1所示： 表2-1 EQ3251GX5DJ底

34、盤參數(shù) 質(zhì)量參數(shù)（kg） 底盤尺寸參數(shù)（mm） 后懸 1180 總質(zhì)量 25000 總長 8900 前輪距 2040 整備質(zhì)量 9600 總寬 2550 后輪距 1880 允許前軸載質(zhì)量 7000 總高 3450 接近角（°） 19 允許后橋載質(zhì)量 18000 軸距 4100/1350 離去角（°） 31 車廂的尺寸參數(shù)的確定：經(jīng)過和同類型同噸位的自卸車進(jìn)行比較選擇，按照國家相關(guān)法律法規(guī)確定車廂的長度為5600mm，寬為2300mm，高為1100mm。車廂的高度不宜太高，太高會(huì)使整車的質(zhì)心位置變高增加了行駛過程中的危險(xiǎn)性，如圖2-1所示

35、為車廂的結(jié)構(gòu)圖。 圖2-1 車廂建模 車廂最大舉升角的確定：自卸車能夠?qū)⒇浳飪A倒干凈是因?yàn)樵谂e升機(jī)構(gòu)將其車廂舉升到一定的角度上貨物的安息角小于了舉升的角度，所以這時(shí)的舉升角度就是整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)的最大舉升角度，它是設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)的一個(gè)不可或缺的參數(shù)。根據(jù)表2中的常見貨物的安息角即可確定舉升機(jī)構(gòu)的最大舉升角度。 表2-2 常見貨物安息角 物料名稱 焦炭 鐵礦石 煤炭 銅礦 細(xì)砂 粗砂 石灰石 粘土 水泥 安息角（°） 50 40～45 27～45 35～45 30～35 50 40～45 50 40～50 由于自卸車的最大舉升角范圍在50°～60°之

36、間，所以根據(jù)表2-2中貨物安息角可以確定最大舉升角度為52°。這樣既保證了或物可以傾倒干凈，還不會(huì)使車廂在舉升過程中發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。 2.2 舉升機(jī)構(gòu)各個(gè)鉸點(diǎn)坐標(biāo)的確定 本節(jié)主要利用作圖法結(jié)合兩點(diǎn)間的距離公式以及點(diǎn)到直線的距離公式確定各個(gè)支點(diǎn)的參數(shù)。首先要初步確定液壓缸的初始安裝長度和最大行程，由于選擇的是后推式連桿組合機(jī)構(gòu)它的液壓缸活塞有行程較短的特點(diǎn)所以可以跟據(jù)《液壓元件手冊》中表2-5-9初步確定液壓缸的缸徑為200mm，行程S在400mm—500mm之間選取較小的值400mm。由上述手冊中的表格可以確定液壓缸的安裝長度L0為700+400=1100mm，為了保證車廂和副車架能夠完全接

37、觸且不發(fā)生干涉，液壓缸要設(shè)計(jì)一定的予伸量20mm，所以液壓缸的最后安裝長度確定為1120mm，工作行程的最終值為380mm。有了上述初定的各項(xiàng)參數(shù)就可以利用作圖法對機(jī)構(gòu)之中的各個(gè)桿件進(jìn)行計(jì)算了[5]。 （1） 以車廂和副車架連接的鉸點(diǎn)作為坐標(biāo)的坐標(biāo)原點(diǎn)O，車頭方向?yàn)闄M坐標(biāo)X的正半軸，車廂向上為Y軸的正半軸建立坐標(biāo)系。 （2） 設(shè)三角臂連接車廂的鉸點(diǎn)坐標(biāo)為 (,)。由經(jīng)驗(yàn)公式可以確定出的橫坐標(biāo)： （2-1） =150×380/52 =1096mm 式中R—取值范圍140mm～160mm，當(dāng)L的值較小時(shí)取下限這里取1

38、50mm； L—油缸的最大行程（mm）； —最大舉升角（°）； 為車廂機(jī)構(gòu)允許的最大值，這里取值為260mm。舉升機(jī)構(gòu)液壓油缸和副車架的鉸點(diǎn)坐標(biāo)為D(,)。由經(jīng)驗(yàn)公式確定，計(jì)算得到的值為1382mm。是舉升機(jī)構(gòu)中允許使用的最小值，故取值–196mm。 （3） 過點(diǎn)作線，使其與橫坐標(biāo)軸成夾角，令=0°—4°；以液壓缸安裝長度為半徑D點(diǎn)為圓心畫圓交線于點(diǎn)，連接DB0即是油缸在舉升角度為0時(shí)的中心線。 （4） 連接O，并將O繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角，點(diǎn)轉(zhuǎn)到C點(diǎn)；再以C為圓心，以為半徑畫??；又以D點(diǎn)為圓心，以+L為半徑畫弧；兩弧交于B點(diǎn)，DB即為最大舉升角時(shí)的油缸中心線。 （5） 以B點(diǎn)為頂點(diǎn)，

39、作=，=6°～8°,再以為頂點(diǎn)作=。若為通軸，則可適當(dāng)加大。 （6） 作， 的垂直平分線交于F點(diǎn)，連接DF設(shè)CB和的延長線夾角為。以F點(diǎn)為頂點(diǎn)，作，交于A點(diǎn)，則，，和A，B，C分別為θ=0°和θ=52°時(shí)三角臂的三個(gè)鉸支點(diǎn)[6]。 這樣，經(jīng)過不斷的嘗試和調(diào)整可以得出，，，D各鉸支點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)值，進(jìn)而獲得拉桿DA0，三角臂的幾何尺寸。如圖2-2所示： 圖2-2 舉升機(jī)構(gòu)原理圖 經(jīng)過計(jì)算和測量可以得到舉升機(jī)構(gòu)在初始位置θ=0°以及θ=52°時(shí)的各個(gè)鉸點(diǎn)的坐標(biāo)，因此也可以得出拉桿的尺寸和三角臂的三條邊的尺寸。具體數(shù)據(jù)如表2-3所示： 表2-3 各鉸點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù) 鉸點(diǎn) X坐標(biāo) Y坐標(biāo)

40、 A0 419 -235 B0 448 215 C0 1096 260 A 506 359 B 146 461 C 452 1032 AB的長度 445mm AC的長度 838mm BC的長度 647mm AD的長度 963mm 2.3 舉升機(jī)構(gòu)受力計(jì)算 作各力力臂如圖2-3所示： 圖2-3 各部分受力分析 以車廂為分離體，對車廂和副車架的鉸點(diǎn)O取矩得[7]： (2-2) 則

41、 (2-3) 式中 N——三角臂對車架的作用力（N）； G——舉升總重力（N）； OH——N力對O點(diǎn)的力臂（m）。 在直角中：，則三角臂對車架的作用力 (2-4) 式中 (2-5) 過C點(diǎn)作G的作用線的平行線CE，則,即為N力與G力的夾角。 在中： (2-6) 在中而又因?yàn)樵谥校? (2-7) 而N力與G力之夾角，所以在N、G、R三力

42、構(gòu)成的力三角形中[8]： (2-8) 過B作，延長DA與交于K點(diǎn)，則 (2-9) 在中： (2-10) 以舉升角為θ時(shí)的三角臂為獨(dú)立體，油缸對三角臂的推力設(shè)為P，則其必然通過DB；拉桿對它的拉力是T，其作用線必定過AD；因?yàn)?，所以車廂對三角臂的反力一定和BK的方向同向，三力共同構(gòu)成三力匯交力系如圖2-4所示： 圖2-4 三角臂三力匯交力系 在三角形中：

43、 (2-11) 由前面的計(jì)算可以求出各個(gè)力的大小，從而可以分析各個(gè)桿件在舉升任意舉升角時(shí)的受力情況。知道了各個(gè)力之間的關(guān)系，以及各個(gè)鉸點(diǎn)的坐標(biāo)將數(shù)值帶到公式中就能求出在不同舉升角度的時(shí)候各個(gè)部位受力的大小，方便了對零件強(qiáng)度校核的計(jì)算。 2.4 舉升機(jī)構(gòu)受力分析 綜合前兩節(jié)各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和，利用EXCEL的計(jì)算功能將公式作為函數(shù)在表格中進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，計(jì)算出在舉升任意舉升角時(shí)三角臂對車廂的作用力N，液壓油缸的推力P以及拉桿的拉力T如表2-4所示： 表2-4 舉升任意角時(shí)的各力大小 舉升角θ(°) 弧度 N P T 0

44、 0 67860.93 465332.1 407165.6 1 0.017453 67569.64 463334.7 405417.8 2 0.034907 67257.76 461196.1 403546.6 3 0.05236 66925.4 458917 401552.4 4 0.069813 66572.66 456498.2 399435.9 5 0.087266 66199.63 453940.3 397197.8 6 0.10472 65806.44 451244.2 394838.6 7 0.122173

45、 65393.2 448410.5 392359.2 8 0.139626 64960.05 445440.3 389760.3 9 0.15708 64507.1 442334.4 387042.6 10 0.174533 64034.51 439093.8 384207.1 11 0.191986 63542.41 435719.4 381254.5 12 0.20944 63030.96 432212.3 378185.8 13 0.226893 62500.31 428573.5 375001.8 14 0.24434

46、6 61950.61 424804.2 371703.7 15 0.261799 61382.05 420905.5 368292.3 16 0.279253 60794.79 416878.6 364768.8 17 0.296706 60189.01 412724.7 361134.1 18 0.314159 59564.9 408445 357389.4 19 0.331613 58922.64 404041 353535.9 20 0.349066 58262.44 399513.9 349574.6 21 0.36

47、6519 57584.49 394865 345506.9 22 0.383972 56888.99 390095.9 341334 23 0.401426 56176.17 385208 337057 24 0.418879 55446.24 380202.8 332677.4 25 0.436332 54699.41 375081.7 328196.5 26 0.453786 53935.93 369846.4 323615.6 27 0.471239 53156.01 364498.4 318936.1 28 0.48

48、8692 52359.9 359039.3 314159.4 29 0.506145 51547.85 353471 309287.1 30 0.523599 50720.09 347794.9 304320.5 31 0.541052 49876.88 342012.9 299261.3 32 0.558505 49018.48 336126.7 294110.9 33 0.575959 48145.15 330138.2 288870.9 34 0.593412 47257.15 324049 283542.9 35 0

49、.610865 46354.76 317861.2 278128.5 36 0.628319 45438.24 311576.5 272629.5 37 0.645772 44507.89 305197 267047.3 38 0.663225 43563.98 298724.4 261383.9 39 0.680678 42606.8 292160.9 255640.8 40 0.698132 41636.64 285508.4 249819.8 41 0.715585 40653.8 278768.9 243922.8 4

50、2 0.733038 39658.57 271944.5 237951.4 43 0.750492 38651.26 265037.2 231907.6 44 0.767945 37632.18 258049.2 225793.1 45 0.785398 36601.64 250982.7 219609.8 46 0.802851 35559.95 243839.6 213359.7 47 0.820305 34507.42 236622.3 207044.5 48 0.837758 33444.38 229332.9 200

51、666.3 49 0.855211 32371.16 221973.7 194227 50 0.872665 31288.08 214546.8 187728.5 51 0.890118 30195.46 207054.6 181172.8 52 0.907571 29093.65 199499.3 174561.9 計(jì)算出詳細(xì)的受力情況就可以將三角臂對車廂的作用力N，液壓缸的推力P以及拉桿的拉力T與舉升角的關(guān)系作出如圖2-5所示的曲線，有了曲線不難看出各力的大小及走向。舉升機(jī)構(gòu)中作用力最大的是液壓缸的推力，這是因?yàn)榕e升重物的全部舉升力都來自液壓缸。在

52、舉升的過程中液壓缸的推力逐漸減小隨著舉升角的增大。拉桿在舉升機(jī)構(gòu)中也有著很大的作用，它的受力也是隨著舉升角的增大而減小由此可以確定該舉升機(jī)構(gòu)在初始位置起重時(shí)對機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求較高所以后面主要的舉升角為零時(shí)的零件進(jìn)行校核。 圖2-4 舉升機(jī)構(gòu)中各力隨舉升高度變化圖 舉升機(jī)構(gòu)的好壞可以通過一些參數(shù)來判斷，其中有一項(xiàng)舉升力系數(shù)就是對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)的一個(gè)指標(biāo)。它是油缸的有效推力和舉升最大的重量的比值，這個(gè)值越小代表著舉升機(jī)構(gòu)的性能越好。 通過上述的計(jì)算有了舉升時(shí)油缸的推力就可以得到舉升力系數(shù)K[9]:

53、 （2-12） 式中 F—油缸的有效推力（N）； M—舉升的總質(zhì)量（kg）； 不同的舉升角度的舉升力系數(shù)存在差異，通常情況取初始位置和最大舉升角的舉升力系數(shù)作為評價(jià)的指標(biāo)。由于舉升力系數(shù)存在一定的局限性，所以引入起始油壓和油壓波動(dòng)系數(shù)來對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)[10]。 起始油壓： （2-13） 式中 —開始舉升時(shí)的油壓（MPa）； —最大舉升角時(shí)的油壓（MPa）。 油壓波動(dòng)系數(shù)：

54、 （2-14） 式中 —平均油壓（MPa）。 經(jīng)過計(jì)算得出舉升機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)如表2-5所示： 表2-5 舉升機(jī)構(gòu)各個(gè)性能參數(shù) 評價(jià)指標(biāo) 性能參數(shù) 舉升力系數(shù) 1.83 1.95 起始油壓 油壓波動(dòng)系數(shù) 由表2-5中的數(shù)據(jù)可以看出舉升力系數(shù)在一個(gè)比較理想的范圍類，但是起始油壓和油壓波動(dòng)系數(shù)都較大，說明該舉升機(jī)構(gòu)還可以進(jìn)一步對它進(jìn)行優(yōu)化。 2.5 舉升機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉檢查 雖然計(jì)算出了舉升機(jī)構(gòu)中各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，也確定了各個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。但是那些只是一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，并不能說明舉升機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件就能正常的運(yùn)動(dòng)。因此將各個(gè)坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為零件

55、的實(shí)際尺寸進(jìn)行建模分析。如圖2-5是裝配好的舉升機(jī)構(gòu)的整個(gè)裝配圖。整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)由副車架、拉桿、液壓油缸、三角臂和車廂組成。當(dāng)液壓系統(tǒng)向液壓缸供入高壓油時(shí)，液壓缸的活塞桿向外推出，這時(shí)三角臂受到油缸的推力開始將車廂舉起。整個(gè)過程中液壓缸的底座與車架是鉸接在一起的，拉桿也與副車架的支座通過銷軸鉸接在一起所以是可以運(yùn)動(dòng)的。三角臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)關(guān)系到整機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否會(huì)出現(xiàn)干涉，它的一頭與車廂的支座鉸接在一起，一頭與油缸的活塞桿鉸接在一起，還有一個(gè)鉸接孔與拉桿鉸接在一起。所以三角臂不僅要保證不與車廂發(fā)生干涉，還要保證和油缸的運(yùn)動(dòng)也要不發(fā)生干涉。 圖2-5 舉升機(jī)構(gòu)總裝圖 利用solidworks的移

56、動(dòng)碰撞檢測功能如圖2-6所示，拖動(dòng)車廂檢查機(jī)構(gòu)中是否有干涉。當(dāng)拖動(dòng)車廂繞后支座的鉸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，液壓缸活塞桿會(huì)升出來直到活塞與缸蓋接觸發(fā)生碰撞時(shí)停下來這時(shí)候就是舉升機(jī)構(gòu)舉升到最大角。如果拖動(dòng)車廂運(yùn)動(dòng)的過程中沒有發(fā)生任何碰撞停止說明整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)沒有干涉。 圖2-6 solidworks碰撞檢測檢查 3??舉升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零件尺寸及校核 3.1 拉桿尺寸與校核 拉桿主要承受拉力，其一端鉸接在車架的前支座上，另一端則與三角臂鉸接在一起。因此要對拉桿的拉應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行校核。為了能夠經(jīng)濟(jì)實(shí)用節(jié)約材料，拉桿的截面設(shè)計(jì)稱矩形，兩端采用焊接將鉸接的耳環(huán)和孔焊在拉桿上，這樣還能降低車的整備質(zhì)量提高裝

57、載效率[11]。這里選用Q235鋼來作為拉桿制造材料，拉桿的截面尺寸如圖3-1所示： 圖3-1 拉桿橫截面尺寸 由于機(jī)構(gòu)中用的是兩根拉桿，所以每根拉桿所受的最大拉力為，T是拉桿所受總拉力在上一章中已經(jīng)算出為407165.6N。故根據(jù)公式： (3-7) 式中N—每一跟拉桿所受的拉力（N）； A— 拉桿的截面面積（）。 經(jīng)過計(jì)算出=127.2MPa，查得Q235鋼的許用拉應(yīng)力為160MPa，因此拉桿的拉應(yīng)力，所以設(shè)計(jì)的拉桿滿足強(qiáng)度要求。 拉桿上的孔受力也非常大所以

58、對耳環(huán)（圖3-2）和孔（圖3-3）的校核是必要的，為了保證耳環(huán)和鉸接孔的部位在工作時(shí)不發(fā)生斷裂，這兩處的拉應(yīng)力必須在材料的許用拉應(yīng)力的范圍之內(nèi)[12]。制造耳環(huán)和鉸接孔的材料為Q235鋼，鉸接孔的直徑為80mm，厚度為 25mm；與三角臂鉸接耳環(huán)孔的直徑為40mm，厚度總和為24mm。對其校核公式同式（3-7）校核如下： 圖3-2 拉桿連接車架處結(jié)構(gòu) 與車架連接處鉸接孔的拉應(yīng)力：MPa<160MPa，滿足強(qiáng)度要求。 圖3-3 拉桿連接三角臂處結(jié)構(gòu) 與三角臂鉸接處耳環(huán)拉應(yīng)力：MPa<160MPa，滿足強(qiáng)度要求。 由于拉桿的兩端有焊接所以須對焊縫的強(qiáng)度進(jìn)行校核，焊縫處應(yīng)力大小的校

59、核公式如下： (3-8) 式中F—拉桿所受的拉力（N）； A—焊縫處的面積（），計(jì)算得0.00264； —焊接效率，取0.7。 與車架支座連接的孔的焊縫強(qiáng)度為：MPa<160MPa所以此處的焊縫強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 與三角臂連接的孔的焊縫強(qiáng)度為：MPa<160MPa，所以此處的焊縫強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過上述校核計(jì)算，拉桿的整體設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)合理。經(jīng)過設(shè)計(jì)的拉桿如圖3-4所示： 圖3-4 舉升機(jī)構(gòu)拉桿建模 3.2 車廂后支座校核 車廂與車架連接是通過車廂后支座

60、鉸接在一起，支座采用焊接的方式和車廂連接為一體，利用銷軸與車架鉸接。這里的焊接主要是起固定作用所以不用校核，主要校核內(nèi)容為支座的強(qiáng)度校核。車廂支座的材料選用45號(hào)鋼=190MPa，車廂支座在舉升角為0°時(shí)也就是舉升的初始位置受力最大，利用上一章中坐標(biāo)可以求出此時(shí)的力F為[13]： (3-9) 式中—舉升的總重量（N）； —舉升機(jī)構(gòu)質(zhì)心初始位置時(shí)的橫坐標(biāo)； —車廂與三角臂鉸接點(diǎn)在初始位置時(shí)的橫坐標(biāo)。 經(jīng)過計(jì)算此時(shí)后支座的受力F=12600×9.8×（1434-1096）/1096=38080.

61、5N，車廂后支座的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示： 圖3-5 車廂后支座結(jié)構(gòu)示意圖 車廂上有兩個(gè)后支座所以每個(gè)支座所受的力為N，支座的受力面積A=0.06×0.04×2=0.0048，根據(jù)式（3-7）可以計(jì)算出每一個(gè)后支座所受的應(yīng)力強(qiáng)度MPa<190MPa。所以車廂后支座強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 3.3 中支座的設(shè)計(jì)校核 如圖3-6所示是中支座結(jié)構(gòu)簡圖，它的主要作用是將舉升機(jī)構(gòu)固定在車廂上。支座上焊接的有兩組耳環(huán)每一組兩個(gè)，分別與舉升機(jī)構(gòu)的三角臂鉸接。為了防止支座變形采用Q235鋼制造的空心型鋼，并在上面加焊兩個(gè)筋板以保證支座的強(qiáng)度。筋板的厚度為20mm，其中每一個(gè)耳環(huán)的厚度為10mm。所以校核的主

62、要內(nèi)容是耳環(huán)強(qiáng)度和各個(gè)焊縫的強(qiáng)度。 圖3-6中支座結(jié)構(gòu) 中支座受的反力最大值出現(xiàn)在舉升的初始位置，最大值為407165.6N，材料為Q235鋼，為160MPa。耳環(huán)孔的直徑為80mm，厚度為10mm。因此耳環(huán)的受力面積，根據(jù)式（3-7）可以計(jì)算出耳環(huán)所受力的強(qiáng)度為 MPa<160MPa，所以耳環(huán)的強(qiáng)度符合要求。 耳環(huán)與型鋼采用的是角焊的方式進(jìn)行連接，所以要對此處的焊縫強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算。這里焊縫的寬度取6mm，焊縫的面積利用下式計(jì)算出焊縫的強(qiáng)度為： (3-10) 式中F—支

63、座所受的反力（N）； A—焊縫處的面積（）； —焊接效率，取0.7。 計(jì)算得出=31.6MPa<160MPa，所以此處的焊縫強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 為了提高型鋼的強(qiáng)度防止型鋼變形，需要在型鋼上加焊兩塊筋板。筋板和型鋼之間的焊接方式也為角焊。焊縫的寬度也是6mm，因此焊縫的面積A=(0.07+0.07+0.02)×2×0.006=0.00192，同上述公式計(jì)算可以得出此處的焊縫強(qiáng)度為MPa<160MPa，在許用應(yīng)力強(qiáng)度范圍內(nèi)所以此處的焊縫強(qiáng)度滿足要求。 支座型鋼與車廂的連接依然采用的是角焊，為了保證在舉升過程中支座的安全性可靠，就必須對焊縫的強(qiáng)度進(jìn)行校核。焊縫的寬度依舊為6mm，焊縫的面積

64、為A=(0.07+0.651)×2+0.15×4+0.02×2=2.08。同上述公式計(jì)算可以得出此處的焊縫強(qiáng)度為MPa<160MPa，在許用應(yīng)力強(qiáng)度范圍內(nèi)所以此處的焊縫強(qiáng)度滿足要求。 3.4 三角臂尺寸及校核 如圖3-7所示是舉升機(jī)構(gòu)的三角臂，在整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)中受力最大的零件當(dāng)屬三角臂，其主要受車廂的反作用力，拉桿的拉力以及液壓缸活塞桿的推力。這三個(gè)力對三角臂上的三個(gè)孔的擠壓最大當(dāng)屬與活塞桿鉸接處的最大。所以主要校核的內(nèi)容是液壓缸最大推力時(shí)對鉸接孔的擠壓強(qiáng)度是否能夠滿足要求。三角臂選用45號(hào)鋼來制造，取三角臂的厚度為10mm， 45號(hào)鋼的許用擠壓應(yīng)力為=600MPa。三角臂所受到的擠壓應(yīng)力由

65、下式計(jì)算為[14]： (3-11) 式中F—液壓缸的最大推力（N）； —三角臂受力孔的面積（），A=2×0.04×0.01=0.0008。 圖3-7 三角臂結(jié)構(gòu)圖 經(jīng)過計(jì)算三角臂的擠壓應(yīng)力MPa<600MPa，所以三角臂所受擠壓應(yīng)力在材料許用擠壓應(yīng)力的范圍下，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 3.5 銷軸的選擇 在油缸與車架的連接鉸點(diǎn)，活塞桿和三角臂的鉸點(diǎn)，以及車廂和三角臂車廂和車架的連接鉸點(diǎn)都需要用銷軸進(jìn)行連接。銷軸的選擇根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選用標(biāo)準(zhǔn)銷軸DIN1444[15]。結(jié)

66、構(gòu)如圖3-8所示： 圖3-8 DIN1444銷軸 3.6 各銷軸強(qiáng)度校核 整車的舉升機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件之間都采用的是銷軸進(jìn)行連接，銷軸主要受剪切力的作用，因此要對銷軸的剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。在前一章中選擇了DIN1444的標(biāo)準(zhǔn)銷軸，此軸的材料選用45號(hào)鋼，它的屈服極限為355MPa，它的剪切應(yīng)力為[16]： (3-12) 式中—45號(hào)鋼的屈服極限（MPa）； —安全系數(shù)，一般為3.5～5，這里取4； 接下來就是根據(jù)鉸接處的銷軸尺寸來對其剪切強(qiáng)度進(jìn)行校核。 油缸與車架鉸接處銷軸的校核：此處只有一根銷軸連接，軸的直徑為80mm，根據(jù)《材料力學(xué)》公式有： (3-12) 式中Q—銷軸材料所受力的大小（N）； A—銷軸的受力面積（），其中d是銷軸的直徑。 所以此處銷軸的剪切應(yīng)力為MPa<88MPa，因此該銷軸的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 液壓缸活塞桿和三角臂鉸接