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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
礦用自卸車車廂和舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車工程系
專業(yè)班級： 車輛工程B05-18班
學(xué)生姓名： 王 剛
指導(dǎo)教師： 韓春強(qiáng)
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○○九年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The Design for Compartment and Lifting Mechanism of Mining Dump Truck
Candidate：Wang Gang
Specialty：Vehicle engineering
Class：B05-18
Supervisor：Lecturer. Han chunqiang
Heilongjiang Institute of Technology
2009-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)的題目是礦用自卸車車廂和舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。礦用自卸車是礦業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，它具有荷載量大，車速低，運(yùn)距短等主要特點(diǎn)。車廂和舉升機(jī)構(gòu)是重要的工作裝置，對于車輛可靠工作、自動傾倒貨物具有重要作用。
本設(shè)計(jì)首先論述了車廂和舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，以及在滿足設(shè)計(jì)性能需求的情況下，選擇最符合要求的形式。在確定了礦用自卸車底盤的參數(shù)后，依此為依據(jù)完成其車廂和舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行校核，而且要繪制出車廂、舉升機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等圖紙。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還要進(jìn)行液壓缸和油泵的選型和計(jì)算，并要選擇取力器和方向控制閥的類型。由于礦用自卸車的工作條件比較惡劣，對它的要求也比一般的自卸車要苛刻，車廂的體積也比較大，強(qiáng)度要求也比較大，材料的強(qiáng)度也比較重要。若能將不同類型的舉升機(jī)構(gòu)，按其各自的特點(diǎn)配備到與之相應(yīng)的自卸汽車，則無論是自卸汽車的工作性能，還是舉升機(jī)構(gòu)的使用效率，都會得到很大的改善。因此，如何選擇合適的舉升機(jī)構(gòu)和車廂，成為自卸車設(shè)計(jì)的重要問題。
關(guān)鍵詞： 自卸車；設(shè)計(jì)；車廂；舉升機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)
ABSTRACT
The topic of this design is compartment and lifting mechanism of mining dump truck.The mining dump truck is importance equipments in the mineral industry,it have characteristics of carrying great capacity,the low speed and the short distance.The compartment and lifting mechanism of mining dump truck is of importance in work equipment,which have a large impact on the functions,such as the credibility of vehicle,the level of dumping the goods and so on.
Firstly this design discussed the forms of the structure of compartment and lifting mechanism,and choiced the best form under the circumstance of satisfying the functions in need.After fixing on the parameter of the chassis of mining dump truck,according to this,we can complete its compartment and lifting mechanism,check hydraulic system and lifting mechanism,protract the blueprint of hydraulic system and lifting mechanism. In the design of hydraulic system,we need to choice the form of hydraulic cylinder and calculate the parameter of hydraulic cylinder,confirm the parameter and basic configuration and the scheme of total disposal of implement..Because of the worse working condition of mining dump truck,the demand for mining dump truck is very rigour,such as,the large volume of compartment and the big intension of material.If lifting mechanism of dump truck fit to it very well,the working performance of dump truck and the efficiency of the use of lifting mechanism will be improved.So,how to choice the form of the lifting mechanism is a very important problem in the design of the dump truck.
Key words： Dump truck; Design;Compartment; Lifting mechanism; Hydraulic system
IV
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要 I
Abstract I
第1章 緒論 1
1.1課題的提出 1
1.2課題來源及研究意義 1
1.3 礦用自卸車國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 1
1.3. 1國外研究發(fā)展概況 1
1.3.2國內(nèi)研究發(fā)展概況 1
1.4研究的內(nèi)容 1
第2章 整車參數(shù)的確定及車廂的設(shè)計(jì) 1
2.1整車尺寸參數(shù)的確定 1
2.2質(zhì)量參數(shù)的確定 1
2.3車廂形式的選擇 1
2.4車廂的選材 1
2.5車廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定 1
2.6車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 1
2.7本章小結(jié) 1
第3章 液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1
3.1液壓舉升機(jī)構(gòu)時應(yīng)滿足的性能 1
3.2舉升系統(tǒng)性能主要評價(jià)參數(shù) 1
3.3液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的確定 1
3.3.1液壓舉升機(jī)構(gòu)簡述 1
3.3.2液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的選擇 1
3.4舉升機(jī)構(gòu)幾何尺寸的確定 1
3.4.1車廂與副梁鉸支點(diǎn)O的確定 1
3.4.2車廂放平時舉升機(jī)構(gòu)與車廂前鉸支點(diǎn)A0的確定 1
3.4.3液壓油缸與副梁鉸支點(diǎn)的確定 1
3.4.4車廂放平時三角臂中支點(diǎn)C0座標(biāo)和A0C0長度的確定 1
3.4.5車廂放平時拉桿與三角臂鉸接點(diǎn)B0的確定 1
3.4.6拉桿與副梁鉸接點(diǎn)D及拉桿長度的確定 1
3.5 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析 1
3.5.1機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)計(jì)算 1
3.5.2機(jī)構(gòu)受力分析 1
3.5.3拉桿截面尺寸的確定 1
3.6 本章小結(jié) 1
第4章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 1
4.1液壓油缸性能參數(shù)計(jì)算 1
4.2液壓泵性能參數(shù)計(jì)算 1
4.3油箱容積與油管內(nèi)徑計(jì)算 1
4.4系統(tǒng)壓力校核 1
4.5車廂升降時間的校核 1
4.6方向控制閥的選型 1
4.7操縱方式的選擇 1
4.8液壓系統(tǒng)原理 1
4.9取力器的選擇 1
4.10本章小結(jié) 1
第5章 副車架的設(shè)計(jì) 1
5.1選用的底盤主車架的主要尺寸 1
5.2副車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1
5.2.1副車架的外形 1
5.2.2副車架的選材 1
5.2.3副車架的截面形狀 1
5.2.4加強(qiáng)板的布置 1
5.2.5副車架的前端形狀及安裝位置 1
5.2.6縱梁與橫梁的連接設(shè)計(jì) 1
5.3 副車架與主車架的連接設(shè)計(jì) 1
5.4副車架尺寸的確定 1
5.5副車架的強(qiáng)度剛度彎曲適應(yīng)性校核 1
5.6本章小結(jié) 1
結(jié)論 1
參考文獻(xiàn) 1
致謝 1
附錄 1
附錄A.外文文獻(xiàn)原文 1
附錄B.外文文獻(xiàn)中文翻譯 1
第1章 緒 論
1.1 課題的提出
自卸車是利用發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動液壓舉升機(jī)構(gòu)，將車廂傾斜一定角度從而達(dá)到自動卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的專用汽車。按不同的用途自卸車可分為兩大類：一類是非公路運(yùn)輸用的重型和超重型自卸汽車。這種自卸汽車主要應(yīng)用于大型礦山、水利工地等場所，運(yùn)輸?shù)呢浳锿ǔＪ怯膳c其配套的挖掘機(jī)械來完成裝載的。這類汽車也稱為礦用自卸汽車。這類自卸車輛在長度、寬度、高度以及軸荷等方面不受公路法規(guī)的限制，但同時它也只能在礦山、工地上使用，而不得用于公路運(yùn)輸。另一類是公路運(yùn)輸用的輕、中、重型（裝載質(zhì)量在2～10t）普通自卸汽車。這種自卸車主要承擔(dān)著泥土、砂石、煤炭等松散貨物的運(yùn)輸工作，它通常也是與裝載機(jī)械配套使用的[1]。
普通自卸車輛有多種分類方法，按運(yùn)輸貨物傾卸方向分為：后傾式、側(cè)傾式、三面傾式和底卸式自卸汽車；按貨箱欄板結(jié)構(gòu)分為：欄板一面開啟式、欄板三面開啟式和簸箕式（即無后欄板式）汽車：按裝載質(zhì)量分為：輕型自卸汽車（me<3.5t ）、中型自卸汽車（3.5t < me<8t）和重型自卸汽車（me>8t）。
礦用自卸車（Mining truck），也稱之為非公路運(yùn)輸車（Off—highway truck），是露天礦山運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，隨著露天礦開采規(guī)模的擴(kuò)大，開采深度的增加，運(yùn)輸?shù)缆菲露鹊淖兌?，鐵路運(yùn)輸效率降低，曲率半徑受到限制，爬坡能力低，很難適應(yīng)深部開采的要求，從而為大型礦用自卸車的發(fā)展提供了機(jī)遇。目前，在年開采量千萬噸以上的大型露天礦山的運(yùn)輸設(shè)備中，礦用自卸車已占80％～90％。礦用自卸車安驅(qū)動型式分為電傳動和液力機(jī)械傳動，電傳動的礦用自卸車又稱電動輪自卸車。
礦用汽車主要用于露天礦山，工作環(huán)境惡劣。隨著露天礦開采規(guī)模的擴(kuò)大，開采深度的增加，多數(shù)礦用汽車經(jīng)常是滿載連續(xù)上坡，下坡時又需要連續(xù)制動，柴油機(jī)和傳動系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時間長，因此礦用汽車的使用可靠性要求很高，這也造成了其生產(chǎn)成本高，售價(jià)昂貴，產(chǎn)量不大。
礦用自卸車是隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，上世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的自卸運(yùn)輸車輛，其裝載重量在10t以上。自2001年11月10日起，中國正式成為WTO成員國，國內(nèi)市場逐漸開放。同時，我國亦確立了以擴(kuò)大內(nèi)需為主的經(jīng)濟(jì)政策，實(shí)施西部施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加大對基建項(xiàng)目的投資力度，農(nóng)林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商業(yè)運(yùn)輸、交通、通訊、金融、機(jī)場、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、工地及般的土木工程等的運(yùn)輸作業(yè)礦用自卸車以其良好的通過型、機(jī)動性的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。
在礦用自卸車的設(shè)計(jì)當(dāng)中，液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一直處于重要的地位。這是因?yàn)橐簤号e升機(jī)構(gòu)是礦用自卸車的重要工作系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣直接影響著汽車的多個主要性能指標(biāo)。應(yīng)用最優(yōu)化方法進(jìn)行液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對提高液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率具有重要的意義[2]。
1.2課題來源及研究意義
當(dāng)今汽車工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的日益加快。汽車產(chǎn)品開發(fā)的一個主要手段就是變型設(shè)計(jì)，即以現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，保持其基本結(jié)構(gòu)和功能不變，對其局部結(jié)構(gòu)、尺寸或配置進(jìn)行一定范圍內(nèi)的變動和調(diào)整，以此快速形成適應(yīng)市場需求的新產(chǎn)品。
自動傾卸汽車是以發(fā)動機(jī)為動力，經(jīng)過變速器的取力機(jī)構(gòu)和液壓傾卸裝置，進(jìn)行車廂自動傾卸，從而實(shí)現(xiàn)自動卸貨的一種車輛。因其短途卸載方便，動力性、機(jī)動性均較好，與裝載機(jī)，帶式輸送機(jī)，吊車等其它吊裝機(jī)具配合使生產(chǎn)效率明顯提高，被廣泛應(yīng)用于建設(shè)工地、礦山、港口、碼頭等，用來搬運(yùn)巖石，廢土，煤，沙子等物資。
自卸汽車包括兩大類：鉸接式自卸汽車和剛性自卸汽車。剛性自卸汽車按傳動方式又可分為液力機(jī)械傳動自卸汽車和電力機(jī)械傳動自卸汽車兩種。裝載量在10t以上的自卸汽車，由于載重量大，外形尺寸寬，超過了公路對車輛的使用要求，一般不能在公路上運(yùn)行，我們稱之為非公路自卸汽車。此類自卸汽車主要用于露天礦山和地下采礦，有時也用于采石場和水利、建筑工程中。
礦用自卸汽車是一種專用汽車，技術(shù)要求高，社會需求量少。過去很長一段時間，國內(nèi)礦用自卸汽車生產(chǎn)廠家主要靠引進(jìn)國外車型，通過仿制和部分改造開發(fā)自己的新車型。隨著設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)能力逐漸提高，部分礦用汽車生產(chǎn)廠家開始與高校等科研機(jī)構(gòu)合作，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的礦用自卸汽車。如北京首鋼重型汽車制造廠與北京科技大學(xué)合作，開發(fā)的SGA3550型礦用自卸汽車。
在 SGA3550型礦用自卸汽車樣機(jī)裝配過程中，發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)上的失誤，造成部分零件的返工，延長了樣機(jī)制作時間。可見，有必要采用新的設(shè)計(jì)方法，如國外部分礦用自卸汽車生產(chǎn)廠家采用的虛擬樣機(jī)技術(shù)，保證整車一次裝配成功，減少甚至避免零件的返工，縮短新車型的研制時間，降低研制成本，提高整車性能。礦用自卸汽車液壓系統(tǒng)是礦用自卸汽車重要組成部分，液壓系統(tǒng)性能好壞直接影響整車的工作性能和可靠性。
本課題在滿足設(shè)計(jì)要求下，對礦用自卸車的車廂和舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇和設(shè)計(jì)，并為進(jìn)一步研究整車的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提高自卸汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。同時，也希望能為推廣虛擬樣機(jī)等先進(jìn)CAD技術(shù)的應(yīng)用，以及為提高我國專用汽車的設(shè)計(jì)水平進(jìn)行一些有益的探索。
1.3 礦用自卸車國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢
而作為專用車輛品種之一的自卸汽車，幾十年來在國內(nèi)外獲得迅速發(fā)展與普及，至今其保留量大約占專用汽車的25%，并且日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。
礦用汽車有兩個比較顯著的發(fā)展趨勢：大型化和智能化。隨著以微電子技術(shù)為核心的現(xiàn)代科技的發(fā)展，解決了柴油機(jī)、傳動系統(tǒng)以及輪胎大型化中出現(xiàn)的一系列問題，為礦用自卸汽車大型化創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)在噸位最大的礦用汽車是Liebher公司生產(chǎn)的T282自卸車，其載重量己達(dá)364t（采用電力機(jī)械傳動）。在自動化方面，隨著微電子技術(shù)和GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）的擴(kuò)大應(yīng)用，為無人駕駛礦用汽車創(chuàng)造了技術(shù)條件。
對于自卸汽車，一般不專門作底盤設(shè)計(jì)，而是用具有相同裝載質(zhì)量的載貨汽車底盤進(jìn)行改裝。因此，自卸汽車的設(shè)計(jì)主要是舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量是影響自卸汽車使用性能的關(guān)鍵因素。
雖然舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車的關(guān)鍵部件，但是很多廠家在進(jìn)行舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時所采用的方法還比較落后，其主要方法是對于不同裝載質(zhì)量的自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)有自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的大小，憑經(jīng)驗(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)成的，這就是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)類比法。采用這種設(shè)計(jì)方法，由于舉升機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)位置布置的復(fù)雜性等問題，所以在決定實(shí)際結(jié)構(gòu)時往往取較大的安全系數(shù)，結(jié)果是材料的潛力不能充分發(fā)揮，產(chǎn)品性能也難以發(fā)揮。只能靠一次次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來改進(jìn)，這樣設(shè)計(jì)出的舉升機(jī)構(gòu)必然存在許多不合理的因素，影響自卸汽車舉升性能的提高，也必然導(dǎo)致設(shè)計(jì)制造周期長，成本高。因此，要先獲得良好工作性能的舉升機(jī)構(gòu)，就必須從根本上改進(jìn)設(shè)計(jì)手段和方法，提高舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展為此提供了有利條件，以計(jì)算機(jī)為輔助手段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，使得自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)，這一設(shè)計(jì)上的巨大進(jìn)步帶來的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。
1.3.1 國外研究發(fā)展概況
重型專用汽車在專用汽車中所占的比例繼續(xù)上升，與此同時，重型專用汽車在重型汽車市場中所占份額也將繼續(xù)提高，預(yù)計(jì)幾年內(nèi)將超過普通重型車所占的市場份額；專用車需求進(jìn)一步向?qū)I(yè)化高技術(shù)含量發(fā)展，專用車生產(chǎn)向柔性化、自動化方向發(fā)展，產(chǎn)品配套國際化、模塊化；市場競爭更趨激烈，具有較強(qiáng)市場應(yīng)變能力的企業(yè)將不斷發(fā)展壯大，而應(yīng)變能力較差的企業(yè)將逐步被市場所淘汰；我國專用汽車企業(yè)的勞動力優(yōu)勢與國外專用汽車企業(yè)的資金優(yōu)勢將逐步弱化，競爭力主要體現(xiàn)在企業(yè)的創(chuàng)新能力和市場應(yīng)變能力；重型專用汽車產(chǎn)量集中度相對提高，逐步形成行業(yè)內(nèi)的知名企業(yè)； 以技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)進(jìn)入難度提高。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，50年代發(fā)展起來的以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學(xué)分支一數(shù)學(xué)規(guī)劃被應(yīng)用于解決工程設(shè)計(jì)問題，形成了工程設(shè)計(jì)的新理論和新方法，即工程優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法。特別從60年代以來，最優(yōu)化技術(shù)發(fā)展迅速，而且得到了廣泛的應(yīng)用。在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的歐、美、日等國家，汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法已應(yīng)用于汽車諸多領(lǐng)域的很多環(huán)節(jié)，從汽車發(fā)動機(jī)、底盤、車身等主要總成的優(yōu)化到整車動力傳動系統(tǒng)的匹配，優(yōu)化設(shè)計(jì)使他們的汽車工業(yè)保持了世界領(lǐng)先地位。
1.3.2 國內(nèi)研究發(fā)展概況
我國在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用最優(yōu)化技術(shù)的歷史很短，但其發(fā)展速度卻是十分驚人的。無論在機(jī)構(gòu)綜合、通用零部件設(shè)計(jì)，還是各種專業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)都有最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的成果。張寶生等編著的《汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法》對汽車主要總成和主要參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的介紹。自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)正從研究、探討走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。
在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換初期，由于汽車領(lǐng)域不象航天等領(lǐng)域受到重視，國內(nèi)大多數(shù)輕型礦用自卸車生產(chǎn)企業(yè)在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中一直沿用著經(jīng)驗(yàn)類比的方法設(shè)，即傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，參照相同或類似的較為成熟的設(shè)計(jì)方案，輔以必要的分析計(jì)算，確定一個初始的設(shè)計(jì)方案，并通過估算，初步確定有關(guān)參數(shù)；然后對初定方案進(jìn)行必要的分析及校核計(jì)算；如果某些設(shè)計(jì)要求得不到滿足，則可進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整，并再一次進(jìn)行分析及校核計(jì)算，如此多次反復(fù)，直到獲得相對合適的設(shè)計(jì)方案為止。顯然，這種工作方法工作量大、效率低，而且設(shè)計(jì)出的舉升機(jī)構(gòu)往往存在許多不合理的因素，影響礦用自卸車舉升性能的提高，并嚴(yán)重阻礙著礦用自卸車產(chǎn)品的系列化。
隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展和市場竟?fàn)幍募ち?，一些研究機(jī)構(gòu)、工程車改裝廠在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用了這種方法，并取得了一定的優(yōu)化成果。優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種新的設(shè)計(jì)方法具有綜合的本質(zhì)，它能夠把過去的設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)，尋找出更優(yōu)的結(jié)構(gòu)。優(yōu)化技術(shù)將越來越得到更為廣泛的應(yīng)用。
1.4 研究的內(nèi)容
隨著礦用自卸車變得越來越重要，則有關(guān)它的設(shè)計(jì)領(lǐng)域也變得日益重要起來。它的總體設(shè)計(jì)程序與載貨車基本相近。本人進(jìn)行一系列的市場調(diào)研和同類車型資料的收集，摸清了產(chǎn)品主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，了解有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等。在此基礎(chǔ)上擬定設(shè)計(jì)原則，協(xié)調(diào)使用、制造與經(jīng)濟(jì)三方面矛盾，處理好產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性與工藝?yán)^承性、零部件通用化程度以及生產(chǎn)成本的辯證關(guān)系，然后進(jìn)入具體技術(shù)設(shè)計(jì)階段。針對上述問題和課題的研究需要，本文的主要工作是自卸汽車車廂和舉升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。具體工作如下：
1、舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
用機(jī)構(gòu)動力學(xué)的知識對油缸前推連桿組合式自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了說明。對舉升液壓缸、液壓油泵、換向閥等液壓元件計(jì)算和選取進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
2、車廂的設(shè)計(jì)
參考同類車型的車廂的尺寸參數(shù)，確定其上長寬高。并對車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)的形式的選擇，而且要進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。
第2章 整車參數(shù)的確定及車廂的設(shè)計(jì)
2.1整車尺寸參數(shù)的確定
該自卸汽車是選擇奔馳1926K型自卸車底盤，利用該車發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動液壓舉升機(jī)構(gòu)取力器-傳動軸-液壓泵-舉升油缸，將車廂舉升到一定角度卸貨，并依靠車廂自重使其復(fù)位的專用汽車。該車最大裝載質(zhì)量為10t，是適用于公路運(yùn)輸?shù)闹匦妥孕镀?。傾卸機(jī)構(gòu)采用油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)。該自卸汽車主要由貨箱、副梁、液壓舉升機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等部件組成，主要技術(shù)參數(shù)見表2.1。
表2.1整車參數(shù)
汽車外形尺寸（）
最大裝載質(zhì)量
10000kg
整備質(zhì)量
9000kg
軸距L
4415mm
輪距（前∕后）
1992∕1860
前懸
1410
后懸
1175
接近角
離去角
貨箱尺寸
傾斜時間（舉升∕落下）
15s∕13s
最大舉升角
總質(zhì)量
19000kg
最高車速（km∕h）
82
最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）
7.8
最大爬坡度
78
百公里油耗（L/100km）
22
2.2質(zhì)量參數(shù)的確定
額定裝載質(zhì)量是自卸汽車的基本使用性能參數(shù)之一。目前，中、長距離公路運(yùn)輸趨向使用重型自卸汽車，以便提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本，額定裝載質(zhì)量一般為9～19t；而承擔(dān)市區(qū)或市郊短途運(yùn)輸?shù)淖孕镀囶~定裝載質(zhì)量為4.5～9t。同時，還應(yīng)考慮到廠家的額定裝載質(zhì)量的合理分級，以利于產(chǎn)品系列化、部件通用化和零件標(biāo)準(zhǔn)化。此外，額定裝載質(zhì)量還必須與選用的二類貨車底盤允許的最大總質(zhì)量相適應(yīng)。
改裝部分質(zhì)量主要包括：車廂質(zhì)量、副車架質(zhì)量、液壓系統(tǒng)質(zhì)量、舉升機(jī)構(gòu)質(zhì)量以及其他改裝部件的質(zhì)量。改裝部分質(zhì)量既可通過計(jì)算、稱重求得，也可以根據(jù)同類產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。
自卸汽車整車整備質(zhì)量是指裝備齊全、加夠油料、液壓油和冷卻液的空車質(zhì)量[3]。它一般是二類底盤整備質(zhì)量與改裝部分質(zhì)量的總合，是自卸汽車總體設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。
整備質(zhì)量： 選取9000kg；
裝載質(zhì)量： 選取10000kg；
駕駛員質(zhì)量：65kg/人，額定載員3人，；
自卸汽車總質(zhì)量是指裝備齊全，包括駕駛員，并按規(guī)定裝滿貨物的質(zhì)量。其值可按下式確定。
（2.1）
則： =9000+10000+195=19195kg
2.3車廂形式的選擇
車廂是用于裝載和傾卸貨物。它一般是由前欄板、左右側(cè)欄板，圖2.1為典型的底板橫剖面呈矩形的后傾式車廂結(jié)構(gòu)。為避免裝載時物料下落碰壞駕駛室頂孟，通常車廂前欄板加做向上前方延伸的防護(hù)擋板。車廂底板固定在車廂底架之上孟，車廂的側(cè)欄板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋[4]。
車廂結(jié)機(jī)構(gòu)型式按用途不同大概可分為：普通矩形車廂和鏟斗車廂。
普通矩形車廂用于散裝貨物運(yùn)輸。它的要求要比礦用自卸車車廂要低，其后板裝有自動開合機(jī)構(gòu)，保證貨物順利卸出。普通矩形車廂板厚為：前板4～6，邊板4～8，后板5～8，底板6～12。比如：程力牌自卸車普通矩形車廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前4邊4底8后5。
1-車廂總成；2-后欄板；3、4-鉸鏈座；5-車廂鉸支座；
6-側(cè)欄板；7-防護(hù)擋板；8-底板
圖2.1車廂結(jié)構(gòu)圖
鏟斗車廂則適用于大石塊等粒度較大貨物的運(yùn)輸?？紤]到貨物的沖擊和碰幢，鏟斗車廂的設(shè)計(jì)形狀較復(fù)雜，用料較厚。比如：程力牌自卸車礦用鏟斗車廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前6邊6底10，而且有些車型在底板上焊接一些角鋼，以增加車廂的剛度和抗沖擊能力。
圖2.2普通矩形車廂?
圖2.3鏟斗車廂
車廂對自卸汽車的質(zhì)量利用系數(shù)影響很大，對其使用壽命也有一定的影響。因此，自卸車的車廂是自卸車的重要部分。目前，國內(nèi)外自卸車車廂都是用鋼制成的，從質(zhì)量分配來看，車廂質(zhì)量大約占自卸車整備質(zhì)量的1∕4。綜合上述，車廂采用普通車廂。
2.4 車廂的選材
1、車廂選材原則
工程材料的一般選用原則：具有良好的使用性能，優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟(jì)性。對于自卸汽車車廂應(yīng)考慮以下性能：
（1）使用性能:使用性能是選材考慮的主要問題。
（2）工藝性能:材料加工的工藝流程要適合批量生產(chǎn)。
（3）經(jīng)濟(jì)性能:選擇材料的經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前注意的問題。
2、車廂鋼板選材
在遵循滿足使用性能要求，較好工藝性和較好經(jīng)濟(jì)性的前提下，車廂選用選用Q235工程用鋼材。
2.5 車廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定
將全金屬焊接車廂設(shè)計(jì)成等剛度體車廂是自卸汽車設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，但是很難既能保證高強(qiáng)度又能保證輕量化。就整車而言，可以看成由車輪、前軸、后橋殼、懸架、車架、車廂及其橡膠緩沖塊等不同剛度單元組合而成的彈性體，受力時，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(yīng)剛度，兩者的剛度是相輔相成、互相補(bǔ)償?shù)?。?dāng)汽車前后左右車輪處于高差較大的路面，車架扭曲較大時，車廂應(yīng)該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動性。如果車相的扭轉(zhuǎn)剛度過大，當(dāng)車架扭轉(zhuǎn)到一定程度時，車廂前支承緩沖塊相應(yīng)的一側(cè)壓到極限位置，車廂縱梁的另一側(cè)可能離開緩沖塊，車廂前端的一大部分重量轉(zhuǎn)移到一側(cè)的車架縱梁上，縱梁可能超載損壞。如果車廂扭轉(zhuǎn)剛度過小，能與車架扭轉(zhuǎn)隨動，當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭曲時，車廂可能因變形過大而早期損壞[5]。
全金屬焊接等剛度車廂設(shè)計(jì)的規(guī)范化的定量的設(shè)計(jì)計(jì)算方法并不是很完善，根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)，可以知道一些設(shè)汁規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
車廂底板和側(cè)梁斷面應(yīng)小些，布置應(yīng)密集，這樣易于形成等剛度。自卸汽車的車架斷面系數(shù)也應(yīng)比同級噸位的貨車車架大一倍，5t自卸汽車的車廂底板厚度應(yīng)不小于6mm，本文所設(shè)計(jì)的礦用自卸車，其額定載荷為10t，故其車廂底板厚度取10mm。
1、車廂外部尺寸參數(shù)
參考同類車型的車廂的尺寸，可確定自卸車的車廂的尺寸。
表2.2車廂的整體尺寸
車廂長度
5200mm
車廂寬度
2609mm
車廂高度
1705mm
車廂前后板厚度
6mm
車廂底板厚度
10mm
車廂欄板厚度
50mm
車廂欄板高度
50mm
擋板鋼板厚度
6mm
擋板肋寬度
50mm
擋板肋厚度
44mm
2、車廂內(nèi)部尺寸參數(shù)
車廂內(nèi)部長寬各為車廂的長寬相應(yīng)減掉廂板鋼板和車廂加強(qiáng)肋的厚度，高度減去鋼板厚度，即有車廂內(nèi)層的長，寬，高為：
車廂長度： 4600mm
車廂寬度： 2440mm
車廂高度： 1300mm
即有，車廂的有效體積為：
V==14.6
3、車廂鉸接點(diǎn)尺寸確定
車廂鏈結(jié)點(diǎn)定在車廂前后尺寸長度的四分之一處，高度定在車廂高度的三分之二處，即有鏈接點(diǎn)尺寸：
鏈接點(diǎn)距后廂板尺寸： 835mm
鏈接點(diǎn)高度： 1088mm （距離廂板高度）
2.6車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
自卸汽車改裝對車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求如下： 在車廂傾斜卸貨時，舉升機(jī)構(gòu)升至一定高度后，后廂板在重力的作用下自行打開，貨物開始傾卸。卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，車廂復(fù)位。
1-車廂；2-后板掛鎖總成；3-后廂板；4-鎖鉤；5-扭轉(zhuǎn)彈簧；6-鎖鉤軸；
7-鎖鉤下銷；8-轉(zhuǎn)軸；9-銷軸；10-支承架；11-調(diào)節(jié)螺母；12-拉桿
圖2.4后廂板示意圖
如圖所示為車廂板鎖啟機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是靠車廂舉升機(jī)構(gòu)的擺差來鎖啟車廂板。它主要由鎖鉤4扭轉(zhuǎn)彈簧5 拉桿11等組成。轉(zhuǎn)軸8中間穿有拉桿12，轉(zhuǎn)軸8兩端與支承架10鉸接，以滿足拉桿12以轉(zhuǎn)軸為圓心轉(zhuǎn)動。支承架的下端通過銷軸9固定在副車架上，車廂1可以繞該軸轉(zhuǎn)動，而支承架相對于車架來說是不動的。鎖鉤4固定在車廂底架上，了繞其鎖鉤軸6轉(zhuǎn)動。扭轉(zhuǎn)彈簧5力圖使鎖鉤逆時針轉(zhuǎn)動，使之緊緊地鎖在車廂板3。
當(dāng)自卸汽車車廂舉升時，由于鎖軸和轉(zhuǎn)軸通過支承架固定在副車架上，車廂以銷軸9為圓心，以為R2半徑轉(zhuǎn)動。與此同時，拉桿以轉(zhuǎn)軸8為圓心，以R1為半徑轉(zhuǎn)動。隨著車廂舉升角度的增大，R1和R2軌跡的差就也相應(yīng)的增大，由拉桿拉動鎖鉤下銷7左移，克服扭轉(zhuǎn)彈簧的彈力， 迫使鎖鉤開啟，打開車廂板，使車廂中的貨物卸下。隨著車廂的降落, R1與R2軌跡的距離逐漸縮小，直至兩軌跡相交，扭轉(zhuǎn)彈簧使鎖鉤鎖住車廂板。而且從圖中可以看出，若車廂再繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動， R1與R2軌跡間則產(chǎn)生負(fù)間隙，使調(diào)節(jié)螺母11左移而離開轉(zhuǎn)軸8一定的距離[5]。
2.7本章小結(jié)
本章主要確定自卸汽車整車參數(shù)及對自卸汽車車廂進(jìn)行了選型計(jì)算。整車參數(shù)將會對自卸車的車廂設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用，質(zhì)量參數(shù)會對自卸車的舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有這決定性的作用。整車參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)選擇是自卸車的設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，因此，它們是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。車廂的設(shè)計(jì)主要對自卸車車廂的形式選擇、材料的選擇；對車廂和其底板、攔板等主要尺寸的確定；對車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析；通過以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，該自卸車車廂的強(qiáng)度和廂后攔板開合機(jī)構(gòu)均符合要求。
第3章 液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)時應(yīng)滿足的性能
對于液壓舉升機(jī)構(gòu)考慮到工作環(huán)境、工作性質(zhì)及工作內(nèi)容等的要求，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)滿足以下功能：
1、較強(qiáng)的免維護(hù)性
礦自卸車主要應(yīng)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(jī)構(gòu)的維護(hù)條件較差，甚至有時根本談不上什么維護(hù)。因此需要自卸機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時就要考慮到鉸支點(diǎn)和油缸的免維護(hù)性。
2、良好的動力性
舉升機(jī)構(gòu)作為礦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。自卸車由于其特定的使用環(huán)境和用戶群體決定了它經(jīng)常處于超載狀態(tài)，這就要求舉升機(jī)構(gòu)要具有一定的過載系數(shù)。
3、平穩(wěn)性
要求舉升機(jī)構(gòu)在傾卸貨物時具有較好的平穩(wěn)性，不得有較大的動力沖擊，降低沖擊力對機(jī)構(gòu)各部件的損傷概率，保證機(jī)構(gòu)的使用壽命。
4、卸料性
礦用自卸車顧名思義就是省卻了人力卸料之苦，通過特定的機(jī)構(gòu)使用液壓力自動卸料。因此，自卸車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)達(dá)到的卸料目標(biāo)是：在較短的時間內(nèi)使貨箱舉升一定的角度，即舉升機(jī)構(gòu)將貨箱舉升到最大舉升角所需的時間（對此國家規(guī)定了時間限值）；貨箱被舉升機(jī)構(gòu)舉升到最大轉(zhuǎn)角時，貨物應(yīng)順利地傾卸完畢（即最大舉升角達(dá)到貨物的安息角）。
5、緊湊性
礦用自卸車多數(shù)是大噸位的工程運(yùn)輸車輛，其裝載工具多為大型裝載機(jī)械。為了裝載方便，礦用自卸車的貨箱布置位置一般較低，同時又要考慮到礦用自卸車的工作環(huán)境，應(yīng)使其具有較好的通過性（即離地間隙受限），因此，自卸車的舉升機(jī)構(gòu)布置空間就受到很大的限制，這就要求機(jī)構(gòu)具有較好的緊湊性，占用較少的空間。
6、協(xié)調(diào)性
液壓舉升機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一種演化的四連桿機(jī)構(gòu)，在外力作用下，各部件能沿自己的鉸支點(diǎn)按設(shè)計(jì)者的意圖順利轉(zhuǎn)動，不得出現(xiàn)傳動角小于許用傳動角的情況，更不能有死點(diǎn)位置的存在。
目前大多數(shù)企業(yè)一直沿用傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種方法存在效率低、工作量大以及設(shè)計(jì)方案難以達(dá)到最優(yōu)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案難以同時兼顧以上各性能要求。這與當(dāng)今高科技環(huán)境下的相關(guān)領(lǐng)域相比，缺少科學(xué)性，人的主觀經(jīng)驗(yàn)決定了車輛的性能。由此帶來的問題是，車輛性能低下，難以適應(yīng)市場的需求。同時由于設(shè)計(jì)手段的落后，設(shè)計(jì)周期長，產(chǎn)品投放市場遲緩，不能適應(yīng)市場多變的要求。因此借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用最優(yōu)化方法，改善液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)手段和方法，快速、高效、保值、保量完成液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，適應(yīng)市場競爭的需求，意義重大，有著重大的社會價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
3.2 舉升系統(tǒng)性能主要評價(jià)參數(shù)
自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動，其性能的好壞，表現(xiàn)為舉升貨物的最大舉升力和最大舉升傾角，以及對液壓系統(tǒng)的要求兩方面。液壓舉升機(jī)構(gòu)的性能評價(jià)參數(shù)有如下幾方面：
1、舉升力系數(shù)K
舉升力系數(shù)是評價(jià)液壓舉升機(jī)構(gòu)舉升性能的參數(shù)，指單位舉升重力所需要的油缸推力，即：
K=F/mg （3.1）
式中：F一油缸的有效推力（N）；
m一 舉升質(zhì)量 （Kg）；
g一 重力加速度 （m/s2）。
對于具體形式的舉升機(jī)構(gòu)，舉升力系數(shù)K與汽車總布置參數(shù)和機(jī)構(gòu)的性能特征有關(guān)，K值只能比較同類型舉升機(jī)構(gòu)的工作效率。對于相同的舉升質(zhì)量，舉升力系數(shù)越小，則液壓舉升力越小，油缸的油壓也越小，這樣舉升機(jī)構(gòu)耗能也較少。
2、舉升油缸最大行程
是指貨箱達(dá)到最大舉升角時，舉升油缸的最大伸長量。它既是舉升油缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，又是舉升機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)。舉升油缸最大行程較小，可減少舉升油缸的級數(shù)，降低制造成本，同時舉升機(jī)構(gòu)的布置也較方便。
3、舉升高度
是指舉升機(jī)構(gòu)所占用的空間高度。對于重型礦用自卸汽車的后置雙缸舉升機(jī)構(gòu)，空間高度決定于舉升缸的安裝長度和舉升缸的初始方位角。舉升缸初始安裝長度越小，舉升缸在車上就越好布置。
4、最大舉升角
指舉升機(jī)構(gòu)能使貨箱傾翻的最大角度。它是決定能否把貨箱內(nèi)貨物傾卸干凈的參數(shù)。一般的松散物在水平面上堆積成圓錐體，錐體角稱為松散物的安息角。安息角也稱休止角、堆積角，一般為35-55度。將松散物置于光滑的平板上，使此平板傾斜到松散物開始滑動時的角度，為松散物滑動角，一般為30～40度。松散物安息角和滑動角是評價(jià)松散物流動特性的一個重要指標(biāo)。它們與松散物的粒徑、含水率、塵粒形狀、塵粒表面光滑程度、松散物粘附性等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)的貨箱最大舉升角必須大于貨物的安息角，這樣才可保證將貨箱內(nèi)的貨物傾斜干凈。
表3.1常運(yùn)貨物的安息角
物料名稱
煤
焦炭
鐵礦石
銅礦
細(xì)沙
粗沙
石灰石
安息角（度）
27～45
50
40～50
35～45
30～35
50
40～45
5、油壓特性曲線
舉升過程中，油缸工作壓力是舉升角的函數(shù)。理想的油壓特性曲線應(yīng)是油壓波動很小，但對于重型礦用自卸汽車常用的后置直推式雙缸舉升機(jī)構(gòu)，由于多級伸縮油缸自身結(jié)構(gòu)原因，油壓特性曲線只能是階躍型的，在每一級油缸伸出瞬時缸內(nèi)油壓都有一個沖擊。設(shè)計(jì)時，需要控制最大油壓峰值在可允許的范圍內(nèi)。
6、舉升機(jī)構(gòu)的耗能量
舉升機(jī)構(gòu)要將貨物傾卸到位就必定要消耗一定的能量，這些能量的消耗影響著整車的使用經(jīng)濟(jì)性，但這只是占其能量消耗的一小部分，因此能耗量是評價(jià)舉升機(jī)構(gòu)性能好壞的一個次要參數(shù)。
上述六個性能參數(shù)構(gòu)成了對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合評價(jià)的基本指標(biāo)[7]。
3.3 液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的確定
3.3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)簡述
普通自卸汽車和專用自卸汽車設(shè)計(jì)的主要工作是在定型的汽車二類底盤上合理的布置車廂，適當(dāng)?shù)倪x用和設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)，使汽車具有自卸功能。舉升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自卸汽車功能的基本部件。舉升機(jī)構(gòu)的好壞直接影響到自卸汽車的性能，因此是自卸汽車設(shè)計(jì)中最為重要的部分。
舉升機(jī)構(gòu)種類繁多，設(shè)計(jì)方法也不盡相同。目前，在自卸車上廣泛采用液壓舉升機(jī)構(gòu)，根據(jù)油缸與車廂底板的連接方式，常用的舉升機(jī)構(gòu)有兩種形式：油缸直接推動式和連桿組合式兩大類[8]。
直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升貨廂傾卸貨物。此結(jié)構(gòu)布局簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長，故一般要求采用單作用的2級或3級伸縮式套筒油缸.按油缸布置位置不同，直推式舉升機(jī)構(gòu)可分為前置式和后置式（亦稱為中置式）兩種，前置式一般采用單缸，后置式既可采用單缸，也可采用并列雙缸。在相同舉升載荷條件下，前置式需要的舉升力較小，舉升時貨箱橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長；后置式的情況則與前置式的相反。
油缸與車廂底板之間通過連桿機(jī)構(gòu)相連接，這種舉升機(jī)構(gòu)稱為連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。在生產(chǎn)實(shí)踐中連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)因其具有舉升平順、油缸活塞工作行程短，舉升機(jī)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的采用，發(fā)展出了多種連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)形式，如油缸前推（后推）連桿放大式、油缸前推（后推）杠桿平衡式、油缸浮動式等。
a） 前置式 b） 中置（后置）式
圖3.1直推式舉升機(jī)構(gòu)
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架
圖3.2油缸前推連桿組合式
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架
圖3.3油缸后推連桿組合式
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架
圖3.4油缸前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架
圖3.5 油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)
1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架
圖3.6 油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu)
上面各種機(jī)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用時根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。相對來說，直推式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為簡單，而連桿組合式的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜和靈活。
3.3.2 液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的選擇
直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升車廂傾卸。該機(jī)構(gòu)布置簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高，但液壓油缸工作行程長，因此，一般要求采用單作用的2級或多級伸縮式套筒油缸。另外單缸系統(tǒng)其橫向剛度不足，系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性差，還存在工作壽命短、成本高等缺點(diǎn)。
表3.2推動式和連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較
項(xiàng)目 類別
直推式
連桿組合式
結(jié)構(gòu)布置
簡單，易于布置
比較復(fù)雜
系統(tǒng)布置
較小
較大
建造高度
較底
較高
油缸加工工藝性
多級缸，加工精度高，工藝性差
單級缸，制造簡便，工藝性好
油壓特性
較差
較好
系統(tǒng)密封性
密封環(huán)節(jié)多，易滲漏
密封環(huán)節(jié)少，密封性好
工作壽命
磨損大，易損壞，工作壽命較
不易損壞，工作壽命較長
制造成本
較高
較底
系統(tǒng)穩(wěn)定性
較差
較好
系統(tǒng)耐沖擊性
較好
較差
連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)具有舉升平順、油缸活塞的工作行程短、機(jī)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)構(gòu)又分油缸后推式和油缸前推式兩種，油缸后推式機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)適中，結(jié)構(gòu)緊湊，但各部件布置集中在后部，車廂底板受力大，適用于中型自卸汽車油缸前推式機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)小、省力、油壓特性好，適用于重型自卸汽車[9]。
綜合考慮以上因素，我們決定選用油缸前推式連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。
3.4 舉升機(jī)構(gòu)幾何尺寸的確定
油缸前推式四連桿舉升機(jī)構(gòu)（見圖3.7），主要由舉升油缸EC、拉桿BD和三角臂ABC構(gòu)成。點(diǎn)O是車廂與副梁的鉸接點(diǎn)。工作時油缸充油，使油缸EC伸長，三角臂ABC和拉桿BD隨著轉(zhuǎn)動并升高，舉升車廂，使其繞O點(diǎn)傾翻。貨物卸完后，車廂靠自重復(fù)位。舉升機(jī)構(gòu)在初始位置所占據(jù)的空間愈小愈好，以保證機(jī)構(gòu)緊湊，各構(gòu)件不發(fā)生運(yùn)動干涉，可協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。用作圖法初選各鉸支點(diǎn)的位置及各構(gòu)件的幾何尺寸。
圖3.7機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖
3.4.1 車廂與副梁鉸支點(diǎn)O的確定
車廂后鉸支點(diǎn)O應(yīng)盡量靠近車架大梁的尾端。已知車廂副梁高205mm，長4000mm，兼顧結(jié)構(gòu)安排空間，取水平方向離副梁尾端146mm、垂直方向離副梁下沿118mm處，作為車廂后鉸支點(diǎn)，并以車廂后鉸支點(diǎn)作為四連桿運(yùn)動的坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0），x軸平行于副梁的上平面，指向汽車前方。
3.4.2 車廂放平時舉升機(jī)構(gòu)與車廂前鉸支點(diǎn)A0的確定。
車廂前鉸支點(diǎn)A0的坐標(biāo)（，）可按經(jīng)驗(yàn)公式（3.2）計(jì)算
（3.2）
式中L—油缸最大工作行程，參考同類車型油缸型號，初選油缸自由長度L0=1165mm，最大有效工作行程L=780mm；
—車廂最大舉升角，根據(jù)車廂傾卸動作要求和所運(yùn)物料的安息角，
選取=
R—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)L尺寸，選取R=175
因此可得， ==2730mm
考慮結(jié)構(gòu)安排，取=2725mm
點(diǎn)的垂直方向應(yīng)盡量靠近車廂底面，充分利用車廂底部空間，減少油缸下支點(diǎn)沉人副梁中的深度。確定距車廂底板的距離為83mm，已知底板縱梁高180mm，因此。點(diǎn)坐標(biāo)為（2725，184）。
3.4.3 液壓油缸與副梁鉸支點(diǎn)的確定
由于油缸具有相當(dāng)大的尺寸，以及開始舉升時，為減少油缸的工作壓力，油缸必須具有一定數(shù)值的傾斜角，因此，E 點(diǎn)相對點(diǎn)O的垂直距離yE由結(jié)構(gòu)允許最小值確定，即mm。E點(diǎn)x軸坐標(biāo)由經(jīng)驗(yàn)公式求得
（3.3）
==2387mm
根據(jù)結(jié)構(gòu)安排，令為2378，則E點(diǎn)坐標(biāo)為（2378，-70）。
3.4.4 車廂放平時三角臂中支點(diǎn)C0座標(biāo)和A0C0長度的確定
點(diǎn)即油缸上支點(diǎn)。車廂放平時，點(diǎn)應(yīng)盡量靠近車廂底面，要充分利用上部空間，從而減少油缸下支點(diǎn)沉人副梁中的深度。令點(diǎn)垂直方向在點(diǎn)下90mm。又車廂放平時，油缸長度應(yīng)略大于油缸最小長度15mm，以保證車廂確實(shí)能放平，油缸不會產(chǎn)生干涉。根據(jù)結(jié)構(gòu)安排，定水平方向在點(diǎn)前805mm，則C0點(diǎn)坐標(biāo)為（3610，142），==885mm。
3.4.5 車廂放平時拉桿與三角臂鉸接點(diǎn)B0的確定
連接，并將繞O點(diǎn)向上轉(zhuǎn)到點(diǎn)。以為圓心，為半徑畫弧，再以E為圓心以1165+780-10=1935mm為半徑畫弧，兩弧交點(diǎn)，連接和，作=又以為頂點(diǎn)，為邊，=根據(jù)結(jié)構(gòu)允許尺寸，取==354mm，連接、調(diào)整B點(diǎn)位置，使AB、BC為整數(shù)，AB= =1180mm，由此確定B0點(diǎn)的坐標(biāo)為（3872，-94），△ABC和△為和時三角架所處的位置。
3.4.6 拉桿與副梁鉸接點(diǎn)D及拉桿長度的確定
作的垂直平分線交線于D點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)允許的連桿與副梁鉸支點(diǎn)的最高位置，取=175。調(diào)整點(diǎn)D位置使為整數(shù)，最后確定點(diǎn)坐標(biāo)為（1955，175），拉桿長度=1608mm。
用作圖法初選出各鉸支點(diǎn)位置后，需要對不同舉升角作運(yùn)動軌跡校核。如果出現(xiàn)點(diǎn)C至車廂底板距離小于點(diǎn)A至車廂底板距離的情況，則應(yīng)加大AC線與x軸平行線的夾角的數(shù)值，重新計(jì)算各鉸支點(diǎn)參數(shù)值[10]。
3.5 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析
舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析的目的就是要求得各構(gòu)件在車廂任意舉升角時的受力最大值，為液壓系統(tǒng)參數(shù)確定和構(gòu)件截面尺寸的計(jì)算提供依據(jù)。舉升力系數(shù)K是體現(xiàn)舉升機(jī)構(gòu)動力性的指標(biāo)，是指單位舉升質(zhì)量所需要的液壓缸推力。
（3.4）
式中：—液壓油缸最大舉升力；
G—車廂滿載時，車廂質(zhì)量與貨物質(zhì)量之和。
已知G=125009.8=122500N
K直接影響自卸汽車的經(jīng)濟(jì)性能，其值越小越好。隨著車廂舉升角的變化，K值是變化的?？紤]到機(jī)構(gòu)在初始位置時車廂內(nèi)貨物最多，阻力臂最大，車廂啟動時又有慣性阻力作用，此時油缸推力最大。因此，下面只對初始位置時各構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析。
3.5.1 機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)計(jì)算
A、G、B、C、F的坐標(biāo)及 、、、、的計(jì)算（見圖3.8）
圖3.8舉升機(jī)構(gòu)坐標(biāo)分析簡圖
已知當(dāng)舉升時，三角臂、、點(diǎn)及車廂滿載重心坐標(biāo)值如下：
=2725， =184
=3872，=-94
=3610，=142
=1515，=853
在舉升角時，和和交點(diǎn)的坐標(biāo)
（3.5）
（，）通過求解方程
（3.6）
可得=1260， =272
在舉升角時，點(diǎn)O至直線的距離：
=347 （3.7）
在舉升角時，點(diǎn)至直線的距離和點(diǎn)至直線的距離：
=320 （3.8）
=208（3.9）
在舉升角時，點(diǎn)至直線的距離和點(diǎn)至直線的距離：
=153 （3.10）
=494 （3.11）
以上數(shù)值也可以通過作圖法直接測量，可以省去大量繁瑣的計(jì)算，在實(shí)際工作中應(yīng)用比比較廣泛。兩種方法各有所長，可根據(jù)個人習(xí)慣選擇。
3.5.2 機(jī)構(gòu)受力分析
取車廂為分離體（見圖3.9）
圖3.9 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析圖
由力矩平衡方程可知 =0
即 （3.12）
代入已知數(shù)據(jù)得：
===524258.4N
取三角架ABC為分離體（見圖3.10）
圖3.10 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析圖
由力矩平衡方程可知 =0
（3.13）
已知： ，得油缸最大舉升力
=347642.2N
=0
即
得拉桿最大拉力
= = =107670.5N （3.14）
可以求得舉升力系數(shù)
= =2.8
3.5.3 拉桿截面尺寸的確定
拉桿BD為二力受拉桿件，作用力對稱分布在兩根拉桿上，因此作用在每根拉桿上的最大拉力：
= =53835N （3.15）
初選拉桿材質(zhì)為Q235，從手冊可查得= 230 N/
拉桿最小橫截面面積
A=468 （3.16）
取 A=500m
實(shí)際上 = N/ （3.17）
校核安全系數(shù) 蟽==2.15n
因此，拉桿截面面積耐滿足強(qiáng)度要求[11]。
3.6 本章小結(jié)
從分析過程中可以看出，自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要綜合考慮各項(xiàng)因素，既要結(jié)構(gòu)緊湊又要具有較大的舉升力，更要安全可靠。本章對自卸車廂及舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算包括：主要尺寸參數(shù)的選擇的確定；舉升工作原理、油缸推力的計(jì)算以及舉升機(jī)構(gòu)參數(shù)的校核計(jì)算等。通過以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，該自卸車舉升機(jī)構(gòu)選用合理。
第4章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算
自卸車車采用的液壓泵、液壓缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化且由專業(yè)化液壓元件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在自卸車車改裝設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件選型計(jì)算。其主要內(nèi)容包括液壓缸直徑與行程、液壓泵工作壓力、流量、功率以及油箱容積與內(nèi)徑等[12]。
4.1液壓油缸性能參數(shù)計(jì)算
作為液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔?，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(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(dá)35MPa），易于安裝布置等優(yōu)點(diǎn)。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用多級油缸；而桿系組合式傾卸機(jī)構(gòu)多采用單作用單級油缸[13]。
液壓缸作為液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件， 按結(jié)構(gòu)形式可以分為活塞缸柱塞缸和伸縮缸，
按活塞桿形式可以分為單活塞缸和雙活塞缸。按液壓缸的特殊用途分為串聯(lián)缸增壓缸增速缸多位缸步進(jìn)缸等此類液壓缸不是一個