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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
去年以來(lái)，我國(guó)專用車市場(chǎng)取得較好的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)，全國(guó)395家改裝車企業(yè)改裝汽車23.06萬(wàn)輛，銷售23.05萬(wàn)輛。自卸汽車27125輛，占總量的11.76％。隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要不斷增加，自卸車產(chǎn)量近年來(lái)一直保持較高產(chǎn)銷量，在專用車綜合產(chǎn)量中保持第一位置，但在種類、型式、材料運(yùn)用方面與國(guó)外還有一定的差距。
本文首先對(duì)自卸車的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀做了相關(guān)的概述。接著，從車廂的設(shè)計(jì)、舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、取力器的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了EQ3090自卸車的總體設(shè)計(jì)，并對(duì)主車副車架進(jìn)行了改裝與設(shè)計(jì)。對(duì)整個(gè)EQ3090自卸車的外廓尺寸、輪距與軸距尺寸、前懸后懸以及整車的裝載質(zhì)量、整備質(zhì)量、總質(zhì)量和軸載質(zhì)量進(jìn)行了相關(guān)的計(jì)算與設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵字：自卸汽車；總體布置設(shè)計(jì)；副車架；軸載質(zhì)量；舉升機(jī)構(gòu)
ABSTRACT
Since last year, our country Special Purpose Vehicle industry is in the boom, with 395 car refit enterprise all around the country refitting 230.6 thousand cars, selling 230.5 thousand. auto unload vehicle the 27125 car, account for 11.76% of total deal. along with the development of local foundation facilities, in recent years auto unload vehicle yield has been keeping in higher production & sales, remains in the first place in Special Purpose Vehicle production. However, in aspects of category, pattern, material application, compared with foreign countries there is still a long way to go.
In this paper, firstly, I made a general about the auto unload vehicle design and its development domestic and abroad. Then, at the point of compartment, rising organization etc, I started the design of the EQ3090 auto unload vehicle. Also, I refit and designed the vice-car stalk.
To whole EQ3090 the lading quantity, reorganization quantity, measure, tread, wheelbase, forward suspension behind，proceeded the related calculation and design.
Key words: auto unload vehicle；total arrangement；vice-car stalk；raising organizati
III
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 專用自卸車的概述 1
1.2 專用自卸車設(shè)計(jì)特點(diǎn)概述 1
1.3 國(guó)內(nèi)專用自卸車發(fā)展現(xiàn)狀概述 3
第2章 總體設(shè)計(jì) 8
2.1 總體布置及主要參數(shù)的確定 8
2.2 參數(shù)的確定 8
2.3 底盤(pán)選擇 9
2.4 車廂尺寸計(jì)算 9
2.5 本章總結(jié) 10
第3章 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1 直接推動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu) 11
3.2 最大舉升角的確定 11
3.3 油缸總行程L的確定 12
3.4油缸舉升力 12
3.5 液壓缸選取 13
3.6 本章總結(jié) 15
第4章 車架的改裝 16
4.1主車架的鉆孔和焊接 16
4.2 主車架加強(qiáng)板的設(shè)計(jì) 17
4.3 副車架的設(shè)計(jì) 18
4.4 縱梁與橫梁的連接設(shè)計(jì) 21
4.5 副車架與主車架的連接設(shè)計(jì) 22
4.6 車架校核 23
4.7 功率和比功率計(jì)算 25
4.8 本章總結(jié) 26
第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27
5.1 油泵的選型計(jì)算 27
5.2油箱設(shè)計(jì) 27
5.3 液壓系統(tǒng)原理 28
5.4 本章總結(jié) 29
第6章 天龍自卸車動(dòng)力性能的計(jì)算 30
6.1 動(dòng)力學(xué)方程的建立 30
6.2 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性 30
6.3 汽車動(dòng)力性指標(biāo)的計(jì)算 32
6.4 燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算 32
6.5 本章總結(jié) 33
結(jié)論 34
參考文獻(xiàn) 35
致謝 36
第1章 緒 論
1.1 專用自卸車的概述
專用自卸車是利用本車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將其車廂傾斜一定角度卸貨，并依靠車廂自重使其復(fù)位的專用自卸車。
自卸汽車按其用途可分為兩大類：一類屬非公路運(yùn)輸用的重型和超重型(裝載質(zhì)量在20t以上)自卸汽車。主要承擔(dān)大型礦山、水利工地等運(yùn)輸任務(wù)，通常是與挖掘機(jī)配套使用。這類汽車也稱為礦用自卸汽車。它的長(zhǎng)度、寬度、高度以及軸荷等不受公路法規(guī)的限制，但它只能在礦山、工地上使用。另一類用于公路運(yùn)輸用的輕、中、重型(裝載質(zhì)量在2～20 t)普通自卸汽車。它主要承擔(dān)砂石、泥土、煤炭等松散貨物運(yùn)輸，通常是與裝載機(jī)配套使用。
某些自卸汽車是針對(duì)專門(mén)用途設(shè)計(jì)的，故又稱專用自卸汽車。如：擺臂式自裝卸汽車、自裝卸垃圾汽車等。
普通自卸汽車技裝載質(zhì)量mε分為：輕型自卸汽車（＜1.5t）、中型自卸汽車（3.5≤＜8t）和重型自卸汽車（＞8t）；按運(yùn)載貨物傾卸方向分為：后傾式、側(cè)傾式、三面傾式和底卸式自卸汽車；按車廂欄板結(jié)構(gòu)分為：欄板一面開(kāi)啟式、欄板三面開(kāi)啟式和簸箕式(即無(wú)后欄板)自卸汽車。
隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要不斷增加，自卸車產(chǎn)量近年來(lái)一直保持較高產(chǎn)銷量，在專用車綜合產(chǎn)量中保持第一位置，但在種類、型式、材料運(yùn)用方面與國(guó)外還有一定的差距。自卸汽車?yán)^續(xù)快速增長(zhǎng)，銷量超過(guò)載貨汽車上升到第一位。主要原因是固定資產(chǎn)投資強(qiáng)勁增長(zhǎng)，巨大的投資規(guī)模奠定了自卸車市場(chǎng)需求基礎(chǔ)；自卸汽車品種增加，不僅適應(yīng)和滿足施工需求，同時(shí)向運(yùn)輸市場(chǎng)發(fā)展；牽引汽車保持較快發(fā)展，已成為長(zhǎng)距離公路運(yùn)輸?shù)闹髁囆汀?
1.2 專用自卸車設(shè)計(jì)特點(diǎn)概述
專用自卸車與普通汽車的區(qū)別主要是改裝了具有專用功能的上裝部分，能完成某些特殊的運(yùn)輸和作業(yè)功能。因此在設(shè)計(jì)上，除了要滿足基本型汽車的性能要求外，還要滿足專用功能的要求，這就形成了其自身特點(diǎn)，概括如下：
這首先就需要了解國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)品，特別是貨車產(chǎn)品的生產(chǎn)情況、底盤(pán)規(guī)格、供貨渠道、銷售價(jià)格及相關(guān)資料等。然后根據(jù)所設(shè)計(jì)的專用自卸車的功能和性能指標(biāo)要求，在功率匹配、動(dòng)力輸出、傳動(dòng)方式、外形尺寸、軸載質(zhì)量、購(gòu)置成本等方面進(jìn)行分析比較，優(yōu)選出一種基本型汽車底盤(pán)作為專用自卸車改裝設(shè)計(jì)的底盤(pán)。能否選到一種好的汽車底盤(pán)，是能否設(shè)計(jì)出一種好的專用自卸車的前提。
對(duì)于不能直接采用二類底盤(pán)或三類底盤(pán)進(jìn)行改裝的專用自卸車，也應(yīng)盡量選用定型的汽車總成和部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和提高產(chǎn)品的可靠性。
設(shè)計(jì)時(shí)既要保證專用功能滿足其性能要求，也要考慮汽車底盤(pán)的基本性能不受到影響。在必要時(shí)，可適當(dāng)降低汽車底盤(pán)的某些性能指標(biāo)，以滿足實(shí)現(xiàn)某些專用工作裝置性能的要求。
專用自卸車設(shè)計(jì)應(yīng)考慮產(chǎn)品的系列化，以便根據(jù)不同用戶的需要而能很快的進(jìn)行產(chǎn)品變型。對(duì)專用自卸車零部件的設(shè)計(jì)，應(yīng)按“三化”的要求進(jìn)行，最大限度地選用標(biāo)難件，或選用已經(jīng)定型產(chǎn)品的零部件，盡量減少自制件。對(duì)專用自卸車自制件的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循單件或小批量的生產(chǎn)持點(diǎn)工的可能性。對(duì)專用自卸車工作裝置中的某些核心部件和總成，如各種水泵、油泵、氣泵、空壓機(jī)及各種閥等，要從專業(yè)生產(chǎn)廠家中優(yōu)選 因?qū)Ｓ米孕盾噷ｍ?xiàng)作業(yè)性能的好壞，主要決定干這些部件的性能和可靠性。在普通汽車底盤(pán)上改裝的專用自卸車，底盤(pán)受載情況可能與原設(shè)計(jì)不同，因此要對(duì)一些重要的總成結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
專用自卸車設(shè)計(jì)應(yīng)滿足有關(guān)機(jī)動(dòng)車輛公路交通安全法規(guī)的要求 對(duì)于某些特殊車輛，如重型半掛車、油田修井車、機(jī)場(chǎng)寬體客車等，應(yīng)作為特定作業(yè)環(huán)境的特種車輛來(lái)處理。
某些專用自卸車可能會(huì)在很惡劣的環(huán)境下工作，其使用條件復(fù)雜，要了解和掌握國(guó)家及行業(yè)相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，使專用自卸車有良好的適應(yīng)性，工作可靠，是要設(shè)安全性裝置。
綜上所述，專用自卸車的設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)和要求，既要滿足汽車設(shè)計(jì)的一般要求．同時(shí)又要獲得好的專用性能。這就要求汽車和專用工作裝置合理匹配，構(gòu)成一個(gè)協(xié)調(diào)的整體，使汽車的基本性能和專用功能都得到充分發(fā)揮。
由于專用自卸汽車種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用面廣、開(kāi)發(fā)期短等待點(diǎn)，所以專用自卸汽車設(shè)計(jì)人員．既要具備汽車設(shè)計(jì)的知識(shí)相能力．向時(shí)也要掌握專用自卸車各種不同工作裝置的原理與設(shè)計(jì)計(jì)算。此外專用自卸車設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)用戶的要求，市場(chǎng)動(dòng)態(tài)有充分的了解，這樣設(shè)計(jì)的產(chǎn)品才能在性能上先進(jìn)，在市場(chǎng)上適銷對(duì)路，在使用上滿足用戶的要求。
1.3 國(guó)內(nèi)專用自卸車發(fā)展現(xiàn)狀概述
近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車工業(yè)作為國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)獲得了迅猛發(fā)展。專用自卸汽車作為汽車工業(yè)的重要組成部分，也獲得了快速發(fā)展。一方面，隨著產(chǎn)業(yè)政策逐步落實(shí)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)政策不斷完善，從政策標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)上規(guī)范生產(chǎn)、提高技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面，隨著我國(guó)城市化建設(shè)、高速鐵路建設(shè)、公路建設(shè)及道路運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，為我國(guó)專用自卸車提供了大量的市場(chǎng)需求，專用自卸車的產(chǎn)品品種日趨豐富、合理，產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平不斷提高，年產(chǎn)量也大幅提高。
我國(guó)專用自卸汽車起步于20世紀(jì)50年代末60年代初，早期主要側(cè)重于應(yīng)用。雖然應(yīng)用較早，但全面發(fā)展始于20世紀(jì)80年代，比發(fā)達(dá)國(guó)家晚了近30年。經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，我國(guó)專用自卸車已經(jīng)具有一定規(guī)模，特別是近年來(lái)，我國(guó)專用自卸車發(fā)展迅速。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，1999年全國(guó)專用自卸車生產(chǎn)廠546家，2005年專用自卸車企業(yè)628家，2006年已經(jīng)增加到800家；生產(chǎn)能力也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，1999年產(chǎn)量為17.42萬(wàn)輛，2004年為35萬(wàn)，2005年為50萬(wàn)輛，2006年已接近60萬(wàn)輛，2007年更是達(dá)到了70萬(wàn)輛。目前，我國(guó)專用自卸車產(chǎn)量占載貨車總量的40％左右，有接近5000個(gè)產(chǎn)品品種，已經(jīng)成為我國(guó)汽車工業(yè)的重要組成部分。預(yù)計(jì)“十一五”期間，我國(guó)專用自卸車產(chǎn)品將達(dá)到6000個(gè)品種，年產(chǎn)量90萬(wàn)輛，占當(dāng)年載貨車產(chǎn)量的65%。
另外，我國(guó)專用自卸車產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的專用自卸車產(chǎn)品相比已基本接近，雖然在一些方面和發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的同類產(chǎn)品相比還有一定差距，但總體上我國(guó)專用自卸車行業(yè)在國(guó)際專用自卸車行業(yè)中已占有重要地位，已經(jīng)基本具備參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。產(chǎn)品品種、檔次、工藝裝備、自主研發(fā)等方面都有了很大提高，基本實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)口向出口的轉(zhuǎn)變。“十五”期間，專用車企業(yè)大多進(jìn)行了結(jié)構(gòu)調(diào)整，很多中小企業(yè)通過(guò)改制、兼并、重組等方式基本實(shí)現(xiàn)了企業(yè)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變。大多數(shù)專用車企業(yè)擁有完備的產(chǎn)品研發(fā)體系，少部分產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。毋庸置疑，我國(guó)專用自卸車發(fā)展還存在著一些嚴(yán)重的問(wèn)題，如果這些問(wèn)題得不到及時(shí)解決，將在很大程度上影響到我國(guó)專用汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。 首先，研發(fā)能力不強(qiáng)，同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重。我國(guó)目前除自卸車、掛車、廂式貨車等專用車批量較大外，其它技術(shù)含量較高的專用車大多是小批量多品種，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品及技術(shù)改造投入大，見(jiàn)效慢，收效小，加上大多數(shù)企業(yè)缺乏資金，不愿做長(zhǎng)期投資，于是采用簡(jiǎn)易的工藝裝備，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，致使產(chǎn)品質(zhì)量難以有較大的提高。資金缺乏、技術(shù)投入不足，更容易走上仿造之路，大多數(shù)企業(yè)都是仿造國(guó)外車型，然后再相互模仿，同質(zhì)化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。 其次，專用底盤(pán)缺乏。目前國(guó)內(nèi)基本上沒(méi)有一家專業(yè)生產(chǎn)專用自卸車底盤(pán)的企業(yè)，國(guó)內(nèi)800多家專用車生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的各類專用自卸車中，大多數(shù)是在普通載貨車底盤(pán)的基礎(chǔ)上改裝而成，而在這些企業(yè)中又大多數(shù)為外購(gòu)底盤(pán)進(jìn)行改裝生產(chǎn)的中小企業(yè)，機(jī)械化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，與發(fā)達(dá)國(guó)家有很大差距，這一現(xiàn)狀極大地制約了我國(guó)專用自卸車的發(fā)展。 第三，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理。目前，我國(guó)專用車的市場(chǎng)份額占全部載貨車的40%，與發(fā)達(dá)國(guó)家專用車70%以上的市場(chǎng)份額相比，仍有很大差距。目前國(guó)外載貨類專用車中，輕、中、重型比例為3∶4∶3，而我國(guó)目前僅為3∶5∶2，中型專用車多而重型專用車少。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不合理與日益增長(zhǎng)的多樣化、個(gè)性化的用戶需求形成了巨大的反差。 第四，行業(yè)集中度較低，專用自卸車生產(chǎn)企業(yè)不“專”，專用自卸車生產(chǎn)存在散、亂、差的現(xiàn)狀。1個(gè)產(chǎn)品有幾十家甚至幾百家企業(yè)生產(chǎn)，以及1家企業(yè)又生產(chǎn)很多種產(chǎn)品；而發(fā)達(dá)國(guó)家，1個(gè)產(chǎn)品最多3到5家企業(yè)生產(chǎn)，1家企業(yè)最多只生產(chǎn)幾種產(chǎn)品。相比之下，我國(guó)專用自卸車行業(yè)集中度較低，專用自卸車生產(chǎn)企業(yè)不“?！?。 第五，現(xiàn)有專用裝置的開(kāi)發(fā)能力和制造水平對(duì)專用自卸車限制較大。我國(guó)專用自卸車專用裝置的關(guān)鍵件總體水平不高，如液壓件、泵類、閥類、控制儀表等還未達(dá)到較高的技術(shù)水平，仍需進(jìn)口，制約了高水平專用自卸車的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。 最后，國(guó)內(nèi)專用自卸車與世界先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)水平存在一定差距。以美國(guó)為例，通常1個(gè)48(14m)、載荷量20t的二軸廂式半掛車，車輛自重在7t以下，換算成我國(guó)目前的13m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)二軸廂式半掛車，自重約為6t；而我國(guó)目前通常13m二軸廂式半掛車的自重均在8t以上。如果二軸半掛車軸荷受同樣法規(guī)的限制，美國(guó)的廂式掛車在滿載時(shí)將比我國(guó)車輛多裝約2t左右的貨物，空載運(yùn)輸時(shí)自重又輕2t，這對(duì)汽車的油耗、輪胎損耗都有較大的影響，其先進(jìn)的運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性不言而喻。
專用車行業(yè)是依附在底盤(pán)制造業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，同時(shí)又有批量小、品種多、科技含量高的特點(diǎn)，與主機(jī)廠有著密切的聯(lián)系。但主機(jī)廠開(kāi)發(fā)的專用車底盤(pán)能否滿足專用車日益多元化、專業(yè)化的需要，能否滿足用戶及市場(chǎng)需求，直接影響到主機(jī)廠底盤(pán)的市場(chǎng)銷售，因此主機(jī)廠對(duì)于專用車廠家及用戶的要求應(yīng)給予充分重視，要專門(mén)開(kāi)發(fā)適應(yīng)市場(chǎng)需求的專用車底盤(pán)。主機(jī)廠如何研制滿足用戶及市場(chǎng)需求的專用車底盤(pán)，應(yīng)從以下幾方面考慮：
第一 與專用車廠家進(jìn)行改裝方面的技術(shù)交流，了解上裝部分的專用性能要求、技術(shù)要求，開(kāi)發(fā)滿足專用要求的底盤(pán)。
第二 充分了解專用車使用環(huán)境及工況，對(duì)某些部件進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，以適應(yīng)特定的環(huán)境及工況。
第三 召集行業(yè)內(nèi)有影響力的專用車企業(yè)及用戶進(jìn)行技術(shù)交流，廣泛聽(tīng)取各方面的意見(jiàn)及要求，開(kāi)發(fā)或不斷改進(jìn)專用車底盤(pán)。
第四 密切關(guān)注發(fā)達(dá)國(guó)家專用車的發(fā)展動(dòng)向，結(jié)合國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)高技術(shù)、高附加值專用自卸車底盤(pán)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白并搶占國(guó)際市場(chǎng)。
未來(lái)我國(guó)專用自卸車的主流市場(chǎng)將主要集中在城市建設(shè)、服務(wù)和高等級(jí)公路運(yùn)輸、管理兩大板塊，專用自卸車的發(fā)展將主要呈現(xiàn)以下幾大趨勢(shì)：
(1) 產(chǎn)品品種多樣化趨勢(shì)。從品種上看，發(fā)達(dá)國(guó)家如德國(guó)的專用自卸車品種有6000多種；從需求量上看，目前德國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)也是完全根據(jù)市場(chǎng)和用戶的需要而進(jìn)行生產(chǎn)的。正是由于專用自卸車服務(wù)的廣泛性和專業(yè)性，才形成了專用車多品種的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)專用自卸車已達(dá)228個(gè)種、1553個(gè)品種。由于各行業(yè)的特點(diǎn)不同，對(duì)具體品種的需求量也不同。專用自卸車市場(chǎng)可以出現(xiàn)多個(gè)熱點(diǎn)同時(shí)并存的局面，從而形成市場(chǎng)的多元化，為生產(chǎn)企業(yè)提供廣闊的發(fā)展空間。
(2) 重型化、大功率、多軸化。
(3) 從近年來(lái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，重型卡車的市場(chǎng)銷量2002年為24萬(wàn)輛，發(fā)動(dòng)機(jī)功率大多在205kW(280hp)以下，而到2007年則迅速增長(zhǎng)到48萬(wàn)輛，發(fā)動(dòng)機(jī)功率大多在205～257kW(280~350hp)，重卡尤其是重卡底盤(pán)的發(fā)展趨勢(shì)充分印證了專用車重型化、大功率發(fā)展的趨勢(shì)。道路條件的改善和交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展為公路運(yùn)輸?shù)母咚倩?、集裝箱化創(chuàng)造了良好條件，同時(shí)，為大噸位、大功率、多軸化專用自卸車的廣泛應(yīng)用提供了廣闊空間。專家預(yù)測(cè)，“十一五”期間，高速公路運(yùn)輸車輛，如重型牽引車、廂式車、廂式半掛車、集裝箱運(yùn)輸車、專用半掛車、保溫冷藏車等將成為市場(chǎng)的主角。
(4) 輕量化。新材料和新工藝的采用對(duì)于減輕自重、提高運(yùn)輸效率、推動(dòng)和促進(jìn) 我國(guó)專用自卸車技術(shù)進(jìn)步、縮短與國(guó)外產(chǎn)品的差距，無(wú)疑具有重要意義。歐美專用車企業(yè)對(duì)鋁合金及不銹鋼材料的罐體、廂體的應(yīng)用已有20多年歷史，日本企業(yè)也已經(jīng)在專用車的上裝部分大量應(yīng)用鋁合金等輕型材料，而輕型材料在我國(guó)專用自卸車行業(yè)的應(yīng)用才剛剛起步。這意味著，我國(guó)的專用自卸車產(chǎn)品也將朝著這個(gè)方向發(fā)展，只不過(guò)輕量化發(fā)展的速度會(huì)因?yàn)椴煌膰?guó)情而有所不同，我國(guó)專用自卸車之所以在輕量化方面與歐、美、日企業(yè)存在很大差距，一是因?yàn)槲覈?guó)專用自卸車的消費(fèi)水平目前還比較低；二是國(guó)內(nèi)運(yùn)輸企業(yè)為了節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用，千方百計(jì)地超載，而沒(méi)有意識(shí)到超載本身會(huì)大大增加車輛的燃油費(fèi)用；三是我國(guó)某些地區(qū)治理超載的力度不夠。
因此，推進(jìn)我國(guó)專用自卸車的輕量化，國(guó)家有關(guān)部門(mén)在加大管理、改革稅收的同時(shí)，還應(yīng)該引導(dǎo)用戶去購(gòu)買經(jīng)濟(jì)性好的輕量化產(chǎn)品。
(5) 廂式化和城市專用自卸車的輕型化趨勢(shì)。 大力推廣廂式運(yùn)輸已在“十五”計(jì)劃中提出，發(fā)展趨勢(shì)已被行業(yè)公認(rèn)。尤其是隨著高速公路的發(fā)展，廂式半掛車、集裝廂半掛車已成為物流企業(yè)的主力車型。隨著人民生活水平的提高，冷藏集裝廂半掛車也會(huì)逐漸成為今后的發(fā)展方向。同時(shí)，世界商業(yè)巨頭紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，超市比比皆是，輕型廂式車需求量將越來(lái)越大，城市專用自卸車的輕型化趨勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)。
(6) 高技術(shù)、高附加值發(fā)展趨勢(shì)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量構(gòu)成的變化，市場(chǎng)對(duì)專用自卸車品種的需求格局將相應(yīng)改變。普通自卸汽車需求量將會(huì)隨基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善逐漸減少，廂式車、半掛車以及用于城市配套服務(wù)車輛的需求量將大大增加。同時(shí)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)的加劇，產(chǎn)品成本的增加，勞動(dòng)密集型產(chǎn)品以價(jià)格取勝的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將被進(jìn)一步弱化，以技術(shù)創(chuàng)新的替代性經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將成為專用自卸車行業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式。此外，市場(chǎng)對(duì)高技術(shù)高附加值產(chǎn)品的需求將大大增加，這種趨勢(shì)將提高專用車企業(yè)開(kāi)發(fā)高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品的積極性。機(jī)、電、氣、液、微電子一體化技術(shù)及GPS技術(shù)等在專用車上的應(yīng)用能夠大大增強(qiáng)專用車產(chǎn)品的附加值和技術(shù)含量。專家預(yù)測(cè)，今后一段時(shí)期內(nèi)，高新技術(shù)的大量應(yīng)用，加上我國(guó)專用自卸車產(chǎn)品傳統(tǒng)的成本優(yōu)勢(shì)會(huì)使國(guó)產(chǎn)專用自卸車在出口方。
(7) 人性化、安全性和節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)。專用自卸車底盤(pán)的設(shè)計(jì)越來(lái)越人性化，一是充分考慮舒適性，為駕駛員提供更好的工作環(huán)境；二是允許個(gè)性化設(shè)置性能參數(shù)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，技術(shù)水平的提高，汽車設(shè)計(jì)的安全性越來(lái)越受到人們的重視，保證駕駛?cè)藛T的安全成為設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，除停車、行車制動(dòng)等基本安全措施外，通過(guò)配備功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)，防側(cè)翻系統(tǒng)，以及采用電控、液壓、機(jī)械3套獨(dú)立制動(dòng)系統(tǒng)，大大提高了整車的安全可靠性。同時(shí)，電子技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用，使車輛安全性研究向智能化方向發(fā)展。
國(guó)際國(guó)內(nèi)油價(jià)的不斷攀高、全國(guó)各地不斷出現(xiàn)的“油荒”和氣候變暖，使節(jié)能、環(huán)保成為整個(gè)社會(huì)關(guān)心的主題。我國(guó)也推出了一系列措施政策推動(dòng)環(huán)境的改善，汽車的節(jié)能、環(huán)保也成為不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，節(jié)油不僅從能源考慮，關(guān)系著他們切身的經(jīng)濟(jì)利益。環(huán)保要求推動(dòng)了動(dòng)力技術(shù)的更新，電子燃燒噴射和共軌技術(shù)成為強(qiáng)制性規(guī)定。
(8) 合資合作、資產(chǎn)重組趨勢(shì)。 從國(guó)際市場(chǎng)形勢(shì)來(lái)看，發(fā)達(dá)國(guó)家因受勞動(dòng)力價(jià)格及經(jīng)濟(jì)低迷狀況的制約，近年來(lái)制造業(yè)紛紛外移，給我國(guó)專用自卸車進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)提供了一定機(jī)遇。一方面，國(guó)內(nèi)專用自卸車靠其價(jià)格優(yōu)勢(shì)在東南亞、中東、非洲、中亞及俄羅斯市場(chǎng)不斷增加市場(chǎng)份額，為國(guó)內(nèi)專用自卸車進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)奠定了良好基礎(chǔ)；另一方面，國(guó)外專用自卸車企業(yè)為尋求新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，將會(huì)積極開(kāi)拓海外市場(chǎng)，在高端產(chǎn)品方面占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)合資合作，將會(huì)對(duì)促進(jìn)我國(guó)高附加值產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)起到一定的積極作用。
(9) 區(qū)域化的產(chǎn)業(yè)集中趨勢(shì)。 國(guó)家鼓勵(lì)優(yōu)勢(shì)企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，形成有較強(qiáng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的規(guī)模企業(yè)發(fā)展政策，這一政策將推動(dòng)行業(yè)優(yōu)勢(shì)資源的重新配置，有實(shí)力的企業(yè)將進(jìn)一步整合行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高專用自卸車產(chǎn)品行業(yè)生產(chǎn)集中度。
我國(guó)專用自卸車的發(fā)展經(jīng)歷了快速發(fā)展過(guò)程，雖然存在不少困難和問(wèn)題，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，以及國(guó)家各項(xiàng)政策的落實(shí)，在全行業(yè)的共同努力下，我國(guó)專用自卸車產(chǎn)業(yè)一定會(huì)走上更加健康的發(fā)展之路，趕上世界發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展水平，在國(guó)際市場(chǎng)上扮演更加重要的角色，由中國(guó)制造走向中國(guó)創(chuàng)造。
一個(gè)好的專用車底盤(pán)如要打開(kāi)市場(chǎng)，獲得比較高的市場(chǎng)占有率，除了以上提到的必須滿足用戶及市場(chǎng)的要求及專用性能等要求外，還要結(jié)合市場(chǎng)特點(diǎn)做好市場(chǎng)推廣工作，對(duì)專用車企業(yè)申報(bào)專用車整車產(chǎn)品公告給予一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。面上一個(gè)新臺(tái)階。
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1 總體布置及主要參數(shù)的確定
2.1.1 總體布置
1、軸數(shù)
根據(jù)汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對(duì)軸載質(zhì)量的限制和輪胎的負(fù)荷能力以及汽車的構(gòu)造來(lái)選擇汽車的軸數(shù)。本設(shè)計(jì)中軸數(shù)選擇為三軸。
2、驅(qū)動(dòng)形式
根據(jù)汽車的用途、總質(zhì)量以及對(duì)車輛通過(guò)性的要求來(lái)確定驅(qū)動(dòng)形式。本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)形式的選擇為后輪驅(qū)動(dòng)。
3、布置形式
布置形式分為發(fā)動(dòng)機(jī)的布置和駕駛室的布置。
發(fā)動(dòng)機(jī)的布置有以下幾種形式：發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)后置前輪驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng)、全輪驅(qū)動(dòng)。根據(jù)性能的要求、行駛要求及經(jīng)濟(jì)性來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的布置。本設(shè)計(jì)中發(fā)動(dòng)機(jī)的布置形式為前置。
駕駛室的布置有以下幾種形式：平頭式、短頭式、長(zhǎng)頭式、偏置式?；谄嚨目傮w設(shè)計(jì)及安全性的考慮，本設(shè)計(jì)中駕駛室的布置形式為長(zhǎng)頭式。
2.2 參數(shù)的確定
1、 汽車外廓尺寸
它包括長(zhǎng)、寬、高。它的大小直接與軸距、輪距、駕駛室、車身和專用設(shè)備的布置有關(guān)。本設(shè)計(jì)中汽車的外廓尺寸為8500×2500×3200毫米。
2、軸距
根據(jù)汽車的長(zhǎng)度、質(zhì)量和許多使用性能來(lái)確定軸距。本設(shè)計(jì)中軸距確定為3800+1350毫米。
3、輪距
根據(jù)汽車的質(zhì)量、寬度、橫向通過(guò)半徑和橫向穩(wěn)定性及汽車的機(jī)動(dòng)性能來(lái)確定。本設(shè)計(jì)中前輪距確定為2040毫米，后輪距確定為1850毫米。
4、其余參數(shù)
總質(zhì)量為24800kg，接近離去角為30/25整備質(zhì)量為10305kg。
2.3 底盤(pán)選擇
2.3.1 底盤(pán)選擇
在選擇底盤(pán)時(shí)，一般是按經(jīng)濟(jì)效益來(lái)考慮的，比如：底盤(pán)的價(jià)格，裝載質(zhì)量，超載能力，百公里油耗，養(yǎng)路費(fèi)等，除此之外，還要考慮如下參數(shù)：
1、底盤(pán)車架上平面離地高度。一般6×4底盤(pán)車架上平面離地高度為1050~1200.該數(shù)值越大整車重心越高，越容易造成翻車。影響該數(shù)值的因素主要是輪胎直徑，懸掛的布置和主車架截面高度。
2、底盤(pán)后懸。該數(shù)值過(guò)大會(huì)影響自卸車舉升穩(wěn)定性，造成舉升翻車事故。此數(shù)值一般在500~1100之間（側(cè)翻自卸車除外）。
3、整車匹配合理，使用可靠。
本設(shè)計(jì)選用東風(fēng)大力神平板運(yùn)輸車的底盤(pán)，如圖2.3.1。
圖2.3.1 東風(fēng)大力神平板運(yùn)輸車
表2.3.1 底盤(pán)參數(shù)
底盤(pán)型號(hào)
DF3251A7
輪胎數(shù)
10
彈簧片數(shù)
9/13
軸數(shù)
3
燃油類型
柴油
額定質(zhì)量（mm）
14500
軸距（mm）
3800+1350
前輪距（mm）
2040
—
—
駕駛室乘坐人數(shù)
3
后輪距（mm）
1850
—
—
2.4 車廂尺寸計(jì)算
2.4.1 車廂結(jié)構(gòu)形式
車廂結(jié)構(gòu)形式按用途不同大概可分為：普通矩形車廂和礦用鏟斗車廂。
普通矩形車廂用于散裝貨物運(yùn)輸，其后板裝有自動(dòng)開(kāi)合機(jī)構(gòu)，保證貨物的順利卸出，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。
本車以煤炭運(yùn)輸為例進(jìn)行計(jì)算。
煤炭密度為0.5~0.75t/， 取ρ=0.7t/
（2.1）
車廂長(zhǎng)
取車廂長(zhǎng)度為6m。
表2.4.1 車廂厚度表 單位：mm
貨物
車廂厚度
底板
邊板
后板
土石方
8
4
5
建筑垃圾
10
6
6
大塊9（礦）石
12
8
8
煤炭
6
4
4
粘土
8
4
5
鐵礦粉
10
8
8
糧食，化肥
6
4
5
由表2.4.1確定出車廂的尺寸如表2.4.2。
表2.4.2 車廂尺寸表 單位：mm
長(zhǎng)
寬
高
前板厚
后板厚
底板厚
邊板后
6000
2300
1350
4
4
6
4
本車廂選用16Mn材料，16Mn材料比普通A3材料強(qiáng)度好，但成本也高。
2.5 本章總結(jié)
本章主要確定總體設(shè)計(jì)方案，選取本設(shè)計(jì)適用的底盤(pán)，本設(shè)計(jì)選用東風(fēng)大力神平板運(yùn)輸車的底盤(pán)，根據(jù)在質(zhì)量計(jì)算車廂尺寸。
第3章 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
自卸汽車上,現(xiàn)在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)可以分為直接推動(dòng)式和連桿組合式兩大類,本設(shè)計(jì)采用直推式舉升機(jī)構(gòu)。
3.1 直接推動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu)
油缸直接作用在車廂底板上的舉升機(jī)構(gòu)稱為直接推動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu),簡(jiǎn)稱直推式舉升機(jī)構(gòu)。按舉升點(diǎn)在車廂底板下表面的位置,該類舉升機(jī)構(gòu)又可分為油缸中置(圖1a)和油缸前置(圖1b)兩種型式。前者油缸支在車廂中部,油缸行程較小,油缸的舉升力較大,多采用雙缸雙柱式油缸。后者的油缸支在車廂前部,油缸的舉升力較小,油缸行程較大,一般用于重型自卸汽車上,油缸則通常采用多級(jí)伸縮油缸。
圖3.1 油缸直推式舉升機(jī)構(gòu)
本設(shè)計(jì)選用油缸前置式。
3.2 最大舉升角的確定
確定車廂最大舉升角的依據(jù)是傾卸貨物的安息角。常見(jiàn)貨物的安息角如表3.1所列。
表3.1 常見(jiàn)貨物的安息角
物料
煤
焦炭
鐵礦石
細(xì)砂
安息角
27°～45°
50°
40°～45°
30°～45°
物料
粗砂
石灰石
粘土
水泥
安息角
50°
40°～45°
50°
40°～50°
設(shè)計(jì)的車廂最大舉升角必須大于貨物安息角，以保證把車廂內(nèi)的貨物卸凈，如圖3.2所示。本設(shè)計(jì)以煤炭為例取最大舉升角 =55°。
圖 3.2 舉升結(jié)構(gòu)圖
3.3 油缸總行程L的確定
取距車廂末端1/4處為轉(zhuǎn)軸點(diǎn)，如圖3.3所示
圖3.3 舉升示意圖
3.4油缸舉升力
（3.1）
m—舉升總質(zhì)量
Xw—質(zhì)心至翻轉(zhuǎn)中心的水平坐標(biāo)
α—油缸中心與底座的夾角
當(dāng)舉升開(kāi)始階段由于各鉸鏈支點(diǎn)靜摩擦力矩較大，所以車廂的最大阻力矩發(fā)生在此刻為最大值，此時(shí)P為最大值，當(dāng)舉升剛開(kāi)始時(shí)，α=90°。
3.5 液壓缸選取
自卸汽車用多級(jí)液壓缸有TG、TMG和TSG三個(gè)系列。其中TG系列為單位用式（圖3.4）、TMG系列為末級(jí)雙作用式（圖3.5）、TSG系列為雙作用式多級(jí)液壓缸（圖3.6）。適用于工程及礦山用自卸汽車和特種車輛車廂的后卸、側(cè)卸和三向卸。
（1） 型號(hào)說(shuō)明
4 TG-E 150×1500 EQ
①② ③ ④ ⑤ ?、?
①伸出級(jí)數(shù)：4級(jí)
②液壓缸型式
TG----單作用式多級(jí)液壓缸
TMG----末級(jí)雙作用式多級(jí)液壓缸
TSG----雙作用式多級(jí)液壓缸
③壓力級(jí)
E---10Mpa
④伸出套筒最大外徑（mm）
⑥安裝方式
EQ----上端球鉸，下端耳環(huán)
EE----兩端耳環(huán)
QQ----兩端球鉸
ZQ----上端秋鉸，中部耳軸
圖3.4 TG系列為單位用式
1-彈性圓柱銷；2-卡環(huán)；3-油杯；4-孔用彈性擋圈；5-關(guān)節(jié)軸節(jié)；6-下連接頭；7-密封墊；8-鉸接螺栓；9-鉸接管接頭；10-軸用彈性擋圈；11-導(dǎo)向環(huán)；12-缸筒；13、14、15-1-3級(jí)套筒；16-柱塞；17-擋圈；18-O形密封圈；19-防塵圈；20-上連接頭；21-鎖緊鋼絲
圖3.5 TMG系列為末級(jí)雙作用式
1-油杯；2-關(guān)節(jié)軸承；3-下連接頭；4-內(nèi)油管；5-防塵圈；6-O形密封全；7-外缸；8-一級(jí)缸；9-二級(jí)缸；10-中間鉸軸；11-活塞環(huán)；12-支承環(huán)；13-擋圈；14-缸蓋
圖3.6 TSG作用式多級(jí)液壓缸
1-孔用彈性擋圈；2-關(guān)節(jié)軸承；3-O形密封圈；4-鋼絲檔圈；5-支承環(huán)；6-后端蓋；7-鎖緊鋼絲；8-Y形密封圈；9-活塞環(huán)；10-缸筒；11-一級(jí)活塞；12-二級(jí)活塞；13-三級(jí)活塞；14-內(nèi)油管；15-防塵圈；16-連接頭
(2) 性能參數(shù)
K共七種：伸出級(jí)數(shù)為2～6級(jí)，單級(jí)行程125～1500mm，共16個(gè)行程等級(jí)(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2349-80);額定壓力16MPa。
表3.2 TG系列多級(jí)液壓缸性能參數(shù) 單位：mm
型號(hào)
級(jí)數(shù)
單級(jí)行程
總行程
安裝中心距范圍
全伸后中心距
*TG-E*×*QQ
3
300～500
900～1500
525～740
1425～2240
*TG-E*×*EE
2～5
160～300
320～1500
340～495
660～1990
2～6
750～1500
1400～7200
1040～1950
2440～1990
3
400～630
1200～1890
670～940
1870～2830
2～6
700～1500
1400～7200
1060～1980
2460～9180
*TG-E*×*ZQ
2～5
160～300
320～1500
125～160
445～1660
*TG-E*×*EQ
2～6
700～1500
1400～7200
1050～1960
2450～9160
*TG-E*×*QQ
3
300～630
900～1890
650～1010
1550～2900
*TG-E*×*EE
2～3
400～800
800～2400
760～1350
1560～3750
液壓缸氣缸活塞行程參數(shù)優(yōu)先次序按表3.3選用。
表3.3 液壓缸活塞行程參數(shù)表 （mm）
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
—
40
—
—
63
—
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3600
—
—
—
—
—
—
—
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3400
3800
—
—
—
—
—
油缸推力與第一節(jié)油缸直徑的關(guān)系為：
（3.2）
式中：p----液壓系統(tǒng)工作壓力，Mpa。
本設(shè)計(jì)中液壓工作系統(tǒng)的壓力位10 Mpa。
可求得第一節(jié)油缸的最小直徑：
根據(jù)國(guó)標(biāo)選定液壓缸為4TG-E100*4160EE。
四級(jí)行程分別為1250mm，1250mm，1250mm，500mm。
3.6 本章總結(jié)
本章主要內(nèi)容是選擇合適的舉升方式，確定舉升缸安裝位置，計(jì)算舉升缸尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，本設(shè)計(jì)選用直推式舉升機(jī)構(gòu)，液壓缸安裝位置選擇前置式安裝，通過(guò)計(jì)算獲得液壓缸內(nèi)徑為100mm。
第4章 車架的改裝
主車架是汽車底盤(pán)上各總成及專用工作裝置安裝的基礎(chǔ)，改裝時(shí)受到的影響最大，因此，要特別引起注意。
4.1主車架的鉆孔和焊接
主車架是受載荷很大的部件，除承受整車靜載荷外，還要受到車輛行駛時(shí)的動(dòng)載荷，為了保持主車架的強(qiáng)度和剛度，原則上不允許在主車架縱梁上鉆孔和焊接，應(yīng)盡量使用車架上原有的孔。如果安裝專用設(shè)備或其它附件，不得不在車架上鉆孔或焊接時(shí)．應(yīng)避免在高應(yīng)力區(qū)鉆孔或焊接。主車架縱梁的高應(yīng)力區(qū)在軸距之間縱梁的下冀面和后懸的上冀面處。因?yàn)檫@些部位縱梁應(yīng)力較大，鉆孔容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。
對(duì)于主車架縱梁高應(yīng)力區(qū)以外的其余地方需要鉆孔或焊接時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
（1）盡量減小孔徑，增加孔間距離，對(duì)鉆孔的位置和孔徑規(guī)范，應(yīng)滿足圖4.1和表4.1的要求。
表4.1 主車架鉆孔的尺寸要求
尺寸
車型
重型車
中型車
輕型車
孔間距/mm
A
>70
>60
>50
B
>50
>40
>30
C
>50
>40
>30
孔徑/mm
Φ
<15
<13
<11
圖4.1 主車架鉆孔的孔徑和孔間距
（2）在縱梁翼面高應(yīng)力區(qū)外的其它部位鉆孔，只能在中心處鉆一個(gè)孔，如圖4.1。
（3）在縱梁的邊、角區(qū)域亦禁止鉆孔或焊接，如圖4.2、圖4.3所示的區(qū)域即為不允許鉆孔和焊接加的部位。因?yàn)樵谶@些部位進(jìn)行鉆孔或焊接，極易引起車架早期開(kāi)裂。
圖4.2 主車架縱梁禁止鉆孔區(qū)
圖4.3主車架縱梁禁止焊接區(qū)
1) 嚴(yán)禁將車架縱梁或橫梁的男面加工成缺口形狀。
本課題中由于主車架與副車架之間的連接選用止推連接板形式，故主車架不用考慮鉆孔，只需考慮焊接的位置得當(dāng)。
4.2 主車架加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)
（1）設(shè)主車架縱梁加強(qiáng)板的條件
主車架改裝時(shí)，為了減少車架縱梁的局部應(yīng)力?；蛘邽榱耸管嚰芗娱L(zhǎng)后仍能滿足強(qiáng)度和剛度的要求，對(duì)裝載質(zhì)量增加；軸距和總長(zhǎng)發(fā)生變化，使車架采用中部拼接或尾部加長(zhǎng)時(shí)；為了使車架高應(yīng)力區(qū)(危險(xiǎn)斷面)滿足強(qiáng)度和剛度的要求，同時(shí)又使車架在某一區(qū)間的截面尺寸變化不致太大，這些情況，常常在車架縱梁上采用加強(qiáng)板。
（2）加強(qiáng)板的形狀
加強(qiáng)板的截面形狀推薦選用L型，其厚度應(yīng)不小于車架厚度的40％。L型加強(qiáng)板的冀面應(yīng)貼合在車架縱梁翼面受拉伸的一邊。加強(qiáng)板的端頭形狀應(yīng)逐步過(guò)渡，如切成小于45°的斜角，或在端頭中部開(kāi)光滑槽，如圖4.4所示。
圖4.4 加強(qiáng)板的湍頭形狀
1-主車架縱梁；2-加強(qiáng)板
（3）加強(qiáng)板的布置
加強(qiáng)板布置的合理，可以有效地減少車架的應(yīng)力。若布置不合理，則可能使車架產(chǎn)生應(yīng)力集中。為了避免應(yīng)力集中，加強(qiáng)板的端頭位置不應(yīng)在剛度變化部位和集中載荷作用的地方。例如，應(yīng)使加強(qiáng)板的端頭和副車架的端頭充分重疊一部分或使二者相互離開(kāi)足夠的距離，如圖4.5所示。
圖4.5 加強(qiáng)板的合理布置
1- 加強(qiáng)板；2-主車架縱梁；3-副車架
（4）加強(qiáng)板的控制
加強(qiáng)板和主車架的固定最好采用鉚接。加強(qiáng)板末端和鉚釘孔之間的最小距離為25mm，鉚釘?shù)拈g距為70～150 mm。當(dāng)鉚接有困難時(shí)，可在加強(qiáng)板上加工孔塞焊于縱梁膠板上，塞焊孔直徑為20～30 mm，塞焊孔與加強(qiáng)板端部的最小距離為25mm，孔間距為100～170 mm。
4.3 副車架的設(shè)計(jì)
在專用汽車設(shè)計(jì)時(shí)，為了改善主車架的承載情況，避免集中載荷，同時(shí)也為了不破壞主車架的結(jié)構(gòu)，一般多采用副車架(副梁)過(guò)渡。本車在工作中受較大的彎曲應(yīng)力。因此，本車副車架縱梁采用兩根抗彎性能較好的平直槽行梁，材料為16MnReL。
在增加副車架的同時(shí)，為了避免由于副車架剛度的急劇變化而引起主車架上的應(yīng)力集中，所以對(duì)副車架的形狀、安裝位置及與主車架的連接方式都有一定的要求。
4.3.1 副車架的截面形狀及尺寸
專用汽車副車架的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖4.6所示的槽形結(jié)構(gòu)，其截面形狀尺寸取決于專用汽車的種類及其承受載荷的大小。對(duì)于隨車起重運(yùn)輸車的副車架來(lái)說(shuō)，在安裝起重裝置的范圍內(nèi)，應(yīng)按如圖4.7和圖4.8所示的方式用一塊腹板將副車架截面封閉起來(lái)，以提高副車架的抗扭和抗彎能力。
圖4.6 副車架的截面形狀
圖4.7 加強(qiáng)后的副車架截面形狀
1-副車架；2-腹板
圖4.8加強(qiáng)腹板的位置
參照國(guó)內(nèi)外總質(zhì)量相近車型的副車架縱梁端面尺寸，確定副車架縱梁端面尺寸為100、80、6mm。
4.3.2 加強(qiáng)板的布置
車架中部(液壓舉升機(jī)構(gòu)位置)所受彎曲、扭曲最大，因此在這一區(qū)域應(yīng)加加強(qiáng)板，考慮到零件的工藝性，由于下翼板所受彎曲應(yīng)力較大，因此，加強(qiáng)板緊貼下翼板，為了避免下翼板由于鉆孔而導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度下降，除與后加強(qiáng)板重疊部位，該加強(qiáng)板主要與腹板連接。
在縱梁上加上加強(qiáng)板，加強(qiáng)板端頭區(qū)域車架容易產(chǎn)生集中應(yīng)力。為了降低應(yīng)力集中，加強(qiáng)板端頭形狀有三種設(shè)計(jì)方式，見(jiàn)圖4.9。
圖4.9 加強(qiáng)板的三種設(shè)計(jì)方式
本副車架為了批量生產(chǎn)時(shí)工藝簡(jiǎn)單，采用了圖4.9（b）角型的端頭形狀。
4.3.3 副車架的前端形狀及安裝位置
（1）在保證使用可靠的前提下，為了提高撓曲性，減小副車架剛度，應(yīng)盡量減少副車架的橫梁，以減少對(duì)縱梁的扭轉(zhuǎn)約束。
（2）副車架油缸支承橫梁與翻轉(zhuǎn)軸橫梁形成框架。油缸支承橫梁應(yīng)盡量靠近后懸架前支承處的橫梁，最好能位于后框架之內(nèi)。因?yàn)檫@段主車架變形小，所以副車架對(duì)其扭轉(zhuǎn)約束力也相應(yīng)減弱，同時(shí)保證了舉升機(jī)構(gòu)的幾何特性。
（3）在副車架結(jié)構(gòu)要求剛性較高時(shí)，可在主、副車架中間增加一層橡膠墊，當(dāng)主車架變形時(shí)以彈性橡膠的變形來(lái)減弱副車架對(duì)主車架的約束。
（4）副車架與主車架連接如圖4.10所示。
圖4.10副車架與主車架的連接
A-A處是截面突變點(diǎn)，在受沖擊載荷時(shí)，此處出現(xiàn)應(yīng)力集中，嚴(yán)重時(shí)造成主車架斷裂。這就要求副車架的前端結(jié)構(gòu)要設(shè)計(jì)成漸變截面，以減緩應(yīng)力集中(見(jiàn)圖4.11)。
圖4.11 副車架的前端結(jié)構(gòu)
副車架前端形狀常有三種形狀(見(jiàn)圖4.12)。
對(duì)于這三種不同形狀的副車架前端，在其與主車架縱梁相接觸的翼面上部加工有局部斜面，其斜而尺寸如圖4.12(c)所示：h0=1mm；l0=15~20mm。
圖4.12 副車架的三種前端形狀
（a）U形；（b）角形；（c）L形
如果加工上述形狀困難時(shí)，可以采用如圖4.13所示的副車架前端簡(jiǎn)易形狀，此時(shí)斜面尺寸較大。
對(duì)于鋼質(zhì)副車架：=5~7；=200~300
對(duì)于硬本質(zhì)副車架；~10；
副車架在汽車底盤(pán)上布置時(shí)，其前端應(yīng)盡可能地往駕駛室后圍靠近。
圖4.14為某散裝水泥運(yùn)輸車的罐體、副車架相對(duì)于汽車底盤(pán)的安裝位置。在滿足軸荷分配的前提下，其中A不宜過(guò)大，留足空壓機(jī)的位置即可；B為副車架的前增離主車架拱形橫粱的距離，一般在100之內(nèi)；C為固定副車架的前面第一個(gè)U型螟栓距拱形橫梁的距離，一般控制在500~800的范圍內(nèi)。
圖4.13 副車架前端簡(jiǎn)易形狀
（a）剛質(zhì)副車架 ；（b）硬木質(zhì)副車架
圖4.14 副車架的安裝位置
4.4 縱梁與橫梁的連接設(shè)計(jì)
橫梁與縱梁的連接方式主要有三種，見(jiàn)圖4.15。
（a）橫梁與縱梁上下翼板連接（b）橫梁僅固定在腹板上 （c）橫梁同時(shí)與縱梁的腹板
及上或下翼板相連
圖4.15橫梁與縱梁的連接
1-縱梁；2-連接板；3橫梁
圖4.15（a）橫梁與縱梁上下翼板連接，該種連接方式優(yōu)點(diǎn)是利于提高縱梁的抗扭剛度。缺點(diǎn)是當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，縱梁上下翼面應(yīng)力將大幅度增加，易引起縱梁上下翼面的早期損壞。由于車架前后兩端扭轉(zhuǎn)變形較小，因此本車架前后兩端采用了該種連接方式，為了提高縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度采用了縱向連接尺寸較大的連接板橫梁僅固定在腹板上。
圖4.15（b）橫梁僅固定在腹板上，這種連接形式連接剛度較差，允許截面產(chǎn)生自由蹺曲，可以在車架下翼面變形較大區(qū)域采用，以避免縱梁上下翼面早期損壞。
圖4.15（c）橫梁同時(shí)與縱梁的腹板及上或下翼板相連，此種連接方式兼有以上兩種方式連接的特點(diǎn)，但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上，對(duì)橫梁的強(qiáng)度要求較高。由于該車平衡懸架的推力桿與平衡懸架支架上的兩根橫梁連接，因此，這兩根橫梁與縱梁共同承受平衡懸架傳遞過(guò)來(lái)的垂直力(反)和縱向力(牽引力、制動(dòng)力)。
綜合以上考慮，本副車架的縱梁與橫梁的連接采用第3種方式，即橫梁同時(shí)與縱梁的腹板及上或下翼板相連，同時(shí)為了降低成本和適于批量生產(chǎn)，本車架縱梁和橫梁的連接方式采用鉚接。
4.5 副車架與主車架的連接設(shè)計(jì)
副車架與主車架的連接常采用如下幾種形式。
（1）止推連接板
圖4.16是斯泰爾重型專用汽車所采用的止推連接板的結(jié)構(gòu)形狀及其安裝方式。連接板上端通過(guò)焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接。止推板的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對(duì)水平位移。相鄰兩個(gè)推止推連接板之間的距離在500～1000范圍內(nèi)。
圖4.16 止推連接板的結(jié)構(gòu)
1—副車架；2—止推連接板；3—主車架縱梁
（2）連接支架
連接支架由相互獨(dú)立的上、下托架組成，上、下托架均通過(guò)螺栓分別與副車架和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上、下托架相連接，見(jiàn)圖4.17所示。由于上、下托架之間留有間隙，因此連接支架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。一般布置是在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。
圖4.17 連接支架
1-上托架；2-下托架；3螺栓
（3）U型夾緊螺栓
當(dāng)選用其它連接裝置有困難時(shí)，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大的范圍內(nèi)不允許采用U型螺栓。當(dāng)采用U型螺栓固定時(shí)，為防止主車架縱梁翼面變形，應(yīng)在其內(nèi)側(cè)襯以木塊，坦在消聲器附近，必須使用角鐵等作內(nèi)襯。
綜合考慮三種連接方式的特點(diǎn)，以及裝配工藝性，本文設(shè)計(jì)的天龍自卸車主副車架之間采用止推連接板式。
4.6 車架校核
4.6.1車架受力分析及校核
當(dāng)車架縱梁承受的是均勻分布的載荷（見(jiàn)圖4.18）時(shí)，車架的簡(jiǎn)化計(jì)算可按下述進(jìn)行，但需要一定的假設(shè)。即認(rèn)為縱梁為支承在前、后軸上的簡(jiǎn)支梁；空車是簧上負(fù)荷 (貨車可取，為汽車整備質(zhì)量)均布在左、右縱梁的全長(zhǎng)上，滿載時(shí)有效載荷則均布在車廂長(zhǎng)度范圍內(nèi)的縱梁上；忽略不計(jì)局部扭矩的影響。
圖4.18 貨車車架上均布載荷的分布情況
在圖4.18中，為一根縱梁的前支承反力，由該圖可求得：
（4.1）
在駕駛室的長(zhǎng)度范圍內(nèi)這一段縱梁的彎矩為：
（4.2）
駕駛室后端至后周這一段縱梁的彎矩為：
（4.3）
顯然，最大彎矩就發(fā)生在這一段縱梁內(nèi)，可用對(duì)上式中求導(dǎo)數(shù)并令其為零的方法求出最大彎矩發(fā)生的位置x，即
由此求得：
（4.4）
將上式代入公式（8.3），即可求出縱梁承受的最大彎矩。
已知7350，5150，=1500，700，=6000，
=3900，=2100。
=146950N
=34803686.21Nmm
如果考慮到動(dòng)載荷系數(shù)及疲勞安全系數(shù)，并將它們代入式（4.5），則可求出縱梁的最大彎矩為：
（4.5）
取n=1.40，=4.0
則彎曲應(yīng)力可按下式求得：
（4.6）
式中：——縱梁在計(jì)算斷面處的彎曲截面系數(shù)，對(duì)于槽型斷面系數(shù)，對(duì)于槽型斷面縱梁
（4.7）
式中：—— 槽型斷面的腹板高，mm；
—— 翼緣寬，mm；
—— 梁斷面的厚度，mm。
式(8.7)中 h=300mm b=90mm t=8mm
因此最大彎應(yīng)力為：
16Mn鋼板的疲勞極限=220～260MPa
<
所以可以安全承受載荷。
4.7 功率和比功率計(jì)算
4.7.1 功率平衡計(jì)算
專用汽車在行駛過(guò)程中所需的驅(qū)動(dòng)功率Pt按下式計(jì)算：
（4.8）
式中 ——整車總質(zhì)量；
——滾動(dòng)阻力系數(shù)；
——汽車底盤(pán)傳動(dòng)系的機(jī)械效率；
——空氣阻力系數(shù)；
——整車迎風(fēng)面積；
——最高車速；
若考慮發(fā)動(dòng)機(jī)功率有一定的儲(chǔ)備，則需要給發(fā)動(dòng)機(jī)確定一定的負(fù)荷率，其范圍一般在75％～90％。當(dāng)外載負(fù)荷變化大，或車輛行駛所需的功率估算不準(zhǔn)確時(shí)，應(yīng)取下限值，即0.75；當(dāng)外載負(fù)荷變化小，或所需的功率估算較準(zhǔn)確時(shí)，取上限值，即0.90，一般負(fù)荷率不大于0.90。這樣可計(jì)算出專用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的總功率為：
（4.9）
4.7.2 比功率計(jì)算
所謂汽車的比功率是指單位汽車總質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，若不計(jì)風(fēng)阻，其計(jì)算式有
（4.10）
據(jù)統(tǒng)計(jì)，專用汽車（含汽車列車）比功率的大致范圍是：
目前，隨著公路條件的改善，車輛運(yùn)輸速度的提高，比功率有增加的趨勢(shì)。例如有的國(guó)家規(guī)定，對(duì)于大客車、貨車(專用車)及汽車列車，其比功率不能低于0.006，以防止車輛的動(dòng)力性不足，阻礙車流。
4.8 本章總結(jié)
本章主要完成對(duì)所選的車架根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行改裝，本設(shè)計(jì)中主、副車架之間選用止推板鏈接，并完成對(duì)車架的校核，經(jīng)校核所選車架可以安全承載，本章還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行校核，經(jīng)校核發(fā)動(dòng)機(jī)功率符合設(shè)計(jì)要求。
第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 油泵的選型計(jì)算
本設(shè)計(jì)選用單向定量齒輪泵，液壓缸的額定壓力是10MPa.
表5.1齒輪泵部分產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)
類別
型號(hào)
排量
mL﹒
壓力
MPa
轉(zhuǎn)速
容積效率
%
額定
最高
額定
最高
外嚙合齒輪泵
CB
32,50,100
10
12.5
1450
1650
≥90
CBB
6,10,14
14
17.5
2000
3000
≥90
CB-B
2.5~125
2.5
－
1450
—
≥70~95
CB-C
10~32
10
14
1800
2400
≥90
CB-D
32~70
由上表可確定齒輪泵型號(hào)為CB。
5.2油箱設(shè)計(jì)
油箱用于儲(chǔ)存油液，以保證供給液壓烯烴充分的工作油液，同時(shí)還具有散發(fā)油液中的熱量，釋放出混在油液中的氣體，沉淀油液中的污物等作用。油箱可分為開(kāi)式油箱和閉式油箱兩種。開(kāi)式油箱中的油液的液面與大氣相同，而閉式油箱中的油液的液面與大氣隔絕。液壓系統(tǒng)多數(shù)采用開(kāi)式油箱，本設(shè)計(jì)選用開(kāi)式油箱。
油箱的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
（1）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度
油箱一般用2.5~4mm厚的鋼板焊成，尺寸高大的油箱要加焊角鐵和筋板，以能加剛性。
（2）油箱應(yīng)有足夠的容量
在液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液面應(yīng)保持一定的高度，以防止液壓泵吸空。為保證系統(tǒng)中的油液全部流回油箱時(shí)不致溢出，油箱液面不應(yīng)超過(guò)油箱高度的80%，油箱的有效容積可按經(jīng)驗(yàn)公式（3.1）計(jì)算，