畢 業(yè) 論 文 （設(shè)計）題目名稱： 自卸汽車舉升機構(gòu)的設(shè)計 所 在 學(xué) 院 ：專 業(yè) （ 班 級 ） ：學(xué) 生 姓 名 ：指 導(dǎo) 教 師 ：評 閱 人 ：院 長 ：自卸汽車舉升機構(gòu)的設(shè)計總計：畢業(yè)論文： 37 頁表 格： 3 表插 圖： 9 幅指導(dǎo)教師：評 閱 人：完成時間：Ⅰ摘 要隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，社會對汽車運輸?shù)囊笠苍絹碓礁?，自卸汽車是通過液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)車廂舉升并且能自動準確降落回位的汽車，它能夠自動卸貨，在道路運輸，建筑等領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。自卸汽車作為專用汽車中一個分支，幾十年來在我國快速發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了多種多樣的型式，其中最常見的是后傾式自卸汽車，但是近 10 年來我國專用汽車生產(chǎn)的品種少且單一，缺乏創(chuàng)新，相較于國外等發(fā)達國家仍然比較落后，所以需要不斷創(chuàng)新和發(fā)展，研究新的種類和技術(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對于我國而言是非常重要的任務(wù)。本文首先對自卸汽車國內(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，按照自卸汽車的設(shè)計步驟，選擇合適的二類底盤，參照型號為 CA3071PK2AEA80 的二類底盤，對汽車的外廓尺寸、輪距與軸距尺寸以及整車的裝載質(zhì)量、整備質(zhì)量、總質(zhì)量等參數(shù)進行了相關(guān)的計算與設(shè)計，再對舉升機構(gòu)和液壓系統(tǒng)進行設(shè)計選型 然后對其關(guān)鍵部分進行校核以確保設(shè)計滿足要求，最后進行 catia 三維畫圖。關(guān)鍵字：自卸汽車；舉升機構(gòu) ；液壓系統(tǒng)Ⅱ IABSTRACTAlong 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- 0 -目 錄摘 要 ⅠABSTRACTⅡ1 緒論 11.1 引言 11.2 國內(nèi)外專用車輛的發(fā)展概況 .11.3 研究本課題的目的和意義 .21.4 自卸汽車的概述 .22 自卸汽車總體設(shè)計 42.1 總體設(shè)計方案確定 42.2 二類底盤的選擇 42.3 主要尺寸參數(shù) 52.4 本章小結(jié) 63 舉升機構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計 73.1 舉升機構(gòu)的選型 .73.2 舉升機構(gòu)最大舉升角的確定 83.3 舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .103.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 133.5 本章小結(jié) 174 自卸汽車穩(wěn)定性及運動部件的校核 .184.1 自卸汽車穩(wěn)定性計算校核 184.2 自卸汽車運動部件干涉的校核 194.3 本章小結(jié) 215 結(jié)論 .22參 考 文 獻 .23附錄 1：外文翻譯 24附錄 2：外文原文 32致 謝 38自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 0 -1 緒論1.1 引言自卸汽車是通過液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)車廂舉升并且能自動準確降落回位的汽車，它能夠自動卸貨，在道路運輸，建筑等領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。自上世紀 60 年代起，經(jīng)過工業(yè)革命之后，發(fā)達國家的汽車行業(yè)逐漸發(fā)展起來，因而發(fā)達國家的專用汽車的數(shù)量一直在增長，占據(jù)了世界汽車絕大部分市場，隨后亞太地區(qū)也逐漸發(fā)展起來，而我國自卸汽車比發(fā)達國家晚了幾十年，技術(shù)和產(chǎn)品的質(zhì)量遠不如發(fā)達國家，但經(jīng)過幾十年的不斷革新和成長，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，我國的自卸汽車生產(chǎn)的廠家繁多，已經(jīng)有幾千家，在 21 世紀初，載貨汽車總產(chǎn)量達專用汽車的一半左右。但是近 10 年來我國專用汽車生產(chǎn)的品種種類少且單一，缺乏創(chuàng)新，仍然需要引進外國先進技術(shù)，同時數(shù)量和質(zhì)量還遠不如其他發(fā)達國家。所以需要不斷創(chuàng)新和發(fā)展，研究新的種類和技術(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量對于我國而言是非常重要的任務(wù)。1.2 國內(nèi)外專用車輛的發(fā)展概況1.2.1 國外專用車輛發(fā)展概況從 19 世紀 90 年代末期開始，美國和西歐的一些發(fā)達國家的卡車交通運輸業(yè)不斷發(fā)展，逐漸運用于交通建筑等各個領(lǐng)域中，因而專用汽車在世界各國不斷發(fā)展起來，不久之后日本等亞洲地區(qū)也開始重視專用汽車的發(fā)展。（1）國外專用汽車的規(guī)模：由于國外一些國家人口基數(shù)小、領(lǐng)土廣泛、勞動力匱乏，因而需要機械化效率高的專用汽車，所以國外的自卸汽車廠家多，生產(chǎn)的零部件也專業(yè)化、標準化，同時批量大、品種多，符合交通運輸各個領(lǐng)域的要求。（2）國外專用車輛的發(fā)展形勢及研究現(xiàn)狀據(jù)數(shù)據(jù)資料顯示，1980 年美國用于交通運輸業(yè)的汽車占專業(yè)汽車生產(chǎn)的一半以上，其中中型和重型貨車的數(shù)量為主。1970 年 Japan 的汽車年產(chǎn)量到達 21 萬輛。到 90 年代，Japan 的特種車輛總產(chǎn)量為 70 年代的十倍之多，中型貨車占據(jù)主要市場。歐洲地區(qū)由于人文環(huán)境的同，它以重型車輛為主，大部分產(chǎn)品是拖車、半掛車和低載貨卡車，大小不一，軸承質(zhì)量不同。前蘇聯(lián)比日本早了 20 年，汽車和工業(yè)發(fā)展迅速，貨車比例和專用車輛的所有權(quán)上呈上升趨勢。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 1 -重型汽車具有重型、大功率、大功率的特點不能被其他特種車輛替代，因此在國外得到快速發(fā)展，當(dāng)然重型汽車也存在些許不足，因而國外專用汽車廠家在研究上花了很大功夫，向輕型化發(fā)向發(fā)展。1.2.2 我國專用汽車的發(fā)展形勢（一）我國專用汽車的研究現(xiàn)狀自上世紀 60 年代初開始，我國開始重視專用車輛的存在，一開始從軍事車輛和消防車的基礎(chǔ)上經(jīng)過改裝形成專用汽車。1970 年開始，通過改革開放及國民經(jīng)濟的增長，專用汽車逐漸成為社會生產(chǎn)的核心力量。我國的專用車輛行業(yè)在 90 年代得到飛速迅速，經(jīng)過 40 多年的成長形成了自己獨有的體系?，F(xiàn)在的車輛生產(chǎn)廠家主要為四類:其中最為普遍的一種形式是廠家生產(chǎn)基本專用車輛，它的市場占據(jù)我國的一半;其次是廠家生產(chǎn)專用的車輛，其主要生產(chǎn)形式是對汽車底盤進行改裝形成專用車輛，其生產(chǎn)占將近一半，與上一種基本占據(jù)了我國的主要市場；剩下來的就是一些不專業(yè)法的廠家和一些維修廠，主要根據(jù)用戶的需求對車輛進行生產(chǎn)或改裝。（二）專用車輛產(chǎn)品的發(fā)展趨勢通過改革開放，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也不斷改進和發(fā)展，由于專用汽車的各個優(yōu)點，因此專用汽車在我國發(fā)揮著重要的作用。但是，與發(fā)達國家相比，我國貨車所有權(quán)的特殊車輛和年產(chǎn)出的比例較小，由于城市需要大量的特殊車輛，如生活車輛、醫(yī)療車輛、市政車輛和衛(wèi)生車輛，所以研發(fā)生產(chǎn)的高水平、高質(zhì)量、高附加值的專用車輛是我國發(fā)展的首要任務(wù)。1.3 研究本課題的目的和意義我國于上世紀中期開始生產(chǎn)自卸汽車,經(jīng)過 50 多年的成長和蛻變,特別是在 1980年代,經(jīng)過改革開放，生產(chǎn)技術(shù)不斷的交流和改變,公路自卸車和礦用自卸汽車逐漸壯大起來，自卸汽車從而形成了較為規(guī)范的體系，特別是自 21 世紀以來，我國的社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，對專用車輛的行業(yè)需求量增加，使得專車專業(yè)化、豐富化。自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)自發(fā)展萌芽開始，由不足的 10 家到現(xiàn)在的上千家，翻了近百倍,占了國家汽車生產(chǎn)企業(yè)的八成,從最初零散的小規(guī)模企業(yè),通過不斷的整合和聯(lián)改等方式形成企業(yè)的集團化和規(guī)?；?，無論從數(shù)量還是從品質(zhì)上得到了前所未有的發(fā)展和進步。然而，國外自卸車的生產(chǎn)開始于 1930 年代，比中國早了 30 年。在隨后的幾年里，它的結(jié)構(gòu)雖然得到了改善，車輛的性能得到了改善，但相比于國外仍然差了很多，因此需要不斷研發(fā)和發(fā)展。1.4 自卸汽車的概述自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 2 -自卸汽車作為裝有由本身發(fā)動機驅(qū)動的液壓舉升機構(gòu)，能將車廂卸下或者使車廂傾斜一定的角度、貨物依靠自重能自行卸下的專用車輛，其主要運輸砂石等散裝貨物，運用于建筑和礦用等領(lǐng)域中。由于它具有能自動卸貨的優(yōu)點，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，且種類豐富化。自卸汽車一般可分為兩類:一類重型重載公路運輸，主要是礦山和水路運輸，配有挖掘機，但它的外部輪廓和軸載沒有具體的要求。另外一種是普通公路運輸?shù)能囕v，主要運用于市場經(jīng)濟，從事砂石等散貨運輸。一般額定裝載質(zhì)量 小于 4 噸為輕型自卸汽車，大于 8 噸為重型，在這之間的則em為中型。圖 1.1 為普通自卸汽車結(jié)構(gòu)及主要組成部分:1-三角臂；2-車廂；3-液壓油缸；4-拉桿；5-副車架；圖 1.1 普通自卸汽車結(jié)構(gòu)及組成部分自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 3 -自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 4 -2 自卸汽車整車設(shè)計設(shè)計一輛載重為 4 噸的自卸汽車，需要對其完成自卸汽車底盤的選用，舉升機構(gòu)及液壓系統(tǒng)的選型和設(shè)計，最后對關(guān)鍵部分進行校核和分析。2.1 二類底盤的選擇自卸汽車的底盤分為一、二、三、四類底盤，目前絕大部分專用車輛被改裝用于二類底盤，占所有底盤的八成左右。二類底盤是指完整車輛去掉貨箱及專用裝置的機械整體，它具有后懸小、車架大梁短的特點，因此本車選用二類底盤。汽車底盤除了需要滿足可靠性和適用性的要求，還要考慮兩個因素：一是汽車底盤性價比，二是要有供貨來源?？紤]到以上因素，本車選用 CA3071PK2AEA80 的型號。它具有安裝靈活、配置方便、性價比高且供貨來源廣泛的特點，同時符合本文設(shè)計噸位要求，因此，本車選用該規(guī)格，它的規(guī)格及標準等主要參數(shù)見表 2.1表 2.1CA3071PK2AEA80 型二類底盤參數(shù)底盤型號 CA3071PK2AEA80 底盤類別 二類規(guī)格 長：6280 寬：2358 高 2730燃油類型 柴油 依據(jù)標準 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 32.3 主要尺寸參數(shù)自卸汽車的主要尺寸參數(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。因為自卸汽車是由型號為 CA3071PK2AEA80 的底盤改裝而來，因此基本參數(shù)保持不變。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 5 -圖 2.1 自卸汽車主要尺寸參數(shù)2.3.1 外廓尺寸總長寬高為汽車的外廓尺寸，由上文所述基本參數(shù)不變，所以確定自卸汽車的長為 6280mm、寬為 2358mm、高為 2730mm。2.3.2 軸距和輪距汽車的外廓尺寸、裝載容積、軸荷分配、最小轉(zhuǎn)彎直徑等會受汽車軸距和輪距的影響，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）整車整備質(zhì)量 0m裝滿了燃料、冷卻整車整備質(zhì)量劑和液壓油的空車質(zhì)量是車輛的整車質(zhì)量。從設(shè)計原則考慮，需要盡力減少 ,所以采用輕型材料，減輕質(zhì)量，來降低成本。當(dāng)然，0還要考慮車輛使用的外部條件、公路狀況等因素。綜合以上因素，確定自卸汽車的整備質(zhì)量 。410kgm?（2）額定裝載質(zhì)量 em額定裝載質(zhì)量是根據(jù)用戶的需求、使用情況及選定的底盤來確定的。還應(yīng)考慮廠商的底盤的額定載荷質(zhì)量，從而使產(chǎn)品向標準化發(fā)展。與此同時， 能承載所選擇的em二類底盤允許的最大質(zhì)量。（3）最大總質(zhì)量 a自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 6 -（4）最大總質(zhì)量包括整車整備質(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。r0eam??r所以本車最大總質(zhì)量： 7160kg3041mr0ea ?????2.4 本章小結(jié)確定了本次設(shè)計二類底盤的型號是 CA3071PK2AEA80，根據(jù)該型號確定了本次設(shè)計的外廓尺寸長為 6280mm、寬為 2358mm、高為 2730mm;軸距 L＝5100mm；前輪距：1914mm；后輪距：1847mm、整車整備質(zhì)量 4100kg、最大總質(zhì)量 7160kg。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 7 -3 舉升機構(gòu)和液壓系統(tǒng)的選型和設(shè)計3.1舉升機構(gòu)類型的選擇從傳動裝置的側(cè)面或上端安裝到輸出功率、動力升降器或通過直接驅(qū)動油泵驅(qū)動軸驅(qū)動泵來產(chǎn)生液壓驅(qū)動的裝置。其設(shè)計要求如下: 1：利用升降機構(gòu)實現(xiàn)汽車傾卸功能；2：安裝合理方便，具有良好的功率傳遞函數(shù)；3：傾倒完后，能夠準確回位；4：當(dāng)貨箱實現(xiàn)最大舉升角時，貨箱底板的最低點不能低于水平地面。舉升機構(gòu)主要分為直推式和連桿組合式。(1）直推式 直推式是指升降機機構(gòu)利用液壓缸直接將貨箱推到指定位置。其結(jié)構(gòu)簡單，機械效率高，損失能量少，但是液壓缸的工作行程長，影響工作效率。根據(jù)油缸位置和汽車連接點的位置，可將直接推舉機構(gòu)的位置分為前后兩種。（2）連桿組合式連桿機構(gòu)式是利用三角機構(gòu)將貨箱推到指定位置。升降機構(gòu)工作平穩(wěn)，油缸活塞行程短，可用于單缸，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，密封好，同時具有裝配靈活的優(yōu)點，所以被廣泛使用。對于舉升機構(gòu)的選型需要通過對生產(chǎn)工藝條件進行比較和分析，來確定哪個方案適合本次自卸汽車的設(shè)計，但是無論選擇哪一類機構(gòu)，都需要滿足 F 和 這兩個基max?本條件，表 3.1 是對兩類舉升機構(gòu)的優(yōu)缺點進行了分析和比較。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構(gòu)）和前推式（T 式或馬勒里式舉升機構(gòu)）。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 8 -表 3.1 直推式和連桿組合式舉升機構(gòu)的綜合比較項目類別直推式 連桿組合式結(jié)構(gòu)布置 簡單 復(fù)雜系統(tǒng)質(zhì)量 小 大油缸加工工藝 多級缸、工藝性差 單級缸、制造簡單、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，所以有必要提升車輛的平穩(wěn)性，就需要用雙油缸結(jié)構(gòu)來解決，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)計的自卸汽車。連桿式舉升機構(gòu)是利用三角臂機構(gòu)來實現(xiàn)油缸舉升，連桿是橫向跨度期間加強穩(wěn)定放電，只需使用單級單缸。所以它的制造過程方便且簡單，適用于各個機械行業(yè)，得到了生產(chǎn)廠家很多的青睞。因此，本次設(shè)計采用了 T 式連桿組合舉升機構(gòu)。該系統(tǒng)的升降固定鉸支點在車廂的質(zhì)心周圍，受力平衡，穩(wěn)定性好。3.2 舉升機構(gòu)最大舉升角的確定 當(dāng)貨箱舉升到設(shè)計極限時，不能再舉升時，貨箱底部與車架的平面角度是汽車的最大舉升角度。因此，為了確定汽車的最大減壓角，在靜態(tài)角度的基礎(chǔ)上往往只有貨物，汽車的最大減壓角的設(shè)計必須大于靜態(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：自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 9 -表 3.2 貨物的靜態(tài)安息角安息角運送貨物名稱 單位容積質(zhì)量（Kg/ ）3m運動 靜止無煙煤焦炭石灰石碎石粘土（小塊）粘土（干）水泥粗砂700-1000360-6301200-15001320-2000700-15001700900-17001400-165027°-30°35°30°-35°35°40°-30°35°27°-45°50°40°-45°-50°27°-45°-40°-45°此外，當(dāng)車廂被舉升到一定角度時，貨箱的最低點要與底面存在一定的間隙，如圖 3.1 所示，貨箱底部和汽車尾部之間的距離必須大于零，以保證卸貨時不發(fā)生干涉。中輕型自卸汽車的最大舉升角為 ，重型自卸汽車由于它承載質(zhì)量大的特?、605點，所以它的最大舉升角稍稍大一點，通常在 之間。本次設(shè)計的自卸車汽載75重質(zhì)量為 4t，是一輛中輕型自卸汽車，所以本文取 。??0θmax圖 3.1 自卸汽車最大舉升角的確定自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 10 -3.3 T式舉升機構(gòu)的設(shè)計步驟 T 式舉升機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能、壓力與舉升角存在函數(shù)關(guān)系的特點被廣泛使用。其通常采用作圖法與解析法來確定三角臂機構(gòu)，其受力分析圖如 3.2 所示。圖 3.2 T 式舉升機構(gòu)的受力分析圖首先，通過作圖法初步確定各桿件和三角臂各鉸支點的坐標。然后計算出各固定鉸支點與 的函數(shù)關(guān)系，以求出所需求的力 ，具體步驟如下：?maxF1）建立平面直角坐標系 坐標原點一般選在車廂與副車架的鉸支點的坐標 O1，x、y 方向如圖所示，此外參考同類舉升機構(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+車廂質(zhì)量，初定為 4100Kg。 wm初定三角臂 a、b、c、桿長度為 d，在確定時，必須正確控制活塞沖程，同時考慮三角形臂對運動的放大效應(yīng)，所以確定三邊比為 。初定三角臂參數(shù)：4:31.5c:ba?。90m、9068340a??3）確定固定鉸支點 D、E 兩點的坐標直線 CE 和直線 DB 的作用線是由 D、E 兩點坐標決定的，所以在 D、E 兩鉸支點的允許的情況下，使得 DE 之間的距離增大，以獲得更大的翻傾力。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 11 -縱坐標由結(jié)構(gòu)允許的最小值確定，所以 D、E 兩鉸之點的坐標是 、）（ 10,7。），（ 1250?4）確定舉升機構(gòu)與車廂鉸支點點 A 的坐標（ ， ）AXY選擇的坐標應(yīng)注意三角形臂合理布置空間，避免 B 在三角形臂端點前產(chǎn)生干涉。在當(dāng) L 較大時，R 取最高值；反之，就取較小值，初定 A 點坐標（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，開始順時針旋轉(zhuǎn)至 ，旋轉(zhuǎn)角度為最大舉升角，此時 A 點變?yōu)?。1O1再以 為中心作 R=AB 的圓，同樣以 D 為中心作 R=BD 的圓，兩圓相交于點 ，同理，1A 1B以 為中心作 R=BC 的圓和以 為中心作 R=AC 的圓，兩個圓相交于點 ，形成新的1BCΔ ，即為車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=E1CB-EC。 根據(jù)上述步驟就可以得出三角臂 ABC 三點及固定鉸支點 DE 兩點的坐標。拉桿和三角臂的幾何尺寸是由圖法中得到的每個鉸鏈支點的坐標值，作為已知條件，當(dāng) 在θ0°到最大舉升角 的任意時刻時，以求得 和 。 maxθ、maxFax馬勒里式（T 式）舉升機構(gòu)受力解析圖如圖 3.3 所示，其設(shè)計過程如下所示：圖 3.3 前推式連桿組合式舉升機構(gòu)受力分析自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 12 -1）求出 A 點在任意舉升角 時的坐標：θ｛ (3-1)?cossini00AAyxy???式中： 和 為當(dāng) 時的 點坐標，即上文初定的 A 點（2800,250）。A0XY?=2）求出舉升重量質(zhì)心 G 點在任意舉升角 時的坐標（ ， ）：θGXY｛ (3-2)cosysinxyiG00???同理 點為 時的坐標，即為車廂質(zhì)量的中心 ,所以 坐標為（1800,600）。0?=θ 03)求舉升角為 時的 B 點坐標（ ， ）?BXY已知: 及 A、D 兩點坐標,可得 B 點坐標（ ， ）。即:dcABXY｛ （3-3）2A2BDc)y()x(d???4)求舉升角為 時的 C 點坐標（ ， ）?CXY同理已知: 及 A、B 兩點坐標,所以可以得出 C 點坐標b=aB｛ （3-4）2AC2CBb)y()x(a???5）求直線 BD 和直線 CE 的方程由于 B、C、D、F 四點的坐標都已經(jīng)得知，所以直線 BD 的方程: （3-5）DBxxy?直線 CE 的方程: (3-6）FCy?6）求 F 的坐標F 點為直線 BD 和 CE 的交點，所以聯(lián)立兩直線方程即可求解｛ (3-7）0)y-、x)()yx()y-、ECECECEC DBDBDBDB ????可得 F 的坐標（ ， ）。FXY7）求翻傾力 R自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 13 -取車廂為分離體，根據(jù)力矩平衡： 0ΣMO?(3-8）WNXR1G(3-9）2AF2AFE1 )x()y(|yx| ??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 B 點取距： 0ΣMB?(3-10）RN23?(3-11）2AFAF FABAB3 )x()y( |)y(x)y(x|N?????(3-12）2EC2EC CEE2 )()( |)()(|?9）求拉桿拉力 1F因為 與 F、R 三個力受力平衡，所以只要知道其中兩個力就可以得知另外一個力，1本文已知 F 和 R，所以 也能求解出來。1(3-13）2AF2AF FACAC3 )x()y( |)y(x)y(x|N?????(3-14）2DB2DB DBCCDB2 )()( |)()(|?因為所求的三個平衡力都在 的位置求出最大值, 所以在設(shè)計時需要用作圖法??0?和解析法共同使用才能求解出這三個平衡力。根據(jù)以上公式,通過使用 MATLAB 軟件進行分析計算得油缸最大推力 F=97217.7N，油缸最大行程 L=843.21mm 。3.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計自卸汽車的液壓系統(tǒng)如圖 3.4 所示，它主要有由三部分組成，包括動力部分、控制部分和執(zhí)行部分。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 14 -圖 3.4 自卸汽車的液壓系統(tǒng)3.4.1 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和工作原理1）液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點液壓生產(chǎn)部件由力提取器、油泵、單向閥、油箱驅(qū)動機構(gòu)、油泵和單向閥組成，動力裝置通常與傳動裝置直接相連。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氣缸支持?？刂撇考ㄒ簤悍峙溟y、控制系統(tǒng)和限位閥。2）液壓舉升機構(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)常打開分配閥當(dāng)汽車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,并且可以防止車禍的過程中推動自卸箱和造成事故,所以經(jīng)常打開閥廣泛應(yīng)用于自動傾卸卡車分布。3）液壓舉升機構(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、手動換向閥、油箱、過濾器、液壓泵、單向閥、溢流閥組成，圖 3.5 為液壓系統(tǒng)原理圖。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 15 -1-單活塞桿液壓缸, 2-節(jié)流閥, 3-手動換向閥, 4-油箱，5-過濾器,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）舉升時換向閥 3 處于最右邊,能實現(xiàn)汽車舉升，油箱中的油通過液壓泵 6 頂開單向閥 7，將油液送到液壓缸 1,推動活塞向上移,此時貨箱開始被舉升,直到限制活塞閥打開,油液再慢慢流回油箱,此時舉升結(jié)束,溢流閥的作用是調(diào)整系統(tǒng)。2）中停時換向閥 3 在中間位置，此時舉升中停，泵輸出石油卸貨在換向閥,沒有壓力,油壓缸不提升油缸,油缸油封閉的同時,汽車靜止?fàn)顟B(tài)。3) 下降時換向閥 3 處于左端，此時實現(xiàn)貨箱下降的功能。此時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動。速度需要通過節(jié)流閥來控制，以保證下降平穩(wěn)。3.4.2 油缸的性能參數(shù)計算和選型自卸汽車所用的元件一般都為標準元件，所以只需要完成只需要計算液壓元件性能參數(shù)和選型。液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)是油缸，其選型主要依靠舉升機構(gòu)的 和maxF來確定。maxθ自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 16 -舉升機構(gòu)最大舉升力：（2-15）η4πdpF2max??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；35M、20.615.7Pa3.6M、10a 取 p=16MPa；—系統(tǒng)的工作效率，一般取 。?8.0??所以舉升油缸缸徑：（2-16）98.4m0.36π16972.4pηFdmax ???根據(jù)國家標準 GB/T 2348—1993 規(guī)定，在標準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）0maxSL??式中: —舉升角為最大舉升角 ，油缸兩鉸鏈支點距離，m；maxSθ—舉升角為初始位置即 時，油缸兩鉸鏈支點距離，m。0 ?0同理，油缸的最大行程 L 也需要在標準參數(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，在國家標準規(guī)定生產(chǎn)的型號中選取此型號：3TG-E125×900EQ-L1。3.4.3 液壓油泵的選型油缸最大工作容積 V?（2-18）(L)104πd)S(Δ320max???液壓油泵額定流量 應(yīng)滿足下式要求：TQ（2-19）tηΔV6T??式中：t—舉升工作的時間（s），舉升機構(gòu)一般應(yīng)在 15s 的時間內(nèi)將車廂傾斜到最大舉升角 的位置,選取 t=15s；maxθ—液壓系統(tǒng)的容積效率，通常 =0.8-0.85，這里取 0.85；VηV所以液壓油泵排量 q 由下式確定：自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 17 -（2-20）BenQq?式中： —油泵額定轉(zhuǎn)速，r/min,取 =1450r/min。Ben經(jīng)計算得 1L04.250.13.9ΔV3???.8L5.6QT?3.7m/r104nqBe??上述參數(shù)都確定后，就可以從標準油泵系列中選擇油泵型號，自卸汽車多采用齒輪泵，因為它具有流量大的特點，常用形式有 CB、CG、CN 等系列，根據(jù)上述計算參數(shù)，本文選取油泵型號為 CB-B40。3.5 本章小結(jié)分析了直推式舉升機構(gòu)和連桿式舉升機構(gòu)的優(yōu)缺點，根據(jù)比較選擇了前推式連桿式舉升機構(gòu)，通過舉升貨物的安息角確定自卸汽車的最大舉升角為 50°，再通過解析法和作圖法綜合使用求解出三角臂各點的關(guān)系坐標，拉桿長度為 190mm 及油缸最大推力90mc、68b340ma??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)計舉升機構(gòu)的液壓系統(tǒng)圖使它完成舉升、中停、下降的過程，確定出油缸的型號為 3TG-E125×900EQ-L1，油泵的型號為油泵型號為 CB-B40。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 18 -4 自卸汽車穩(wěn)定性及運動部件的校核4.1 自卸汽車穩(wěn)定性計算校核其質(zhì)心一般高于普通卡車，因為副車架的存在，使加載部分的位置發(fā)生改變，其質(zhì)心也發(fā)生了改變，所以需要計算車輛的靜態(tài)穩(wěn)定性，來確保汽車的卸貨穩(wěn)定性。4.1.1 自卸汽車平衡狀態(tài)穩(wěn)定性計算校核汽車處于平衡狀態(tài)的時候，過車輛質(zhì)心的豎直線穿過車輪的接地點時，車輛將處于翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)就是汽車的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性。如果過車輛質(zhì)心的豎直線通過支撐點，那么車輛處于臨界狀態(tài)時的傾斜角為最大傾角穩(wěn)定角，若大于這個傾斜角，車輛則傾翻，若小于這個傾斜角，車輛則處于穩(wěn)定狀態(tài)。計算車輛質(zhì)心中心是分析特殊車輛靜態(tài)穩(wěn)定性的首要條件?？傊?，整車的質(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，左右車輪的負荷應(yīng)保持平衡，最大偏差不應(yīng)超過 3-4%才能確保汽車的平穩(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傾翻的可能性;所以為了確保汽車的穩(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）??g2hB確定豎直方向不傾翻的要求如下：（4-2）g2L式中： -附著系數(shù)，是附著力與車輪法向壓力的比值，一般取 0.6。?B-汽車輪距，mm；-質(zhì)心高度，mm;gh經(jīng)過數(shù)字帶入計算公式計算得： 0.6.32150942hBg???8Lg因此，平衡穩(wěn)定性滿足要求。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 19 -4.2 自卸汽車運動部件干涉的校核當(dāng)貨箱被舉升到最大舉升角 時，傾卸時貨箱欄板的最低點可能與水平地面發(fā)maxθ生接觸干涉，同時，貨箱被舉升的過程當(dāng)中，汽車的底板與三角臂之間可能產(chǎn)生運動干涉，還有車廂和副車架之間也會存在運動干涉，所以，有必要對這幾個部分進行運動分析及校核。4.2.1 三角臂運動干涉的校核原理圖如圖 4.1，三角形 ABC 為舉升機構(gòu)的三角臂，O 點為汽車的傾翻中心，A 點與 D 點相連形成拉桿 AD，拉桿 AD 經(jīng)過液壓系統(tǒng)進行貨箱的傾卸，轉(zhuǎn)到拉桿 ,過點DA1C 做與水平地面平行的直線 MC，再做翻轉(zhuǎn)中心到與地面平行的水平直線 MC 的距離就是直線 OM，以 O 為圓心，OM 為半徑畫圓，滿足點 B 與 MC 不發(fā)生干涉的條件為：????180CMAB圖 4.1 三角臂運動干涉的校核由上文計算可得 A、B、C、O 的坐標，所以∠BAC 和∠OCM 都可知，因為∠ACO 和 AO 成正比關(guān)系，所以當(dāng)∠ACO 達到最大值時，即 AO 的長度也就最長，此時是最容易發(fā)生運動部件干涉的位置。所以，根據(jù)上述內(nèi)容，將數(shù)據(jù)帶入下列公式中計算自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 20 -A12BA2121X50tanOMYOcosCMα80????????????通過使用 MATLAB 軟件進行編譯計算所得，點 B 與直線 MC 不發(fā)生干涉。4.2.2 車廂與副車架運動干涉的校核上文已經(jīng)定義貨箱與副車架之間存在間隙，且間距 250mm，所以在舉升過程中車廂和副車架之間不會發(fā)生干涉。4.2.3 車廂后欄板與地面運動干涉的校核當(dāng)貨箱被舉升到設(shè)計極限位置時，貨箱的后欄板最低點與水平地面之間留有空隙，使得傾卸能夠準確完成且不發(fā)生干涉。以下是本文最終設(shè)計的三維圖,如圖 4.2 所示：圖 4.2 自卸汽車三維圖自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 21 -4.3 本章小結(jié)對自卸汽車平衡狀態(tài)穩(wěn)定性進行了水平和豎直方向的計算校核，然后對三角臂運動干涉的校核、車廂與副車架運動干涉的校核、廂后欄板與地面運動干涉的校核這三個面進行了計算分析和校核皆滿足要求。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 22 -5 結(jié)論本次設(shè)計主要完成了以下內(nèi)容：首先介紹了自卸汽車，然后對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了分析，隨后對舉升機構(gòu)和液壓系統(tǒng)進行選型和計算，最后對其進行校核，主要設(shè)計結(jié)果如下：確定了本次設(shè)計二類底盤的型號是 CA3071PK2AEA80，根據(jù)該型號確定了本次設(shè)計的外廓尺寸長為 6280mm、寬為 2358mm、高為 2730mm;軸距 L＝5100mm；前輪距：1914mm；后輪距：1847mm、整車整備質(zhì)量 4100kg、最大總質(zhì)量 7160kg。隨后分析了直推式舉升機構(gòu)和連桿式舉升機構(gòu)的優(yōu)缺點，根據(jù)比較選擇了前推式連桿式舉升機構(gòu)，通過舉升貨物的安息角確定自卸汽車的最大舉升角為 50°，再通過解析法和作圖法綜合使用求解出三角臂各點的關(guān)系坐標 ，拉桿長度90mc、68b340ma??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)計舉升機構(gòu)的液壓系統(tǒng)圖使它完成舉升、中停、下降的過程，確定出油缸的型號為 3TG-E125×900EQ-L1，油泵的型號為油泵型號為 CB-B40。最后對自卸汽車平衡狀態(tài)穩(wěn)定性進行了水平和豎直方向的計算校核和對三角臂運動、車廂與副車架、廂后欄板與地面運動這三個面進行了計算分析和校核，結(jié)果皆滿足要求。自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 23 -自 卸 汽 車 舉 升 機 構(gòu) 的 設(shè) 計- 24 -參 考 文 獻[1]葛緒坤，樊維，劉大維.自卸汽車舉升機構(gòu)應(yīng)力實驗與分析 [J].青島大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版).2014(01):56-59.[2]張朝杰，劉躍進，范東林，王鵬.自卸汽車系統(tǒng)動力學(xué)建模與分析 [J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2011(08):22-24.[3]孫旭.基于 SOLIDWORKS 的自卸汽車舉升機構(gòu)的仿真設(shè)計[J].南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2009(02):95-98.[4]李曉鋒，吳濤.基于 AMESim 的自卸汽車舉升機構(gòu)的建模與仿真[J].機床與液壓.2012(11):138-141.[5]崔林林，徐銳良.基于遺傳算法的自卸汽車 T 式舉升機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 [J].河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2006(06):16-19.[6]葛緒坤，劉大維，朱龍龍.剛?cè)狁詈系淖孕镀嚺e升機構(gòu)動力學(xué)分析 [J].機械設(shè)計與研究.2014(03):45-47. 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