自卸車的總布置設(shè)計

1、自卸車的研究與方案設(shè)計摘要 隨著國內(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，但總體上講，目前我國自卸車技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還處于較低水平，主要表現(xiàn)在材料，結(jié)構(gòu)，工藝，技術(shù)含量，耐久性，舒適性乃至安全性等方面。本文首先對自卸車的設(shè)計特點以及國內(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、舉升機構(gòu)的布置、取力器的設(shè)計等方面完成HFC3060自卸車的總體布置設(shè)計，并對主車副車架進(jìn)行了改裝與設(shè)計。對整個HFC3060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)的計算與設(shè)計。關(guān)鍵詞 自卸汽車 總體

2、布置設(shè)計 副車架 軸載質(zhì)量 舉升機構(gòu) 目錄引言11.自卸車整車總布置21.1自卸車總布置的要求和特點21.2確定自卸車車總體參數(shù)31.3取力器的布置62 自卸車車架的改裝設(shè)計82.1主車架的改裝設(shè)計.82.2副車架的設(shè)計83 舉升機構(gòu)的設(shè)計123.1舉升機構(gòu)結(jié)構(gòu)型式的分類及特123.2 舉升機構(gòu)的選擇134 自卸車的主要性能計算144.1汽車行駛阻力14結(jié)論17參考文獻(xiàn)18自卸車的研究與方案設(shè)計引 言近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展以及我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，我國專用車市場也得到迅速發(fā)展呈現(xiàn)出繁榮的景象。為了滿足國內(nèi)各種需求和促進(jìn)國民經(jīng)濟的發(fā)展，對專用車產(chǎn)品技術(shù)含量和附加

3、值的要求越來越高。在汽車制造市場競爭日益激烈的今天，國內(nèi)目前專用車的品種還較少，而且重、中、輕，高、中、普、特、新比例嚴(yán)重失調(diào)，大多數(shù)企業(yè)只能生產(chǎn)中型普通專用車、其他類型的專業(yè)車產(chǎn)量仍較少且功能簡單。去年以來，我國專用車市場取得較好的經(jīng)營業(yè)績，全國395家改裝車企業(yè)改裝汽車23.06萬輛，銷售23.05萬輛。自卸汽車27125輛，占總量的11.76。隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展，自卸車近年來一直保持較高產(chǎn)銷量。但是我國生產(chǎn)的自卸車，仍大多是采用東風(fēng)、解放、斯太爾、依維柯等普通載貨(客)車底盤，經(jīng)過調(diào)整軸距等小幅度的改動進(jìn)行改裝的，生產(chǎn)出的大部分自卸車仍基本是技術(shù)含量低、售價低的勞動密集型的普通

4、低噸位自卸車。我國自卸汽車的發(fā)展經(jīng)歷了快速發(fā)展過程，雖然存在不少困難和問題，但隨著我國經(jīng)濟的進(jìn)一步發(fā)展，以及國家各項政策的落實，在全行業(yè)的共同努力下，我國自卸汽車產(chǎn)業(yè)一定會走上更加健康的發(fā)展之路，趕上世界發(fā)達(dá)國家的發(fā)展水平，在國際市場上扮演更加重要的角色，由中國制造走向中國創(chuàng)造。 自卸車性能的優(yōu)劣不僅取決于組成汽車的各部件的性能，而且在很大程度上取決于各部件的協(xié)調(diào)和配合，取決于總體布置。總布置設(shè)計是是汽車產(chǎn)品設(shè)計中一項很重要的環(huán)節(jié)，是一項貫穿從商品策劃直到汽車投入批量生產(chǎn)為止的整個過程的設(shè)計工作，是一個反復(fù)協(xié)商和調(diào)整的過程。自卸車在整車布置時需注意的問題很多，要考慮自卸車的使用要求，選取合適的

5、貨箱尺寸；要考慮校核整車的軸荷分配、貨物傾卸過程中的運動干涉問題及整車的側(cè)傾問題。只有綜合考慮這得事半功倍的效果。 1自卸車整車總布置1.1自卸車總布置的要求和特點總體布置的任務(wù)是正確選定整車參數(shù)，合理布置工作裝置和附件。使取力裝置、舉升工作裝置、其它附件與所選定的HFC1061汽車底盤構(gòu)成相互協(xié)調(diào)和匹配的整體，達(dá)到設(shè)計任務(wù)書所提出的整車基本性能和專用性能的要求。在進(jìn)行總體布置時應(yīng)按照以下原則：1) 滿足專用工作裝置性能的要求，使專用功能得到充分發(fā)揮在布置舉升機構(gòu)時避免油缸過長大于主減速器的離地間隙，成為底盤離地間隙的瓶頸。為了降低這一指標(biāo)，可以選取合適舉升機構(gòu)形式，使其離地間隙大于主減速器離

6、地間隙。所以在進(jìn)行總布置時，要從多方面綜合考慮。2) 盡量避免對汽車底盤各總成位置的變動因為一些總成部件位置的變動，不僅會增加成本，而且也可能影響到整車性能。HFC1061軸距不改變，因為改變軸距必須對備胎、自卸油箱、安全支撐桿等其它附件的布置的位置作出適當(dāng)調(diào)整。3) 避免工作裝置的布置對車架造成集中載荷對于車架總成來說，縱梁首先應(yīng)滿足整車的強度要求，而合理布置橫梁及其連接形式則是保證車架具有足夠扭轉(zhuǎn)剛度的必要條件，同時車架橫梁又是底盤一些總成的安裝基體，因此在確定各橫梁的位置前必須充分考慮到整車各總成的布置情況，保證其安裝的方便性。4) 盡量減少專用汽車的整車整備質(zhì)量，提高裝載質(zhì)量 由于自卸

7、車增加舉升工作裝置，使得整備質(zhì)量比同類底盤的普通貨車要增加。減少整備質(zhì)量，充分利用底盤的裝載質(zhì)量，增大質(zhì)量利用系數(shù)，是自卸車改裝設(shè)計過程個要追求的主要指標(biāo)之一。5) 符合有關(guān)法規(guī)的要求 例如對整車的長、寬、高、后懸等尺寸在相關(guān)法規(guī)中部有明確的規(guī)定，一定不能超出標(biāo)準(zhǔn)的要求。1.2確定自卸車總體參數(shù)自卸汽車尺寸參數(shù)主要有：軸距、輪距、外廓尺寸(車輛長、寬、高)等，如圖2-2所示圖1-1 自卸汽車的主要尺寸參數(shù)1.2.1自卸車容積的確定自卸車容積的確定對于自卸車的整車布置具有非常重要的意義。因為只有確定了自卸車容積，才能根據(jù)貨物的重心位置、整車的軸荷分配等情況，確定車箱的長度和高度，對貨箱的位置進(jìn)行

8、確定。在確定自卸車的容積前，必須了解該自卸車的使用環(huán)境、用途。例如，自卸車在平原使用時，用戶在實際使用過程中超載量較大，車箱容積一般較大；自卸車運輸?shù)呢浳锓N類不同時，貨物的密度、安息角不同，對車箱容積、車箱的最大舉升角的要求也不一樣。明確貨物種類及目標(biāo)載重后，即可開始確定車廂容積。例如，有一款自卸車被用于某露天礦坑，貨物的密度，目標(biāo)載重量3.5t，可按以下公式計算車箱容積：（1-1）式中:V為車廂容積，; 為目標(biāo)載重量，kg；為修正系數(shù)（貨物裝載時，會多堆出一些，車廂欄板高度越高，取值越?。?，這里取0.6；為貨物密度，。計算可得，車箱容積為4.67。1.2.3自卸車軸荷分配自卸車軸荷分配設(shè)計在

9、整車布置時應(yīng)根據(jù)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。由于自卸車的自身特點，其軸荷分配的情況與普通載貨車軸荷分配的情況不一樣。首先，為了滿足輪胎磨損均勻的要求，希望滿載時每個輪胎負(fù)荷大致相等?？梢愿鶕?jù)自卸車結(jié)構(gòu)特點，大致算出自卸車的軸荷分配。（1-2）式中，為前軸標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，kg；為后軸標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷，kg；為前軸輪胎數(shù)；為后軸輪胎數(shù)；G1為單胎最大負(fù)荷，kg；為雙胎最大負(fù)荷，kg；為前軸負(fù)荷率；為后軸負(fù)荷率。其次，在確定軸荷分配時，還要充分考慮汽車的結(jié)構(gòu)特點及性能要求。綜合考慮，自卸車的軸荷分配按表1-1選擇較為合適：表1-1 自卸車的滿載軸荷分配驅(qū)動形式車型滿載，%前軸 后軸42

10、42626442后輪雙胎，長頭式42后輪雙胎，平頭式62雙前輪單胎，后輪雙胎64前輪單胎，雙后輪雙胎2527 73753035 65704548 52551925 75811.2.4 車箱長度設(shè)計有前面的計算可知車箱容積為5.42。由該車的用途、使用條件及表2.1，取前軸的軸荷為總軸荷的37%。根據(jù)底盤尺寸參數(shù)以及參考同類車型，車廂寬度取為2000mm，高度為600mm?？紤]車廂欄板厚度，車廂內(nèi)壁寬度為1900mm，高度600mm。計算得出，車箱內(nèi)壁長度=4096mm，故取車廂內(nèi)壁長度4100mm，外尺寸長度為4200mm。1.2.5自卸車軸距，前后懸的確定由于使用的是江淮HFC1061二類底

11、盤，其底盤技術(shù)非常專業(yè)和成熟，所以為了保證其整車優(yōu)良性能，對前懸和軸距不加以改變，為了滿足自卸車舉升工作時穩(wěn)定的性能要求，需要對HFC1061底盤的后懸加以改變。圖1-2 底盤力學(xué)分析圖（2-3）已知汽車整備質(zhì)量3500kg，汽車重心至前輪1580mm,重心至地面660m，所以=2235m 車廂長度取4200m4600m考慮到超載載質(zhì)量取3500kg7000kg自卸汽車車廂最大舉升角在5060之間選取計算得出為1117.5m2235m，為1050m1472m,臨界點為2167.5m+3707m+根據(jù)力學(xué)原理，自卸車要保證卸貨時動態(tài)穩(wěn)定，不能前輪離地。所以在HFC1061上改裝時需要截短后懸，根

12、據(jù)公式可得最小臨界點為2167.5m+，而截短后懸L=2167.5m+，因為0m，所以只要截短的后懸L2167.5mm就能保證自卸車卸貨時穩(wěn)定，不至于前輪離地發(fā)生危險。根據(jù)車廂長度，初步選取底盤后懸為950mm，整車后懸為1160符合條件。圖1-3車箱布置示意圖當(dāng)該車底盤后懸為950mm，后板厚度為50mm，車箱內(nèi)空寬度為1900mm，車箱后懸長度=210mm，車箱高度=600mm。，通過計算得出該車初步設(shè)計，后板在運動過程中不會與地面發(fā)生干涉。1.3取力器的布置大多數(shù)專用汽車上的專用設(shè)備都是以汽車底盤自身的發(fā)動機為動力源，經(jīng)過取力器，用來驅(qū)動齒輪液壓泵、真空泵、柱塞泵、輕質(zhì)油液壓泵、自吸液壓

13、泵、水泵、空氣壓縮泵等。因此專用車的總布置必須考慮汽車發(fā)動機動力輸出和傳動問題，從而為自卸車、加油車、牛奶車、垃圾車、吸污車、隨車起重車、高空作業(yè)車、散裝水泥車、攔板起重運輸車等諸多專用汽車配套使用。因此，取力器在專用汽車的設(shè)計和制造方面顯得尤為重要。其中，變速器側(cè)蓋取力，由于在設(shè)計變速器時已考慮了動力輸出，因而一般在變速器左側(cè)和右側(cè)都留有標(biāo)準(zhǔn)的取力接口，也有專門生產(chǎn)與之配套的取力器的廠家，這種取力器較為常用，故本課題中，為了便于設(shè)計，節(jié)約成本，同時也考慮到大批量生產(chǎn)，采用變速器側(cè)蓋取力方式。圖1-4 變速器側(cè)蓋取力器1-氣缸；2-活塞；3、4-O型封圈；5-活塞桿；6-彈簧；7-撥叉；8-滑

14、動齒輪；9-接合齒輪；10-油封；11-輸出軸；12-滾針軸承；13-中間齒輪；14-外殼；15-定位銷；16-十字軸；17、21-傳動軸；18-泵架；19-彈性柱銷聯(lián)軸節(jié)；20-液壓泵；22-連接套筒2.自卸車汽車底盤車架的改裝設(shè)計車架是汽車的承載基體，貫穿汽車全長。專用汽車的各種專用裝置或裝備都直接或間接地安裝在車架上。由于某些專用汽車的結(jié)構(gòu)和使用條件復(fù)雜，使車架承受較大的動載荷和扭矩，特別是駕駛室后圍至后軸的一段更為嚴(yán)重，所以必須加強車架。除了對車架縱梁內(nèi)邊進(jìn)行增補強化以外，尚要在車架之上增加一個副車架。副車架不僅強化了車架，而且可將專用裝置和裝備的集中載荷較均勻地分布在車架上，并起到緩

15、沖作用，改善車架的受力情況。因此在專用汽車的設(shè)計中，必須相應(yīng)地對車架或負(fù)車架進(jìn)行改裝設(shè)計。2.1主車架的改裝設(shè)計車架的縱橫梁和其他零件的制造，多采用冷沖壓工藝，使鋼板在大型壓力機上沖孔及成形，也有采用槽鋼、工字鋼、管料等型材制造的。專用汽車車架的組裝多采用冷鉚工藝，必要時也可采用特制的放松螺栓連接。為保證車架的裝配尺寸，組裝時必須有可靠地定位和夾緊，特別應(yīng)保證有關(guān)總成在車架上的定位尺寸及支承點的相對位置精度。2.1.1主車架加強板的設(shè)計1) 設(shè)主車架縱梁加強板的條件主車架改裝時，為了減少車架縱梁的局部應(yīng)力?；蛘邽榱耸管嚰芗娱L后仍能滿足強度和剛度的要求，對裝載質(zhì)量增加；軸距和總長發(fā)生變化，使車架

16、采用中部拼接或尾部加長時；為了使車架高應(yīng)力區(qū)(危險斷面)滿足強度和剛度的要求，同時又使車架在某一區(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板。2.2副車架的設(shè)計在專用汽車設(shè)計時，為了改善主車架的承載情況，避免集中載荷，同時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。2.2.1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3-7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。對于隨車起重運輸車的副

17、車架來說，在安裝起重裝置的范圍內(nèi)，應(yīng)按如圖3-7和圖3-8所示的方式用一塊腹板將副車架截面封閉起來，以提高副車架的抗扭和抗彎能力。圖2-1 副車架的截面形狀圖2-2 加強后的副車架截面形狀1-副車架；2-腹板參照國內(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。2.2.2加強板的布置車架中部(液壓舉升機構(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，加強板緊貼下翼板，為了避免下翼板由于鉆孔而導(dǎo)致抗彎強度下降，除與后加強板重疊部位，該加強板主要與腹板連接。在縱梁上加上加強板，加強板端頭區(qū)域車架容易產(chǎn)

18、生集中應(yīng)力。為了降低應(yīng)力集中，加強板端頭形狀有三種設(shè)計方式，見圖3-19圖2-3 加強板的三種設(shè)計方式本副車架為了批量生產(chǎn)時工藝簡單，采用了圖3-9（a）角型的端頭形狀。2.2.3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)。因為這段主車架變形小，所以副車架對其扭轉(zhuǎn)約束力也相應(yīng)減弱，同時保證了舉升機構(gòu)的幾何特性。3) 在副車架結(jié)構(gòu)要求剛性較高時，可在主、副車架中間增加一層橡膠墊，當(dāng)主車架變形時以

19、彈性橡膠的變形來減弱副車架對主車架的約束如果加工上述形狀困難時，可以采用如圖3-14所示的副車架前端簡易形狀，此時斜面尺寸較大。對于鋼質(zhì)副車架：；對于硬本質(zhì)副車架；副車架在汽車底盤上布置時，其前端應(yīng)盡可能地往駕駛室后圍靠近。2.2.4縱梁和橫梁的連接設(shè)計橫梁與縱梁的連接方式主要有三種，見圖3-15圖2-4橫梁與縱梁的連接1-縱梁；2-連接板；3橫梁圖3-15（a）橫梁與縱梁上下翼板連接，該種連接方式優(yōu)點是利于提高縱梁的抗扭剛度。缺點是當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時，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

20、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。橫梁同時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，但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上，對橫梁的強度要求較高。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來的垂直力(反)和縱向力(牽引力、制動力)。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，即橫梁同時與縱梁的腹板及上或下翼板相連，同時為了降低成本和適于批量生產(chǎn)

21、，本車架縱梁和橫梁的連接方式采用鉚接。綜合考慮三種連接方式的特點，以及裝配工藝性，本文設(shè)計的主副車架之間采用止推連接板式。3 舉升機構(gòu)的設(shè)計舉升機構(gòu)是自卸汽車的重要工作系統(tǒng)之一,其設(shè)計質(zhì)量直接影響自卸汽車的使用性能。隨著自卸汽車產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展,舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式也不斷增多。若能將不同類型的舉升機構(gòu)其各自的特點配備到與之相適應(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構(gòu),成為自卸汽車設(shè)計中的首要問題。3.1 舉升機構(gòu)結(jié)構(gòu)型式的分類及特點自卸汽車上,現(xiàn)在廣泛采用液壓舉升機構(gòu)。根據(jù)液壓缸與車廂底板的連接方式,常用的舉升機構(gòu)可以分為直推

22、式和連桿組合式兩大類。3.1.1 直推式舉升機構(gòu)液壓缸直接作用在車廂底板上的舉升機構(gòu)稱為直推式舉升機構(gòu)。按舉升點在車廂底板下表面的位置,該類舉升機構(gòu)又可分為液壓缸前置和液壓缸后置兩種型式。前者液壓缸支在車廂中部,液壓缸行程較小,液壓缸的舉升力較大,多采用雙缸雙柱式液壓缸。后者的液壓缸支在車廂前部,液壓缸的舉升力較小,液壓缸行程較大,一般用于重型自卸汽車上。圖3-1 直推式舉升機構(gòu)3.1.2 連桿組合式舉升機構(gòu)液壓缸與車廂底板之間通過連桿機構(gòu)相連接,此種舉升結(jié)構(gòu)稱之為連桿組合式舉升機構(gòu)。常用的連桿組合式舉升機構(gòu)布置有兩種：液壓缸前推式（圖4-2a）和液壓缸后推式。連桿組合式舉升機構(gòu)具有舉升平順、

23、液壓缸活塞的工作行程短、機構(gòu)布置靈活等優(yōu)點。圖3-2 連桿組合式舉升機構(gòu)1- 鉸支座；2-車廂；3-油缸；4-三角臂2-3.2 舉升機構(gòu)選型對于液壓舉升機構(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)計液壓舉升機構(gòu)時應(yīng)滿足的性能有：（1）較強的免維護(hù)性；（2）良好的動力性；（3）平穩(wěn)性；（4）卸料性；（5）緊湊性；（6）協(xié)調(diào)性。3.2.1 舉升機構(gòu)布置原則1) 在車廂放平的情況下，舉升機構(gòu)不能與車身底盤上安裝的零部件發(fā)生干涉。2) 在可能的情況下，應(yīng)將舉升機構(gòu)盡量靠前布置。3) 在保證機構(gòu)不與其它零部件干涉的情況下，盡量降低舉升機構(gòu)的布置位置。4.2.2 舉升機構(gòu)類型的選定 對于自卸車，本

24、文選用后置式直推舉升機構(gòu);為提高舉升的穩(wěn)定性，采用雙缸雙頂式油缸。4.自卸車主要性能計算專用車性能參數(shù)計算是總體設(shè)計的主要內(nèi)容之一，本節(jié)僅介紹利用解析法計算專用汽車部分性能參數(shù)的一般步驟。4.1汽車行駛阻力4.1.1滾動阻力F專用汽車的滾動阻力F由下式計算：F= （4-1）式中：專用汽車的總質(zhì)量（kg）；滾動阻力系數(shù)；道路坡度角（）。滾動阻力系數(shù)取決于輪胎的結(jié)構(gòu)型式及氣壓、車輛的行駛速度、路面條件等因素。當(dāng)車速在50km/h以下時，可取為常數(shù)。當(dāng)車速大于50km/h時，可表達(dá)成車速v的線性函數(shù)，有：=+ (4-2)式中：專用汽車的行駛速度（km/h）；滾動阻力系數(shù)中的常數(shù)項；比例系數(shù)。4.1.2空氣阻力F大量試驗結(jié)果