課程設(shè)計(jì)-高位自卸車

1、 18 屆機(jī)械課程設(shè)計(jì)高位自卸汽車的研究 學(xué)生姓名： 熊非 學(xué) 號(hào)： 8011214214 所屬學(xué)院：機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 18-2 指導(dǎo)老師： 張涵 日 期： 2016.06 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制2塔里木大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)前 言隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的全面展開(kāi)，自卸汽車也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車，其卸貨方式為散裝貨物沿汽車大梁卸下。卸貨高度都是固定的。若需要將貨物卸到較高處或使貨物堆積得較高些，只能先卸載后再靠人力或起重機(jī)構(gòu)進(jìn)行提升搬運(yùn)到較高處。這樣不僅耗費(fèi)人力物力，還浪費(fèi)很多時(shí)間，給卸載該來(lái)了很多不便。由于目前的自卸汽車就難以滿足要求

2、，為此需設(shè)計(jì)一種高位自卸汽車，使它不僅能具有一般自卸汽車的功能，而且能將車廂舉升到一定高度后再傾斜車廂卸貨。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，先將車廂舉升然后翻轉(zhuǎn)車廂進(jìn)行卸貨，可以將車廂舉升到任意高度后停止舉升，然后車廂翻轉(zhuǎn)以達(dá)到自動(dòng)卸貨。為了實(shí)現(xiàn)高位自卸汽車的設(shè)計(jì)要求，再設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮把工作分解，使用舉升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車廂的舉升，在舉升過(guò)程中通過(guò)關(guān)閉或打開(kāi)液壓缸的進(jìn)出油路使舉升機(jī)構(gòu)穩(wěn)定的停止在任意高度；使用翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車廂翻轉(zhuǎn)，車廂翻轉(zhuǎn)只要實(shí)現(xiàn)最大翻轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中的平穩(wěn)就可以了。就機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的目的來(lái)看，機(jī)構(gòu)上的點(diǎn)沒(méi)有要求具體的運(yùn)動(dòng)軌跡，只要實(shí)現(xiàn)指定位置的機(jī)構(gòu)的綜合就可以了，這個(gè)設(shè)計(jì)主要

3、是通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。就機(jī)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)的過(guò)程中除了機(jī)構(gòu)分析還要考慮到結(jié)構(gòu)的受力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定即使用過(guò)程中維護(hù)的方便。關(guān)鍵詞：高位 舉升 翻轉(zhuǎn) 自卸 一、 設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車其卸貨方式為散裝貨物沿汽車大梁卸下，卸貨高度都是固定的。若需要將貨物卸到較高處或使貨物堆積得較高些，目前的自卸汽車就難以滿足要求。為此需設(shè)計(jì)一種高位自卸汽車，它能將車廂舉升到一定高度后再傾斜車廂卸貨）。二、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求1.具有一般自卸汽車的功能。2.在比較水平的狀態(tài)下,能將滿載貨物的車廂平穩(wěn)地舉升到一定的高度，最大升程Smax見(jiàn)表。3.為方便卸貨，要求車廂在舉升過(guò)程中逐步后移。車廂處于最大升程位置時(shí)，其后

4、移量a見(jiàn)表。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量amax不得超過(guò)1.2a。4.在舉升過(guò)程中可在任意高度停留卸貨。5.在車廂傾斜卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)打開(kāi)；卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，后廂門也隨之可靠關(guān)閉。6.舉升和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝空間不超過(guò)車廂底部與大梁間的空間，后廂門打開(kāi)機(jī)構(gòu)的安裝面不超過(guò)車廂側(cè)面。7.結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡(jiǎn)單、可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。方案號(hào)車廂尺寸（LxWxH)Smaxa/mmW/kgL/mmH/mmF3600x1800x61020502503900250450尺寸單位：mm 三、 設(shè)計(jì)任務(wù)1. 設(shè)計(jì)高位自卸汽車相關(guān)機(jī)構(gòu)，應(yīng)包括起升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后廂門打開(kāi)機(jī)構(gòu)。2. 提出2、3

5、個(gè)方案。主要考慮滿足運(yùn)動(dòng)要求、動(dòng)力性能、制造與維修方便、結(jié)構(gòu)緊湊等方面的因素，對(duì)方案進(jìn)行論證，確定最優(yōu)方案。3. 畫(huà)出最優(yōu)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。4. 對(duì)高位自卸汽車的起升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后廂門打開(kāi)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行尺度綜合及運(yùn)動(dòng)分析，求出各機(jī)構(gòu)的輸出件的位移、速度、加速度，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖。5. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 6. 完成高位自卸汽車的模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。四、 機(jī)構(gòu)提示高位自卸汽車中的起升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后廂門打開(kāi)機(jī)構(gòu)都具有行程較大，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)及承受較大載荷的共同特點(diǎn)。齒輪機(jī)構(gòu)比較適合連續(xù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)適合行程和受力都不太大的場(chǎng)合。所以齒輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)都不太合適用在此場(chǎng)合。連桿機(jī)

6、構(gòu)比較適合在這里的應(yīng)用。下面用連桿機(jī)構(gòu)分別設(shè)計(jì)高位自卸車的起升機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和后想打開(kāi)機(jī)構(gòu)。4.1、舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 舉升機(jī)構(gòu)的的設(shè)計(jì)在首先必須滿足比較水平的狀態(tài)下,能將滿載貨物的車廂平穩(wěn)地舉升到一定的高度，最大升程Smax，為方便卸貨，要求車廂在舉升過(guò)程中逐步后移。車廂處于最大升程位置時(shí)，其后移量a見(jiàn)表。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量amax不得超過(guò)1.2a，并且在舉升過(guò)程中可在任意高度停留卸貨。利用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車廂的舉升，其安裝空間不能超過(guò)車廂底部與大梁間的空間。結(jié)構(gòu)盡量緊湊，可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。下面列舉出幾種方案以及它們的特點(diǎn)，進(jìn)行比較選擇恰當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)：方案一：平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)

7、如上圖所示平行四邊形舉升機(jī)構(gòu)，ABCD形成一平行四邊形，桿AD在液壓油缸的帶動(dòng)下繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成車廂的舉升和下降。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工、安裝和維修。能夠保證車廂在舉升和下降過(guò)程中保持水平，穩(wěn)定性好。液壓油缸較小的推程能夠完成車廂較大的上移量。但是車廂上移時(shí)，其后移量很大，滿足不了技術(shù)要求.為了保證車廂舉升到最大高度時(shí)，其最大后移量不超過(guò)設(shè)計(jì)要求，需將桿AD、BC做得很長(zhǎng)，甚至大大超過(guò)了車廂的長(zhǎng)度，在工程實(shí)際中不能實(shí)現(xiàn)。方案二：兩級(jí)剪式舉升機(jī)構(gòu)如上圖所示兩級(jí)剪式舉升機(jī)構(gòu)，EF代表車廂，機(jī)架代表車底座。在液壓缸MN的推動(dòng)下，滑塊A向右移動(dòng)，同時(shí)滑塊F向左運(yùn)動(dòng)，雙剪式機(jī)構(gòu)向中間靠攏，由于桿長(zhǎng)

8、不變，使得車廂向上運(yùn)動(dòng)，且同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了車廂的舉升動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)不但能夠保證車廂在舉升和下降過(guò)程中保持水平，穩(wěn)定性好 ，卸貨方便，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能夠協(xié)調(diào)舉升和后移間存在的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)該機(jī)構(gòu)的受力狀況良好，將液壓缸布置在機(jī)構(gòu)的中間部位，很好的解決了退成要求很大的缺點(diǎn)。但是該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易加工、安裝和維修。4.2、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是自卸汽車的關(guān)鍵部分，其性能直接影響車輛的性能。利用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車廂的翻轉(zhuǎn)，其安裝空間不能超過(guò)車廂底部與大梁間的空間。結(jié)構(gòu)盡量緊湊，可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。方案一：?jiǎn)胃浊爸弥蓖剖椒D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直推式傾斜機(jī)構(gòu)的液壓缸直接作用在車廂上，不需要通過(guò)桿系

9、作用，機(jī)構(gòu)布置簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，舉升效率高，在相同的舉升載荷下，前置式需要的舉升力較小，舉升時(shí)車廂橫向剛度大。但是液壓缸活塞的工作行程長(zhǎng)，故一般采用多級(jí)伸縮式套筒液壓缸，使液壓缸制造工藝復(fù)雜，密封性稍差，并且該機(jī)構(gòu)橫向強(qiáng)度差。 方案二：滑塊傾斜機(jī)構(gòu)RS代表車廂，PR桿一端鉸接在車廂的R點(diǎn)上，另一端與滑塊P鉸接，當(dāng)要翻轉(zhuǎn)車廂時(shí)，只需要推動(dòng)液壓缸OP，帶動(dòng)滑塊P向右移動(dòng)，就能使車廂PS繞S點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，需要的零件比較少，易于加工和安裝。液壓缸一直處于水平，比較容易控制。但是初始時(shí)傳動(dòng)角較小，需要液壓缸較大的推力；并且對(duì)PR桿強(qiáng)度要求較高。4.3、后箱門打開(kāi)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 后箱門打開(kāi)機(jī)構(gòu)是高位卸

10、貨的重要環(huán)節(jié)，后箱門打開(kāi)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足以下幾個(gè)基本要求：（1）廂傾斜卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)打開(kāi)；（2）卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，后廂門也隨之可靠關(guān)閉，因此后廂門的輸入機(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)相同，即由同一個(gè)液壓缸帶動(dòng)；（3）后廂門打開(kāi)機(jī)構(gòu)的安裝面不超過(guò)車廂側(cè)面，即要求結(jié)構(gòu)緊湊。方案一：導(dǎo)桿滑塊后箱門啟閉機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的4連桿機(jī)構(gòu)，其中連桿1是和后箱門固連在一起的，3是一個(gè)可以繞車廂體轉(zhuǎn)動(dòng)的移動(dòng)副。在車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使連桿2在3內(nèi)滑動(dòng)，從而推動(dòng)1繞C旋轉(zhuǎn)，從而使后廂門開(kāi)啟。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、成本低，能夠保證車廂門打開(kāi)和關(guān)閉的準(zhǔn)確位置，比較容易實(shí)現(xiàn)和車廂的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，另外，計(jì)算也比較的

11、簡(jiǎn)單。但是該機(jī)構(gòu)中2桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要在移動(dòng)副中進(jìn)行滑動(dòng)，所以，如果稍微有個(gè)地方潤(rùn)滑不好的話，就很有可能造成機(jī)構(gòu)的自鎖，使得后車廂門不能正常的打開(kāi)。方案二：雙四桿機(jī)構(gòu)后箱門啟閉架構(gòu)該機(jī)構(gòu)完全由四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中的一根桿2就是車廂的后門。另外兩根桿1和3都是鉸接在車廂體上的。當(dāng)車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)使桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)后廂門2轉(zhuǎn)動(dòng)，完成其開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，以搖桿作為輸入構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，傳動(dòng)可靠，成本低。較易實(shí)現(xiàn)與其他機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)，能夠確保車廂門的打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)候的準(zhǔn)確位置。但是該機(jī)構(gòu)由搖桿作為主動(dòng)件，易出現(xiàn)死點(diǎn)，因此該機(jī)構(gòu)對(duì)尺寸要求比較高。4.4、組合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)前面

12、的各個(gè)機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較，最終確定的第方案的三個(gè)部分分別選擇：雙剪式舉升機(jī)構(gòu)、滑塊傾斜機(jī)構(gòu)、重力直接打開(kāi)機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析 4.4.1、機(jī)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)：1、舉升機(jī)構(gòu)的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求，舉升機(jī)構(gòu)需要滿足：方案號(hào)車廂尺寸（LxWxH)Smaxa/mmW/kgL/mmH/mmF3600x1800x61020502503900250450(1) 計(jì)算桿長(zhǎng)及其在機(jī)構(gòu)中的位置舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，建立直角坐標(biāo)系，如下圖所示：根據(jù)以上數(shù)據(jù)綜合出各桿的長(zhǎng)度，設(shè)AD=BC=CF=DE=，初始位置HAB=，到達(dá)最大升程時(shí)HAB=，由幾何關(guān)系可得另外,需滿足整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)不超過(guò)車廂底部安裝空間，此時(shí)還需考慮夾層厚度d，得取

13、則取由上式聯(lián)立可以求解，得即（2）計(jì)算液壓桿的位置及其相關(guān)尺寸，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示，建立相應(yīng)的直角坐標(biāo)系：圖5-3設(shè)油缸的推力為F，推程為S，車廂重力為G，上升高度為H，則FS=GH。欲使液壓缸受力最小，則推程應(yīng)該盡量的大。各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為C(0,200) H(864.58,300) G(864.58,100) 。所以 =0.1157 (1)令HM=400，根據(jù)對(duì)稱性的NG=HM=400。過(guò)點(diǎn)H做，此時(shí) (2) (3)初始狀態(tài)時(shí)，桿與水平面夾角為，舉升到最大高度時(shí)，桿與水平面的夾角為所以初始狀態(tài)時(shí), (4)舉升到最大高度時(shí)， (5) 在CMG之中，根據(jù)公式： （6）將（2）（3）（4）（5）帶入

14、到（6）中，求解可得，初始狀態(tài)下，MG=802.02舉升到最大高度時(shí)，MG=858.87綜上可得，油桿的初始長(zhǎng)度為802.02，舉升到最大高度后長(zhǎng)度為858.87。由（1）且NG=400可得N點(diǎn)的坐標(biāo)得N(1261.94,145.96)同理可得，M(467.22,254.04)2、滑塊傾斜翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示，并且建立相應(yīng)的直角坐標(biāo)系：各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為 (1) (2) (3)最大翻轉(zhuǎn)角為，即取RS=1000，帶入式(2)中可得PR=1428.15此時(shí)，液壓桿伸長(zhǎng)量可以根據(jù)公式： (4) (5)將PR=1428.15，RS=1000代入(5)式，得PS=1743.45將PS=17

15、43.45 PR=1428.15 RS=1000帶入（4）式中得=2760.40所以各點(diǎn)的坐標(biāo)分別為O(0,0)、P(1428.15,0)、R(2760.40,1009.85)、S(3500,0)初始狀態(tài)時(shí)，取OS=3500,所以O(shè)P=OS-PR-RS，代入數(shù)據(jù)到上式，可得OP=1071.85翻轉(zhuǎn)完成后OP=0S-PS 則OP=3500-1743.45=1756.55所以液壓桿的初始長(zhǎng)度要小于OP，取合適的尺寸。3、重力開(kāi)啟后廂門打開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)原理：在車廂翻轉(zhuǎn)后，后廂門在重力的作用下自動(dòng)打開(kāi)，開(kāi)始卸貨，卸貨完成后，貨車恢復(fù)水平位置，后廂門隨之自動(dòng)關(guān)閉，易于實(shí)現(xiàn)。4.4.2、組合機(jī)構(gòu)總圖如下：五、 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)將近一個(gè)學(xué)期的努力，從“高位自卸汽車”項(xiàng)目方案的提出，到汽車零部件的設(shè)計(jì)、校核，再到高位自卸汽車的運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)力設(shè)計(jì)以及AMAMS仿真，我們小組經(jīng)歷了一次又一次的討論研究和分析比較，高位自卸汽車的設(shè)計(jì)已基本完成。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，主要用到了學(xué)習(xí)到的關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)和三維建模軟件的應(yīng)用。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇中，我設(shè)想