自卸汽車改裝設計

1、黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計本設計是獨立自主完成并順利通過答辯，只可用于學習交流，不可用于商業(yè)活動。另外：有需要電子檔的同學可以加我3103064563，我存有該設計的全部電子檔，旨在互相幫助，共同進步，共同探討新的研究方案，維護社會主義文明，建設社會主義和諧社會。第1章 緒 論1.1 課題的提出 自卸汽車又稱翻斗車（tipper,dump car）,它是依靠自身動力驅動液壓舉升機構，使貨箱具有自動傾卸貨物的能力和復位功能的一種重要專用汽車。自卸汽車主要運輸砂、石、土、垃圾、建材、煤炭、礦石、糧食、化肥和農產品等散裝貨物。它具有以下多種分類方式:1、按用途分類：公路運輸的普通自卸車；非公路運輸

2、的重型自卸車，主要用于礦區(qū)裝卸作業(yè)與大中型土建工程。2、按最大總質量級別分類：輕型自卸車（1.8-6噸）；中型自卸車（6噸-14噸）；重型自卸車（大于14噸）。3、按傳動類型分類：機械傳動、液力機械傳動和電力傳動三種類型。4、按卸貨方式分類：有后傾式、側傾卸式、三面卸式，以及貨廂升高后傾式等多種形式。其中以后傾式應用最廣。5、按傾卸機構分類：直推式與連桿舉升式自卸車。直推式又可細分為前置式、后置式等。連桿式又可細分為液壓缸前推連桿式、液壓缸后推連桿式。6、按車廂結構分類：一面開啟式、三面開啟式與無后欄板式。 自卸車在土木工程中，常與挖掘機、裝載機、帶式輸送機等聯合作業(yè)，構成裝、運、卸生產線，進

3、行土方，沙石、松散物料的裝載運輸。由于自卸車的裝載車廂能自動傾翻一定角度卸料，大大節(jié)省卸料時間和勞動力，縮短運輸周期，提高生產效率、降低運輸成本，并標明裝載，是常用的運輸機械。自卸汽車自20世紀初出現以來，不斷發(fā)展，日趨完善，已成為當今貨物運輸的主要車輛之一。自卸汽車需求快速增長，銷量超過載貨汽車上升到第一位。主要原因是固定資產投資強勁增長，巨大的投資規(guī)模奠定了自卸車市場需求基礎；自卸汽車品種增加，不僅適應和滿足施工需求，同時向運輸市場發(fā)展；自卸汽車保持較快發(fā)展，已成為公路運輸的主力車型。 隨著國內基礎設施建設需要不斷增加，自卸汽車產量近年來一直保持較高產銷量，在專用車綜合產量中保持領先位置，

4、但在種類、型式、材料運用方面與國外還有一定的差距。 中型自卸車是隨著我國農村經濟的不斷發(fā)展，上世紀80年代末發(fā)展起來的自卸運輸車輛，其最大總重量在6t-14t之間。國家和地方均出臺專門的法規(guī)對商用車尺寸、排放、車速等各方面性能進行規(guī)范，從而促進了中型自卸車的健康發(fā)展。自2001年11月10日起，中國正式成為WTO成員國，國內市場逐漸開放。同時，我國亦確立了以擴大內需為主的經濟政策，實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加大對基建項目的投資力度，農林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商業(yè)運輸、交通、通訊、金融、機場、電力、城市建設和石油開采等行業(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

5、般的十木工程等的運輸作業(yè)中型自卸車以其靈活機動、價格低廉的優(yōu)點得到了廣泛的應用。傾卸裝置是自卸汽車的主要結構部分。其主要組成如下：普通自卸汽車機構組成圖如下圖1.1所示： 1-液壓傾卸操縱裝置；2-傾卸機構；3-液壓油缸；4-拉桿；5-車廂； 6-后鉸鏈支座；7-安全撐桿；8-油箱；9-油泵10-傳動軸；11-取力器 圖1.1 普通自卸汽車結構組成在中型自卸車的設計當中，液壓舉升機構和車廂的設計一直處于重要的地位。這是因為液壓舉升機構是自卸車的重要工作系統(tǒng)，其設計方案的優(yōu)劣直接影響著汽車的多個主要性能指標;對提高液壓舉升機構的設計質量和效率具有重要的意義。 非公路運輸自卸汽車主要應用于大型礦山

6、、水利工地等場所，運輸的貨物通常是由與其配套的挖掘機械來完成裝載的。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，而不得用于公路運輸。另一類是公路運輸用的輕、中、重型（裝載質量在210t）普通自卸汽車。這種自卸車主要承擔著泥土、砂石、煤炭等松散貨物的運輸工作，它通常也是與裝載機械配套使用的。 隨著中國經濟的不斷發(fā)展，東風尖頭140自卸汽車成為了公路運輸的重要設備。城市建筑的增加，運輸道路的變化，鐵路運輸效率降低，曲率半徑受到限制，爬坡能力低，很難適應短途運輸的要求，從而為中型自卸車的發(fā)展提供了機遇。其中東風尖頭14

7、0自卸汽車更是應用廣泛。 東風尖頭140自卸汽車隨著城市建筑規(guī)模的擴大，裝載質量的增大，多數自卸汽車經常是滿載連續(xù)行駛，又需要連續(xù)制動，發(fā)動機和傳動系統(tǒng)滿負荷運行時間長，因此東風尖頭140自卸汽車的使用可靠性要求很高，這也是其售價適中，銷售量很高的原因。1.2 課題來源及研究意義 當今汽車工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場的形成和產品更新換代速度的日益加快。汽車產品開發(fā)的一個主要手段就是變型設計，即以現有產品為基礎，保持其基本結構和功能不變，對其局部結構、尺寸或配置進行一定范圍內的變動和調整，以此快速形成適應市場需求的新產品。自卸汽車是以發(fā)動機為動力，經過變速器的取力機構和液壓傾卸裝置，進行車廂自動

8、傾卸，從而實現自動卸貨的一種車輛。因其短途卸載方便，動力性、機動性均較好，與裝載機，帶式輸送機，吊車等其它吊裝機具配合使生產效率明顯提高，被廣泛應用于建設工地、礦山、港口、碼頭等，用來搬運巖石，廢土，煤，沙子等物資。當今汽車工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場的形成和產品更新換代速度的日益加快。汽車產品開發(fā)的一個主要手段就是變型設計，即以現有產品為基礎，保持其基本結構和功能不變，對其局部結構、尺寸或配置進行一定范圍內的變動和調整，以此快速形成適應市場需求的新產品。東風尖頭140自卸汽車是一種專用汽車，技術要求適中，社會需求量高。過去很長一段時間，國內卸汽車生產廠家主要靠引進國外車型，通過仿制和部分改造

9、開發(fā)自己的新車型。隨著設計水平和生產能力逐漸提高，部分自卸汽車生產廠家開始與高校等科研機構合作，開發(fā)具有自主知識產權的自卸汽車。如北京首鋼重型汽車制造廠與北京科技大學合作，開發(fā)的SGA3550型礦用自卸汽車。在 SGA3550型自卸汽車樣機裝配過程中，發(fā)現了一些設計上的失誤，造成部分零件的返工，延長了樣機制作時間?？梢姡斜匾捎眯碌脑O計方法，如國外部分自卸汽車生產廠家采用的虛擬樣機技術，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。自卸汽車液壓系統(tǒng)是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。本課題在滿足設計要求下，

10、對東風尖頭140自卸車的車廂和舉升機構進行合理的選擇和設計，并為進一步研究整車的計算機輔助設計提供經驗，進而提高自卸汽車產品的設計質量和設計效率。同時，也希望能為推廣虛擬樣機等先進CAD技術的應用，以及為提高我國專用汽車的設計水平進行一些有益的探索。1.3 自卸汽車國內外研究概況及發(fā)展趨勢我國專用車市場“蛋糕”將越做越大。去年以來，我國專用車市場取得較好的經營業(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?？蛙嚫难b量最大，共改裝103492萬輛，占總量的44.88；載貨汽車44870輛，占總量的19.46；自卸汽車27125輛，占總量的11.76；廂式、罐式等專用車銷售

11、40966輛，占總量的17.77。今年18月份，各類專用車銷售均有較大增幅，樂觀估計今年全年專用車產銷將達30萬輛。通過數字來看，去年一年銷售專用車達23萬輛，結合我國道路、經濟等實際情況，應該說數量還是比較可觀的。但是問題就在于395家改裝企業(yè)才生產23萬輛。可以看出，我國汽車改裝企業(yè)和汽車制造一樣，存在著規(guī)模小、技術落后、生產點過多等問題。從改裝車生產分布地區(qū)來看，也存在較大不均衡性。江蘇、河北、安徽、河南等8個省去年產量之和約占總產量的75，其他21個省僅占總產量的25。地域的不均衡性也顯示出專用車市場前景看好。目前，我國改裝車市場最大銷售量約25萬輛左右，改裝量最大的除了客車外，主要有

12、廂式車、罐式車、自卸車等主要車型。但是總體來看，這些專用車均存在技術附加值低、工藝較落后等問題。從品種來看，我國改裝車品種較少，僅有400多個品種。那么，未來改裝車市場到底是什么市場呢？肯定地說，應該向多品種、高、精、尖方向發(fā)展。這種發(fā)展方向除了我國公路條件改善外，還和我國公路貨物運輸市場息息相關。目前，我國公路貨運市場的主體依然是以個體戶為主，公路貨運甚至還談不上物流管理，具有運輸成本高、隨意性大、服務沒有保證等特點。隨著我國加入世界貿易組織，這種格局將要逐步被打破。我國汽車工業(yè)保護期只有五年，但是公路貨運市場卻可以向外資開放?？鐕锪鞴菊⒁曧耥穸⒅袊坟涍\這塊大市場。這場戰(zhàn)斗誰是贏

13、者，不言自明。集團化貨運市場對卡車的個性化要求將越來越高，同時需求數量也將越來越大?？梢院敛豢鋸埖卣f，未來的卡車發(fā)展方向將是專用車。美國等發(fā)達國家專用車市場十分巨大，專用車具有品種多、技術含金量高等特點。就專用車品種而言，美國就有5000多個品種，甚至很多專用車已經被E化，裝有電腦、衛(wèi)星導航等系統(tǒng)。確切地說，我國專用車市場最終是向多品種、高精尖的方向發(fā)展。尤其是隨著我國公路運輸主體的逐漸變化，將加快產品結構的變化和技術的升級。我國自卸汽車生產始于上世紀60年代初，經過40多年的發(fā)展，尤其是在上世紀80年代以后通過技貿結合與合作生產方式，從國外引進若干先進的自卸汽車制造技術，并在此基礎上形成以若

14、干大型汽車制造廠為主體的機械傳動式自卸汽車生產企業(yè)集團。當然除普通自卸汽車以外，專用自卸汽車的生產也得到了一定的發(fā)展，尤其是新世紀以來，隨著我國社會經濟和交通環(huán)境的改善，各行業(yè)對專用汽車尤其是工程系列專用汽車的需求越來越大。專用汽車將跟更加注重行業(yè)化、專用化、系列化1。國外自卸汽車生產始于上世紀30年代，比我國早30多年在其后70多年的發(fā)展過程中，其結構不斷改進，整車性能已有很大提高。為提高自卸汽車的科技含量，追求高附加值，各國更是不斷采用先進技術，其主要表現以下幾個方面：全面提高自卸汽車內在質量和使用性能；在制造加工方面，自卸汽車朝著底盤生產專業(yè)化、零部件生產專業(yè)化、工藝專業(yè)化和輔助生產專業(yè)

15、化方向發(fā)展；廣泛采用計算機輔助設計，以提高設計的質量和縮短設計研制的周期；在材料配置上，將更多地采用高強度鋁合金、不銹鋼、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽車以形成自己獨特的結構與車型系列。目前, 各大自卸汽車生產企業(yè)生產的自卸車尾鉤鎖緊機構多數為拉桿式尾鉤鎖緊機構、鏈條式尾鉤鎖緊機構、液壓手動控制式尾鉤鎖緊機構等, 這些機構各有特點, 在運輸自卸車中被廣泛使用。國內使用的自卸車車箱大部分使用16Mn制造而成。其特點是鋼板厚, 車箱沉重, 截面一般呈方形, 邊板和底板有很多的加強筋。16Mn的屈服強度較低, 硬度較小, 且沖擊性能較差。這些特性決定了不適合用于制造輕量化的車箱。在歐美, 很多車

16、箱都使用HARDOX耐磨鋼板材料, 與傳統(tǒng)的方形車箱有著很大的區(qū)別, 其特點是橫截面呈U形或半弧形, 而且車箱邊板和底板幾乎沒有使用加強筋。HARDOX是瑞典鋼鐵集團生產的一種耐磨鋼板, 具有較高的屈服強度, 是16Mn的三倍以上, 并且具有較高的硬度和沖擊韌性。在設計裝載量相同的情況下, 用HARDOX鋼板制造的車箱與16Mn用制造的車箱相比, 板材厚度更薄, 且不需要加強筋。據國外的一些廠家反饋, 車箱使用HARDOX鋼板后, 重量能減少很多。作為專用車輛的東風尖頭140自卸汽車，幾十年來在國內獲得迅速發(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品。東

17、風尖頭140自卸汽車有兩個比較顯著的發(fā)展趨勢：穩(wěn)定化和智能化。 對于自卸汽車，一般不專門作底盤設計，而是用具有相同裝載質量的載貨汽車底盤進行改裝。因此，自卸汽車的設計主要是舉升機構的設計，舉升機構的設計質量是影響自卸汽車使用性能的關鍵因素。雖然舉升機構是自卸汽車的關鍵部件，但是很多廠家在進行舉升機構的設計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量的自卸汽車舉升機構，根據現有自卸汽車舉升機構的大小，憑經驗按照一定的比例加大或縮小相應構件的尺寸設計成的，這就是傳統(tǒng)的經驗類比法。采用這種設計方法，由于舉升機構的復雜性以及機構鉸點位置布置的復雜性等問題，所以在決定實際結構時往往取較大的安全

18、系數，結果是材料的潛力不能充分發(fā)揮，產品性能也難以發(fā)揮。只能靠一次次的設計實驗來改進，這樣設計出的舉升機構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，也必然導致設計制造周期長，成本高。因此，要先獲得良好工作性能的舉升機構，就必須從根本上改進設計手段和方法，提高舉升機構的設計質量。.電子計算機的發(fā)展為此提供了有利條件，以計算機為輔助手段的計算機輔助設計、優(yōu)化設計軟件及計算機圖形學，使得自卸汽車舉升機構的虛擬設計成為現實，這一設計上的巨大進步帶來的經濟效益是巨大的1。中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，中型專用汽車在汽車市場中所占份額也將繼續(xù)提高，預計幾年內將超過普通重

19、型車所占的市場份額；專用車需求進一步向專業(yè)化高技術含量發(fā)展，專用車生產向柔性化、自動化方向發(fā)展，產品配套國際化、模塊化；市場競爭更趨激烈，具有較強市場應變能力的企業(yè)將不斷發(fā)展壯大，而應變能力較差的企業(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，競爭力主要體現在企業(yè)的創(chuàng)新能力和市場應變能力；重型專用汽車產量集中度相對提高，逐步形成行業(yè)內的知名企業(yè)。隨著計算機技術的發(fā)展和應用，50年代發(fā)展起來的以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃為主要內容的新的數學分支一數學規(guī)劃被應用于解決工程設計問題，形成了工程設計的新理論和新方法，即工程優(yōu)化設計理論與方法。特別從60年代以來，最

20、優(yōu)化技術發(fā)展迅速，而且得到了廣泛的應用。在汽車工業(yè)發(fā)達的歐、美、日等國家，汽車優(yōu)化設計理論和方法已應用于汽車諸多領域的很多環(huán)節(jié)，從汽車發(fā)動機、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)化設計使他們的汽車工業(yè)保持了世界領先地位。 1.4 研究的內容 專用汽車與普通汽車的區(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輸和作業(yè)功能。因此在設計上，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，概括如下：1、 專用汽車設計多選用定型的基本型汽車底盤進行改裝設計 這首先就需要了解國內外汽車產品，特別是貨車產品的生產情況、底盤規(guī)格、供貨渠道、銷售價格

21、及相關資料等。然后根據所設計的專用汽車的功能和性能指標要求，在功率匹配、動力輸出、傳動方式、外形尺寸、軸載質量、購置成本等方面進行分析比較，優(yōu)選出一種基本型汽車底盤作為專用汽車改裝設計的底盤。能否選到一種好的汽車底盤，是能否設計出一種好的專用汽車的前提。對于不能直接采用二類底盤或三類底盤進行改裝的專用汽車，也應盡量選用定型的汽車總成和部件進行設計，以縮短產品的開發(fā)周期和提高產品的可靠性。2、專用汽車設計的主要工作是總體布置和專用工作裝置匹配設計時既要保證專用功能滿足其性能要求，也要考慮汽車底盤的基本性能不受到影響。在必要時，可適當降低汽車底盤的某些性能指標，以滿足實現某些專用工作裝置性能的要求

22、。3、針對專用汽車品種多、批量少的生產持點專用汽車設計應考慮產品的系列化，以便根據不同用戶的需要而能很快的進行產品變型。對專用汽車零部件的設計，應按“三化”的要求進行，最大限度地選用標難件，或選用已經定型產品的零部件，盡量減少自制件。4、對專用汽車自制件的設計，應遵循單件或小批量的生產持點工的可能性。5、對專用汽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、空壓機及各種閥等，要從專業(yè)生產廠家中優(yōu)選。因專用汽車專項作業(yè)性能的好壞，主要決定干這些部件的性能和可靠性。6、在普通汽車底盤上改裝的專用汽車，底盤受載情況可能與原設計不同，因此要對一些重要的總成結構件進行強度校核。7、專用汽車設計

23、應滿足有關機動車輛公路交通安全法規(guī)的要求 8、某些專用汽車可能會在很惡劣的環(huán)境下工作，其使用條件復雜，要了解和掌握國家及行業(yè)相應的規(guī)范和標準，使專用汽車有良好的適應性，工作可靠，是要設安全性裝置。由于專用汽車種類繁多、結構復雜、使用面廣、開發(fā)期短等待點，所以專用汽車設計人員既要具備汽車設計的知識相能力向時也要掌握專用汽車各種不同工作裝置的原理與設計計算。此外專用汽車設計人員還需要對用戶的要求，市場動態(tài)有充分的了解，這樣設計的產品才能在性能上先進，在市場上適銷對路，在使用上滿足用戶的要求。隨著中型自卸車變得越來越重要，則有關它的設計領域也變得日益重要起來。它的總體設計程序與載貨車基本相近。在此基

24、礎上擬定設計原則，協調使用、制造與經濟三方面矛盾，處理好產品技術先進性與工藝繼承性、零部件通用化程度以及生產成本的辯證關系，然后進入具體技術設計階段。綜上所述，專用汽車的設計有其自身的特點和要求，既要滿足汽車設計的一般要求。同時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，構成一個協調的整體，使汽車的基本性能和專用功能都得到充分發(fā)揮2。 第2章 整車參數的確定及校核2.1二類底盤的選擇及校核 目前，改裝專用汽車選用的底盤主要是二類或三類汽車底盤，也有為某些專用汽車設計的專用底盤。汽車底盤的選擇或設計專用底盤主要根據專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設

25、備或裝置的外形尺寸、動力匹配等來決定。 我國對于常規(guī)的廂式車、罐式車、自卸車等通常是采用二類汽車底盤改裝設計。這是目前專用汽車設計中選用底盤型式最多的一種。所謂二類汽車底盤，即在基本型整車的基礎上去掉貨箱。在改裝設計的總布置時，在沒有貨箱的汽車底盤上，加裝所需的工作裝置或特種車身。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作的重點是整車總體布置和工作裝置設計。在設計時若嚴格控制了整車總質量、軸載質量分配、質心高度位置等，則基本上能保持原車型的主要性能。但是，還要對改裝后的整車重新作出性能分析和計算。 對客車、客貨兩用車、廂式貨車等則通常采用三類汽車底盤改裝設計。所謂三類汽車底盤，般是在基本型車的基礎上，去

26、掉貨箱和駕駛室。近年來，我國乘用車發(fā)展很快，對乘用車使用性能的要求也在不斷提高，再用原來的三類汽車底盤改裝的客車已越來越不受歡迎。因此，各類專用客車底盤應運而生。這些專用客車底盤的基本特點是利用基本型總成，按客車性能要求更新進行整車布置，更新設計懸架系統(tǒng)。這種底盤不僅在質心位置、整車性能特別是平順性方面有很大的變化，而且在傳動系統(tǒng)和動力匹配、以及制動系統(tǒng)等總成方面也有較大的改裝設計。 目前在用普通汽車底盤作改裝設計時。把更換了發(fā)動機的底盤，如將汽油發(fā)動機改換成柴油發(fā)動機亦當作三類底盤處理3。 在專用汽車底盤或總成選型方面，一般應滿足下述要求： 1)適用性 對貨運車用的總成應適應貨運要求，保證貨

27、運安全無損；對乘用車用的總成應適于乘客的需要達到乘座安全舒適；對各種專用改裝車的總成應適于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標進行改裝選型設計。 2)可靠性 所選用的各總成工作應可靠，出現故障的幾率少，零部件要有足夠的強度和壽命，且同一車型各總成零部件的壽命應趨于均衡 3)先進性 所選用的底盤或總成。應使整車在動力性、經濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平。而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標準的要求。 4)方便性 所選用的各總成要便于安裝、檢查、保養(yǎng)和維修。處理好結構緊湊與裝配調試空間合理的矛盾。在選用專用汽車底盤時，除了上述因素外，還

28、有以下兩個很重要的方面：一是汽車底盤價格，它是專用汽車購置成本小很大約部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產品能否很快地占有市場、企業(yè)能否增加效益等問題。二是汽車底盤供貨要有來源，要同生產汽車底盤的主機廠有明確的協議或合同，無論汽車底盤滯銷或緊俏，一定要按時將底盤供貨。 綜上所述，本文改裝的自卸車選擇EQ3092FJ底盤。2.1.1 整車尺寸參數的確定 承擔公路運輸的普通自卸車通常是由同種貨車變型設計而成。其總體設計程序與載貨車相近。首先，進行一系列的市場調研和同類車型資料的收集分析，摸清產品主要技術經濟指標，了解有關設計法規(guī)等。在此基礎上擬定設計原則，協調使用、制造與經濟三方矛

29、盾，處理好產品技術先進性與工藝繼承性、零部件通用化程度以及生產成本的辯證關系，然后進入具體技術設計階段。 在技術設計階段，首先進行自卸車結構選型，確定舉升機構類型與貨廂結構形式，然后選擇自卸車總布置主要參數。東風尖頭140自卸汽車是選擇EQ3092FJ型自卸車底盤，利用該車發(fā)動機動力驅動液壓舉升機構取力器-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位的專用汽車。該車最大裝載質量為4.3t，是適用于公路運輸的中型自卸汽車。傾卸機構采用油缸前推式舉升機構。該自卸汽車主要由車廂、副梁、液壓舉升機構、液壓系統(tǒng)等部件組成，主要技術參數見表2.1。表2.1整車參數汽車外形尺寸

30、最大裝載質量kg4300整備質量kg5255軸距mm3950輪距（前后）mm18101800前懸 mm1065后懸 mm1485接近角離去角貨箱尺寸mm傾斜時間（舉升落下） 15s13s最大舉升角總質量kg9750最高車速（kmh）85額定裝載質量是自卸汽車的基本使用性能參數之一。考慮到廠家的額定裝載質量的合理分級，以利于產品系列化、部件通用化和零件標準化。此外，額定裝載質量還必須與選用的二類貨車底盤允許的最大總質量相適應。改裝部分質量主要包括：車廂質量、副車架質量、液壓系統(tǒng)質量、舉升機構質量以及其他改裝部件的質量。改裝部分質量既可通過計算、稱重求得，也可以根據同類產品提供的數據進行估算。自卸

31、汽車整車整備質量是指裝備齊全、加夠油料、液壓油和冷卻液的空車質量3。它一般是二類底盤整備質量與改裝部分質量的總合，是自卸汽車總體設計的重要設計參數之一。整備質量： 5255kg；裝載質量： 選取4300kg；駕駛員質量：65kg/人，額定載員3人，kg；自卸汽車總質量是指裝備齊全，包括駕駛員，并按規(guī)定裝滿貨物的質量。其值可按下式確定: =5255+4300+195kg=9750Kg貨廂最大舉升角是當貨廂舉升角是當貨廂舉升至設計極限位置時，貨廂底部與車架平面之夾角。它取決于常運貨物靜安息角的大小。多數貨物靜安息角在4045范圍。故為保證卸貨干凈，一般自卸車最大舉升角常取5060。此外，尚應注意在

32、最大舉升角時，車廂后板下垂最低點與地面保持一定卸貨高度。舉升時間指滿載時從開始舉升至最大舉升角所需時間。降落時間系指空載時貨廂從最大舉升角降至車架的時間。此兩項參數太長將影響運輸生產率；太短又勢必增大液壓系統(tǒng)負荷。故一般設計舉升時間要求為15s-25s，降落時間要求為8s-15s4。2.1.2總體布局的設計 專用車的總體布局要滿足車輛自身的質量及專用車的特殊用途。東風尖頭140自卸汽車的總體布局要求各部滿足國家標準及使用安全，各個部件間要滿足配合要求，尤其是車廂及舉升機構的布局要使自身車輛使用方便，美觀。2.1.3取力器布置方案的選定取力器，除少數專用汽車的工作裝置因考慮工作的可靠性和特殊要求

33、而配備專門動力驅動外（例如部分冷藏汽車的的制冷系統(tǒng)），絕大多數專用汽車上的的專用設備都是以汽車自身的發(fā)動機為動力源。各類專用汽車的專用工作裝置的動力來源，主要由汽車發(fā)動機提供。取力器就是其中一種動力輸出的專用裝置，它能夠實現從發(fā)動機取出部分功率，用于驅動各類液壓泵、真空泵、空壓機以及各類專用汽車工作機械。除了少量專用汽車的工作裝置因考慮工作可靠相符殊的要求而配備專門動力驅動外，絕大多數專用汽車上的專用設備都是以汽車底盤自身的發(fā)動機為動力源，經過取力器，用來驅動齒輪液壓泵、真空泵、柱塞泵、輕質油液壓泵、自吸液壓泵、水泵、空氣壓縮機等，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

34、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計和制造方面顯得尤為重要。 根據取力器相對于汽車底盤變速器的位置，取力器的取力方式可分為前置、中置和后置三種基本型式，每一種基本形式又包括若干種具體的結構5。常見的取力方式分類： 下面著重介紹幾種常用的取力方式：1）發(fā)動機前端取力發(fā)動機前端取力是一種常用的形式，一般是有正時齒輪室或由發(fā)動機的風扇，水泵的皮帶輪輸出。 圖2.1是有一種發(fā)動機前端取力的布置方式，取力后用來驅動混凝土攪拌運輸車的滾筒。這種取力方式適用于有普通長頭式汽車底盤改裝的專用車輛。由于該取力方式的取力器到裝用裝置的距離太長，且需要轉換傳動方向，

35、若采用機械傳動其機構就很復雜，因此一般采用液力傳動。圖2.1 發(fā)動機前端取力2）夾鉗式取力圖2.2是飛輪前端取力的布置方案，在飛輪前端的曲軸齒輪通過中間軸齒輪帶動取力器齒輪，從而驅動取力器的輸出軸。這種取力方式的有點是不受主離合器的控制，但因改變了曲軸末端的結構，對其平衡發(fā)動機制造會有一些影響。這種布置在機場消防中應用較多。1發(fā)動機 2取力器 3水泵離合器 4高壓水泵 5變速器 6離合器圖2.2夾鉗式取力3）發(fā)動機后端取力如圖2.3所示，這種取力方式類似飛輪前端取力，取力器不受主離合器的控制，但區(qū)里齒輪位于主離合器之后。這種取力方式常用于有平頭式汽車底盤改裝的大、中、型混凝土攪拌運輸車，取力器

36、到滾筒的距離較短，因而傳動系統(tǒng)簡單，傳動效率較高。 1閥 2液壓泵 3取力器輸出 4變速器 5發(fā)動機曲軸及飛輪圖2.3發(fā)動機后端取力的傳動路線4）變速器上蓋取力這種布置方案是改制原變速器的上蓋，將取力器置于變速器之上，用一個惰輪和變速器的第一軸輸人齒輪常嚙合，再由該惰輪將動力傳給取力器的輸出軸，固需改制原變速器頂蓋，如圖2.4所示。這種取力方式亦具有和發(fā)動機同轉速輸出的特點，因而適合于需要高轉速輸入的工作裝置，如自卸車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。 1齒輪軸 2離合器套 3花鍵軸 4蝸桿 5渦輪 6離合手柄 7法蘭 8變速器第一軸 9撥叉 10拉桿 11取力器殼體 12惰性齒輪13

37、小齒輪圖2.4變速器上蓋取力器 5）變速器后端蓋取力1發(fā)動機 2離合器 3變速箱 4取力器 5汽車傳動軸圖2.5變速器后蓋取力示意圖 如圖2.5為一種變速器后端蓋取力傳動示意圖。動力有中間軸直接取出，并在中軸的后端蓋處輸出。 6）變速器側蓋取力 圖2.6變速器側蓋取力器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-彈性柱銷聯軸節(jié)；20-液壓泵；22-連接套筒 根據所選二類底盤的特點，本次設計采用發(fā)動機前端取力

38、的方式。 2.1.4整車性能分析 自卸車的整車性能分析也很重要,下面是對自卸車的各項性能進行了逐一分析,確保自卸車在使用過程中安全可靠。一汽車動力性能分析1.基本參數確定發(fā)動機的輸出轉矩和輸出功率隨著發(fā)動機的轉速變化的二條重要特性曲線，為非線形曲線。工程實踐表明，可用二次三相式來描述汽車發(fā)動機的的外特性，即 （2.1）式中 發(fā)動機輸出轉矩(Nm); 發(fā)動機輸出轉速(r/min); a、b、c待定系數，由具體的外特性曲線決定。根據外特性數值建立外特性方程式如果已知發(fā)動機的外特性，則可利用拉格朗日三點插值法求出公式中的三個待定系數的a、b、c。在外特性曲線上取三點，即、及、，依拉氏插值三項式有 (

39、2.2)將上式展開，按冪次高低合并，即可得三個三個待定系數為： （2.3） (2.4) （2.5）因為不知道外特性曲線圖，故按經驗公式擬合外特性方程式。如果沒有所要發(fā)動機的外特性，但從發(fā)動機銘牌上知道該發(fā)動機的最大輸出功率及相應轉速和該發(fā)動機的最大轉矩及相應轉速時，可用下列經驗公式來描述發(fā)動機的外特性： （2.6）式中 發(fā)動機最大輸出轉矩（Nm）,取283Nm； 發(fā)動機最大輸出轉矩時的轉速（r/min），2667r/min； 發(fā)動機最大輸出功率時的轉速（r/min）,4000r/min； 發(fā)動機最大輸出功率時的轉矩（Nm）。 =9550994000=236.36Nm由上述公式可得： 所以a=-

40、2.6210-5 ；b=0.14；c=96.3. 2.汽車的行駛方程式自卸車在直線行駛時，驅動力和行駛阻力之間的關系式如下： （2.7）式中: 驅動力； 滾動阻力；空氣阻力；坡度阻力； 加速阻力。1）驅動力的計算自卸車在地面行駛時受到發(fā)動機限制所能產生的驅動力與發(fā)動機輸出轉矩的關系為： （2.8）式中 變速器某一擋的傳動比，分別為4.65,3.42,2.51,1.85,1.36： 主減速器傳動比，6.28； 傳動系統(tǒng)某一擋的機械效率，0.87； 驅動輪的動力半徑,0.469m； 發(fā)動機外特性修正系數，按GB標準試驗中=0.85。2）滾動阻力的計算自卸車的滾動阻力的計算公式為： （2.9）式中

41、汽車的總質量，9750kg； 道路坡度角,16.7。； 滾動阻力系數，0.02。滾動阻力系數取決于輪胎的結構形式及氣壓、車輛的行駛速度、路面條件等因素。當車速在km/h以下時，可取常數；當車速超過km/h時，可用經驗公式來求得7。（式中、分別為常數項、比例系數、道路清障車行駛的速度）3）坡道阻力的計算汽車上坡行駛時，整車重力沿坡道的分力為坡道阻力，其計算公式為： （2.10）4)空氣阻力的計算汽車的空氣阻力與車速的平方成反比，即： （2.11）式中 空氣阻力系數，0.85；迎風面積（m2），4.7m2。5)加速阻力的計算加速阻力是汽車加速行駛時所需克服的慣性阻力計算公式為： （2.12）式中

42、汽車加速度（m/s2）； 汽車整備質量（kg）； 傳統(tǒng)系統(tǒng)回轉質量換算系數，0.030.05。的計算公式為： （2.13）式中 車輪的轉動慣量（kgm2）；發(fā)動機飛輪的轉動慣量（kgm2）； 車輪的滾動半徑（m）。進行動力性計算時，若、的值不確定，則可按下述經驗公式估算值： （2.14）式中 。低擋時取上限，高檔時取下限。將式（2.8）、（2.9）、（2.10）、（2.11）、（2.12）綜合，得： （2.15）又因為 （2.16）將式（2.16）代入（2.15）中得： （2.17）式中： 3 .汽車最高車速的確定 當汽車以直接擋行使時有公式： =1.9398 =87.005 = 1284.2

43、8 =95550 =1031.52 表2.2汽車參數 名稱符號 數值與單位 發(fā)動機最大功率 99kw發(fā)動機最大功率時的轉速 4000r/min發(fā)動機最大轉矩 283Nm發(fā)動機最大轉矩時的轉速2667 r/min 車輪動力半徑 0.483 m車輪滾動半徑 r 0.469 m 主減速比 6.278 汽車迎風面積 4.7m2 汽車滿載總質量 9750kg表2.3各檔位時的系數A、B、C1、C2和D的計算結果檔位1-66.4481021.254391.09-955501244.212-43.144725.683229.57-955501211.203-20.621544.372370.24-95550

44、1154.614-8.978206.271746.99-955501098.475-1.939887.0051284.28-955501031.52二 燃油經濟性計算 專用汽車的燃油經濟性通常用車輛在水平的混凝土或瀝青路面上，以經濟車速v滿載行駛的百公里油耗量來評價，百公里油耗，單位L/100km。可以根據發(fā)動機萬有特性來計算。根據和的計算值，在萬有特性圖上查出有效燃油消耗率（g/kWh），再利用下式計算百公里燃油消耗量（kg/100km）： (L/100km) (2.18) 式中：燃油的密度，（kg/L）。汽油可取=6.96N/L7.15N/L；柴油可取=7.94N/L8.13N/L8。 自

45、卸車的最高車速為85km/h,則 =4104.54r/min在經濟車速下發(fā)動機功率為: =99.65KW由（2.18）式得：=18.56L/100km三 .整車穩(wěn)定性分析行駛穩(wěn)定是保證自卸車安全的一項重要性能指標。因此，設計時要對自卸車空載質心高度、空載側傾角和最小轉彎直徑進行了計算，保證行駛的安全性9。 計算時可根據已有的資料，或利用試驗結果，也可用計算方法來確定專用車各總成的質量及其質心位置坐標，然后按照力矩平衡方程式，求出整車的質心位置。 針對東風尖頭140自卸車已有的資料，又因輪距為3950mm ，可得 重心離地高度為m。 自卸車空載的側傾角是評價整車穩(wěn)定性的重要參數。如圖2.7所示。

46、自卸車空載側傾角的計算公式為 （2.19） B車輪外側傾翻點寬度 ，為2460mm; h自卸車質心高度，為1893mm；則 38。根據規(guī)定，自卸車空載側傾角應大于等于，故設計滿足側向穩(wěn)定性條件。圖2.7自卸車側傾角在計算本設計的自卸車的最小轉彎直徑時，取自卸車的轉彎極限位置計算。如圖2.8所示圖例，由此自卸車的最小轉彎半徑:R=4.2 （2.20）故計算最小轉彎直徑:D=8.4m由與所選底盤的最小轉彎直徑為16m，圖2.8的極限位置打不到，所以汽車的轉彎直徑為16m。圖2.8最小轉彎半徑 2.2本章小結.本章分別從整車動力性、燃油經濟性、最大托舉重量的穩(wěn)定性等幾個方面，對改裝后的自卸車進行了合

47、理性的性能計算分析。從計算分析的結果可以看出，該設計方案滿足各方面的性能要求。 第3章 液壓舉升機構的設計3.1 液壓舉升機構時應滿足的性能 對于液壓舉升機構考慮到工作環(huán)境、工作性質及工作內容等的要求，在設計過程中應滿足以下功能： 1、較強的免維護性2、良好的動力性舉升機構作為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常處于超載狀態(tài)，這就要求舉升機構要具有一定的過載系數。 3、平穩(wěn)性要求舉升機構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，降低沖擊力對機構各部件的損傷概率，保證機構的使用壽命。 4、卸料性自卸車

48、顧名思義就是省卻了人力卸料之苦，通過特定的機構使用液壓力自動卸料。因此，自卸車舉升機構應達到的卸料目標是：在較短的時間內使貨箱舉升一定的角度，即舉升機構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）；貨箱被舉升機構舉升到最大轉角時，貨物應順利地傾卸完畢（即最大舉升角達到貨物的安息角）。 5、緊湊性自卸車多數是大噸位的工程運輸車輛，其裝載工具多為大型裝載機械。為了裝載方便，自卸車的貨箱布置位置一般較低，同時又要考慮到自卸車的工作環(huán)境，應使其具有較好的通過性（即離地間隙受限），因此，自卸車的舉升機構布置空間就受到很大的限制，這就要求機構具有較好的緊湊性，占用較少的空間。 6、協調性液壓

49、舉升機構實際上是一種演化的四連桿機構，在外力作用下，各部件能沿自己的鉸支點按設計者的意圖順利轉動，不得出現傳動角小于許用傳動角的情況，更不能有死點位置的存在。目前大多數企業(yè)一直沿用傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”進行設計，這種方法存在效率低、工作量大以及設計方案難以達到最優(yōu)的缺點，設計方案難以同時兼顧以上各性能要求。這與當今高科技環(huán)境下的相關領域相比，缺少科學性，人的主觀經驗決定了車輛的性能。由此帶來的問題是，車輛性能低下，難以適應市場的需求。同時由于設計手段的落后，設計周期長，產品投放市場遲緩，不能適應市場多變的要求。因此借助計算機技術，運用最優(yōu)化方法，改善液壓舉升機構的設計手段和方法，快速、高效、

50、保值、保量完成液壓舉升機構的設計，適應市場競爭的需求，意義重大，有著重大的社會價值和經濟價值。3.2 舉升系統(tǒng)性能主要評價參數 自卸汽車的舉升機構由液壓缸驅動，其性能的好壞，表現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。液壓舉升機構的性能評價參數有如下幾方面：1、舉升力系數K舉升力系數是評價液壓舉升機構舉升性能的參數，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 舉升質量 （Kg）； g一 重力加速度 （m/）。對于具體形式的舉升機構，舉升力系數K與汽車總布置參數和機構的性能特征有關，K值只能比較同類型舉升機構的工

51、作效率。對于相同的舉升質量，舉升力系數越小，則液壓舉升力越小，油缸的油壓也越小，這樣舉升機構耗能也較少。2、舉升油缸最大行程是指貨箱達到最大舉升角時，舉升油缸的最大伸長量。它既是舉升油缸的結構參數，又是舉升機構的性能參數。舉升油缸最大行程較小，可減少舉升油缸的級數，降低制造成本，同時舉升機構的布置也較方便。3、舉升高度是指舉升機構所占用的空間高度。對于重型礦用自卸汽車的后置雙缸舉升機構，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構能使貨箱傾翻的最大角度。它是決定能否把貨箱內貨物傾卸干凈的參數。一般的松散物在水平面上

52、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3040度。松散物安息角和滑動角是評價松散物流動特性的一個重要指標。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。設計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的貨物傾斜干凈。表3.1常運貨物的安息角物料名稱煤焦炭鐵礦石銅礦細沙粗沙石灰石安息角（度）2745504050354530355040455、油壓特性曲線舉升過程中，油缸工作壓力是舉升角的函數。理想的油壓特性曲線應是油壓波動很小，但對于重型礦用自卸汽