杠桿式高位自卸車

1、機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書高位自卸汽車專 業(yè)：姓 名：學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師： 2012年12月目錄第一 摘要1第二 背景資料2第三 機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書3一、設(shè)計(jì)題目簡介3二、  設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求3三、  設(shè)計(jì)任務(wù)4四、設(shè)計(jì)提示5第四 設(shè)計(jì)方案51.杠桿式舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體平面圖52、有關(guān)機(jī)構(gòu)的計(jì)算62、廂門打開機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)7第五 UG建模和運(yùn)動(dòng)仿真81.模型的建立與組裝82、輸出機(jī)構(gòu)的分析結(jié)果10第六 設(shè)計(jì)總結(jié)13第七 設(shè)計(jì)心得體會(huì)13參考資料14機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)第一 摘要目前國內(nèi)生產(chǎn)的自卸汽車其卸貨方式為散裝貨物沿汽車大梁或者側(cè)向卸下，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

2、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。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。高位自卸汽車的設(shè)計(jì)要求是具有一般自卸汽車的功能。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。為方便卸貨，要求車廂在舉升過程中逐步后移。車廂處于最大升程位置時(shí)，車廂后移量為a。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量amax不得超過1.2a。在舉升過程中可在任意高度停留卸貨。在車廂傾斜卸貨時(shí)，后廂門隨之聯(lián)動(dòng)打開；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。舉升

3、和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝空間不超過車廂底部與大梁間的空間，后廂門打開機(jī)構(gòu)的安裝面不超過車廂側(cè)面。結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。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，在舉升過程中通過關(guān)閉或打開液壓缸的進(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)的目的來看，機(jī)構(gòu)上的點(diǎn)沒有要求具體的運(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)主要是通過四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。就機(jī)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)的過程中除了機(jī)構(gòu)分析還要考慮到結(jié)構(gòu)的受力和結(jié)構(gòu)

4、的穩(wěn)定即使用過程中維護(hù)的方便。關(guān)鍵詞：高位舉升翻轉(zhuǎn)自卸第二 背景資料自卸汽車（dump truck）車廂配有自動(dòng)傾卸裝置的汽車。俗稱為翻斗車、工程車，由汽車底盤、液壓舉升機(jī)構(gòu)和貨廂組成。在土木工程中，常同挖掘機(jī)、裝載機(jī)、帶式輸送機(jī)等聯(lián)合作業(yè)，構(gòu)成裝、運(yùn)、卸生產(chǎn)線，進(jìn)行土方、砂石、松散物料的裝卸運(yùn)輸。由于裝載車廂能自動(dòng)傾翻一定角度卸料，大大節(jié)省卸料時(shí)間和勞動(dòng)力，縮短運(yùn)輸周期，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)輸成本，并標(biāo)明裝載容積。是常用的運(yùn)輸機(jī)械。 圖片1 自卸汽車圖2 一般自卸汽車的結(jié)構(gòu)原理簡圖發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤及駕駛室的構(gòu)造和一般載重汽車相同。車廂可以后向傾翻或側(cè)向傾翻，通果操縱系統(tǒng)控制活塞桿運(yùn)動(dòng)，以后向傾翻

5、較普遍，推動(dòng)活塞桿使車廂傾翻。少數(shù)雙向傾翻。高壓油經(jīng)分配閥、油管進(jìn)入舉升液壓缸，車廂前端有駕駛室安全防護(hù)板。發(fā)動(dòng)機(jī)通過變速器、裝置驅(qū)動(dòng)液壓泵，車廂液壓傾翻機(jī)構(gòu)由油箱、液壓泵、分配閥、舉升液壓缸、控制閥和油管等組成。車廂液壓傾翻機(jī)構(gòu)由油箱、液壓泵、分配閥、舉升液壓缸、控制閥和油管等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)通過變速器、取力裝置驅(qū)動(dòng)液壓泵，高壓油經(jīng)分配閥、油管進(jìn)入舉升液壓缸，推動(dòng)活塞桿使車廂傾翻。以后向傾翻較普遍，通過操縱系統(tǒng)控制活塞桿運(yùn)動(dòng)，可使車廂停止在任何需要的傾斜位置上。車廂利用自身重力和液壓控制復(fù)位第三 機(jī)械原理設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 彭杰 班級(jí) 鐵車二班 學(xué)號(hào) 20107297設(shè)計(jì)題目： 高位自卸汽車 一

6、、設(shè)計(jì)題目簡介目前國內(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見表。3.為方便卸貨，要求車廂在舉升過程中逐步后移。車廂處于最大升程位置時(shí)，其后移量a見表。為保證車廂的穩(wěn)定性，其最大后移量amax不得超過1.2a。4.在舉升過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

7、聯(lián)動(dòng)打開；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)的安裝空間不超過車廂底部與大梁間的空間，后廂門打開機(jī)構(gòu)的安裝面不超過車廂側(cè)面。7.結(jié)構(gòu)盡量緊湊、簡單、可靠，具有良好的動(dòng)力傳遞性能。方案號(hào)車廂尺寸（L×W×H）SmaxaWLtHdC3900×1800×63019003204500280470 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)和后廂門打開機(jī)構(gòu)。2. 至少提出兩種運(yùn)動(dòng)方案，然后進(jìn)行方案分析評(píng)比，選出一種運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；3. 畫出最優(yōu)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡圖和

8、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)和后廂門打開機(jī)構(gòu)，進(jìn)行尺度綜合及運(yùn)動(dòng)分析，用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。5. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，其中應(yīng)包括設(shè)計(jì)思路、計(jì)算及運(yùn)動(dòng)模型建立過程以及效果分析等。 6. 在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。四、設(shè)計(jì)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合。所以齒輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)都不太合適用在此

9、場合。連桿機(jī)構(gòu)比較適合在這里的應(yīng)用。第四 設(shè)計(jì)方案首先高位自卸車相對(duì)于我的傳統(tǒng)自卸車不同點(diǎn)就是在這個(gè)高位一詞，我們就要想辦法將我們的車廂弄到高位，因此我們要最重要的一個(gè)步驟就是要設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)，先將我們的車廂水平的舉高，然后利用我們的傳統(tǒng)自卸車的舉稱機(jī)構(gòu)進(jìn)行翻卸貨物。我設(shè)計(jì)的高位自卸車整體平面圖如下圖示： 1.杠桿式舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體平面圖 圖3 總設(shè)計(jì)平面圖1.推力油缸 2.固定架 3、7、8.銷軸 4.車廂 5.傾卸油缸 6.車廂底架9.伸縮式套筒油缸 10.舉升臂 11.底座 12.汽車大梁、高位自卸汽車的改裝部分包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、氣控操縱系統(tǒng)、底座n、固定架2、舉升臂10、車廂4、車廂底架6

10、、傾卸油缸5、推力油缸1和伸縮式套筒油缸9等主要總成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、取力器和油泵系統(tǒng)等。氣控操縱系統(tǒng)安裝在駕駛室內(nèi)。底座固定連接在汽車大梁上，固定架與底座連成一體，固定架、舉升臂、車廂底架、車廂等總成之間分別以銷軸連接。傾卸油缸為單級(jí)連桿搖臂放大式，舉升車廂底架的套筒油缸為兩級(jí)伸縮式。2、有關(guān)機(jī)構(gòu)的計(jì)算1。車廂后移量的設(shè)計(jì)計(jì)算從圖5中可以看出，當(dāng)舉升臂從原始位置繞銷軸3升高時(shí)，銷軸7的水平位置逐漸后移，車廂亦隨之后移。在整體設(shè)計(jì)方案及有關(guān)參數(shù)選定以后，初步確定了各液壓缸的安裝位置，以及舉升臂和支架等部件的具體尺寸。圖7為車廂上升運(yùn)動(dòng)軌跡圖。圖中的O點(diǎn)和AO點(diǎn)分別為圖5中的銷軸3和7步選定

11、的有關(guān)參數(shù)如下 A.B= AB = A'B'=2200mm A.C.= AC =A'C'=1732mm OM。=OM =OM'=1260mm B'C'=1626.1 mm A.M.=2300mm H=1900mm 圖4 車廂運(yùn)動(dòng)平面圖從圖7可得車廂上升高度h與舉升臂轉(zhuǎn)角ß之間的關(guān)系式: h=OM1-cos+AMsin)當(dāng)車廂上升到最大高度H時(shí)，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得 max='=42.84°從圖7可以看出，當(dāng)車廂上升到A.點(diǎn)與O點(diǎn)等高(即OA.處于水平位置)時(shí)，車廂向后位移量為最大。最大后移量max 計(jì)算如下:

12、 OA''=OA.=A.M.2+OM.2代入數(shù)據(jù)得 OA''=2622.5mmmax=OA''-A.M.=2622.5-2300=322.5我們題目的要求是1.2a=384>322.5所以滿足題目要求。在圖4的A'OA.中，有A'OA.='=max ,有余弦定理可得：A.A'2=OA.2+OA'2-2×OA.×OA'×cosmax將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得A.A'=1915.483mm 。在A.A'K'中，車廂向后位移量：=A'K'

13、;=A.A'-H2=243.053mm以上計(jì)算結(jié)果可以看出，車廂向后的位移量是符合設(shè)計(jì)要求的。2、廂門打開機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖5 控制開合式廂門打開機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)通過控制桿控制廂門上面的鉸實(shí)現(xiàn)廂門的開合。把控制桿和車廂翻轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)恰當(dāng)聯(lián)系在一起時(shí)，可以精確的實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和廂門打開的聯(lián)動(dòng)控制。但是這個(gè)機(jī)構(gòu)的安裝困難，這種結(jié)構(gòu)者類似結(jié)構(gòu)安裝在車廂側(cè)面比較合適，設(shè)計(jì)題目中沒有給車廂側(cè)面的空間，如果安裝在車廂底部，控制桿會(huì)影響卸貨。第五 UG建模和運(yùn)動(dòng)仿真 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后，僅是確定了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。想要實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的功能，清楚的表達(dá)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，還需要把機(jī)構(gòu)簡圖轉(zhuǎn)化為三位模型視圖，然后通過三維模型的分析

14、，清晰的表達(dá)出機(jī)器形狀和用途。1.模型的建立與組裝車廂的建模主要是應(yīng)用了拉伸等特征，建立其符合尺寸要求的車廂模型。建模的時(shí)候主要是要判斷鉸接點(diǎn)的位置根據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定鉸接點(diǎn)的合理位置，如圖6。 圖6、車廂車廂和底盤之間存在中間連接層，這個(gè)連接層的作用是讓翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在舉升機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上起作用。這樣可以舉升機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在相互平行的平面空間內(nèi)工作，舉升機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)單獨(dú)作用，互不干涉。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相對(duì)中間連接層翻轉(zhuǎn)，中間連接層相對(duì)于地面舉升，對(duì)車廂的作用綜合起來，車廂實(shí)現(xiàn)的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)就是舉升到一定高度翻轉(zhuǎn)卸貨。 圖7、中間連接層桿件機(jī)構(gòu)和鉸建模都相對(duì)簡單。在實(shí)現(xiàn)高位自卸汽車工作的裝置中主要是這些桿件

15、鉸接點(diǎn)位置和鉸接點(diǎn)間相對(duì)長度在對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)起到?jīng)Q定作用。建模張宏主要是確定桿件機(jī)構(gòu)的鉸接點(diǎn)和鉸接點(diǎn)之間的長度位置關(guān)系，嚴(yán)格按照尺寸計(jì)算的結(jié)果建立模型，以保證準(zhǔn)確的模擬出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。部分桿件如圖8. 、 圖8、部分桿件把各種零件按運(yùn)動(dòng)要求，選擇銷釘和滑動(dòng)桿連接組裝在一起，可以得到總體裝配圖。 圖9、整體車體三維圖2、輸出機(jī)構(gòu)的分析結(jié)果在運(yùn)動(dòng)仿真中定義了油缸的運(yùn)動(dòng)速度，根據(jù)油缸的運(yùn)動(dòng)速度可以通過軟件分析得到目標(biāo)點(diǎn)的位移、速度、和加速度線圖。通過運(yùn)動(dòng)分析，判斷機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否良好，為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參照和數(shù)據(jù)支持。在定義電機(jī)進(jìn)行分析之后，利用分析結(jié)果可以得到運(yùn)動(dòng)的圖形。先是車廂

16、舉升過程中油缸的速度曲線，油缸的速度是相對(duì)于油缸本身。還有車廂翻轉(zhuǎn)鉸點(diǎn)附近的點(diǎn)的相對(duì)于車底盤的位置、速度、加速度曲線。Adams 2.adams角度，角速度，角加速度變化圖10 車廂舉升過程車廂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析如圖所示，該圖為在舉升過程中，車廂的角度變化，角加速度，角速度變化。 圖11、車廂舉升過程中舉升桿的運(yùn)動(dòng)分析在圖中我們可以看出舉升桿在上升過程中，舉升桿的角度，角速度，角加速度的變化。圖12 舉升過程中中間連接裝置的運(yùn)動(dòng)分析 如圖所示，可以看出在舉升過程中，中間裝置的角度，角速度，角加速度的變化。第六 設(shè)計(jì)總結(jié)在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，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

17、軟件的應(yīng)用。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇中，我設(shè)想了很多的機(jī)構(gòu)，通過對(duì)比他們的主要優(yōu)缺點(diǎn)我采用了最佳的機(jī)構(gòu)進(jìn)行桿長的計(jì)算和設(shè)計(jì)。然后開始對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析。但是我在做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，感到了自己知識(shí)的不足。在設(shè)計(jì)的過程中我覺得自己的設(shè)計(jì)不完善，計(jì)算不夠，沒有進(jìn)行力學(xué)分析。這個(gè)是最大的缺點(diǎn)。只進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，去沒有進(jìn)行力學(xué)分析，這樣雖然說明了給機(jī)構(gòu)施加一定的荷載是可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的，但是沒有進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，卻不知道需要多大的力才可以推動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，更沒有分析進(jìn)一步分析材料的性質(zhì)和選定材料的截面尺寸和截面形狀的設(shè)計(jì)是否符合受力要求。第七 設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過這次設(shè)計(jì)初步了解了機(jī)械原理理論設(shè)計(jì)的一

18、般過程和方法，加深了對(duì)機(jī)械原理這門課程的理解，同時(shí)也知道了原來學(xué)習(xí)機(jī)械工程材料、結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程的應(yīng)用。在做機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中首先要滿足的條件是需要設(shè)計(jì)出符合運(yùn)動(dòng)要求的機(jī)構(gòu)簡圖，計(jì)算出機(jī)構(gòu)的尺寸，依據(jù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，這些內(nèi)容也是這次做設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。得到機(jī)構(gòu)簡圖以后需要對(duì)機(jī)械構(gòu)件進(jìn)行尺寸綜合，算出在符合承載要求的情況下需要的構(gòu)件尺寸。在設(shè)計(jì)構(gòu)件尺寸的過程中，不僅僅要考慮材料力學(xué)的知識(shí)，也要了解材料的特點(diǎn)。知道根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料。在計(jì)算設(shè)立和承載的時(shí)候進(jìn)行動(dòng)力分析，結(jié)構(gòu)是否符合動(dòng)力設(shè)計(jì)的要求，運(yùn)動(dòng)過程中的沖擊。在運(yùn)動(dòng)分析之后得到真實(shí)的機(jī)構(gòu)和個(gè)零件的實(shí)際尺寸，然后組裝成實(shí)物。如果不符合設(shè)計(jì)要求，發(fā)生干涉和剛性沖擊等，可以根據(jù)實(shí)際條件，改進(jìn)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)之后，通過機(jī)械原理的應(yīng)用。我知道了自