NTQ3040B轻型农用自卸车车厢和举升机构设计

黑龙江 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院本科生毕业设计 目 录 摘要 Abstract Ⅱ 第1章 绪论 3 1.1 课题的提出 3 1.2 专用汽车设计特点 5 1.3课题的实际意义 6 1.4 国内外自卸汽车的发展概况 7 10第2章 轻型自卸车主要性能参数的选择 102.1整车尺寸参数的确定 102.2质量参数的确定 122.3其它性能参数 122.4本章小结 13第3章 自卸车车厢的结构与设计 133.1 自卸汽车车厢的结构形式 133.1.1车厢的结构形式 143.1.2车厢选材 143.2车厢的设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 及尺寸确定 153.2.1车厢尺寸设计 163.2.2车厢内框尺寸及车厢质量 3.3车厢板的锁启机构 17 3.4 本章小结 17 第4章 自卸举升机构的设计 18 4.1自卸举升机构的选择 18 4.1.1举升机构的类型 18 4.1.2自卸汽车倾卸机构性能比较 21 4.2举升机构运动与受力分析及参数选择 23 234.2.1机构运动分析 244.2.2举升机构受力分析与参数选择 4.3本章小结 26 第5章 液压系统设计 27 5.1液压系统工作原理与结构特点 27 5.1.1工作原理 27 5.1.2液压系统结构布置 28 5.1.3 液压分配阀 28 5.2油缸选型与计算 29 5.3油箱容积与油管内径计算 30 5.4取力器的设计 31 325.5本章小结 33第6章 副车架的设计 336.1副车架的截面形状及尺寸 336.2副车架前段形状及位置 336.2.1 副车架的前端形状及安装位置 356.2.2 纵梁与横梁的连接设计 6.2.3 副车架与主车架的连接设计 36 6.3副车架主要尺寸参数设计计算 37 6.3.1副车架主要尺寸设计 37 6.3.2副车架的强度刚度弯曲适应性校核 37 6.4本章小结 44 结论 45 参考文献 46 致谢 47 第1章 绪 论 1.1 课题的提出 专用自卸车是装有液压举升机构，能将车厢卸下或使车厢倾斜一定角度，货物依靠自重能自行卸下或者水平推挤卸料的专用汽车。自卸汽车主要运输砂、石、土、垃圾、建材、煤炭、矿石、粮食、化肥和农产品等散装货物①。它具有以下多种分类方式。 1、按用途分类：公路运输的普通自卸车；非公路运输的重型自卸车，主要用于矿区装卸作业与大中型土建工程。 2、按装载质量级别分类：轻型自卸车（一般小于3.5吨）；中型自卸车（4吨-8吨）；重型自卸车（大于8吨）。 3、按传动类型分类：机械传动、液力机械传动和电动三种类型。 4、按卸货方式分类：有后倾式、三面倾卸式、底卸式，以及货厢升高后倾式等多种形式。其中以后倾式应用最广。 5、按倾卸机构分类：直推式与杠杆举升式自卸车。直推式又可细分为单缸式、双缸式、多级式等。杠杆式又可细分为杠杆前置式、杠杆后置式、杠杆中置式等。 6、按车厢结构分类：一面开启式、三面开启式与无后栏板式。 轻型农用自卸车是随着我国农村经济的不断发展，上世纪80年代末发展起来的自卸运输车辆，其装载重量在1t-4t之间。国家和地方均出台专门的法规对农用车尺寸、排放、车速等各方面性能进行规范，从而促进了轻型农用自卸车的健康发展。自2001年11月10日起，中国正式成为WTO成员国，国内市场逐渐开放。同时，我国亦确立了以扩大内需为主的经济政策，实施西部大开发战略，加大对基建项目的投资力度，农林牧渔、采矿、水利、军工、环保、商业运输、交通、通讯、金融、机场、电力、城市建设和石油开采等行业均快速发展，使各种类型的专用车需求量大增。在广大城乡的沙场、矿山、工地及般的十木工程等的运输作业中轻型农用自卸车以其灵活机动、价格低廉的优点得到了广泛的应用。 倾卸装置是自卸汽车的主要结构部分。其主要组成如下： 普通自卸汽车机构组成图如下图1.1所示： 1-液压倾卸操纵装置；2-倾卸机构；3-液压油缸；4-拉杆；5-车厢； 6-后铰链支座；7-安全撑杆；8-油箱；9-油泵10-传动轴；11-取力器 图1.1 普通自卸汽车结构组成 在轻型农用自卸车的设计当中，液压举升机构和车厢的设计一直处于重要的地位。这是因为液压举升机构是轻型农用自卸车的重要工作系统，其设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的优劣直接影响着汽车的多个主要性能指标;对提高液压举升机构的设计质量和效率具有重要的意义。 1.2 专用汽车设计特点 专用汽车与普通汽车的区别主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。因此在设计上，除了要满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用功能的要求，这就形成了其自身特点，概括如下： 1、专用汽车设计多选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计 这首先就需要了解国内外汽车产品，特别是货车产品的生产情况、底盘规格、供货渠道、销售价格及相关资料等。然后根据所设计的专用汽车的功能和性能指标要求，在功率匹配、动力输出、传动方式、外形尺寸、轴载质量、购置成本等方面进行分析比较，优选出一种基本型汽车底盘作为专用汽车改装设计的底盘。能否选到一种好的汽车底盘，是能否设计出一种好的专用汽车的前提。 对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的专用汽车，也应尽量选用定型的汽车总成和部件进行设计，以缩短产品的开发周期和提高产品的可靠性。 2、专用汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配 设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响。在必要时，可适当降低汽车底盘的某些性能指标，以满足实现某些专用工作装置性能的要求。 3、针对专用汽车品种多、批量少的生产持点 专用汽车设计应考虑产品的系列化，以便根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型 图1—1为菜厂牵引车、半挂车和全挂车系列型谱。对专用汽车零部件的设计，应按“三化”的要求进行，最大限度地选用标难件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。 4、对专用汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。 5、对专用汽车工作装置中的某些核心部件和总成 如各种水泵、油泵、气泵、空压机及各种阀等，要从专业生产厂家中优选 因专用汽车专项作业性能的好坏，主要决定干这些部件的性能和可靠性。 6、在普通汽车底盘上改装的专用汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。 7、专用汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求 对于某些特殊车辆，如重型半挂车、油田修井车、机场宽体客车等，应作为特定作业环境的特种车辆来处理。 8、某些专用汽车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件复杂，要了解和掌握国家及行业相应的规范和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，使专用汽车有良好的适应性，工作可靠，是要设安全性装置。 综上所述，专用汽车的设计有其自身的特点和要求，既要满足汽车设计的一般要求。同时又要获得好的专用性能。这就要求汽车和专用工作装置合理匹配，构成一个协调的整体，使汽车的基本性能和专用功能都得到充分发挥[2]。 由于专用汽车种类繁多、结构复杂、使用面广、开发期短等待点，所以专用汽车设计人员。 既要具备汽车设计的知识相能力．向时也要掌握专用汽车各种不同工作装置的原理与设计计算。此外专用汽车设计人员还需要对用户的要求，市场动态有充分的了解，这样设计的产品才能在性能上先进，在市场上适销对路，在使用上满足用户的要求。 1.3课题的实际意义 对于液压举升机构考虑到工作环境、工作性质及工作内容等的要求，在设 计液压举升机构时应满足的性能有: 1、较强的免维护性 自卸车主要应用场所是沙场、矿山、工地等，这些场所沙尘肆虐，工作环境恶劣，自卸机构的维护条件较差，甚至有时根本谈不上什么维护。因此需要自卸机构在设计时就要考虑到铰支点和油缸的免维护性。 2、良好的动力性 举升机构作为轻型农用自卸车卸料时的动力来源，为保证卸料顺利完成，要求其必须具有良好的动力性能。轻型农用自卸车由于其特定的使用环境和用户群体决定了它经常处于超载状态，这就要求举升机构要具有一定的过载系数。 3、平稳性 要求举升机构在倾卸货物时具有较好的平稳性，不得有较大的动力冲击，降低冲击力对机构各部件的损伤概率，保证机构的使用寿命。 4、卸料性 轻型农用自卸车顾名思义就是省却了人力卸料之苦，通过特定的机构使用液压力自动卸料。因此，自卸车举升机构应达到的卸料目标是:a、在较短的时间内使货箱举升一定的角度，即举升机构将货箱举升到最大举升角所需的时间(对此国家规定了时间限值);b、货箱被举升机构举升到最大转角时，货物应顺利地倾卸完毕(即最大举升角达到货物的安息角)。 5、紧凑性 轻型农用自卸车多数是中小吨位的工程运输车辆，其装载工具多为小型装载机械。为了装载方便，轻型农用自卸车的货箱布置位置一般较低，同时又要考虑到轻型农用自卸车的工作环境，应使其具有较好的通过性(即离地间隙受限)，因此，自卸车的举升机构布置空间就受到很大的限制，这就要求机构具有较好的紧凑性，占用较少的空间。 6、协调性 液压举升机构实际上是一种演化的四连杆机构，在外力作用下，各部件能沿自己的铰支点按设计者的意图顺利转动，不得出现传动角小于许用传动角的情况，更不能有死点位置的存在。 1.4 国内外自卸汽车的发展概况 我国专用车市场“蛋糕”将越做越大。去年以来，我国专用车市场取得较好的经营业绩，全国395家改装车企业改装汽车23.06万辆，销售23.05万辆。客车改装量最大，共改装103492万辆，占总量的44.88％；载货汽车44870辆，占总量的19.46％；自卸汽车27125辆，占总量的11.76％；厢式、罐式等专用车销售40966辆，占总量的17.77％。今年1～8月份，各类专用车销售均有较大增幅，乐观估计今年全年专用车产销将达30万辆。 通过数字来看，去年一年销售专用车达23万辆，结合我国道路、经济等实际情况，应该说数量还是比较可观的。但是问题就在于395家改装企业才生产23万辆。可以看出，我国汽车改装企业和汽车制造一样，存在着规模小、技术落后、生产点过多等问题。 从改装车生产分布地区来看，也存在较大不均衡性。江苏、河北、安徽、河南等8个省去年产量之和约占总产量的75％，其他21个省仅占总产量的25％。地域的不均衡性也显示出专用车市场前景看好。 目前，我国改装车市场最大销售量约25万辆左右，改装量最大的除了客车外，主要有厢式车、罐式车、自卸车等主要车型。但是总体来看，这些专用车均存在技术附加值低、工艺较落后等问题。从品种来看，我国改装车品种较少，仅有400多个品种。那么，未来改装车市场到底是什么市场呢？肯定地说，应该向多品种、高、精、尖方向发展。 这种发展方向除了我国公路条件改善外，还和我国公路货物运输市场息息相关。目前，我国公路货运市场的主体依然是以个体户为主，公路货运甚至还谈不上物流管理，具有运输成本高、随意性大、服务没有保证等特点。随着我国加入世界贸易组织，这种格局将要逐步被打破。我国汽车工业保护期只有五年，但是公路货运市场却可以向外资开放。跨国物流公司正虎视眈眈盯着中国公路货运这块大市场。这场战斗谁是赢者，不言自明。集团化货运市场对卡车的个性化要求将越来越高，同时需求数量也将越来越大。可以毫不夸张地说，未来的卡车发展方向将是专用车。 美国等发达国家专用车市场十分巨大，专用车具有品种多、技术含金量高等特点。就专用车品种而言，美国就有5000多个品种，甚至很多专用车已经被E化，装有电脑、卫星导航等系统。确切地说，我国专用车市场最终是向多品种、高精尖的方向发展。尤其是随着我国公路运输主体的逐渐变化，将加快产品结构的变化和技术的升级。 我国自卸汽车生产始于上世纪60年代初，经过40多年的发展，尤其是在上世纪80年代以后通过技贸结合与合作生产方式，从国外引进若干先进的自卸汽车制造技术，并在此基础上形成以若干大型汽车制造厂为主体的机械传动式自卸汽车生产企业集团。公路用自卸汽车的装载质量从2～20t、矿用自卸汽车装载质量从20～154t以基本形成完整的自卸汽车系列，为我国自卸汽车的腾飞打下了坚实的基础。当然除普通自卸汽车以外，专用自卸汽车的生产也得到了一定的发展，尤其是新世纪以来，随着我国社会经济和交通环境的改善，各行业对专用汽车尤其是工程系列专用汽车的需求越来越大。专用汽车将跟更加注重行业化、专用化、系列化。 国外自卸汽车生产始于上世纪30年代，比我国早30多年在其后70多年的发展过程中，其结构不断改进，整车性能已有很大提高。为提高自卸汽车的科技含量，追求高附加值，各国更是不断采用先进技术，其主要表现以下几个方面：全面提高自卸汽车内在质量和使用性能；在制造加工方面，自卸汽车朝着底盘生产专业化、零部件生产专业化、工艺专业化和辅助生产专业化方向发展；广泛采用计算机辅助设计，以提高设计的质量和缩短设计研制的周期；在材料配置上，将更多地采用高强度铝合金、不锈钢、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽车以形成自己独特的结构与车型系列。 目前, 各大自卸汽车生产企业生产的自卸车尾钩锁紧机构多数为拉杆式尾钩锁紧机构、链条式尾钩锁紧机构、液压手动控制式尾钩锁紧机构等, 这些机构各有特点, 在运输自卸车中被广泛使用。国内使用的自卸车车箱大部分使用16Mn制造而成。其特点是钢板厚, 车箱沉重, 截面一般呈方形, 边板和底板有很多的加强筋。16Mn的屈服强度较低, 硬度较小, 且冲击性能较差。这些特性决定了不适合用于制造轻量化的车箱。在欧美, 很多车箱都使用HARDOX耐磨钢板材料, 与传统的方形车箱有着很大的区别, 其特点是横截面呈U形或半弧形, 而且车箱边板和底板几乎没有使用加强筋。HARDOX是瑞典钢铁集团生产的一种耐磨钢板, 具有较高的屈服强度, 是16Mn的三倍以上, 并且具有较高的硬度和冲击韧性。在设计装载量相同的情况下, 用HARDOX钢板制造的车箱与16Mn用制造的车箱相比, 板材厚度更薄, 且不需要加强筋。据国外的一些厂家反馈, 车箱使用HARDOX钢板后, 重量能减少, 甚至更多。 某些自卸车在产品开发、试验和用户的使用过程中均发现举升机构中三角臂早期断裂问题。实际构件在运动过程中承受一定动载荷的冲击,受力大小方向不规则,使用传统的方法很难对受力点的受力情况进行测量,直接利用现有的有限元软件ANSYS 也无法对其进行分析,很难确定在运动过程中极限应力区域;但是软件划分网格功能强大;而仿真分析软件ADAMS 虽然处理刚性物体运动精度较高,但对于复杂的柔性体的建模和计算都比较困难。为此一些专家利用有限元软件ANSYS 和动力学软件ADAMS 进行联合仿真分析,找出了三角臂早期断裂的原因,并提出改进方案。 第2章 轻型自卸车主要性能参数的选择 承担公路运输的普通自卸车通常是由同种货车变型设计而成。其总体设计程序与载货车相近。首先，进行一系列的市场调研和同类车型资料的收集分析，摸清产品主要技术经济指标，了解有关设计法规等。在此基础上拟定设计原则，协调使用、制造与经济三方矛盾，处理好产品技术先进性与工艺继承性、零部件通用化程度以及生产成本的辩证关系，然后进入具体技术设计阶段。 在技术设计阶段，首先进行自卸车结构选型，确定举升机构类型与货厢结构形式，然后选择自卸车总布置主要参数。 2.1整车尺寸参数的确定 表2.1 整车尺寸参数 外形尺寸（长宽高） 454018001980（mm） 轴距 2800mm 轮距（前/后） 1480/1470(mm) 前悬 970mm 后悬 770mm 接近角 25 离去角 36 最小离地间隙 185mm 2.2质量参数的确定 自卸车质量参数包括厂定最大装载质量、整备质量、厂定最大总质量、质量利用系数、容积利用系数，以及重心位置等[3]。 1、厂定最大装载质量 根据装载质量级别分类中，轻型自卸车小于3.5吨的规定，由于本设计中自卸车装载货物为农产品，因此这里取最大装载质量为1500kg。 2、整备质量 整备质量指的是装备齐全、加满油水的空车质量。它等于底盘的整备质量与汽车改装部分之和。改装部分质量包括取力器装置、液压系统、举升机构、副车架、货厢以及其它改装附件的质量。在总体设计时，常参考同类样车及总成，进行零部件称重或质量分析，初步估算出改装部分质量与整备质量。这里参考同类车型取整备质量为2100kg。 3、 厂定最大总质量 最大总质量是按规定装满货物、坐满司机乘坐人员的整备质量。可按下式计算： (2.1) 式中： ——自卸车整备质量，kg ——厂定最大装载质量，kg ——额定司机乘客人员质量，每人按65kg计。 kg 4、质量利用系数 是厂定最大装载质量与其整备质量之比 (2.2) 越大，则该车材料消耗少，材料利用率高。因此可反映自卸车设计制造水平。提高的主要措施在于设法减轻倾卸机构与货厢质量。一般3吨以下轻型自卸车之约为0.5-1.0。 5、容积利用系数 即单位容积装载质量。它取决于常运货物的种类。通常堆装部分的体积约占货厢体积的三分之一。确定的原则是既要充分利用汽车额定载重能力；又要避免在运输高比重货物时出现严重超载。对普通自卸车常取=1650kg/。 6、质心位置 质心位置对汽车附着性能和稳定性能等能产生重要影响，因此是一项重要指标。质心位置又分为空载质心与满载质心两种状况。设计时应力求使改装自卸车的质心位置尽量接近原车质心。质心计算公式如下： 质心水平位置 (2.3) 质心垂直位置 (2.4) 式中：——自卸车厂定最大总质量，kg； ——自卸车前、后轴轴载质量，kg； ——底盘质量，kg； ——改装部分各总成质量，kg； ——厂定最大装载质量，kg； 、——底盘质心坐标； 、——改装部分各总成质量质心坐标； 、——装载质量质心坐标。 2.3其它性能参数 货厢最大举升角是当货厢举升角是当货厢举升至设计极限位置时，货厢底部与车架平面之夹角。它取决于常运货物静安息角的大小。多数货物静安息角在40—45范围。故为保证卸货干净，一般自卸车最大举升角常取50—60。此外，尚应注意在最大举升角时，车厢后板下垂最低点与地面保持一定卸货高度。举升时间指满载时从开始举升至最大举升角所需时间。降落时间系指空载时货厢从最大举升角降至车架的时间。此两项参数太长将影响运输生产率；太短又势必增大液压系统负荷。故一般设计举升时间要求为15s-25s，降落时间要求为8s-15s。 2.4本章小结 本章主要对轻型农用自卸汽车的整车尺寸参数、质量参数以及其他性能参数进行了确定，综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。 第3章 自卸车车厢的结构与设计 3.1 自卸汽车车厢的结构形式 3.1.1车厢的结构形式 车厢是用于装载和倾卸货物。它一般是由前栏板、左右侧栏板，图3.1为典型的底板横剖面呈矩形的后倾式车厢结构。为避免装载时物料下落碰坏驾驶室顶孟，通常车厢前栏板加做向上前方延伸的防护挡板。车厢底板固定在车厢底架之上。车厢的侧栏板、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。 后倾式车厢广泛用于轻、中和重型自卸汽车。它的左右侧栏板固定，后栏板左右两端上部与侧栏板饺接，后栏板借此即可开启或关闭。 1-车厢总成；2-后栏板；3、4-铰链座；5-车厢铰支座； 6-侧栏板；7-防护挡板；8-底板 图3.1 车厢结构图 侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角，如图3.2所示。其栏板开启、关闭的铰接轴为上置式，开启时，栏板呈自由悬垂状，多用于有侧倾要求的中型自卸汽车。 矿用白卸汽车和重型自卸汽车的车厢多采用簸箕式，以方便装载，倾卸矿石、砂石等。有的簸箕式车厢采用双层底板结构，以增加底板的强度和刚度，并可减轻自重。簸箕式车厢如图3.3所示。 图3.2 侧顷式及三面倾卸式车厢 图3.3 簸箕式车厢 本文设计的自卸车是承担农村乡镇短途运输的普通自卸汽车，没有侧倾要求，故采用后倾式车厢。 3.1.2车厢选材 在全面分析车厢的工作条件、受力状态、工作环境和零件失效等各种因素的前提下，选用16Mn工程用钢材。 3.2车厢的设计规范及尺寸确定 3.2.1车厢尺寸设计 外廓尺寸应在厢式货车总体设计阶段予以确定。为了防止紧急制动时货厢与驾驶室之间留有150-250mm的间隙。为满足汽车的轴荷分配，车厢和货物的质心离后桥中心线的距离为：对于后轮为双胎的长头或短头车，该距离一般为轴距L的（2-10）；对于平头车，该距离一般为轴距的（12-22）；根据车厢质心到后桥中心线的距离以及驾驶室后壁的位置，可确定车厢长度，取车厢长度为2700mm；厢体宽度主要由底盘轮距1480mm、使用要求及法规限宽的因素决定,这里取车厢宽度为1800 mm；厢体高度由改装后的质心高度（影响汽车的行驶稳定性）决定，在满足装载容积及装卸方便的情况下，应尽量减小厢体高度，以降低质心，提高汽车行驶稳定性，这里取车厢高为400 mm。 将全金属焊接车厢设计成等刚度体车厢是自卸汽车设计的重点.但是很难既能保证高强度又能保证轻量化。 就整车而言，可以看成由车轮、前轴、后桥壳、悬架、车架、车厢及其橡胶缓冲块等不同刚度单元组合而成的弹性体，受力时，将按照各自的刚度产生各自的变形，其变形量与刚度成反比，吸收的能量与刚度成正比。 车厢刚度，无论是弯曲刚度还是扭转刚度，都会增加车架的相应刚度，两者的刚度是相辅相成、互相补偿的。当汽车前后左右车轮处于高差较大的路面，车架扭曲较大时，车厢应该有一定的扭转随动性。如果车厢的扭转刚度过大，当车架扭转到一定程度时，车厢前支承缓冲块相应的一侧压到极限位置，车厢纵梁的另一侧可能离开缓冲块，车厢前端的一大部分重量转移到一侧的车架纵梁上，纵梁可能超载损坏。如果车厢扭转刚度过小，能与车架扭转随动，当车架产生较大扭曲时，车厢可能因变形过大而早期损坏。 全金属焊接等刚度车厢设计的规范化的定量的设计计算方法并不是很完善，根据一些经验，可以知道一些设汁规范和经验数据： 车厢底板和侧梁断面应小些，布置应密集，这样易于形成等刚度。自卸汽车车架断面系数也应比同级吨位的货车车架大一倍。 对于两轴载质为10t的车厢，车架按1.5t整体重物从lm高处落人车厢的冲击负荷进行计算，车厢底板厚度应不小于10mm，其选材强度等级大于60kg级。3t自卸汽车的车厢底板厚度应不小于6mm，本文所设计的自卸车，其额定载荷为1.5t，故其车厢底板厚度取6mm。 车厢的内部形状应为簸箕形，底板前窄后宽，单边角度1°～1.5°，横端面下窄上宽，单边角度1°～1.5°。这样，当车厢倾卸时，货物不易在车厢内卡住，易于倾卸。 3.2.2车厢内框尺寸及车厢质量 自卸车的装载质量为1500kg，农用自卸车常运货物密度如表3.1： 表3.1 农用自卸车常运货物密度 土豆 玉米 小麦 甜菜 680kg/ 640kg/ 730kg/ 650kg/ 自卸车满载时，装载的质量为 M (3.1) 内框尺寸确定了车厢容积的大小。应从车辆用途、装载质量、货物密度以及包装方式、尺寸规格等方面考虑，以便提高运输效率。车厢容积按下式计算 V (3.2) 式中 V——车厢容积（）; ——厢内有效长度、宽度、高度（mm）。 普通矩形车厢标准配置板厚为：前板4 mm边板4 mm底板6mm后板5 mm。 由此得出， V 符合要求。 由此，确定出EQ3040B车厢的尺寸如表3.2： 表3.2 NTQ3040B车厢主要尺寸 长(mm) 宽(mm) 高(mm) 底板厚(mm) 2700 1800 400 6 侧板厚(mm) 底板倾斜角度(°) 侧板倾斜角度(°) 4 1 1 本车货箱尺寸为23601800400 货箱各板体积 V=40018009+400270042+180027006 =44280000 在全面分析车厢的工作条件、受力状态、工作环境和零件失效等各种因素的前提下，选用16Mn工程用钢材。 货箱材料锰钢密度7.81 货箱质量为m308.7kg. 取过载系数为90，则车厢及满载时的质量为150090+308.72000kg 3.2.3车厢地板高度 车厢地板高度直接影响货物装卸的方便性和汽车质心的高度。该高度过高，对行驶稳定性产生不利影响；过低，则轮胎与地板下平面容易发生运动干涉，这是不允许的。影响车厢地板高度的主要因素有：轮胎直径、道路条件、悬架动挠度以及车辆空载时车轮与地板下平面之间预留的空间等。设计时该预留空间一般取230左右。 3.3车厢板的锁启机构 自卸车汽车车厢板的锁启机构有手动和自动两种，现在大多采用自动锁启机构。当自卸汽车卸货时，车厢逐渐倾斜，当倾斜到一定程度，倾斜方向的车厢板便自动开启，使车厢内的货物卸出[4]。卸完货后，车厢逐渐下落，直至落到原始位置，锁启机构使自动将车厢板锁住。本设计采用自动开闭机构原理简图如下， 1-限位块，2-锁钩 图3.4 自动开闭机构 当车厢被举升时，限位块1随着车厢一起升高，这时锁钩2右端钩子一侧在重力作用下绕轴旋转与厢板脱离，这样后厢板打开。当车厢回落时，限位块压着锁钩的左侧，这样钩子就会勾住厢板，使后厢板闭合。 3.4 本章小结 本章主要对轻型农用自卸汽车的车厢的结构和尺寸以及材料的选择进行设计，同时对车厢后栏板的自动开闭机构进行设计，综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。 第4章 自卸举升机构的设计 4.1自卸举升机构的选择 4.1.1举升机构的类型 自卸车举升机构又称倾卸机构，包括货厢、副车架、车厢铰链、举升油缸及其杠杆系统。现代自卸车的举升机构均以液压能作为举升动力。其功能是承载物料，并在液压系统的驱动下完成倾卸动作。 自卸汽车对倾卸机构的设计要求如下： （1）利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与托架大梁间的空间； （2）结构要紧凑，可靠，具有很好的动力传递性能； （3）完成倾卸后，要能够复位[5]。 举升机构的主要类型有： 1、油缸直推式 油缸直推式倾卸机构的示意图如图4.1所示，这种机构结构简单紧凑、举升效率高、工艺简单、成本较低。采用单缸时，容易实现三面倾斜。另外，若油缸垂直下置时，油缸的推力可以作为，车厢的举升力，因而所需的油缸功率较小。但是采用单缸时机构横向强度差，而且油缸的推程较大；采用多节伸缩时密封性也稍差。 图4.1 直推式倾卸机构 2、俯冲式 俯冲式杆系倾卸结构简单，造价低，横向刚度好，举升转动圆滑平顺。但油缸必须增大容量[5]。如图4.2所示。 3、前推杠杆组合式 前推杠杆组合式倾卸机构示意图如图4.3所示，该机构横向刚度好，举升时转动平顺圆滑，在举升过程中，举升力小，构件受力改善。但油缸的行程过大，偏摆角大。 4、杠杆平衡式（油缸后推杠杆组合式） 油缸前推连杆组合式倾卸机构的示意图如图4.4所示，这种机构横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均匀。但是油缸在车厢翻转过程中摆动角度较大，且活塞行程稍大[6]。 5、油缸后推连杆组合式（加伍德举升臂式） 油缸后推连杆组合式倾卸机构的示意图如图4.5所示，该机构结构比较紧凑，横向刚度较好，油缸的推程小，举升时转动圆滑平顺。但举升力系数大，举升臂(三角架)较大[7]。 图4.5油缸后推连杆组合式倾卸机构 6、油缸浮动连杆式（强力型） 油缸浮动连杆倾卸机构示意图如图4.6所示，该机构结构紧凑，横向刚度较好,举升时转动圆滑平顺。油缸进出油管活动范围大，油管长，副车驾受力改善，举升力系数较小。但该机构结构比较大，油缸固定在节点上，从而使杆件刚度要求较高。而且油缸转动角度过大。 7、油缸前推连杆组合式（马勒里举升臂式） 油缸前推连杆组合式倾卸机构的示意图如图4.7所示，这种机构横向刚度较好，举升时转动圆滑平顺，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均匀。但是油缸在车厢翻转过程中摆动角度较大，且活塞行程稍大。 图4.6油缸浮动连杆式倾卸机构 4.1.2自卸汽车倾卸机构性能比较 倾卸机构是自卸汽车的重要装置，它直接关系到自卸车的结构与举升性能。国内外典型倾卸机构的结构型、性能特征，见表4.1。 目前，轻型、中型自卸车广泛采用直推式倾斜机构，三面倾卸式自卸车均采用直推式倾斜机构。该机构不仅具有结构紧凑、改装方便等优点，而且通过合理地选取各支撑点的位置、液压缸直径（特别是多级液压缸各节的直径）等参数，可以获得比较理想的油压特性（即液压缸推举过程中油压变化很小，且初始时的油压略低于最高油压）。而中、重型自卸车大多采用连杆式倾卸机构，其中中型自卸车一般采用油缸后推连杆式和油缸后推杠杆式，其他4种型式的倾卸机构多用在重型自卸车上。这主要是因为更容易达到省力的目的，更能使车厢在举升过程中获得较好的横向稳定性，并可获得更理想的油压特性与倾卸性能。 表4.1 自卸汽车举升机构特性比较 结构形式 车型举例 性能特征 直推式 单缸 前置 斯太尔1291280K38 卡玛斯——5511 结构紧凑、举升效率高、工艺简单、成本较低，采用单缸时，横向刚度不足，采用多节伸缩时密封性较差 中置 斯太尔991200K38 依发50LK CA340 双缸 QD3151 EQ340 连杆组合式 马勒里举升臂式 五十铃TD50ALCQD JN3180 QD362 横 向 刚 度 好 、 举 升 转 动 圆 滑 平 顺 举升力系数小、省力、油压特性好，但缸摆角大活塞行程稍大 加伍德举升臂式 TD50A-D QD352 HF352 转轴反力小，举升力系数大，举升臂较大，活塞行程短 油缸前推杠杆组合式 SX3180 举升力小，构件受力改善，油缸摆角大 油缸后推杠杆组合式 日产PTL81SD 举升力适中，结构紧凑但布置集中后部，车厢底板受力大 油缸液动连杆组合式 YZ——300 油缸进出油管活动范围大，油管长 俯冲式 东急73型 杆系结构极简，造价低，但油缸必须增大容量 综上所述，对于本设计自卸车，本文选用油缸直推式倾卸机构。该种举升机构直 接与车厢底板相连推动车厢，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举升支点在车厢中心附近，车厢受力状况较好。 4.2举升机构运动与受力分析及参数选择 4.2.1.机构运动分析 该车总体布置基本参数如下： 厂定最大装载质量:1500kg； 举升总质量:2000kg; 最大举升角:502 用作图法进行机构的运动分析，其结果详见图4.8。 图4.8 机构运动分析图 图中OAB为举升初始位置，其举升总质量质心为；OA为举升终了位置，其举升总质量质心为由总布置获得： a;b 油缸总行程L计算：总行程L应保证最大举升角的设计要求[5]。可根据余弦定理，从OA解出： L) (4.1) 式中： OA 2.05 4.92 O d 代入式(3.1)得 L=1064.9mm 根据L=1065其三级行程分别为 , 。 4.2.2.举升机构受力分析与参数选择 自卸车之油缸举升力应保证最大举升质量时所需的举升力矩。为此，对NTQ3040B轻型农用自卸车举升机构的最大受力状况（即举升初始状态）进行受力分析，如图4.9。通过受力分析求得油缸举升力P、各级油缸直径、、，以及各级油缸力矩比系数、、等主要参数如下： （1）油缸举升力P 油缸推力P对货箱翻转中心O产生的举升力矩与举升总质量m对O点的阻力矩应取得平衡[6][7]。即： (4.2) 油缸举升力矩 最大举升阻力矩 代入（4.2）得:P 油缸举升力 P (4.3) 式中：——举升总质量，等于厂定最大装载质量和货箱质量之和，kg; X——质心至翻转中心水平坐标，它是随车厢举升角变化的函数，当时， 图4.9 机构受力分析图 X为最大值X=1030; ——油缸轴心线与底座OA之夹角，在举升过程中为变量，因此油缸举升力也随之为变量[8][9]。 （2）油缸直径确定 油缸推力与油缸直径的关系为： P (4.4) 式中：p——液压系统最大工作压力，取p=10MP[10]。 将式（4.4）代入式（4.3）即可求得各级油缸之最小直径： 按上式可计算出各级油缸的最小直径后，再经标准化选定油缸直径系列为: =100 mm、mm、=60mm。 由式（4.4）计算出各节油缸总推力分别为： ===7854N ===5027N ===2827N 4.3本章小结 本章主要对轻型农用自卸汽车的举升机构的形式进行了选择，对举升机构进行运动分析和参数的选择，根据所求出举升力的大小确定了油缸的直径。综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。 第5章 液压系统设计 自卸车所采用的油泵、油缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化与通用化且由专业化液压件厂集中生产供应。因此在自卸车改装设计中只需要进行液压元件选型计算。其主要内容包括油缸的直径与行程、油泵工作压力、流量、功率以及油箱容积与管路内径等。 5.1液压系统工作原理与结构特点 5.1.1工作原理 该系统由取力器、油泵、液压控制阀、油缸、油箱、操纵系统以及油管系统等组成。其工作原理如下： 1、准备 先将自卸车处于驻车制动状态，并将变速器置于空挡。将转阀手柄置于水平位置。启动发动机，然后踩离合器结合取力器使油泵进入工作状态。此时液压油经油泵、单向阀、液压换向阀流回油箱。 2、举升 将转阀手柄逐渐向上转动关闭换向阀。此时，从油泵经单向阀来的高压油，进入油缸实现举升。油缸举升到最大行程时拨动限位阀，将高压油路与回油路接通而卸荷，举升停止，货厢处于举升最高位置。 3、保持 将转阀手柄置于“保持举升区间”，并切断取力器停止油泵工作。此时压力油被锁死在油缸内。可按需使货厢处于任意举升位置保持。 4、降落 将转阀手柄推至慢落位置，回油路仅部分打开，实现车厢缓慢降落。若将转阀手柄推到底，则回油路被全部打开，油缸下腔油液经分流体向油箱快速回油[11]。 5.1.2液压系统结构布置 自卸车液压系统由液压能产生部件、工作部件与操纵控制部件三大部分组成。 1、液压能产生部件 包括取力器、油泵及单向阀、油箱及油泵传动机构。取力器通常均与变速器直接安装成一体。取力方式可分左侧取力、右倾取力或箱顶取力三种。油箱安装位置则比较灵活，主要视副车架与货厢间的空间便于安装维护液压管路系统并尽量缩短油管长度。 2、工作部件 主要指油缸与翻倾杠杆系统。油缸通过油缸支座安装在副车架中部或中后部的加强横梁上。由于工作部件受力极大，要求各连接铰支点处有足够的连接强度、刚度，所有摩擦副应有良好的配合精度与润滑。 3、控制部件 包括液压分配阀、限位阀以及操纵系统。控制部件多安装在汽车前部的驾驶室内部或后部，既要方便操纵与维护；又要减少管路的迂回。 5.1.3 液压分配阀 液压分配阀式控制系统的核心；分为滑阀和转阀两大类。三位四通阀应用范围比较广；而转阀多用于低压、小流量的轻型、中型自卸车上。分配阀又分为常开式和常压式。常开式分配阀在车厢不举升时，油泵的压力油经分配阀后又返回油箱，在系统中不产生高压，因此可减轻油泵磨损，并可防止自卸车在行驶中意外举升货厢造成事故，故常开式分配阀在自卸车应用最为广泛。分配阀选型主要考虑额定工作压力、流量及操纵方式。 分配阀操纵机构的形式有机械操纵式，气压操纵式和液压操纵式；以气压操纵式应用最为广。操纵过程应具有举升、停止、下落三个动作。 机械操纵式：驾驶员通过机械杠杆或钢丝软轴直接拨动液压分配阀实现换向。 液压操纵式：通过手动液压操纵阀建立油压来打开或关闭液动举升阀实习换向。此阀没有中停位置，故必须切断油泵动力才能实现中停。 气动操纵式：利用贮气筒的压缩空气，通过气动操纵阀控制操纵气管，驱动气动分配阀上的气缸工作，实现分配阀换向。 机械操纵式的优点是可靠性好、通用性强、维修方便；缺点是杆件布置比较麻烦，不适合翻转驾驶室采用。 液压操纵式的优点是可实现远距离控制，操纵可靠，在我国引进生产的斯太尔重型自卸车上采用了此种操纵系统。其不足处事反应较慢，没有中停位置。 气动操纵式的优点是功能齐全、操作简便、反应灵敏，结构先进，因此广泛应用于中、重型具备气源的自卸车。其缺点是需同时具备液、气两套管路系统、维修麻烦。 综合以上优缺点本设计采用机械操纵式，其结构简图如图5.1 图5.1 手动转阀 当把手柄拉到极限位置时，液压缸开始举升。当卸完货物后，把手柄拉到降落区间时，车厢开始下落，手柄越靠近水平下落的速度越快。 5.2油缸选型与计算 作为液压系统执行元件的油缸分为活塞式和浮柱式两类。浮柱式为多级伸缩式油缸，一般有2~5个伸缩结，其结构紧凑，并具有短而粗、伸缩长度大、使用油压高（可达35兆帕），易于安装布置等优点。因此这里选用单作用多级浮柱式油缸GHL1100。 1、用泵工作压力p PMPa5.41MPa （5.1） 式中： ——油缸最大举升力; A ——油缸横截面积。 2、油泵理论流量 L/min （5.2） 式中：——油缸最大工作容积（）,按下式计算： t——举升时间，一般要求t，t取15s; ——液压泵容积效率,取0.85。 L/min 3、油泵排量q q17.6 （5.3） 式中：——油泵流量,L/min; n——油泵额定转速,r/min。 取力器速比： 　　　　　　　　i 举升时发动机工作转速=1600 r/min 油泵转速 n r/min 4、油泵功率N N （5.4） 式中：p——油泵最大工作压力，Pa; ——油泵额定流量，/s; ——油泵总效率。 按以上各式计算出p后，从标准油泵系列选取齿轮泵CB-C型[12]。 5.3油箱容积与油管内径计算 1、油箱容积V计算 一般要求油箱容积V不得小于全部工作油缸容积的三倍，即： V （5.5） 取V 则取油箱的长宽高为20010090（mm） 2、油缸直径计算 由 高压管路内径 12.2 （5.6） 式中：——油缸理论流量，L/min; ——高压管路中油的流 低压管路内径 （5.7） 式中：——高压管路中油的流。 5.4取力器的设计 除了少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠相符殊的要求而配备专门动力驱动外(例如部分冷藏汽车的机械制冷系统)，绝大多数专用汽车上的专用设备都是以汽车底盘自身的发动机为动力源，经过取力器，用来驱动齿轮液压泵、真空泵、柱塞泵、轻质油液压泵、自吸液压泵、水泵、空气压缩机等，从而为自卸车、加油车、牛奶车、垃圾车、吸污车、随车起重车、高空作业车、散装水泥车、拦板起重运输车等诸多专用汽车配套使用。因此，取力器在专用汽车的设计和制造方面显得尤为重要。 根据取力器相对于汽车底盘变速器的位置，取力器的取力方式可分为前置、中置和后置三种基本型式，每一种基本形式又包括若干种具体的结构，如下所列。 其中，变速器侧盖取力，由于在设计变速器时已考虑了动力输出，因而一般在变速器左侧和右侧都留有标准的取力接口，也有专门生产与之配套的取力器的厂家，这种取力器较为常用，故本课题中，为了便于设计，节约成本，同时也考虑到大批量生产，采用变速器侧盖取力方式。 1-气缸；2-活塞；3、4-O型封圈；5-活塞杆；6-弹簧；7-拨叉；8-滑动齿轮；9-接合齿轮；10-油封；11-输出轴；12-滚针轴承；13-中间齿轮；14-外壳；15-定位销；16-十字轴；17、21-传动轴；18-泵架；19-弹性柱销联轴节；20-液压泵；22-连接套筒 图5.2 变速器侧盖取力器 5.5本章小结 本章主要对轻型农用自卸汽车的液压系统结构、液压油缸、油箱进行了设计，对液压油泵取力器进行了选取，综合考虑各种方案的优缺点，选择本设计的设计方案。 第6章 副车架的设计 在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷，同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架(副梁)过渡。本车在工作中受较大的弯曲应力。因此，本车副车架纵梁采用两根抗弯性能较好的平直槽行梁，材料为16MnL[13]。 在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定的要求。 6.1副车架的截面形状及尺寸 专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图6.1所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。 图6.1 副车架的截面形状 参照国内外总质量相近车型的副车架纵梁端面尺寸，确定副车架纵梁端面尺寸为100、80、60mm。 6.2副车架前段形状及位置 6.2.1副车架的前端形状及安装位置 在保证使用可靠的前提下，为了提高挠曲性，减小副车架刚度，应尽量减少副车架的横梁，以减少对纵梁的扭转约束。 副车架油缸支承横梁与翻转轴横梁形成框架。油缸支承横梁应尽量靠近后悬架前支承处的横梁，最好能位于后框架之内。因为这段主车架变形小，所以副车架对其扭转约束力也相应减弱，同时保证了举升机构的几何特性。 在副车架结构要求刚性较高时，可在主、副车架中间增加一层橡胶垫，当主车架变形时以弹性橡胶的变形来减弱副车架对主车架的约束。 副车架与主车架连接如图6.2所示。 图6.2 副车架与主车架的连接 A-A处是截面突变点，在受冲击载荷时，此处出现应力集中，严重时造成主车架断裂。这就要求副车架的前端结构要设计成渐变截面，以减缓应力集中。 图6.3 副车架的前端结构 副车架前端形状常有三种形状(见图6.4)。 对于这三种不同形状的副车架前端，在其与主车架纵梁相接触的翼面上部加工有局部斜面，其斜而尺寸如图6.4(c)所示： ； 。 （a）U形；（b）角形；（c）L形 图6.4副车架的三种前端形状 如果加工上述形状困难时，可以采用如图6.5所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大[14]。 对于钢质副车架： ； 对于硬本质副车架； ； 副车架在汽车底盘上布置时，其前端应尽可能地往驾驶室后围靠近。 图6.6为某散装水泥运输车的罐体、副车架相对于汽车底盘的安装位置。在满足轴荷分配的前提下，其中A不宜过大，留足空压机的位置即可；B为副车架的前增离主车架拱形横粱的距离，一般在100 mm之内；C为固定副车架的前面第一个U型螟栓距拱形横梁的距离，一般控制在500-800 mm的范围内。 （a）刚质副车架 ；（b）硬木质副车架 图6.5 副车架前端简易形状 图6.6 副车架的安装位置 6.2.2 纵梁与横梁的连接设计 横梁与纵梁的连接方式主要有三种，见图6.7 1-纵梁；2-连接板；3-横梁 图6.7 横梁与纵梁的连接 图6.7（a）横梁与纵梁上下翼板连接，该种连接方式优点是利于提高纵梁的抗扭刚度。缺点是当车架产生较大扭转变形时，纵梁上下翼面应力将大幅度增加，易引起纵梁上下翼面的早期损坏。由于车架前后两端扭转变形较小，因此本车架前后两端采用了该种连接方式，为了提高纵梁的扭转刚度采用了纵向连接尺寸较大的连接板。横梁仅固定在腹板上 图6.7（b）横梁仅固定在腹板上，这种连接形式连接刚度较差，允许截面产生自由跷曲，可以在车架下翼面变形较大区域采用，以避免纵梁上下翼面早期损坏。 图6.7（c）横梁同时与纵梁的腹板及上或下翼板相连，此种连接方式兼有以上两种方式连接的特点，但作用在纵梁上的力直接传递到横梁上，对横梁的强度要求较高。由于该车平衡悬架的推力杆与平衡悬架支架上的两根横梁连接，因此，这两根横梁与纵梁共同承受平衡悬架传递过来的垂直力(反)和纵向力(牵引力、制动力)。 综合以上考虑，本副车架的纵梁与横梁的连接采用第1种方式，即横梁与纵梁上下翼板连接，同时为了降低成本和适于批量生产，本车架纵梁和横梁的连接方式采用螺栓连接[15]。 6.2.3 副车架与主车架的连接设计 副车架与主车架的连接常采用如下几种形式。 1、止推连接板 图6.8是采用的止推连接板的结构形状及其安装方式。连接板上端通过焊接与副车架固定，而下端则利用螺栓与主车架纵梁腹板相连接。止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷，防止副车架与主车架纵梁产生相对水平位移。相邻两个推止推连接板之间的距离在500～1000 mm范围内。 1-副车架；2-止推连接板；3-主车架纵梁 1-上托架；2-下托架；3-螺栓 图6.8 止推连接板的结构 图6.9 连接支架 2、连接支架 连接支架由相互独立的上、下托架组成，上、下托架均通过螺栓分别与副车架和主车架纵梁的腹板相固定，然后再用螺栓将上、下托架相连接，见图6.9所示。由于上、下托架之间留有间隙，因此连接支架所能承受的水平载荷较小，所以连接支架应和止推连接板配合使用。一般布置是在后悬架前支座前用连接支架连接，在后悬架前支座后用止推连接板连接。 3、U型夹紧螺栓 当选用其它连接装置有困难时，可采用U型夹紧螺栓。但在车架受扭转载荷最大的范围内不允许采用U型螺栓。当采用U型螺栓固定时，为防止主车架纵梁翼面变形，应在其内侧衬以木块，坦在消声器附近，必须使用角铁等作内衬。 综合考虑三种连接方式的特点，以及装配工艺性，本文设计的自卸车主副车架之间采用止推连接板式。 6.3副车架主要尺寸参数设计计算 6.3.1副车架主要尺寸设计 副车架对主车架起到加固作用，其宽度和选用的底盘的宽度相同，高度也相同，长度在底盘主车架长度基础上去掉主车架与车厢之间的距离长度。其尺寸设计如下： 副车架长度： 2760mm(从车厢到驾驶室方向220mm) 副车架宽度： 578mm 副车架高度： 150mm 6.3.2副车架的强度刚度弯曲适应性校核 1、额定装载时整车重心作用点的求解 在自卸车按额定装载质量进行运输时，对主车架来说，其整车重心后移。其受力简图见图6.10 设定自卸车在额定装载质量下，其前后轴承受的载荷相同，即有： 由图，可以