礦用自卸車(chē)車(chē)廂和舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design for Compartment and Lifting Mechanism of Mining Dump Truck Candidate：Wang GangSpecialty：Vehicle engineeringClass：B05-18Supervisor：Lecturer. Han chunqiangHeilongjiang Institute of Technology2009-06Harbin黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)的題目是礦用自卸車(chē)車(chē)廂和舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。礦用自卸車(chē)是

2、礦業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，它具有荷載量大，車(chē)速低，運(yùn)距短等主要特點(diǎn)。車(chē)廂和舉升機(jī)構(gòu)是重要的工作裝置，對(duì)于車(chē)輛可靠工作、自動(dòng)傾倒貨物具有重要作用。本設(shè)計(jì)首先論述了車(chē)廂和舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，以及在滿足設(shè)計(jì)性能需求的情況下，選擇最符合要求的形式。在確定了礦用自卸車(chē)底盤(pán)的參數(shù)后，依此為依據(jù)完成其車(chē)廂和舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行校核，而且要繪制出車(chē)廂、舉升機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等圖紙。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還要進(jìn)行液壓缸和油泵的選型和計(jì)算，并要選擇取力器和方向控制閥的類(lèi)型。由于礦用自卸車(chē)的工作條件比較惡劣，對(duì)它的要求也比一般的自卸車(chē)要苛刻，車(chē)廂的體積也比較大，強(qiáng)度要求也比較大，材料的強(qiáng)度也比較重要。若能

3、將不同類(lèi)型的舉升機(jī)構(gòu)，按其各自的特點(diǎn)配備到與之相應(yīng)的自卸汽車(chē)，則無(wú)論是自卸汽車(chē)的工作性能，還是舉升機(jī)構(gòu)的使用效率，都會(huì)得到很大的改善。因此，如何選擇合適的舉升機(jī)構(gòu)和車(chē)廂，成為自卸車(chē)設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。關(guān)鍵詞： 自卸車(chē)；設(shè)計(jì)；車(chē)廂；舉升機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)ABSTRACTThe topic of this design is compartment and lifting mechanism of mining dump truck.The mining dump truck is importance equipments in the mineral industry,it have characte

4、ristics of carrying great capacity,the low speed and the short distance.The compartment and lifting mechanism of mining dump truck is of importance in work equipment,which have a large impact on the functions,such as the credibility of vehicle,the level of dumping the goods and so on.Firstly this de

5、sign discussed the forms of the structure of compartment and lifting mechanism,and choiced the best form under the circumstance of satisfying the functions in need.After fixing on the parameter of the chassis of mining dump truck,according to this,we can complete its compartment and lifting mechanis

6、m,check hydraulic system and lifting mechanism,protract the blueprint of hydraulic system and lifting mechanism. In the design of hydraulic system,we need to choice the form of hydraulic cylinder and calculate the parameter of hydraulic cylinder,confirm the parameter and basic configuration and the

7、scheme of total disposal of implement.Because of the worse working condition of mining dump truck,the demand for mining dump truck is very rigour,such as,the large volume of compartment and the big intension of material.If lifting mechanism of dump truck fit to it very well,the working performance o

8、f dump truck and the efficiency of the use of lifting mechanism will be improved.So,how to choice the form of the lifting mechanism is a very important problem in the design of the dump truck. Key words： Dump truck; Design;Compartment; Lifting mechanism; Hydraulic systemII學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘要IAbstractI第1章

9、 緒論11.1課題的提出11.2課題來(lái)源及研究意義11.3 礦用自卸車(chē)國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)11.3. 1國(guó)外研究發(fā)展概況11.3.2國(guó)內(nèi)研究發(fā)展概況11.4研究的內(nèi)容1第2章 整車(chē)參數(shù)的確定及車(chē)廂的設(shè)計(jì)12.1整車(chē)尺寸參數(shù)的確定12.2質(zhì)量參數(shù)的確定12.3車(chē)廂形式的選擇12.4車(chē)廂的選材12.5車(chē)廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定12.6車(chē)廂后攔板開(kāi)合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析12.7本章小結(jié)1第3章 液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)13.1液壓舉升機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)滿足的性能13.2舉升系統(tǒng)性能主要評(píng)價(jià)參數(shù)13.3液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的確定13.3.1液壓舉升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述13.3.2液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的選擇13.4舉升機(jī)構(gòu)幾何尺寸的確定13.

10、4.1車(chē)廂與副梁鉸支點(diǎn)O的確定13.4.2車(chē)廂放平時(shí)舉升機(jī)構(gòu)與車(chē)廂前鉸支點(diǎn)A0的確定13.4.3液壓油缸與副梁鉸支點(diǎn)的確定13.4.4車(chē)廂放平時(shí)三角臂中支點(diǎn)C0座標(biāo)和A0C0長(zhǎng)度的確定13.4.5車(chē)廂放平時(shí)拉桿與三角臂鉸接點(diǎn)B0的確定13.4.6拉桿與副梁鉸接點(diǎn)D及拉桿長(zhǎng)度的確定13.5 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析13.5.1機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)計(jì)算13.5.2機(jī)構(gòu)受力分析13.5.3拉桿截面尺寸的確定13.6 本章小結(jié)1第4章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算14.1液壓油缸性能參數(shù)計(jì)算14.2液壓泵性能參數(shù)計(jì)算14.3油箱容積與油管內(nèi)徑計(jì)算14.4系統(tǒng)壓力校核14.5車(chē)廂升降時(shí)間的校核14.6方向控制閥的選型14.7操縱方式的

11、選擇14.8液壓系統(tǒng)原理14.9取力器的選擇14.10本章小結(jié)1第5章 副車(chē)架的設(shè)計(jì)15.1選用的底盤(pán)主車(chē)架的主要尺寸15.2副車(chē)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15.2.1副車(chē)架的外形15.2.2副車(chē)架的選材15.2.3副車(chē)架的截面形狀15.2.4加強(qiáng)板的布置15.2.5副車(chē)架的前端形狀及安裝位置15.2.6縱梁與橫梁的連接設(shè)計(jì)15.3 副車(chē)架與主車(chē)架的連接設(shè)計(jì)15.4副車(chē)架尺寸的確定15.5副車(chē)架的強(qiáng)度剛度彎曲適應(yīng)性校核15.6本章小結(jié)1結(jié)論1參考文獻(xiàn)1致謝1附錄1附錄A.外文文獻(xiàn)原文1附錄B.外文文獻(xiàn)中文翻譯1第1章 緒 論1.1 課題的提出自卸車(chē)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將車(chē)廂傾斜一定角度從而達(dá)到

12、自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的專(zhuān)用汽車(chē)。按不同的用途自卸車(chē)可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是非公路運(yùn)輸用的重型和超重型自卸汽車(chē)。這種自卸汽車(chē)主要應(yīng)用于大型礦山、水利工地等場(chǎng)所，運(yùn)輸?shù)呢浳锿ǔＪ怯膳c其配套的挖掘機(jī)械來(lái)完成裝載的。這類(lèi)汽車(chē)也稱(chēng)為礦用自卸汽車(chē)。這類(lèi)自卸車(chē)輛在長(zhǎng)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(shí)它也只能在礦山、工地上使用，而不得用于公路運(yùn)輸。另一類(lèi)是公路運(yùn)輸用的輕、中、重型（裝載質(zhì)量在210t）普通自卸汽車(chē)。這種自卸車(chē)主要承擔(dān)著泥土、砂石、煤炭等松散貨物的運(yùn)輸工作，它通常也是與裝載機(jī)械配套使用的1。 普通自卸車(chē)輛有多種分類(lèi)方法，按運(yùn)輸貨物傾卸方向分為：后傾式、側(cè)傾式、三

13、面傾式和底卸式自卸汽車(chē)；按貨箱欄板結(jié)構(gòu)分為：欄板一面開(kāi)啟式、欄板三面開(kāi)啟式和簸箕式（即無(wú)后欄板式）汽車(chē)：按裝載質(zhì)量分為：輕型自卸汽車(chē)（me3.5t ）、中型自卸汽車(chē)（3.5t me8t）。礦用自卸車(chē)（Mining truck），也稱(chēng)之為非公路運(yùn)輸車(chē)（Offhighway truck），是露天礦山運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，隨著露天礦開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，開(kāi)采深度的增加，運(yùn)輸?shù)缆菲露鹊淖兌?，鐵路運(yùn)輸效率降低，曲率半徑受到限制，爬坡能力低，很難適應(yīng)深部開(kāi)采的要求，從而為大型礦用自卸車(chē)的發(fā)展提供了機(jī)遇。目前，在年開(kāi)采量千萬(wàn)噸以上的大型露天礦山的運(yùn)輸設(shè)備中，礦用自卸車(chē)已占8090。礦用自卸車(chē)安驅(qū)動(dòng)型式分為電傳動(dòng)和液力機(jī)

14、械傳動(dòng)，電傳動(dòng)的礦用自卸車(chē)又稱(chēng)電動(dòng)輪自卸車(chē)。礦用汽車(chē)主要用于露天礦山，工作環(huán)境惡劣。隨著露天礦開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，開(kāi)采深度的增加，多數(shù)礦用汽車(chē)經(jīng)常是滿載連續(xù)上坡，下坡時(shí)又需要連續(xù)制動(dòng)，柴油機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，因此礦用汽車(chē)的使用可靠性要求很高，這也造成了其生產(chǎn)成本高，售價(jià)昂貴，產(chǎn)量不大。礦用自卸車(chē)是隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，上世紀(jì)80年代末發(fā)展起來(lái)的自卸運(yùn)輸車(chē)輛，其裝載重量在10t以上。自2001年11月10日起，中國(guó)正式成為WTO成員國(guó)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸開(kāi)放。同時(shí)，我國(guó)亦確立了以擴(kuò)大內(nèi)需為主的經(jīng)濟(jì)政策，實(shí)施西部施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，加大對(duì)基建項(xiàng)目的投資力度，農(nóng)林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商

15、業(yè)運(yùn)輸、交通、通訊、金融、機(jī)場(chǎng)、電力、城市建設(shè)和石油開(kāi)采等行業(yè)均快速發(fā)展，使各種類(lèi)型的專(zhuān)用車(chē)需求量大增。在廣大城鄉(xiāng)的沙場(chǎng)、礦山、工地及般的土木工程等的運(yùn)輸作業(yè)礦用自卸車(chē)以其良好的通過(guò)型、機(jī)動(dòng)性的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。在礦用自卸車(chē)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一直處于重要的地位。這是因?yàn)橐簤号e升機(jī)構(gòu)是礦用自卸車(chē)的重要工作系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣直接影響著汽車(chē)的多個(gè)主要性能指標(biāo)。應(yīng)用最優(yōu)化方法進(jìn)行液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)提高液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率具有重要的意義2。1.2課題來(lái)源及研究意義當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買(mǎi)方市場(chǎng)的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的日益加快。汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)主要手段就是變型設(shè)計(jì)

16、，即以現(xiàn)有產(chǎn)品為基礎(chǔ)，保持其基本結(jié)構(gòu)和功能不變，對(duì)其局部結(jié)構(gòu)、尺寸或配置進(jìn)行一定范圍內(nèi)的變動(dòng)和調(diào)整，以此快速形成適應(yīng)市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品。自動(dòng)傾卸汽車(chē)是以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，經(jīng)過(guò)變速器的取力機(jī)構(gòu)和液壓傾卸裝置，進(jìn)行車(chē)廂自動(dòng)傾卸，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸貨的一種車(chē)輛。因其短途卸載方便，動(dòng)力性、機(jī)動(dòng)性均較好，與裝載機(jī)，帶式輸送機(jī)，吊車(chē)等其它吊裝機(jī)具配合使生產(chǎn)效率明顯提高，被廣泛應(yīng)用于建設(shè)工地、礦山、港口、碼頭等，用來(lái)搬運(yùn)巖石，廢土，煤，沙子等物資。自卸汽車(chē)包括兩大類(lèi)：鉸接式自卸汽車(chē)和剛性自卸汽車(chē)。剛性自卸汽車(chē)按傳動(dòng)方式又可分為液力機(jī)械傳動(dòng)自卸汽車(chē)和電力機(jī)械傳動(dòng)自卸汽車(chē)兩種。裝載量在10t以上的自卸汽車(chē)，由于載重量大，

17、外形尺寸寬，超過(guò)了公路對(duì)車(chē)輛的使用要求，一般不能在公路上運(yùn)行，我們稱(chēng)之為非公路自卸汽車(chē)。此類(lèi)自卸汽車(chē)主要用于露天礦山和地下采礦，有時(shí)也用于采石場(chǎng)和水利、建筑工程中。 礦用自卸汽車(chē)是一種專(zhuān)用汽車(chē)，技術(shù)要求高，社會(huì)需求量少。過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，國(guó)內(nèi)礦用自卸汽車(chē)生產(chǎn)廠家主要靠引進(jìn)國(guó)外車(chē)型，通過(guò)仿制和部分改造開(kāi)發(fā)自己的新車(chē)型。隨著設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)能力逐漸提高，部分礦用汽車(chē)生產(chǎn)廠家開(kāi)始與高校等科研機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦用自卸汽車(chē)。如北京首鋼重型汽車(chē)制造廠與北京科技大學(xué)合作，開(kāi)發(fā)的SGA3550型礦用自卸汽車(chē)。在 SGA3550型礦用自卸汽車(chē)樣機(jī)裝配過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)上的失誤，造成部分零件的返

18、工，延長(zhǎng)了樣機(jī)制作時(shí)間。可見(jiàn)，有必要采用新的設(shè)計(jì)方法，如國(guó)外部分礦用自卸汽車(chē)生產(chǎn)廠家采用的虛擬樣機(jī)技術(shù)，保證整車(chē)一次裝配成功，減少甚至避免零件的返工，縮短新車(chē)型的研制時(shí)間，降低研制成本，提高整車(chē)性能。礦用自卸汽車(chē)液壓系統(tǒng)是礦用自卸汽車(chē)重要組成部分，液壓系統(tǒng)性能好壞直接影響整車(chē)的工作性能和可靠性。本課題在滿足設(shè)計(jì)要求下，對(duì)礦用自卸車(chē)的車(chē)廂和舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇和設(shè)計(jì)，并為進(jìn)一步研究整車(chē)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提高自卸汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，也希望能為推廣虛擬樣機(jī)等先進(jìn)CAD技術(shù)的應(yīng)用，以及為提高我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)的設(shè)計(jì)水平進(jìn)行一些有益的探索。1.3 礦用自卸車(chē)國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨

19、勢(shì)而作為專(zhuān)用車(chē)輛品種之一的自卸汽車(chē)，幾十年來(lái)在國(guó)內(nèi)外獲得迅速發(fā)展與普及，至今其保留量大約占專(zhuān)用汽車(chē)的25%，并且日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。礦用汽車(chē)有兩個(gè)比較顯著的發(fā)展趨勢(shì)：大型化和智能化。隨著以微電子技術(shù)為核心的現(xiàn)代科技的發(fā)展，解決了柴油機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及輪胎大型化中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，為礦用自卸汽車(chē)大型化創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)在噸位最大的礦用汽車(chē)是Liebher公司生產(chǎn)的T282自卸車(chē)，其載重量己達(dá)364t（采用電力機(jī)械傳動(dòng)）。在自動(dòng)化方面，隨著微電子技術(shù)和GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）的擴(kuò)大應(yīng)用，為無(wú)人駕駛礦用汽車(chē)創(chuàng)造了技術(shù)條件。 對(duì)于自卸汽車(chē)，一般不專(zhuān)門(mén)作底盤(pán)設(shè)計(jì)，而是用具有相同裝載質(zhì)量的載貨汽

20、車(chē)底盤(pán)進(jìn)行改裝。因此，自卸汽車(chē)的設(shè)計(jì)主要是舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量是影響自卸汽車(chē)使用性能的關(guān)鍵因素。雖然舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車(chē)的關(guān)鍵部件，但是很多廠家在進(jìn)行舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)所采用的方法還比較落后，其主要方法是對(duì)于不同裝載質(zhì)量的自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)有自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的大小，憑經(jīng)驗(yàn)按照一定的比例加大或縮小相應(yīng)構(gòu)件的尺寸設(shè)計(jì)成的，這就是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法。采用這種設(shè)計(jì)方法，由于舉升機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性以及機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)位置布置的復(fù)雜性等問(wèn)題，所以在決定實(shí)際結(jié)構(gòu)時(shí)往往取較大的安全系數(shù)，結(jié)果是材料的潛力不能充分發(fā)揮，產(chǎn)品性能也難以發(fā)揮。只能靠一次次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)改進(jìn)，這樣設(shè)計(jì)出的舉升機(jī)構(gòu)必然存在許多不合理的因素

21、，影響自卸汽車(chē)舉升性能的提高，也必然導(dǎo)致設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)，成本高。因此，要先獲得良好工作性能的舉升機(jī)構(gòu)，就必須從根本上改進(jìn)設(shè)計(jì)手段和方法，提高舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展為此提供了有利條件，以計(jì)算機(jī)為輔助手段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，使得自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)，這一設(shè)計(jì)上的巨大進(jìn)步帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。1.3.1 國(guó)外研究發(fā)展概況重型專(zhuān)用汽車(chē)在專(zhuān)用汽車(chē)中所占的比例繼續(xù)上升，與此同時(shí)，重型專(zhuān)用汽車(chē)在重型汽車(chē)市場(chǎng)中所占份額也將繼續(xù)提高，預(yù)計(jì)幾年內(nèi)將超過(guò)普通重型車(chē)所占的市場(chǎng)份額；專(zhuān)用車(chē)需求進(jìn)一步向?qū)I(yè)化高技術(shù)含量發(fā)展，專(zhuān)用車(chē)生產(chǎn)向柔性化、自動(dòng)化方向發(fā)展，產(chǎn)品配

22、套國(guó)際化、模塊化；市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈，具有較強(qiáng)市場(chǎng)應(yīng)變能力的企業(yè)將不斷發(fā)展壯大，而應(yīng)變能力較差的企業(yè)將逐步被市場(chǎng)所淘汰；我國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)企業(yè)的勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)與國(guó)外專(zhuān)用汽車(chē)企業(yè)的資金優(yōu)勢(shì)將逐步弱化，競(jìng)爭(zhēng)力主要體現(xiàn)在企業(yè)的創(chuàng)新能力和市場(chǎng)應(yīng)變能力；重型專(zhuān)用汽車(chē)產(chǎn)量集中度相對(duì)提高，逐步形成行業(yè)內(nèi)的知名企業(yè)； 以技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)進(jìn)入難度提高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，50年代發(fā)展起來(lái)的以線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學(xué)分支一數(shù)學(xué)規(guī)劃被應(yīng)用于解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，形成了工程設(shè)計(jì)的新理論和新方法，即工程優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法。特別從60年代以來(lái)，最優(yōu)化技術(shù)發(fā)展迅速，而且得到了廣泛的應(yīng)用。在汽車(chē)工業(yè)發(fā)達(dá)的歐、美、日等

23、國(guó)家，汽車(chē)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法已應(yīng)用于汽車(chē)諸多領(lǐng)域的很多環(huán)節(jié)，從汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車(chē)身等主要總成的優(yōu)化到整車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配，優(yōu)化設(shè)計(jì)使他們的汽車(chē)工業(yè)保持了世界領(lǐng)先地位。1.3.2 國(guó)內(nèi)研究發(fā)展概況我國(guó)在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用最優(yōu)化技術(shù)的歷史很短，但其發(fā)展速度卻是十分驚人的。無(wú)論在機(jī)構(gòu)綜合、通用零部件設(shè)計(jì)，還是各種專(zhuān)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)都有最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的成果。張寶生等編著的汽車(chē)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法對(duì)汽車(chē)主要總成和主要參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的介紹。自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)正從研究、探討走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換初期，由于汽車(chē)領(lǐng)域不象航天等領(lǐng)域受到重視，國(guó)內(nèi)大多數(shù)輕型礦用自卸車(chē)生產(chǎn)企業(yè)在舉

24、升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中一直沿用著經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的方法設(shè)，即傳統(tǒng)的“類(lèi)比作圖試湊法”，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，參照相同或類(lèi)似的較為成熟的設(shè)計(jì)方案，輔以必要的分析計(jì)算，確定一個(gè)初始的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)估算，初步確定有關(guān)參數(shù)；然后對(duì)初定方案進(jìn)行必要的分析及校核計(jì)算；如果某些設(shè)計(jì)要求得不到滿足，則可進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整，并再一次進(jìn)行分析及校核計(jì)算，如此多次反復(fù)，直到獲得相對(duì)合適的設(shè)計(jì)方案為止。顯然，這種工作方法工作量大、效率低，而且設(shè)計(jì)出的舉升機(jī)構(gòu)往往存在許多不合理的因素，影響礦用自卸車(chē)舉升性能的提高，并嚴(yán)重阻礙著礦用自卸車(chē)產(chǎn)品的系列化。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展和市場(chǎng)竟?fàn)幍募ち?，一?/p>

25、研究機(jī)構(gòu)、工程車(chē)改裝廠在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用了這種方法，并取得了一定的優(yōu)化成果。優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種新的設(shè)計(jì)方法具有綜合的本質(zhì)，它能夠把過(guò)去的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)，尋找出更優(yōu)的結(jié)構(gòu)。優(yōu)化技術(shù)將越來(lái)越得到更為廣泛的應(yīng)用。 1.4 研究的內(nèi)容隨著礦用自卸車(chē)變得越來(lái)越重要，則有關(guān)它的設(shè)計(jì)領(lǐng)域也變得日益重要起來(lái)。它的總體設(shè)計(jì)程序與載貨車(chē)基本相近。本人進(jìn)行一系列的市場(chǎng)調(diào)研和同類(lèi)車(chē)型資料的收集，摸清了產(chǎn)品主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，了解有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等。在此基礎(chǔ)上擬定設(shè)計(jì)原則，協(xié)調(diào)使用、制造與經(jīng)濟(jì)三方面矛盾，處理好產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性與工藝?yán)^承性、零部件通用化程度以及生產(chǎn)成本的辯證關(guān)系，然后進(jìn)入具體技術(shù)設(shè)計(jì)階段。針對(duì)上述問(wèn)

26、題和課題的研究需要，本文的主要工作是自卸汽車(chē)車(chē)廂和舉升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。具體工作如下： 1、舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)用機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)對(duì)油缸前推連桿組合式自卸汽車(chē)的舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了說(shuō)明。對(duì)舉升液壓缸、液壓油泵、換向閥等液壓元件計(jì)算和選取進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。 2、車(chē)廂的設(shè)計(jì) 參考同類(lèi)車(chē)型的車(chē)廂的尺寸參數(shù)，確定其上長(zhǎng)寬高。并對(duì)車(chē)廂后攔板開(kāi)合機(jī)構(gòu)的形式的選擇，而且要進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。第2章 整車(chē)參數(shù)的確定及車(chē)廂的設(shè)計(jì)2.1整車(chē)尺寸參數(shù)的確定 該自卸汽車(chē)是選擇奔馳1926K型自卸車(chē)底盤(pán)，利用該車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)取力器-傳動(dòng)軸-液壓泵-舉升油缸，將車(chē)廂舉升到一定角度

27、卸貨，并依靠車(chē)廂自重使其復(fù)位的專(zhuān)用汽車(chē)。該車(chē)最大裝載質(zhì)量為10t，是適用于公路運(yùn)輸?shù)闹匦妥孕镀?chē)。傾卸機(jī)構(gòu)采用油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)。該自卸汽車(chē)主要由貨箱、副梁、液壓舉升機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等部件組成，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2.1。表2.1整車(chē)參數(shù)汽車(chē)外形尺寸（）最大裝載質(zhì)量10000kg整備質(zhì)量9000kg軸距L4415mm輪距（前后）19921860前懸 1410后懸 1175接近角離去角貨箱尺寸傾斜時(shí)間（舉升落下） 15s13s最大舉升角總質(zhì)量19000kg最高車(chē)速（kmh）82最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）7.8最大爬坡度78百公里油耗（L/100km）222.2質(zhì)量參數(shù)的確定額定裝載質(zhì)量是自卸汽車(chē)的基本使用性能

28、參數(shù)之一。目前，中、長(zhǎng)距離公路運(yùn)輸趨向使用重型自卸汽車(chē)，以便提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本，額定裝載質(zhì)量一般為919t；而承擔(dān)市區(qū)或市郊短途運(yùn)輸?shù)淖孕镀?chē)額定裝載質(zhì)量為4.59t。同時(shí)，還應(yīng)考慮到廠家的額定裝載質(zhì)量的合理分級(jí)，以利于產(chǎn)品系列化、部件通用化和零件標(biāo)準(zhǔn)化。此外，額定裝載質(zhì)量還必須與選用的二類(lèi)貨車(chē)底盤(pán)允許的最大總質(zhì)量相適應(yīng)。改裝部分質(zhì)量主要包括：車(chē)廂質(zhì)量、副車(chē)架質(zhì)量、液壓系統(tǒng)質(zhì)量、舉升機(jī)構(gòu)質(zhì)量以及其他改裝部件的質(zhì)量。改裝部分質(zhì)量既可通過(guò)計(jì)算、稱(chēng)重求得，也可以根據(jù)同類(lèi)產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。自卸汽車(chē)整車(chē)整備質(zhì)量是指裝備齊全、加夠油料、液壓油和冷卻液的空車(chē)質(zhì)量3。它一般是二類(lèi)底盤(pán)整備質(zhì)量與改

29、裝部分質(zhì)量的總合，是自卸汽車(chē)總體設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。整備質(zhì)量： 選取9000kg；裝載質(zhì)量： 選取10000kg；駕駛員質(zhì)量：65kg/人，額定載員3人，；自卸汽車(chē)總質(zhì)量是指裝備齊全，包括駕駛員，并按規(guī)定裝滿貨物的質(zhì)量。其值可按下式確定。 （2.1）則： =9000+10000+195=19195kg2.3車(chē)廂形式的選擇車(chē)廂是用于裝載和傾卸貨物。它一般是由前欄板、左右側(cè)欄板，圖2.1為典型的底板橫剖面呈矩形的后傾式車(chē)廂結(jié)構(gòu)。為避免裝載時(shí)物料下落碰壞駕駛室頂孟，通常車(chē)廂前欄板加做向上前方延伸的防護(hù)擋板。車(chē)廂底板固定在車(chē)廂底架之上孟，車(chē)廂的側(cè)欄板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋4。車(chē)廂結(jié)機(jī)構(gòu)型

30、式按用途不同大概可分為：普通矩形車(chē)廂和鏟斗車(chē)廂。 普通矩形車(chē)廂用于散裝貨物運(yùn)輸。它的要求要比礦用自卸車(chē)車(chē)廂要低，其后板裝有自動(dòng)開(kāi)合機(jī)構(gòu)，保證貨物順利卸出。普通矩形車(chē)廂板厚為：前板46，邊板48，后板58，底板612。比如：程力牌自卸車(chē)普通矩形車(chē)廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前4邊4底8后5。 1-車(chē)廂總成；2-后欄板；3、4-鉸鏈座；5-車(chē)廂鉸支座； 6-側(cè)欄板；7-防護(hù)擋板；8-底板圖2.1車(chē)廂結(jié)構(gòu)圖鏟斗車(chē)廂則適用于大石塊等粒度較大貨物的運(yùn)輸?？紤]到貨物的沖擊和碰幢，鏟斗車(chē)廂的設(shè)計(jì)形狀較復(fù)雜，用料較厚。比如：程力牌自卸車(chē)礦用鏟斗車(chē)廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前6邊6底10，而且有些車(chē)型在底板上焊接一些角鋼，以增加

31、車(chē)廂的剛度和抗沖擊能力。 圖2.2普通矩形車(chē)廂圖2.3鏟斗車(chē)廂車(chē)廂對(duì)自卸汽車(chē)的質(zhì)量利用系數(shù)影響很大，對(duì)其使用壽命也有一定的影響。因此，自卸車(chē)的車(chē)廂是自卸車(chē)的重要部分。目前，國(guó)內(nèi)外自卸車(chē)車(chē)廂都是用鋼制成的，從質(zhì)量分配來(lái)看，車(chē)廂質(zhì)量大約占自卸車(chē)整備質(zhì)量的14。綜合上述，車(chē)廂采用普通車(chē)廂。2.4 車(chē)廂的選材 1、車(chē)廂選材原則工程材料的一般選用原則：具有良好的使用性能，優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于自卸汽車(chē)車(chē)廂應(yīng)考慮以下性能：（1）使用性能:使用性能是選材考慮的主要問(wèn)題。（2）工藝性能:材料加工的工藝流程要適合批量生產(chǎn)。（3）經(jīng)濟(jì)性能:選擇材料的經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前注意的問(wèn)題。 2、車(chē)廂鋼板選材 在遵循滿足

32、使用性能要求，較好工藝性和較好經(jīng)濟(jì)性的前提下，車(chē)廂選用選用Q235工程用鋼材。2.5 車(chē)廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定將全金屬焊接車(chē)廂設(shè)計(jì)成等剛度體車(chē)廂是自卸汽車(chē)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，但是很難既能保證高強(qiáng)度又能保證輕量化。就整車(chē)而言，可以看成由車(chē)輪、前軸、后橋殼、懸架、車(chē)架、車(chē)廂及其橡膠緩沖塊等不同剛度單元組合而成的彈性體，受力時(shí)，將按照各自的剛度產(chǎn)生各自的變形，其變形量與剛度成反比，吸收的能量與剛度成正比。車(chē)廂剛度，無(wú)論是彎曲剛度還是扭轉(zhuǎn)剛度，都會(huì)增加車(chē)架的相應(yīng)剛度，兩者的剛度是相輔相成、互相補(bǔ)償?shù)?。?dāng)汽車(chē)前后左右車(chē)輪處于高差較大的路面，車(chē)架扭曲較大時(shí)，車(chē)廂應(yīng)該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動(dòng)性。如果車(chē)相的扭轉(zhuǎn)剛度過(guò)大，當(dāng)車(chē)

33、架扭轉(zhuǎn)到一定程度時(shí)，車(chē)廂前支承緩沖塊相應(yīng)的一側(cè)壓到極限位置，車(chē)廂縱梁的另一側(cè)可能離開(kāi)緩沖塊，車(chē)廂前端的一大部分重量轉(zhuǎn)移到一側(cè)的車(chē)架縱梁上，縱梁可能超載損壞。如果車(chē)廂扭轉(zhuǎn)剛度過(guò)小，能與車(chē)架扭轉(zhuǎn)隨動(dòng)，當(dāng)車(chē)架產(chǎn)生較大扭曲時(shí)，車(chē)廂可能因變形過(guò)大而早期損壞5。全金屬焊接等剛度車(chē)廂設(shè)計(jì)的規(guī)范化的定量的設(shè)計(jì)計(jì)算方法并不是很完善，根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)，可以知道一些設(shè)汁規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：車(chē)廂底板和側(cè)梁斷面應(yīng)小些，布置應(yīng)密集，這樣易于形成等剛度。自卸汽車(chē)的車(chē)架斷面系數(shù)也應(yīng)比同級(jí)噸位的貨車(chē)車(chē)架大一倍，5t自卸汽車(chē)的車(chē)廂底板厚度應(yīng)不小于6mm，本文所設(shè)計(jì)的礦用自卸車(chē)，其額定載荷為10t，故其車(chē)廂底板厚度取10mm。 1、車(chē)廂外

34、部尺寸參數(shù)參考同類(lèi)車(chē)型的車(chē)廂的尺寸，可確定自卸車(chē)的車(chē)廂的尺寸。表2.2車(chē)廂的整體尺寸車(chē)廂長(zhǎng)度5200mm車(chē)廂寬度2609mm車(chē)廂高度1705mm車(chē)廂前后板厚度6mm車(chē)廂底板厚度10mm車(chē)廂欄板厚度50mm車(chē)廂欄板高度50mm擋板鋼板厚度6mm擋板肋寬度50mm擋板肋厚度44mm 2、車(chē)廂內(nèi)部尺寸參數(shù)車(chē)廂內(nèi)部長(zhǎng)寬各為車(chē)廂的長(zhǎng)寬相應(yīng)減掉廂板鋼板和車(chē)廂加強(qiáng)肋的厚度，高度減去鋼板厚度，即有車(chē)廂內(nèi)層的長(zhǎng)，寬，高為：車(chē)廂長(zhǎng)度： 4600mm車(chē)廂寬度： 2440mm車(chē)廂高度： 1300mm即有，車(chē)廂的有效體積為：V=14.6 3、車(chē)廂鉸接點(diǎn)尺寸確定 車(chē)廂鏈結(jié)點(diǎn)定在車(chē)廂前后尺寸長(zhǎng)度的四分之一處，高度定在車(chē)廂高

35、度的三分之二處，即有鏈接點(diǎn)尺寸： 鏈接點(diǎn)距后廂板尺寸： 835mm 鏈接點(diǎn)高度： 1088mm （距離廂板高度） 2.6車(chē)廂后攔板開(kāi)合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析自卸汽車(chē)改裝對(duì)車(chē)廂后攔板開(kāi)合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求如下： 在車(chē)廂傾斜卸貨時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)升至一定高度后，后廂板在重力的作用下自行打開(kāi)，貨物開(kāi)始傾卸。卸貨完畢，車(chē)廂恢復(fù)水平狀態(tài)，車(chē)廂復(fù)位。 1-車(chē)廂；2-后板掛鎖總成；3-后廂板；4-鎖鉤；5-扭轉(zhuǎn)彈簧；6-鎖鉤軸； 7-鎖鉤下銷(xiāo)；8-轉(zhuǎn)軸；9-銷(xiāo)軸；10-支承架；11-調(diào)節(jié)螺母；12-拉桿圖2.4后廂板示意圖 如圖所示為車(chē)廂板鎖啟機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是靠車(chē)廂舉升機(jī)構(gòu)的擺差來(lái)鎖啟車(chē)廂板。它主要由鎖鉤4扭轉(zhuǎn)彈簧5

36、拉桿11等組成。轉(zhuǎn)軸8中間穿有拉桿12，轉(zhuǎn)軸8兩端與支承架10鉸接，以滿足拉桿12以轉(zhuǎn)軸為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)。支承架的下端通過(guò)銷(xiāo)軸9固定在副車(chē)架上，車(chē)廂1可以繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而支承架相對(duì)于車(chē)架來(lái)說(shuō)是不動(dòng)的。鎖鉤4固定在車(chē)廂底架上，了繞其鎖鉤軸6轉(zhuǎn)動(dòng)。扭轉(zhuǎn)彈簧5力圖使鎖鉤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使之緊緊地鎖在車(chē)廂板3。當(dāng)自卸汽車(chē)車(chē)廂舉升時(shí)，由于鎖軸和轉(zhuǎn)軸通過(guò)支承架固定在副車(chē)架上，車(chē)廂以銷(xiāo)軸9為圓心，以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，拉桿以轉(zhuǎn)軸8為圓心，以為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著車(chē)廂舉升角度的增大，和軌跡的差就也相應(yīng)的增大，由拉桿拉動(dòng)鎖鉤下銷(xiāo)7左移，克服扭轉(zhuǎn)彈簧的彈力， 迫使鎖鉤開(kāi)啟，打開(kāi)車(chē)廂板，使車(chē)廂中的貨物卸下。隨著車(chē)廂的降落,與軌跡的

37、距離逐漸縮小，直至兩軌跡相交，扭轉(zhuǎn)彈簧使鎖鉤鎖住車(chē)廂板。而且從圖中可以看出，若車(chē)廂再繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，與軌跡間則產(chǎn)生負(fù)間隙，使調(diào)節(jié)螺母11左移而離開(kāi)轉(zhuǎn)軸8一定的距離5。2.7本章小結(jié)本章主要確定自卸汽車(chē)整車(chē)參數(shù)及對(duì)自卸汽車(chē)車(chē)廂進(jìn)行了選型計(jì)算。整車(chē)參數(shù)將會(huì)對(duì)自卸車(chē)的車(chē)廂設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用，質(zhì)量參數(shù)會(huì)對(duì)自卸車(chē)的舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有這決定性的作用。整車(chē)參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)選擇是自卸車(chē)的設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，因此，它們是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。車(chē)廂的設(shè)計(jì)主要對(duì)自卸車(chē)車(chē)廂的形式選擇、材料的選擇；對(duì)車(chē)廂和其底板、攔板等主要尺寸的確定；對(duì)車(chē)廂后攔板開(kāi)合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析；通過(guò)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，該自卸車(chē)車(chē)廂的強(qiáng)度和廂后攔板

38、開(kāi)合機(jī)構(gòu)均符合要求。 第3章 液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)滿足的性能 對(duì)于液壓舉升機(jī)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(jì)過(guò)程中應(yīng)滿足以下功能： 1、較強(qiáng)的免維護(hù)性礦自卸車(chē)主要應(yīng)用場(chǎng)所是沙場(chǎng)、礦山、工地等，這些場(chǎng)所沙塵肆虐，工作環(huán)境惡劣，自卸機(jī)構(gòu)的維護(hù)條件較差，甚至有時(shí)根本談不上什么維護(hù)。因此需要自卸機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到鉸支點(diǎn)和油缸的免維護(hù)性。 2、良好的動(dòng)力性舉升機(jī)構(gòu)作為礦用自卸車(chē)卸料時(shí)的動(dòng)力來(lái)源，為保證卸料順利完成，要求其必須具有良好的動(dòng)力性能。自卸車(chē)由于其特定的使用環(huán)境和用戶群體決定了它經(jīng)常處于超載狀態(tài)，這就要求舉升機(jī)構(gòu)要具有一定的過(guò)載系數(shù)。 3、平穩(wěn)性要求

39、舉升機(jī)構(gòu)在傾卸貨物時(shí)具有較好的平穩(wěn)性，不得有較大的動(dòng)力沖擊，降低沖擊力對(duì)機(jī)構(gòu)各部件的損傷概率，保證機(jī)構(gòu)的使用壽命。4、卸料性礦用自卸車(chē)顧名思義就是省卻了人力卸料之苦，通過(guò)特定的機(jī)構(gòu)使用液壓力自動(dòng)卸料。因此，自卸車(chē)舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)達(dá)到的卸料目標(biāo)是：在較短的時(shí)間內(nèi)使貨箱舉升一定的角度，即舉升機(jī)構(gòu)將貨箱舉升到最大舉升角所需的時(shí)間（對(duì)此國(guó)家規(guī)定了時(shí)間限值）；貨箱被舉升機(jī)構(gòu)舉升到最大轉(zhuǎn)角時(shí)，貨物應(yīng)順利地傾卸完畢（即最大舉升角達(dá)到貨物的安息角）。5、緊湊性礦用自卸車(chē)多數(shù)是大噸位的工程運(yùn)輸車(chē)輛，其裝載工具多為大型裝載機(jī)械。為了裝載方便，礦用自卸車(chē)的貨箱布置位置一般較低，同時(shí)又要考慮到礦用自卸車(chē)的工作環(huán)境，應(yīng)使其具

40、有較好的通過(guò)性（即離地間隙受限），因此，自卸車(chē)的舉升機(jī)構(gòu)布置空間就受到很大的限制，這就要求機(jī)構(gòu)具有較好的緊湊性，占用較少的空間。6、協(xié)調(diào)性液壓舉升機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一種演化的四連桿機(jī)構(gòu)，在外力作用下，各部件能沿自己的鉸支點(diǎn)按設(shè)計(jì)者的意圖順利轉(zhuǎn)動(dòng)，不得出現(xiàn)傳動(dòng)角小于許用傳動(dòng)角的情況，更不能有死點(diǎn)位置的存在。目前大多數(shù)企業(yè)一直沿用傳統(tǒng)的“類(lèi)比作圖試湊法”進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種方法存在效率低、工作量大以及設(shè)計(jì)方案難以達(dá)到最優(yōu)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案難以同時(shí)兼顧以上各性能要求。這與當(dāng)今高科技環(huán)境下的相關(guān)領(lǐng)域相比，缺少科學(xué)性，人的主觀經(jīng)驗(yàn)決定了車(chē)輛的性能。由此帶來(lái)的問(wèn)題是，車(chē)輛性能低下，難以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。同時(shí)由于設(shè)計(jì)手段的

41、落后，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，產(chǎn)品投放市場(chǎng)遲緩，不能適應(yīng)市場(chǎng)多變的要求。因此借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用最優(yōu)化方法，改善液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)手段和方法，快速、高效、保值、保量完成液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，意義重大，有著重大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。3.2 舉升系統(tǒng)性能主要評(píng)價(jià)參數(shù)自卸汽車(chē)的舉升機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動(dòng)，其性能的好壞，表現(xiàn)為舉升貨物的最大舉升力和最大舉升傾角，以及對(duì)液壓系統(tǒng)的要求兩方面。液壓舉升機(jī)構(gòu)的性能評(píng)價(jià)參數(shù)有如下幾方面：1、舉升力系數(shù)K舉升力系數(shù)是評(píng)價(jià)液壓舉升機(jī)構(gòu)舉升性能的參數(shù)，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(zhì)量 （K

42、g）； g一 重力加速度 （m/）。對(duì)于具體形式的舉升機(jī)構(gòu)，舉升力系數(shù)K與汽車(chē)總布置參數(shù)和機(jī)構(gòu)的性能特征有關(guān)，K值只能比較同類(lèi)型舉升機(jī)構(gòu)的工作效率。對(duì)于相同的舉升質(zhì)量，舉升力系數(shù)越小，則液壓舉升力越小，油缸的油壓也越小，這樣舉升機(jī)構(gòu)耗能也較少。2、舉升油缸最大行程是指貨箱達(dá)到最大舉升角時(shí)，舉升油缸的最大伸長(zhǎng)量。它既是舉升油缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，又是舉升機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)。舉升油缸最大行程較小，可減少舉升油缸的級(jí)數(shù)，降低制造成本，同時(shí)舉升機(jī)構(gòu)的布置也較方便。3、舉升高度是指舉升機(jī)構(gòu)所占用的空間高度。對(duì)于重型礦用自卸汽車(chē)的后置雙缸舉升機(jī)構(gòu)，空間高度決定于舉升缸的安裝長(zhǎng)度和舉升缸的初始方位角。舉升缸初始安裝長(zhǎng)度

43、越小，舉升缸在車(chē)上就越好布置。4、最大舉升角指舉升機(jī)構(gòu)能使貨箱傾翻的最大角度。它是決定能否把貨箱內(nèi)貨物傾卸干凈的參數(shù)。一般的松散物在水平面上堆積成圓錐體，錐體角稱(chēng)為松散物的安息角。安息角也稱(chēng)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(kāi)始滑動(dòng)時(shí)的角度，為松散物滑動(dòng)角，一般為3040度。松散物安息角和滑動(dòng)角是評(píng)價(jià)松散物流動(dòng)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。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(guān)。設(shè)計(jì)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(nèi)的貨物傾斜干凈。 表3.1常運(yùn)貨物的安息角物料名稱(chēng)煤焦炭鐵礦石銅礦細(xì)沙粗沙石灰

44、石安息角（度）2745504050354530355040455、油壓特性曲線舉升過(guò)程中，油缸工作壓力是舉升角的函數(shù)。理想的油壓特性曲線應(yīng)是油壓波動(dòng)很小，但對(duì)于重型礦用自卸汽車(chē)常用的后置直推式雙缸舉升機(jī)構(gòu)，由于多級(jí)伸縮油缸自身結(jié)構(gòu)原因，油壓特性曲線只能是階躍型的，在每一級(jí)油缸伸出瞬時(shí)缸內(nèi)油壓都有一個(gè)沖擊。設(shè)計(jì)時(shí)，需要控制最大油壓峰值在可允許的范圍內(nèi)。6、舉升機(jī)構(gòu)的耗能量舉升機(jī)構(gòu)要將貨物傾卸到位就必定要消耗一定的能量，這些能量的消耗影響著整車(chē)的使用經(jīng)濟(jì)性，但這只是占其能量消耗的一小部分，因此能耗量是評(píng)價(jià)舉升機(jī)構(gòu)性能好壞的一個(gè)次要參數(shù)。上述六個(gè)性能參數(shù)構(gòu)成了對(duì)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的基本指標(biāo)7。3.

45、3 液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的確定3.3.1 液壓舉升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)述普通自卸汽車(chē)和專(zhuān)用自卸汽車(chē)設(shè)計(jì)的主要工作是在定型的汽車(chē)二類(lèi)底盤(pán)上合理的布置車(chē)廂，適當(dāng)?shù)倪x用和設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)，使汽車(chē)具有自卸功能。舉升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自卸汽車(chē)功能的基本部件。舉升機(jī)構(gòu)的好壞直接影響到自卸汽車(chē)的性能，因此是自卸汽車(chē)設(shè)計(jì)中最為重要的部分。舉升機(jī)構(gòu)種類(lèi)繁多，設(shè)計(jì)方法也不盡相同。目前，在自卸車(chē)上廣泛采用液壓舉升機(jī)構(gòu)，根據(jù)油缸與車(chē)廂底板的連接方式，常用的舉升機(jī)構(gòu)有兩種形式：油缸直接推動(dòng)式和連桿組合式兩大類(lèi)8。直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升貨廂傾卸貨物。此結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長(zhǎng)，故一般要求采用單作用的2級(jí)

46、或3級(jí)伸縮式套筒油缸.按油缸布置位置不同，直推式舉升機(jī)構(gòu)可分為前置式和后置式（亦稱(chēng)為中置式）兩種，前置式一般采用單缸，后置式既可采用單缸，也可采用并列雙缸。在相同舉升載荷條件下，前置式需要的舉升力較小，舉升時(shí)貨箱橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長(zhǎng)；后置式的情況則與前置式的相反。油缸與車(chē)廂底板之間通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)相連接，這種舉升機(jī)構(gòu)稱(chēng)為連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。在生產(chǎn)實(shí)踐中連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)因其具有舉升平順、油缸活塞工作行程短，舉升機(jī)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的采用，發(fā)展出了多種連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)形式，如油缸前推（后推）連桿放大式、油缸前推（后推）杠桿平衡式、油缸浮動(dòng)式等。a） 前置式 b） 中置（后置

47、）式圖3.1直推式舉升機(jī)構(gòu)1-車(chē)廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車(chē)架圖3.2油缸前推連桿組合式1-車(chē)廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車(chē)架圖3.3油缸后推連桿組合式1-車(chē)廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車(chē)架圖3.4油缸前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)1-車(chē)廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車(chē)架圖3.5 油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)1-車(chē)廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車(chē)架圖3.6 油缸浮動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu)上面各種機(jī)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。相對(duì)來(lái)說(shuō)，直推式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，而連桿組合式的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜和靈活

48、。 3.3.2 液壓舉升機(jī)構(gòu)方案的選擇直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升車(chē)廂傾卸。該機(jī)構(gòu)布置簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高，但液壓油缸工作行程長(zhǎng)，因此，一般要求采用單作用的2級(jí)或多級(jí)伸縮式套筒油缸。另外單缸系統(tǒng)其橫向剛度不足，系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性差，還存在工作壽命短、成本高等缺點(diǎn)。表3.2推動(dòng)式和連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較項(xiàng)目 類(lèi)別 直推式連桿組合式結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單，易于布置比較復(fù)雜系統(tǒng)布置較小較大建造高度較底較高油缸加工工藝性多級(jí)缸，加工精度高，工藝性差單級(jí)缸，制造簡(jiǎn)便，工藝性好油壓特性較差較好系統(tǒng)密封性密封環(huán)節(jié)多，易滲漏密封環(huán)節(jié)少，密封性好工作壽命磨損大，易損壞，工作壽命較不易損壞，工作壽命較長(zhǎng)制造成

49、本較高較底系統(tǒng)穩(wěn)定性較差較好系統(tǒng)耐沖擊性較好較差 連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)具有舉升平順、油缸活塞的工作行程短、機(jī)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)。該機(jī)構(gòu)又分油缸后推式和油缸前推式兩種，油缸后推式機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)適中，結(jié)構(gòu)緊湊，但各部件布置集中在后部，車(chē)廂底板受力大，適用于中型自卸汽車(chē)油缸前推式機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)小、省力、油壓特性好，適用于重型自卸汽車(chē)9。綜合考慮以上因素，我們決定選用油缸前推式連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。 3.4 舉升機(jī)構(gòu)幾何尺寸的確定油缸前推式四連桿舉升機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖3.7），主要由舉升油缸EC、拉桿BD和三角臂ABC構(gòu)成。點(diǎn)O是車(chē)廂與副梁的鉸接點(diǎn)。工作時(shí)油缸充油，使油缸EC伸長(zhǎng)，三角臂ABC和拉桿BD隨著轉(zhuǎn)動(dòng)并升

50、高，舉升車(chē)廂，使其繞O點(diǎn)傾翻。貨物卸完后，車(chē)廂靠自重復(fù)位。舉升機(jī)構(gòu)在初始位置所占據(jù)的空間愈小愈好，以保證機(jī)構(gòu)緊湊，各構(gòu)件不發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，可協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。用作圖法初選各鉸支點(diǎn)的位置及各構(gòu)件的幾何尺寸。圖3.7機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖3.4.1 車(chē)廂與副梁鉸支點(diǎn)O的確定車(chē)廂后鉸支點(diǎn)O應(yīng)盡量靠近車(chē)架大梁的尾端。已知車(chē)廂副梁高205mm，長(zhǎng)4000mm，兼顧結(jié)構(gòu)安排空間，取水平方向離副梁尾端146mm、垂直方向離副梁下沿118mm處，作為車(chē)廂后鉸支點(diǎn)，并以車(chē)廂后鉸支點(diǎn)作為四連桿運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0），x軸平行于副梁的上平面，指向汽車(chē)前方。3.4.2 車(chē)廂放平時(shí)舉升機(jī)構(gòu)與車(chē)廂前鉸支點(diǎn)A0的確定。車(chē)廂前鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)（

51、，）可按經(jīng)驗(yàn)公式（3.2）計(jì)算 （3.2）式中L油缸最大工作行程，參考同類(lèi)車(chē)型油缸型號(hào)，初選油缸自由長(zhǎng)度=1165mm，最大有效工作行程L=780mm；車(chē)廂最大舉升角，根據(jù)車(chē)廂傾卸動(dòng)作要求和所運(yùn)物料的安息角，選取= R經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)L尺寸，選取R=175因此可得， =2730mm考慮結(jié)構(gòu)安排，取=2725mm點(diǎn)的垂直方向應(yīng)盡量靠近車(chē)廂底面，充分利用車(chē)廂底部空間，減少油缸下支點(diǎn)沉人副梁中的深度。確定距車(chē)廂底板的距離為83mm，已知底板縱梁高180mm，因此。點(diǎn)坐標(biāo)為（2725，184）。3.4.3 液壓油缸與副梁鉸支點(diǎn)的確定由于油缸具有相當(dāng)大的尺寸，以及開(kāi)始舉升時(shí)，為減少油缸的工作壓力，油缸必須

52、具有一定數(shù)值的傾斜角，因此，E 點(diǎn)相對(duì)點(diǎn)O的垂直距離由結(jié)構(gòu)允許最小值確定，即mm。E點(diǎn)x軸坐標(biāo)由經(jīng)驗(yàn)公式求得 （3.3） =2387mm 根據(jù)結(jié)構(gòu)安排，令為2378，則E點(diǎn)坐標(biāo)為（2378，-70）。3.4.4 車(chē)廂放平時(shí)三角臂中支點(diǎn)C0座標(biāo)和A0C0長(zhǎng)度的確定 點(diǎn)即油缸上支點(diǎn)。車(chē)廂放平時(shí)，點(diǎn)應(yīng)盡量靠近車(chē)廂底面，要充分利用上部空間，從而減少油缸下支點(diǎn)沉人副梁中的深度。令點(diǎn)垂直方向在點(diǎn)下90mm。又車(chē)廂放平時(shí)，油缸長(zhǎng)度應(yīng)略大于油缸最小長(zhǎng)度15mm，以保證車(chē)廂確實(shí)能放平，油缸不會(huì)產(chǎn)生干涉。根據(jù)結(jié)構(gòu)安排，定水平方向在點(diǎn)前805mm，則點(diǎn)坐標(biāo)為（3610，142），=885mm。3.4.5 車(chē)廂放平時(shí)

53、拉桿與三角臂鉸接點(diǎn)B0的確定連接，并將繞O點(diǎn)向上轉(zhuǎn)到點(diǎn)。以為圓心，為半徑畫(huà)弧，再以E為圓心以1165+780-10=1935mm為半徑畫(huà)弧，兩弧交點(diǎn)，連接和，作=又以為頂點(diǎn)，為邊，=根據(jù)結(jié)構(gòu)允許尺寸，取=354mm，連接、調(diào)整B點(diǎn)位置，使AB、BC為整數(shù)，AB= =1180mm，由此確定點(diǎn)的坐標(biāo)為（3872，-94），ABC和為和時(shí)三角架所處的位置。3.4.6 拉桿與副梁鉸接點(diǎn)D及拉桿長(zhǎng)度的確定作的垂直平分線交線于D點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)允許的連桿與副梁鉸支點(diǎn)的最高位置，取=175。調(diào)整點(diǎn)D位置使為整數(shù)，最后確定點(diǎn)坐標(biāo)為（1955，175），拉桿長(zhǎng)度=1608mm。用作圖法初選出各鉸支點(diǎn)位置后，需要對(duì)不同

54、舉升角作運(yùn)動(dòng)軌跡校核。如果出現(xiàn)點(diǎn)C至車(chē)廂底板距離小于點(diǎn)A至車(chē)廂底板距離的情況，則應(yīng)加大AC線與x軸平行線的夾角的數(shù)值，重新計(jì)算各鉸支點(diǎn)參數(shù)值10。3.5 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析的目的就是要求得各構(gòu)件在車(chē)廂任意舉升角時(shí)的受力最大值，為液壓系統(tǒng)參數(shù)確定和構(gòu)件截面尺寸的計(jì)算提供依據(jù)。舉升力系數(shù)K是體現(xiàn)舉升機(jī)構(gòu)動(dòng)力性的指標(biāo)，是指單位舉升質(zhì)量所需要的液壓缸推力。 （3.4）式中：液壓油缸最大舉升力； G車(chē)廂滿載時(shí)，車(chē)廂質(zhì)量與貨物質(zhì)量之和。 已知G=125009.8=122500NK直接影響自卸汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能，其值越小越好。隨著車(chē)廂舉升角的變化，K值是變化的?？紤]到機(jī)構(gòu)在初始位置時(shí)車(chē)廂內(nèi)貨物最多

55、，阻力臂最大，車(chē)廂啟動(dòng)時(shí)又有慣性阻力作用，此時(shí)油缸推力最大。因此，下面只對(duì)初始位置時(shí)各構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析。3.5.1 機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)計(jì)算A、G、B、C、F的坐標(biāo)及 、的計(jì)算（見(jiàn)圖3.8）圖3.8舉升機(jī)構(gòu)坐標(biāo)分析簡(jiǎn)圖已知當(dāng)舉升時(shí)，三角臂、點(diǎn)及車(chē)廂滿載重心坐標(biāo)值如下：=2725， =184=3872，=-94=3610，=142 =1515，=853在舉升角時(shí)，和和交點(diǎn)的坐標(biāo) （3.5）（，）通過(guò)求解方程 （3.6）可得=1260， =272在舉升角時(shí)，點(diǎn)O至直線的距離：=347 （3.7） 在舉升角時(shí)，點(diǎn)至直線的距離和點(diǎn)至直線的距離：=320 （3.8） =208（3.9）在舉升角時(shí)，點(diǎn)至直線的距離和

56、點(diǎn)至直線的距離：=153 （3.10）=494 （3.11） 以上數(shù)值也可以通過(guò)作圖法直接測(cè)量，可以省去大量繁瑣的計(jì)算，在實(shí)際工作中應(yīng)用比比較廣泛。兩種方法各有所長(zhǎng)，可根據(jù)個(gè)人習(xí)慣選擇。3.5.2 機(jī)構(gòu)受力分析取車(chē)廂為分離體（見(jiàn)圖3.9） 圖3.9 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析圖由力矩平衡方程可知 =0即 （3.12）代入已知數(shù)據(jù)得：=524258.4N取三角架ABC為分離體（見(jiàn)圖3.10）圖3.10 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析圖由力矩平衡方程可知 =0 （3.13）已知： ，得油缸最大舉升力 =347642.2N=0即 得拉桿最大拉力 = = =107670.5N （3.14）可以求得舉升力系數(shù)= =2.83.5

57、.3 拉桿截面尺寸的確定拉桿BD為二力受拉桿件，作用力對(duì)稱(chēng)分布在兩根拉桿上，因此作用在每根拉桿上的最大拉力： = =53835N （3.15）初選拉桿材質(zhì)為Q235，從手冊(cè)可查得= 230 N/ 拉桿最小橫截面面積 A=468 （3.16）取 A=500m實(shí)際上 = N/ （3.17） 校核安全系數(shù)=2.15n因此，拉桿截面面積耐滿足強(qiáng)度要求11。3.6 本章小結(jié)從分析過(guò)程中可以看出，自卸汽車(chē)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要綜合考慮各項(xiàng)因素，既要結(jié)構(gòu)緊湊又要具有較大的舉升力，更要安全可靠。本章對(duì)自卸車(chē)廂及舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算包括：主要尺寸參數(shù)的選擇的確定；舉升工作原理、油缸推力的計(jì)算以及舉升機(jī)構(gòu)參數(shù)的校核計(jì)算等。通過(guò)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，該自卸車(chē)舉升機(jī)構(gòu)選用合理。31