hgc3110自卸汽车改装设计本科学位论文

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1、黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论1.1 课题的提出自卸车又称翻斗车，它是利用发动机动力驱动液压举升机构，将车厢倾斜一定角度从而达到自动卸货的目的，并依靠货箱自重使其复位的专用汽车。按不同的用途自卸车可分为两大类：一类是非公路运输用的重型和超重型自卸汽车。这种自卸汽车主要应用于大型矿山、水利工地等场所，运输的货物通常是由与其配套的挖掘机械来完成装载的。这类汽车也称为矿用自卸汽车。这类自卸车辆在长度、宽度、高度以及轴荷等方面不受公路法规的限制，但同时它也只能在矿山、工地上使用，而不得用于公路运输。另一类是公路运输用的轻、中、重型（装载质量在210t）普通自卸车。这种自卸车主要承担着泥土、

2、砂石、煤炭等松散货物的运输工作，它通常也是与装载机械配套使用的。 普通自卸车辆有多种分类方法，按运输货物倾卸方向分为：后倾式、侧倾式、三面倾式和底卸式自卸汽车；按货箱栏板结构分为：栏板一面开启式、栏板三面开启式和簸箕式（即无后栏板式）汽车：按装载质量分为：轻型自卸汽车（3.5t）、中型自卸汽车（3.5t 8t）。 普通自卸车是随着我国经济的不断发展，上世纪80年代末发展起来的自卸运输车辆，其装载重量在4.5t-9t之间。国家和地方均出台专门的法规对普通车尺寸、排放、车速等各方面性能进行规范，从而促进了普通自卸车的健康发展。自2001年11月10日起，中国正式成为成员国，国内市场逐渐开放。同时，

3、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、工地及般的土木工程等的运输作业中的自卸车以其灵活机动、价格低廉的优点得到了广泛的应用。1.2课题来源及研究意义当今汽车工业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代速度的日益加快。汽车产品开发的一个主要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持其基本结构和功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品

4、。自动倾卸汽车是以发动机为动力，经过变速器的取力机构和液压倾卸装置，进行车厢自动倾卸，从而实现自动卸货的一种车辆。因其短途卸载方便，动力性、机动性均较好，与装载机，带式输送机，吊车等其它吊装机具配合使生产效率明显提高，被广泛应用于建设工地、矿山、港口、码头等，用来搬运岩石，废土，煤，沙子等物资。自卸汽车包括两大类：铰接式自卸汽车和刚性自卸汽车。刚性自卸汽车按传动方式又可分为液力机械传动自卸汽车和电力机械传动自卸汽车两种。自卸汽车具有高度机动性和卸货机械化等优点，通常与铲式转载机、挖掘机或皮带运输机等配套使用，实现装卸机械化，从而可以大大缩短装卸时间，提高运输效率并可以节省劳动力，减轻劳动强度。

5、随着汽车制造业的发展，自卸汽车不断采用新材料、新工艺，提高其质量利用系数，具有较大的速度范围和较高的传动效率，控制与操纵更完善，更方便。随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，城市内部垃圾、建筑材料也迅猛增长。自卸汽车由于减轻了装卸工作量、提高了工作效率、车厢可以密闭等原因，越来越被广大用户所接受，市场容量也越来越大。该自卸车既能适应城市间运输，也要适应城市内部车流量的的特点。通过该设计，可以综合训练学生所学知识，为将来工作打下良好基础。本课题在满足设计要求下，对矿用自卸车的车厢和举升机构进行合理的选择和设计，并为进一步研究整车的计算机辅助设计提供经验，进而提高自卸汽车产品的设计质量和设计效率

6、。同时，也希望能为推广虚拟样机等先进技术的应用，以及为提高我国专用汽车的设计水平进行一些有益的探索。1.3 自卸车国内外研究概况1.3.1国内研究发展概况我国在机械设计中采用最优化技术的历史很短，但其发展速度却是十分惊人的。无论在机构综合、通用零部件设计，还是各种专业机械的设计都有最优化技术应用的成果。在计划经济向市场经济转换初期，由于汽车领域不象航天等领域受到重视，国内大多数轻型矿用自卸车生产企业在举升机构的设计过程中一直沿用着经验类比的方法设，即传统的“类比作图试凑法”，这种传统的设计方法主要是凭借设计者的经验，参照相同或类似的较为成熟的设计方案，辅以必要的分析计算，确定一个初始的设计方案

7、，并通过估算，初步确定有关参数；然后对初定方案进行必要的分析及校核计算；如果某些设计要求得不到满足，则可进行设计方案的修改，设计参数的调整，并再一次进行分析及校核计算，如此多次反复，直到获得相对合适的设计方案为止。显然，这种工作方法工作量大、效率低，而且设计出的举升机构往往存在许多不合理的因素，影响矿用自卸车举升性能的提高，并严重阻碍着矿用自卸车产品的系列化。随着市场经济的深入发展和市场竟争的激烈，一些研究机构、工程车改装厂在举升机构的设计中采用了这种方法，并取得了一定的优化成果。优化设计作为一种新的设计方法具有综合的本质，它能够把过去的设计开发经验加以总结，寻找出更优的结构。优化技术将越来越

8、得到更为广泛的应用。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

9、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

10、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220t、矿用自卸汽车装载质量从20154t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。1.3.2 国外研究发展概况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

11、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

12、, 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16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。16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(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16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, 用钢板制造的车箱与16用制造的车箱相比, 板材厚度更薄, 且不需要

13、加强筋。据国外的一些厂家反馈, 车箱使用钢板后, 重量能减少, 甚至更多。随着计算机技术的发展和应用，50年代发展起来的以线性规划和非线性规划为主要内容的新的数学分支一数学规划被应用于解决工程设计问题，形成了工程设计的新理论和新方法，即工程优化设计理论与方法。特别从60年代以来，最优化技术发展迅速，而且得到了广泛的应用。在汽车工业发达的欧、美、日等国家，汽车优化设计理论和方法已应用于汽车诸多领域的很多环节，从汽车发动机、底盘、车身等主要总成的优化到整车动力传动系统的匹配，优化设计使他们的汽车工业保持了世界领先地位。汽车工业的发展是经济社会发展的必然，而经济社会的发展，又对汽车的使用功能不断提出

14、新的要求，使汽车在社会商品、信息、人员三种流通中起着重要的作用。汽车的经济效益不只在于汽车生产的本身，而是更集中体现在汽车使用和流通的全过程。经济的发展对汽车运输工具在各种功能和性能方面要求越来越高，对运输服务的品质以及运输服务的多元化、个性化要求越来越强，从而推动着专用车的迅速发展。从某种意义上讲，基本车型只能简单的满足数量上的要求，而专用汽车才能更好地满足用户的使用要求，更有效地发挥汽车的经济效益。经济社会的发展，把汽车运输工具推向专业化。只有专用汽车，才能更好地适应客货运输现代化、多样化和个性化的要求，满足特定条件下的各种专项作业的需求，更有效地发挥汽车在运输结构中的作用，建设资源节约型

15、和环境友好型社会。1.4 研究的内容随着自卸车变得越来越重要，则有关它的设计领域也变得日益重要起来。它的总体设计程序与载货车基本相近。本人进行一系列的市场调研和同类车型资料的收集，摸清了产品主要技术经济指标，了解有关设计标准法规等。在此基础上拟定设计原则，协调使用、制造与经济三方面矛盾，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。针对上述问题和课题的研究需要，本文的主要工作是自卸汽车车厢和举升机构系统的设计研究。具体工作如下： 1、举升机构设计用机构动力学的知识对油缸前推连杆组合式自卸汽车的举升机构进行设计计算，并对举升机构液压系统的设计

16、步骤进行了说明。对举升液压缸、液压油泵、换向阀等液压元件计算和选取进行了详细的阐述。 2、车厢的设计 参考同类车型的车厢的尺寸参数，确定其上长宽高。并对车厢后拦板开合机构的形式的选择，而且要进行设计与分析。3. 、液压系统设计 自卸车车采用的液压泵、液压缸、液压阀等液压系统元件均为高度标准化、系列化、通用化且由专业化液压元件厂集中生产供应。因此在自卸车车改装设计中只需要进行液压元件选型计算。其主要内容包括液压缸直径与行程、液压泵工作压力、流量、功率以及油箱容积与内径等。第2章 自卸车总体设计及方案选择2.1质量参数的确定额定装载质量是自卸汽车的基本使用性能参数之一。目前，中、长距离公路运输趋向

17、使用重型自卸汽车，以便提高运输效率、降低运输成本，额定装载质量一般为919t；而承担市区或市郊短途运输的自卸汽车额定装载质量为4.59t。同时，还应考虑到厂家的额定装载质量的合理分级，以利于产品系列化、部件通用化和零件标准化。此外，额定装载质量还必须与选用的二类货车底盘允许的最大总质量相适应。改装部分质量主要包括：车厢质量、副车架质量、液压系统质量、举升机构质量以及其他改装部件的质量。改装部分质量既可通过计算、称重求得，也可以根据同类产品提供的数据进行估算。自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够油料、液压油和冷却液的空车质量。它一般是二类底盘整备质量与改装部分质量的总合，是自卸汽车总体设计的重

18、要设计参数之一。整备质量： 选取5000kg；装载质量： 选取5500kg；驾驶员质量：65kg/人，额定载员3人，；自卸汽车总质量是指装备齐全，包括驾驶员，并按规定装满货物的质量。其值可按下式确定。 （2.1）则： =5000+5500+195=106952.2总体方案设计 该自卸汽车是选择型自卸车底盘，利用该车发动机动力驱动液压举升机构取力器-传动轴-液压泵-举升油缸，将车厢举升到一定角度卸货，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车。该车最大装载质量为5.5t，是适用于公路运输的中型自卸汽车。倾卸机构采用油缸前推式举升机构。该自卸汽车主要由货箱、副梁、液压举升机构、液压系统等部件组成，主要技术参

19、数见表2.1。表2.1整车参数汽车外形尺寸（）最大装载质量5500kg整备质量5000kg轴距L4250mm轮距（前后）18011740前悬 1330后悬 2260接近角离去角货箱尺寸倾斜时间（举升落下） 15s13s最大举升角总质量11000kg最高车速（kmh）81.3最小转弯半径（m）7.8最大爬坡度78百公里油耗（L/100km）24.32.3举升车厢形式的选择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2.1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孟，车厢的侧栏板、

20、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。车厢结机构型式按用途不同大概可分为：普通矩形车厢和铲斗车厢。 普通矩形车厢用于散装货物运输。它的要求要比矿用自卸车车厢要低，其后板装有自动开合机构，保证货物顺利卸出。普通矩形车厢板厚为：前板46，边板48，后板58，底板612。比如：程力牌自卸车普通矩形车厢标准配置板厚为：前4边4底8后5。 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2.1车厢结构图铲斗车厢则适用于大石块等粒度较大货物的运输。考虑到货物的冲击和碰幢，铲斗车厢的设计形状较复杂，用料较厚。比如：程力牌自卸车矿用铲斗车厢标准配置板厚为：前6边6底

21、10，而且有些车型在底板上焊接一些角钢，以增加车厢的刚度和抗冲击能力。 图2.2普通矩形车厢图2.3铲斗车厢车厢对自卸汽车的质量利用系数影响很大，对其使用寿命也有一定的影响。因此，自卸车的车厢是自卸车的重要部分。目前，国内外自卸车车厢都是用钢制成的，从质量分配来看，车厢质量大约占自卸车整备质量的14。综合上述，车厢采用普通车厢。2.4 车厢的选材1、车厢选材原则工程材料的一般选用原则：具有良好的使用性能，优良的工艺性及合理的经济性。对于自卸汽车车厢应考虑以下性能：（1）使用性能:使用性能是选材考虑的主要问题。（2）工艺性能:材料加工的工艺流程要适合批量生产。（3）经济性能:选择材料的经济性是当

22、前注意的问题。 2、车厢钢板选材 在遵循满足使用性能要求，较好工艺性和较好经济性的前提下，车厢选用选用Q235工程用钢材。2.5 车厢的设计规范及尺寸确定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

23、定的扭转随动性。如果车相的扭转刚度过大，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。自卸汽车的车架断面系数也应比同级吨位的货车车架大一倍，5t自卸汽车的车厢底板厚度应不小于6mm。1、车厢外部尺寸参数参考同类车型的车厢的尺

24、寸，可确定自卸车的车厢的尺寸。表2.2车厢的整体尺寸车厢长度5200mm车厢宽度2280mm车厢高度1530mm车厢前后板厚度5mm车厢底板厚度6mm车厢栏板厚度150mm车厢栏板高度1528mm挡板钢板厚度6mm挡板肋宽度100mm挡板肋厚度50mm 2、车厢内部尺寸参数车厢内部长宽各为车厢的长宽相应减掉厢板钢板和车厢加强肋的厚度，高度减去钢板厚度，即有车厢内层的长，宽，高为：车厢长度： 4500mm车厢宽度： 2280mm车厢高度： 900mm即有，车厢的有效体积为：=9.234 车厢质量 车厢底梁的强度校核 则有 对于矩形面 Q235的抗拉强度在375-460，符合强度要求。2.6车厢锁

25、止机构的选择与设计 自卸汽车改装对车厢后拦板开合机构设计要求如下： 在车厢倾斜卸货时，举升机构升至一定高度后，后厢板在重力的作用下自行打开，货物开始倾卸。卸货完毕，车厢恢复水平状态，车厢复位。 1-车厢；2-后板挂锁总成；3-后厢板；4-锁钩；5-扭转弹簧；6-锁钩轴； 7-锁钩下销；8-转轴；9-销轴；10-支承架；11-调节螺母；12-拉杆图2.4后厢板示意图如图所示为车厢板锁启机构。该机构的主要特点是靠车厢举升机构的摆差来锁启车厢板。它主要由锁钩4扭转弹簧5 拉杆11等组成。转轴8中间穿有拉杆12，转轴8两端与支承架10铰接，以满足拉杆12以转轴为圆心转动。支承架的下端通过销轴9固定在副

26、车架上，车厢1可以绕该轴转动，而支承架相对于车架来说是不动的。锁钩4固定在车厢底架上，了绕其锁钩轴6转动。扭转弹簧5力图使锁钩逆时针转动，使之紧紧地锁在车厢板3。当自卸汽车车厢举升时，由于锁轴和转轴通过支承架固定在副车架上，车厢以销轴9为圆心，以为半径转动。与此同时，拉杆以转轴8为圆心，以为半径转动。随着车厢举升角度的增大，和轨迹的差就也相应的增大，由拉杆拉动锁钩下销7左移，克服扭转弹簧的弹力， 迫使锁钩开启，打开车厢板，使车厢中的货物卸下。随着车厢的降落,与轨迹的距离逐渐缩小，直至两轨迹相交，扭转弹簧使锁钩锁住车厢板。而且从图中可以看出，若车厢再继续逆时针转动，与轨迹间则产生负间隙，使调节螺

27、母11左移而离开转轴8一定的距离。2.7本章小结本章主要确定自卸汽车整车参数及对自卸汽车车厢进行了选型计算。整车参数将会对自卸车的车厢设计起到至关重要的作用，质量参数会对自卸车的举升机构和液压系统的设计有这决定性的作用。整车参数和质量参数选择是自卸车的设计的主要依据，因此，它们是设计的重点。车厢的设计主要对自卸车车厢的形式选择、材料的选择；对车厢和其底板、拦板等主要尺寸的确定；对车厢后拦板开合机构设计和分析；通过以上结构设计和力学分析，该自卸车车厢的强度和厢后拦板开合机构均符合要求。第3章 自卸车液压举升机构的设计3.1 液压举升机构应满足的性能 对于液压举升机构考虑到工作环境、工作性质及工作

28、内容等的要求，在设计过程中应满足以下功能： 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矿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。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、卸料性矿用自卸

29、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：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）；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、紧凑性矿用自卸车多数是大吨位的工程运输车辆，其装载工具多为大型装载机械。为了装载方便，矿用自卸车的货箱布置位置一般较低，同时又要考虑到矿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、

30、 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。目前大多数企业一直沿用传统的“类比作图试凑法”进行设计，这种方法存在效率低、工作量大以及设计方案难以达到最优的缺点，设计方案难以同时兼顾以上各性能要求。这与当今高科技环境下的相关领域相比，缺少科学性，人的主观经验决定了车辆的性能。由此带来的问题是，车辆性能低下，难以适应市场的需求。同时由于设计手段的落后，设计周期长，产品投放市场迟缓，不能适应市场多变的要求。因此借助计算机技术，运用最优化方法，改善液压举升机构的设计手段和方法

31、，快速、高效、保值、保量完成液压举升机构的设计，适应市场竞争的需求，意义重大，有着重大的社会价值和经济价值。3.2 举升系统性能主要评价参数自卸汽车的举升机构由液压缸驱动，其性能的好坏，表现为举升货物的最大举升力和最大举升倾角，以及对液压系统的要求两方面。液压举升机构的性能评价参数有如下几方面：1、举升力系数K举升力系数是评价液压举升机构举升性能的参数，指单位举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 举升质量 （Kg）； g一 重力加速度 （m/）。对于具体形式的举升机构，举升力系数K与汽车总布置参数和机构的性能特征有关，K值只能比较同类型

32、举升机构的工作效率。对于相同的举升质量，举升力系数越小，则液压举升力越小，油缸的油压也越小，这样举升机构耗能也较少。2、举升油缸最大行程是指货箱达到最大举升角时，举升油缸的最大伸长量。它既是举升油缸的结构参数，又是举升机构的性能参数。举升油缸最大行程较小，可减少举升油缸的级数，降低制造成本，同时举升机构的布置也较方便。3、 举升高度 是指举升机构所占用的空间高度。对于重型矿用自卸汽车的后置双缸举升机构，空间高度决定于举升缸的安装长度和举升缸的初始方位角。举升缸初始安装长度越小，举升缸在车上就越好布置。4、最大举升角指举升机构能使货箱倾翻的最大角度。它是决定能否把货箱内货物倾卸干净的参数。一般的

33、松散物在水平面上堆积成圆锥体，锥体角称为松散物的安息角。安息角也称休止角、堆积角，一般为35-55度。将松散物置于光滑的平板上，使此平板倾斜到松散物开始滑动时的角度，为松散物滑动角，一般为3040度。松散物安息角和滑动角是评价松散物流动特性的一个重要指标。它们与松散物的粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、松散物粘附性等因素有关。设计的货箱最大举升角必须大于货物的安息角，这样才可保证将货箱内的货物倾斜干净。表3.1常运货物的安息角物料名称煤焦炭铁矿石铜矿细沙粗沙石灰石安息角（度）2745504050354530355040455、油压特性曲线举升过程中，油缸工作压力是举升角的函数。理想的油

34、压特性曲线应是油压波动很小，但对于重型矿用自卸汽车常用的后置直推式双缸举升机构，由于多级伸缩油缸自身结构原因，油压特性曲线只能是阶跃型的，在每一级油缸伸出瞬时缸内油压都有一个冲击。设计时，需要控制最大油压峰值在可允许的范围内。6、举升机构的耗能量举升机构要将货物倾卸到位就必定要消耗一定的能量，这些能量的消耗影响着整车的使用经济性，但这只是占其能量消耗的一小部分，因此能耗量是评价举升机构性能好坏的一个次要参数。上述六个性能参数构成了对举升机构进行综合评价的基本指标。3.3 液压举升机构参数的选择与确定3.3.1 液压举升机构简述普通自卸汽车和专用自卸汽车设计的主要工作是在定型的汽车二类底盘上合理

35、的布置车厢，适当的选用和设计举升机构，使汽车具有自卸功能。举升机构是实现自卸汽车功能的基本部件。举升机构的好坏直接影响到自卸汽车的性能，因此是自卸汽车设计中最为重要的部分。举升机构种类繁多，设计方法也不尽相同。目前，在自卸车上广泛采用液压举升机构，根据油缸与车厢底板的连接方式，常用的举升机构有两种形式：油缸直接推动式和连杆组合式两大类。直推式举升机构利用液压油缸直接举升货厢倾卸货物。此结构布局简单、结构紧凑、举升效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的2级或3级伸缩式套筒油缸.按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置式和后置式（亦称为中置式）两种，前置式一般采用单缸，后置式

36、既可采用单缸，也可采用并列双缸。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时货箱横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况则与前置式的相反。 油缸与车厢底板之间通过连杆机构相连接，这种举升机构称为连杆组合式举升机构。在生产实践中连杆组合式举升机构因其具有举升平顺、油缸活塞工作行程短，举升机构布置灵活等优点，得到了广泛的采用，发展出了多种连杆组合式举升机构形式，如油缸前推（后推）连杆放大式、油缸前推（后推）杠杆平衡式、油缸浮动式等。a） 前置式 b） 中置（后置）式图3.1直推式举升机构1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5-副车架图3.2油缸前推连杆组合式1-车厢；

37、2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5.副车架图3.3油缸后推连杆组合式1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5-副车架图3.4油缸前推杠杆平衡式举升机构1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5.副车架图3.5 油缸后推杠杆平衡式举升机构1-车厢；2-拉杆；3-三角形拉杆；4-举升油缸；5-副车架图3.6 油缸浮动式举升机构上面各种机构各有优缺点，使用时根据实际需要进行选择。相对来说，直推式举升机构的设计较为简单，而连杆组合式的设计较为复杂和灵活。3.3.2 液压举升机构方案的选择直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高，但液

38、压油缸工作行程长，因此，一般要求采用单作用的2级或多级伸缩式套筒油缸。另外单缸系统其横向刚度不足，系统倾卸稳定性差，还存在工作寿命短、成本高等缺点。表3.2推动式和连杆组合式举升机构的综合比较项目 类别 直推式连杆组合式结构布置简单，易于布置比较复杂系统布置较小较大建造高度较底较高油缸加工工艺性多级缸，加工精度高，工艺性差单级缸，制造简便，工艺性好油压特性较差较好系统密封性密封环节多，易渗漏密封环节少，密封性好工作寿命磨损大，易损坏，工作寿命较不易损坏，工作寿命较长制造成本较高较底系统稳定性较差较好系统耐冲击性较好较差 连杆组合式举升机构具有举升平顺、油缸活塞的工作行程短、机构布置灵活等优主车

39、架是汽车底盘上各总成及专用工作装置安装的基础，改装时受到的影响最大，因此，要特别引起注意。由上选用的是CA1123P9KAL4E底盘，其主车架尺寸如下：主车架的长度： 5000mm主车架的宽度： 865mm主车架上面尺寸到地面高度： 940mm 主车架的厚度： 240mm4.2副车架的结构设计4.2.1副车架的外形在设计自卸车车时，所选取的二类底盘只有主车架，为了增加车架的强度刚度，延长车架的使用寿命，在原有主车架的基础上增加了副车架。其形状同主车架，在主副车架之间加一定厚度的松质木条。其长度同副车架的长度，宽度同副车架的厚度。主副车架进行加固连接。副车架示意简图见图4.1。图4.1 副车架示

40、意简图 4.2.2副车架的选材在汽车制造工艺中，钢板冲压成型工艺占有十分重要的位置。冲压成形的零件具有互换性好、能保证装配的稳定性、生产效率高和生产成本低等优点。载重汽车用中板数量较多，受力的车架纵梁和横梁、车厢的纵梁和横梁均采用中板冲制且多以低合金高强度钢板冲压生产，也是适应提高汽车承载能力、延长使用寿命、降低汽车自重和节能节材以及安全行驶等要求的发展趋势。目前，我国载重汽车车架的纵梁和横梁已经全部采用低合金高强度钢钢板制造。纵梁可以用抗拉强度为510MPa的16MnL和09SiVL（必须是用往复式扎机生产的）10TiL和B510L钢板生产，横梁可以用抗拉强度为390MPa的08TiL和B4

41、20L钢板来生产。由以上，副车架材料选用载重汽车横纵梁的一般选用材料，纵梁采用16MnL，横梁采用08TiL生产。 4.2.3 副车架的截面形状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4.2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。4.3和图4.4所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。对于矿用自卸车的副车架来说，采用如图4.2所示的槽形结构。图4.2副车架的截面形状1- 副车架；2-腹板图4.3 加强后的副车架截面形状图4.4 加强腹板的位置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

42、面尺寸为80、240、9。4.2.4 加强板的布置车架中部（液压举升机构位置）所受弯曲、扭曲最大，因此在这一区域应加加强板。考虑到零件的工艺性，由于下翼板所受弯曲应力较大，因此，加强板紧贴下翼板，为了避免下翼板由于钻孔而导致抗弯强度下降，除与后加强板重叠部位，该加强板主要与腹板连接。在纵梁上加上加强板，加强板端头区域车架容易产生集中应力。为了降低应力集中，加强板端头形状有三种设计方式，见图4.5。图4.5 加强板的三种设计方式本副车架为了批量生产时工艺简单，采用了图4.5（b）角型的端头形状。4.2.5 副车架的前端形状及安装位置(1)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

43、尽量减少副车架的横梁，以减少对纵梁的扭转约束。(2)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。(3)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。(4)副车架与主车架连接如图4.6所示：图5.6 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（见图4.7）。图4.7

44、 副车架的前端结构副车架前端形状常有三种形状（见图4.8）。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4.8（c）所示：；。（a）U形；（b）角形；（c）L形图4.8 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4.9所示的副车架前端简易形状，此时斜面尺寸较大。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4.10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1

45、00 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500800 mm的范围内。（a）刚质副车架；（b）硬木质副车架图4.9 副车架前端简易形状图4.10副车架的安装位置4.2.6 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4.111-纵梁；2-连接板；3横梁图4.11 横梁与纵梁的连接图4.11（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

46、向连接尺寸较大的连接板。横梁仅固定在腹板上。图4.11（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4.11（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。4.3 副车架与主车架的连接设计副车架与主车架的连接常采

47、用如下几种形式。1、止推连接板1-副车架；2-止推连接板；3-主车架纵梁图4.12 止推连接板的结构图4.12是斯泰尔重型专用汽车所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5001000 mm范围内。2、连接支架1-上托架；2-下托架；3螺栓图4.13 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4.13所示。由于上、下

48、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，但在消声器附近，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，本文设计的主副车架之间采用连接支架。4.4副车架尺寸的确定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

49、之间的距离长度。其尺寸设计如下： 副车架长度： 4350mm副车架宽度： 865mm副车架高度： 240mm4.5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4.14。xmm 1140mm 1175mm5000 图4.14 主车架额定装载运输重心作用简图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： （4.1）由图，可以列出： （4.2）求得 2.、副车架剪力及弯矩的求解由主车架重心作用简图及求得的整车重心作用点，可以画出额定装载质量时自卸车副车架受力简化图如下图： 880mm G

50、912mm 4000mm图4.15 副车架额定装载受力简图将此时受力的副车架看为简支梁（见下图4.16），以便进行强度刚度及弯曲变形的校核。由图4.17，可以列方程组： G B Co F0 F1 Fc 图4.16 副车架等效简支梁简图 （4.3） （4.4） 可求得： （4.5） = =35681.8N即大小为124529.48N，方向与设定的方向相同。可求得： = （4.6） = =-29752.8N 即大小为29752.8N，方向与设定的方向相反。 由以上，可画出实际的副车架等效梁示意图4.17。 G B FC o F0 F1图4.17 副车架实际等效梁简图列出弯曲剪力及弯矩方程:OA段

51、35681.8 （0X912） （4.7） 35681.8X （0X912） （4.8）AB段 （912X3120） （4.9） （912X3120） （4.10）BC段 （3120X4000） （4.11） （4.12） = 30474.08X121897047 （3120X4000）根据以上剪力和弯矩的求解，可以画出剪力及弯矩图4.18。 F(N) 35681.8 30474.1 X(mm) -63581.3 -26817917.4 X(mm) M(Nmm) 113570885.8图4.18 副车架额定载荷时剪力及弯矩图3、副车架强度刚度校核对于塑性材料，其弯曲正应力强度条件为： （4.1

52、3）由 （4.14） 即有 （4.15） 式中梁内最大弯矩截面弯矩值； 抗弯截面模量； 梁截面对中性轴的惯性矩； 最大弯矩截面距中性轴最远处。对与矩形副车架截面，截面惯性矩 （4.16） 即有：= =378.57MPa由于副车架设计成对称的矩形，其截面上下边缘最大抗拉应力与最大抗压应力相等，即有：=378.57MPa510MPa 在所选材料的许用应力范围内。4、副车架弯曲变形校核由以上知道副车架的等效简支梁形式，利用叠加法可求得梁的最大挠度和最大转角，然后进行副车架弯曲变形的校核。当梁的形式为图4.19所示形式时，梁的挠曲线方程为： F A B a b L图5.19 副车架等效简支梁 （4.1

53、7） （axl （4.18） 梁的转角方程 （4.19） （4.20）式中作用在梁上的力，规定其向下为正，向上为负； E梁构成材料的弹性模量，； I梁的惯性矩。 进行叠加后求得，在矿用自卸车车额定装载时，其挠度为： （0xa） （axl）即有最大挠度： （4.21） =0.00064256求得A、B两处转角为：=1.715度 =0.5293度 即梁的最大转角：1.715度由计算的挠度和转角，参照选材的许用挠度和许用最大转角，均在许用数值之内。4.6本章小结本章主要对自卸汽车副车架进行了计算。主要确定了主、副车架的外形、材料、尺寸；选择了主、副车架的连接形式；对副车架强度刚度弯曲适应性校核；从计

54、算结果可知，副车架能够安全的承受载荷。第五章 整车性能分析5.1 概述从上述分析过程中可以看出，自卸汽车举升机构的设计要综合考虑各项因素，既要结构紧凑又要具有较大的举升力，更要安全可靠。因此对自卸车的整车性能分析也很重要,本章主要是对自卸车的各项性能进行了逐一分析,确保自卸车在使用过程中安全可靠。5.2 汽车动力性能分析5.2.1 基本参数确定发动机的输出转矩和输出功率随着发动机的转速变化的二条重要特性曲线，为非线形曲线。工程实践表明，可用而次三相式来描述汽车发动机的的外特性，即 （5.1）式中 发动机输出转矩(Nm); 发动机输出转速(r/min); a、b、c待定系数，有具体的外特性曲线决定。如果已知发动