0504-CA-20地下自卸汽车工作、转向液压系统设计【全套12张CAD图】

0504-CA-20地下自卸汽车工作、转向液压系统设计【全套12张CAD图】,全套12张CAD图,ca,20,地下,汽车,工作,转向,液压,系统,设计,全套,12,十二,cad 湖南工学院毕业设计(论文)题 目CA-20地下自卸汽车工作、转向 液压系统参数计算及轮边制动器的设计学院名称 指导教师 职 称 班 级 学 号 学生姓名 2007年 6月 13日 开题报告设计（论文）题目CA-20地下自卸汽车工作、转向液压系统参数计算及轮边制动器的设计设计（论文）题目来源设计（论文）题目类型工程设计类起止时间一、设计（论文）依据及研究意义：20t地下矿山自卸汽车是我国矿山亟需应用的一种机型，现国产地下自卸汽车成功地设计制造出来的为12t以下。因此，为了满足我国地下矿山运输设备的需要，使我国在地下矿山设备的设计、制造上一个新的台阶，促进我国地下矿山运输设备的产业升级，本设计为子项目，即整车液压系统及驱动桥轮边制动器的设计。二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标（技术方案、路线）：(1)工作液压系统设计及参数的计算：主要是倾卸油缸行程的确定、工作压力的确定、油泵的选取以及举升时间的计算。(2)转向液压系统的设计及参数的计算：转向系统采用中间铰接折腰转向形式，由于采用双缸转向，转向力矩大而且向左、向右转向力矩相等，转向稳定。本设计主要是转向液压系统压力、流量的计算以及转向油泵的选取、转向时间的计算。(3)利用以上液压参数求出不同工况变矩器输入功率与力矩，并进行变矩器与发动机的优化匹配。(4)轮边制动器的设计：CA-20型地下矿山自卸汽车采用液压制动弹簧松闸多盘湿式制动器。结构上主要是参考衡阳冶金机械总厂及外文资料，采用两半式结构。三、设计（论文）的研究重点及难点：(1)工作液压系统设计及参数的计算；(2)转向液压系统的设计及参数的计算；(3)变矩器与发动机优化匹配MATLAB程序的编制；(4)湿式多盘轮边制动器的参数计算以及结构、精度的设计；四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：3.13.15日 到衡阳力达铲运机公司参观实习，并通过对地下装载机-结构设计使用、工程机械构造（底盘）、工程机械修理（底盘）下册的讲课，加强液压系统理论知识，汽车轮边制动器设计的基础和机械结构的设计知识。3.16 4.5日 收集汽车液压系统设计资料（工作、转向系统等），消化吸收EJC20外文资料，学习MATLAB科学计算与编程方法。4.64.20日 初步液压系统的设计方案，完成液压系统原理图。4.214.30日 编制变矩器与发动机优化匹配的MATLAB程序。5.1 5.20日 轮边制动器的结构设计、零部件的设计以及零部件的三维造型。 5.216.5日 专题研究。6.6 6.13日 编写说明书、整理资料，准备答辩。五、进行设计（论文）所需条件：1、本项目有CA-8地下矿山自卸汽车、KZC-5地下矿山自卸汽车试验成功的基础；有CY-2柴油铲运机成熟技术。3、本项目的生产基地是国内第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。因此，生产设备和加工能力均是目前国内一流的。7、本项目实现预期目标的软、硬件基础条件已经具备。六、指导教师意见： 签名： 年 月 日任务书题 目： CA-20地下自卸汽车工作、转向液压 系统参数计算及轮边制动器的设计 设计（论文）内容及要求：1对汽车的结构进行深入了解，通过对地下装载机-结构设计使用、工程机械构造（底盘）、工程机械修理（底盘）下册的学习，加强液压系统理论知识、汽车轮边制动器设计的基础和机械结构的设计知识,通过各种资料初步确定液压系统的设计方案。2对工作液压系统、转向液压系统设计及参数的计算并确定液压系统的设计方案，根据各系统所受的最大作用力确定各系统的系统压力和流量选定各系统液压泵及其他液压元件，完成液压系统原理图3利用以上液压参数求出不同工况变矩器输入功率与力矩，并进行变矩器与发动机的优化匹配。4参考衡阳冶金机械总厂及外文资料的结构确定湿式多盘轮边制动器的参数计算以及结构、精度的设计，并进行零部件的设计和零部件图纸绘制。5编写好设计说明书。序言我们本次毕业设计课题是地下矿山自卸车工作、转向液压系统参数计算及轮边制动器的设计国外的地下矿山自卸汽车应用的比较好，技术也比较先进，因此我国大多使用进口地下自卸车，但价格比较高。因此，CA20地下矿山自卸汽车的开发对地下矿山设备国产化当起到极其重要的作用，具有重大意义。20吨地下矿山自卸汽车是我国矿山应用较多的一种机型，它比较适合中型规模的地下矿山。我国的20吨地下矿山自卸汽车目前还停留在研制阶段。在整车设计中有我门机械工程学院的优秀老师指导，在这个课题开发过程中，我们可以更加系统全面的学习设计方法和专业知识。在老师的指引下，我们首先花了一个月的时间认真学习了衡阳有色冶金总厂教授级高工高梦熊编著的地下装载机结构设计与使用及中国人民解放军工程兵机械学校编著的工程机械构造（底盘）、工程机械修理（底盘）下册三本书，对其有了一定了解。在接下来的设计工作中，利用手中所有的资料来设计属于我国自己的地下自卸车。在设计中令我难忘的是设计当中指导老师和我们一起共同进退，力求在规定的时间完成设计。谢谢老师们的指导、帮助、教诲，谢谢老师们为我们所付出辛苦和操劳。 摘 要：详细介绍了CA-20地下自卸汽车工作液压系统和转向液压系统的设计，为四个步骤：根据各个系统的功能和整车布置拟定液压系统原理图；根据翻倾及转向角度分别计算工作油缸的行程；根据各系统所受的最大作用力确定系统压力；根据各系统的系统压力和流量选定各系统的泵及其他液压元件。实践CA-20地下自卸汽车液压系统是安全、可靠和高效的。 关键词：地下自卸汽车；工作液压系统；转向液压系统；泵；油缸；Abstract: In this paper the design of the hydraulic systems of working and steering for CA-20 Rear Dump Truck is introduced. The design include four steps. First of all according to the feature of each hydraulic system, we can draw the principle diagrams of the hydraulic systems of working and steering. Then we can calculate the travels of the dumping cylinders and steering cylinders by the angles of dumping and steering. And then we can decide the pressure of each hydraulic system through the maximal force on each system. At last may chose the pumps and other hydraulic parts according to the pressure and the flow of each hydraulic system, The fact has proved that the hydraulic system of the truck is safe, reliable and efficient.Key words: Rear dump truck Hydraulic system of working hydraulic system of steering Pump Cylinder目录一、绪论（一）立项背景 1（二）国内外研究现状与发展趋势 3（三）项目实施的主要内容、技术关键与创新点、预期目标 5（四）应用或产业化前景与市场需求 6（五）现有工作基础、条件和优势 7二、液压系统参数计算 （一）概述 8（二）工作液压系统参数计算 8（三）转向液压系统参数计算12 （四）变矩器与发动机优化匹配MATLAB程序的编制 18（五）液压缸装配、维护、修理工艺 30 37三、参考文献 50谢辞51附页52vi一、绪 论（一）立项背景：地下自卸汽车是实现无轨开采技术的主要运输设备，它具有机动灵活和经济的优越性，广泛用语条件适宜的地下矿山。随着无轨采矿技术的发展，对地下自卸汽车的需求量也愈来愈大，对它的经济性、生产能力与可靠性的要求也愈来愈高，生产地下自卸汽车的厂家也愈来愈多。除了专门生产地下自卸汽车的厂家之外，生产露天自卸汽车的厂家也纷纷将露天自卸汽车改造后用于地下，企业之间的竞争愈来愈激烈。各企业为了适应市场的变化，提高市场的竞争力，不断推出新技术、新品种、新结构和新材料，促进了无轨采矿技术与设备的发展。国内研制地下自卸汽车始于20世纪70年代中期，由于各种原因，至今发展不快，只有几个生产厂，技术水平只相当于国外20世纪80年代末的水平，数量与质量也远远满足不了国内矿山发展的需要。我们加入了WTO之后，地下自卸汽车行业面临着极大的压力和挑战，为了对付这严峻的形势一方面要引进更多更好的国外产品与相关技术，另一方面必须迅速发展民族工业。进入21世纪以来，我国的矿业形势发生了很大的变化。许多露天矿山，由于开采深度不断增加，为了降低开采成本、保护环境，这些矿山必须由露天开采转入地下开采。据有关协会统计，我国的铁矿山在5年后，露天开采与地下开采的比将由目前的73转变成37，由此可见，地下矿山设备在我国的应用前景十分广阔。据有关资料分析，我国今后地下矿山自卸汽车的需求量将呈逐年上升的趋势。目前的年需求量约30台左右，5年后年需求量约120台左右。由于历史的原因，我国在地下矿山运输设备领域装备十分落后，尽管经过太原重型机械厂、北京矿冶研究总院、核工业第六研究所、衡阳有色冶金机械厂、金川有色公司、长沙矿山研究院等单位的努力，分别对5t、8t、10t、12t、18t、20t、25t等机型进行了一些研究，取得了一些成功，但这些探索性的研究显然还很不够，而且有些探索显然没有达到预期的目的。因此，直到目前我国可供矿山选用的地下矿山自卸汽车比较少，远远不能满足我国地下矿山运输设备需要。国外的地下矿山自卸汽车应用得比较好，技术也比较先进，但价格比较高。一般情况是：国外的地下矿山自卸汽车整机的价格是国内价格的23倍，而易损件、备件的价格却是610倍。因此，发展我国的地下矿山自卸汽车是非常必要的。20t地下矿山自卸汽车是我国矿山应用较多的一种机型，它比较适合中型规模的地下矿山。我国的有些公司对它有过探索，但没有达到预期的目的，至今没有该产品通过鉴定的报道。因此，我国的20t地下矿山自卸汽车目前还停留在研制阶段。而我国的用户对该产品有比较迫切的需求，有些客户已经向衡阳力达铲运机有限责任公司提出了订购的意向。由此可见，研究该机型不仅非常迫切，而且非常必要。因此，为了满足我国地下矿山运输设备的需要，使我国在地下矿山设备的设计、制造上一个新的台阶，促进我国地下矿山运输设备的产业升级，南华大学与衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达铲运机有限责任公司将进行合作，充分利用各自的优势，提出研究20t地下矿山自卸汽车的项目。衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达铲运机有限责任公司是中国第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。通过20年引进、消化和吸收国外先进技术，已成功研发出具有自主知识产权的铲运机系列产品，并荣获国家级新产品称号及国家科技进步三等奖。产品有CY、CYE系列井下铲运机以及CA-8地下矿山自卸汽车，产品已经广泛应用于有色、冶金、化工及黄金矿山。尤其是2002年由衡阳有色冶金机械厂的力达铲运机制造有限公司开发生产的CA-8地下矿山自卸汽车，经过一年的工业试验在山东某矿取得了很大的成功，得到了该矿的认可，并于2003年再次向力达铲运机制造有限公司订购4台CA-8地下矿山自卸汽车。由此可见，该公司制造地下矿山自卸汽车的技术已经成熟。这也是本项目立项的背景之一。核工业第六研究所并入南华大学之后，南华大学在地下矿山运输设备方面的研究力量得到加强，原核工业第六研究所曾在1998年研究开发了我国第一台KZC-5地下矿山自卸汽车。所以，项目研究人员既具有研究开发地下矿山自卸汽车的经验，又有较高的理论计算基础。这是本项目的另一立项的背景。由于国际工业技术大融合，国外的一些先进技术能够为我国的产品升级提供支持。例如：我国可以选用德国道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的发动机，可以选用美国约翰克拉克(JCJ)公司的液力变矩器、变速箱和驱动桥。力达铲运机制造有限公司经过20多年的努力，在引进、消化和吸收克拉克公司技术的基础上已经开发成功多种能够用于地下矿山的铲运机，而铲运机的制造技术比地下矿山自卸汽车的难度还要大。因此，开发20t地下矿山自卸汽车的条件已经成熟。这是本项目的又一立项的背景。20t地下矿山自卸汽车是地下矿山无轨运输的一个重要机型，它的研究开发对我国地下矿山自卸汽车的产品升级、建立我国地下矿山无轨采矿配套设备体系、促进我国地下矿山无轨采矿的发展都具有十分重大的意义，同时，开发它的经济效益和社会效益都很显著。（二）国内外研究现状与发展趋势1963年瓦格纳(wagner)公司生产了世界上第一台柴油铲运机，从此开创了地下采矿应用无轨运输的时代。首先在美国及瑞典等国的地下采场中，采用了一种胶轮柴油驱动，兼有装、运、卸功能的铲运机(简称lHD)。这种设备具有机动灵活，高效率，改善劳动强度，节省劳动力的性能，简化了矿岩装运工艺，适用于采场运搬和阶段运输。这种设备很快在欧美矿山中被广泛采用，逐渐替代着多年来沿用的电耙、气动装载机和轨道运输车辆。实践证明铲运机在中、短距离内使用是经济的，但当铲运机运距超过其经济运距时，运输能力将显著下降，运输费用则急剧上升。因此，在较长距离和大运量时就宜采用矿用自卸汽车。从1976年以来，各国制造商提供了各种载重能力的地下用自卸汽车，使地下矿山的无轨运输得到发展。在瑞典一些地下开采矿山，日产量从500t到50000t的阶段运输都采用自卸汽车运输。自卸汽车装载量从15t到50t，最大已达70t，可适应各种生产规模的矿山和不同的运输线路的要求，单程运距达20003000m。地下运输采用无轨设备的显著特点是：设备购置费较低，无需安装；对大块物料适应性较强；机动灵活，有利于缩短矿山基建时间加速投产。无轨采矿技术的应用使世界地下采矿业发展发生了革命性的变化。40多年来，无轨采矿技术在发达国家的普及率已经超过85%。无轨设备的种类，除了主采设备铲运机和凿岩台车外，各种地下车辆(如地下矿山自卸汽车、地下矿山工程服务车、装药车、维修车、加油车、运人车等)都已广泛应用，并按照工艺的要求形成配套装备，组成各种机械化作业线，从而最大限度地提高了地下矿山的生产效率，使矿山的生产迅速由体力加经验的劳动密集型向技术密集的集约化方向发展。在中型吨位地下矿山自卸汽车方面，阿特拉斯-瓦格纳(Atlas Copco Wagner Inc)、约翰克拉克(JCI)公司、格特曼(Getman)公司、偌麦特(Normet)公司和塔姆罗克(Tamrock，也就是EJC)公司等，在世界上处于领先地位。他们生产的中型吨位地下矿山自卸汽车，性能良好、结构合理、质量可靠，基本上占领了这一领域的国际市场。这些公司生产的地下矿山自卸汽车，一般采用德国道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的发动机，美国约翰克拉克(JCJ)公司的液力变矩器和带有弹簧制动、液压松闸的多盘湿式制动器，装有轮边行星减速装置的桥。这种桥的特点是承载能力大，制动性能好，具有合适的传动比。但是，这些公司生产的地下矿山自卸汽车价格昂贵，一般情况是：国外的地下矿山自卸汽车整机的价格是国内价格的23倍，而易损件、备件的价格却是610倍，而且，这些公司的备件供应周期一般要几个月，必然会严重影响矿山的采矿生产，所以其备品备件的供应时间较难满足我国工业生产的需要。因此，研究开发适合我国国情的地下矿山自卸汽车，形成具有自主只是产权的产品，对满足我国地下矿山无轨采矿的需要、促进我国地下矿山无轨采矿工艺的发展是非常必要的。我国的地下矿山自卸汽车的开发比较晚，直到1995年才出现KU-12型地下矿山自卸汽车。由于，它采用了露天机械设备的桥，这种桥显然不能满足地下矿山苛刻的工作条件。尤其要提到的是露天机械设备的桥的制动性能难以满足地下矿山的要求。因此，这种机型并没有得到推广应用。1996年，JZC-10型地下矿山自卸汽车在凡口铅锌矿进行了工业试验及鉴定，但由于种种原因，这种机型也没有推广应用。1998年，KZC-5型地下矿山自卸汽车在东北某铀矿进行了工业试验，也是由于种种原因没有推广应用。在世纪之交我国的有些研究院、公司、工厂和矿山还进行了18t、25t的地下矿山自卸汽车的探索，尽管取得了一些成功，但地下矿山自卸汽车的整体水平还是停留在研究阶段。2002年，衡阳有色冶金机械厂的力达铲运机制造有限公司开发生产的CA-8地下矿山自卸汽车，在山东某矿进行了近一年的工业试验获得了成功，并再次赢得了4台订货。这次成功的工业试验表明我国地下矿山自卸汽车的技术已经成熟，可以在地下矿山推广应用。同时，也为本项目赢得了宝贵的试制经验。CA-20地下矿山自卸汽车，正是在CA-8t试验成功的基础上进行的一次产品升级的研究。因此，本项目具有较好的研究基础。（三）项目实施的主要内容、技术关键与创新点、预期目标1、本项目实施的主要技术内容：(1)、整体机电液参数的计算：主要解决本项目功率匹配问题。(2)、重要零部件选型设计：遴选各国能用于本项目的零部件，进行性能价格比较。在保证产品质量的前提下，达到性能价格比较好。(3)、重要零部件的强度校核与优化：本项目的一个重要内容是进行重要零部件的数字化设计。(4)、总装图与零件图的计算机绘制：本项目的所有图纸均采用电子文本，部分重要零部件采用三维图，并在计算机上进行模拟装配，以求减少设计失误。本项目的这个研究内容也是该产品的数字化设计重要内容之一，这项研究可以提升我国在这类产品设计中的设计水平。使我国的地下矿山设备设计水平上一个新的台阶。(5)、本项目的制造工艺研究：解决大型焊接件的焊接工艺；解决CA-20地下矿山自卸汽车制造工艺问题。2、本项目解决的关键技术：(1)、本项目柴油机与液力变矩器的功率匹配。(2)、本项目重要零部件的强度校核与优化设计，该关键技术的实施能够提升我国的研究设计水平；并能达到在保证产品质量的前提下，性能价格比较好。(3)、CA-20地下矿山自卸汽车整车性能的优化设计。3、本项目的技术路线：为了保证产品质量，本项目将采用目前世界上先进的地下矿山用的发动机(底特律公司生产)，液力变矩器、变速箱和驱动桥(约翰克拉克生产)，采用进口液压制动阀及其他液压元件。这样，本项目的关键部件的性能与国外同类产品性能相同或相当。其它机构的生产，因为有生产CA-8地下矿山自卸汽车和KZC-5地下矿山自卸汽车的生产经验，也能保证质量。所以，整车的性能处于国内领先水平、与目前世界水平相当。4、本项目的创新点：(1)、本项目主要利用目前世界上先进产品(如发动机、液力变矩器、驱动桥和进口液压制动阀及其他液压元件)，整机的主要部件与EJC公司的一样，组合生产CA-20地下矿山自卸汽车，使本项目处于国内领先水平、达到世界水平。(2)、因为本项目是我国地下矿山的一个技术升级产品，因此，本项目在设计上采用数字化设计，提升我国在这类产品设计中的设计水平。5、本项目的技术来源、合作单位情况与知识产权的归属：(1)、本项目的技术来源：本项目是现有国内成熟技术(如CA-8地下矿山自卸汽车、KZC-5地下矿山自卸汽车和CY-2柴油铲运机)的组合；国外成熟技术(如底特律公司的发动机、约翰克拉克生产的液力变矩器、变速箱和驱动桥)的组合。因此，研究的成功概率较高。(2)、本项目的合作单位情况：衡阳有色冶金机械总厂衡阳力达铲运机有限责任公司是中国第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。通过20年引进、消化和吸收国外先进技术，已成功研发出具有自主知识产权的铲运机系列产品，并荣获国家级新产品称号及国家科技进步三等奖。产品有CY、CYE系列井下铲运机以及CA-8地下矿山自卸汽车，产品已经广泛应用有色、冶金、化工及黄金矿山。(3)、本项目的知识产权的归属：项目成果属于南华、冶金共同所有，任何一方都有保守项目技术秘密的义务。6、本项目的预期目标：总目标：研究一种性能良好，技术先进的CA-20地下矿山自卸汽车。该车的技术水平处于国内领先水平，与目前世界水平相当。在研究成功后，发表有关学术论文35篇。该车的主要技术参数：斗容为10m3，载重量为20t，发动机功率为207kw。预期2年后产量2台，产值约300万元(人民币)；3年后产量4台，产值约600万元(人民币)；5年后产量10台，产值约3000万元(人民币)。（四）应用或产业化前景与市场需求进入21世纪以来，我国的矿业形势发生了很大的变化。许多露天矿山，由于开采深度不断增加，为了降低开采成本、保护环境，这些矿山必须由露天开采转入地下开采。据有关协会统计，我国的铁矿山在5年后，露天开采与地下开采的比将由目前的73转变成37，由此可见，地下矿山设备在我国的应用前景十分广阔。据有关资料分析，我国今后地下矿山自卸汽车的需求量将呈逐年上升的趋势。目前的年需求量约30台左右，5年后年需求量约120台左右。20t地下矿山自卸汽车是我国中型地下矿山主要运输车辆，其年需求量约为我国地下矿山自卸汽车的总需求量的30%左右。因此，其应用或产业化前景较好。（五）现有工作基础、条件和优势1、本项目有CA-8地下矿山自卸汽车、KZC-5地下矿山自卸汽车试验成功的基础；有CY-2柴油铲运机成熟技术。2、本项目有研究过CA-8地下矿山自卸汽车、CY、CYE系列井下铲运机的一大批研究人员(包括研究这些设备的课题组长、主要成员)；有开发过KZC-5地下矿山自卸汽车的课题组长和主要研究人员。3、本项目的生产基地是国内第一家井下铲运机专业制造公司、中国大型铲运机生产基地。因此，生产设备和加工能力均是目前国内一流的。4、本项目的产品已经有矿山预订。因此，开发资金方面有一定的优势。衡阳力达铲运机有限责任公司也自筹了开发资金。5、本项目可以综合南华大学的设计优势和衡阳力达铲运机有限责任公司的制造优势。6、本项目实现预期目标基础条件已经具备。二、液压系统参数计算(一)概述液压系统是地下自卸汽车一个重要的组成部分,也是故障最多的一个系统。由于地下自卸汽车机型繁多，各生产厂家设计思路不同，因而各机型的液压系统并不完全相同，各有各的特点。但主要组成部分基本相同。地下自卸汽车的液压系统一般由五个部分组成：工作机构液压系统、转向机构液压系统、制动液压系统、变速液压系统、冷却润滑液压系统。在整个驱动桥的设计中，液压系统的参数计算是基础，也是关键，因为只有液压系统参数计算出来了，才能进行柴油机与液力变矩器的匹配计算，才能够进行后续的设计计算。（二）工作液压系统参数计算CA-20地下自卸汽车主要在地下掘进、开采作业中与铲运机配套使用，用于运输矿石及各种物料，可大大提高工作效率，是无轨采矿的主要设备。该车采用铰接车身，后卸式车厢、底特律柴油机，采用液力机械传动系统，包括变矩器、变速箱和驱动桥。 工作液压系统是CA-20地下矿山自卸汽车设计的关键,该系统性能的好坏直接影响到车辆和各种性能及生产效率.根据矿山的要求,设计时以最大卸载高度尽量小为原则。总估布置时，翻倾机构采用双缸举升，靠后两侧布置。翻倾过程中，尽量减少油缸摆角变化，使油缸所占空间小，有利于总体布置。工作液压系统主要由1-液压油箱、2-滤油器、3-工作油泵、 4-压力表开关、5-压力表、6-多路手动换向阀、7-平衡阀、8-工作油缸、9-行程阀、10-回油滤油器组成，其原理图如图2.1所示。图2.1工作液压系统原理图工作泵从油箱吸油，将输出的油直接供给手动换向阀，手动换向阀的回油通过串联在油路上的回油滤清器回油箱，当推动手动换向阀使料斗卸载时，油液经手动换向阀和平衡阀进入倾卸油缸下腔，在油缸活塞上产生足够的压力使料斗卸载；当推动手动换向阀使料斗回位时，油液经手动换向阀进入油缸上腔，使料斗回位。平衡阀可使料斗在回位时减少冲击，使油缸安全稳定地工作。溢流阀保证系统压力，当压力超过系统压力时，油液经溢流阀直接回油箱。1. 倾卸油缸的行程的确定首先在进行工作液压系统设计时,要找到液压缸与工作料斗以及车架的三个铰接点，以及料斗与料的重心为，所以我先参考李庆芬同学的料斗与料的三维造型，如图2.2所示。图2.2 料斗及料的工作图工作机械采用双缸举升后倾翻式卸载，其总体布置如图2.3所示。图2.3 工作油缸尺寸参数图中A点是倾卸油缸与后车架的铰接点，O点是料斗与后车架的铰接点，B点是后轮中心，E点为油缸与料斗的铰接点，F点为料斗翻倾到极限位置时E点的位置。由图2.3可知,。则： 当达到极限位置时： 行程为：实际行程取,安装距离为。由于油缸标准中安装距离=行程，即安装距离=，则加长距离为：。由图2.3还可求得油缸作用力距翻倾铰接点的力臂:则: 2. 工作压力的确定满载时,料斗质心位置距铰接点距离为，料斗质量为;料质心位置距铰接点距离为,料质量为。根据总体布置,选取油缸缸径、杆径。由力平衡方程，设油缸举升力为，则 则系统压力为：设计时为使举升油缸具有足够的储备举升能力，选取工作液压系统的系统压力为，油缸为。3. 油泵选取及举升和返回时间计算举升和返回时间的长短直接影响整机性能和劳动生产率，时间太长，生产率下降；时间太短，泵排量增大，倾卸时动力载荷过大，系统易超载和以热。因此，举升和返回时间要选得适中，设计时选举升倾卸时间为。油缸的容积： 则油泵的排量： 式中：是油泵的容积效率，取。因此，油泵的排量q为：式中：是油泵输出机构速比，; 是柴油机额定转速，选工作液压系统油泵为，油泵的排量为,此时举升倾卸时间为。（三）转向液压系统参数计算1. 概述目前,地下汽车转向系统大都采用铰接液压转向系统,前后车架由上下绞销连接而成,它既可以在水平面内做相对运动,又可以在垂直面内做相对运动。前者实现整机转向，后者保证车轮与地面良好接触。铰接式机构的优点是：由于转向半径小、转向灵活、附着性能好、不需要转向桥，前后桥可以通过，使零件的标准化，通用化情况提高，从而在井下矿山使用的无轨设备中获得广泛应用。但铰接式转向也有一些缺点：所需功率比偏转轮转向大、机械的横向稳定性差、前驱动轮没有定位角，车轮会出现振摆，机械蛇形前进，直线行使性能差、方向盘无自动返正作用。2. 地下汽车对转向系的要求地下汽车转向系应符合下列要求：（1）工作可靠。转向系对地下汽车的运行安全关系很大，因此转向系的零件应有足够的强度、刚度和寿命。对于动力转向发动机在怠速运转是，也要正常转向。（2）操纵轻便。操纵轻便是减轻驾驶员的劳动强度、提高生产率和保证地下汽车安全作业与行使的重要因素之一。1)作用力要小。如用方向盘转向，速度为1r/s时，最大操纵力小于4050N，如用单杆操纵，操纵力小于2340N。2）若用方向盘转向，回转圈数要少，即，转向时，手作用在方向盘上，作用的行程要短，也就是地下汽车向一个方向极限转弯时，方向盘转动圈数不能超过22.5圈。发动机处于空转时，方向盘的速度最小为50r/min，一般推荐为100150r/min。3）直线行使时方向盘应稳定。地下汽车行使时，方向盘不能有抖动和摆动现象，这就要求转向系在机械上布置合理，使之与行走系协调。（3）转向灵敏。应对转向时间有一定要求。转向时间一般应在57s之内。（4）调整简单。（5）使用经济。3. 铰接转向机构的组成及结构铰接转向机构主要由四部分组成：转向油缸（有单缸和双缸之分）、操纵机构（有方向盘与全液压转向器、单杆操纵与转向阀之分）、上下铰接体、液压系统组成。（1）转向油缸的布置 在地下汽车转向机构中，有单缸转向，但大部分采用的是双缸转向。 单缸转向比双缸省了一套油缸和油管。考虑到转向油缸通常布置在中央下铰接点附近时，活塞杆与高压软管易受泥浆和水污染或被矿岩等碰坏。双缸转向由于转向角不大，一般为3642.5，因此油缸两端直接与前后车架相连，而且两油缸布置在下铰接点附近，对称与纵向轴线。尽管转向油缸布置在下铰接点附近有一系列的缺点，但由于前后车架之间的支撑刚度和转向力矩的变化较单转向油缸优越，因此地下汽车绝大部分采用布置。我们此处也采用双缸布置。 双缸布置有四种情况。一是活塞与前车架,缸筒铰销与后车架相连.二是与第一种布置相反，即活塞与后车架相连,缸筒铰销与前车架相连。三是活塞杆铰销与车架铰销三点在一条垂直于纵轴的垂直线上。四是活塞杆铰销与车架铰销三点不在一条垂直于纵轴的垂直线上。（2）转向操纵机构 地下汽车转向操纵机构有方向盘和单杆操纵两种。由于方向盘有一定空行程转角，即方向盘转过25之后转向油缸才开始升压，而且从左转到右，方向盘要转45圈，因此转向灵敏性相对要差些。而且方向盘的转向力达40N左右。 单杆操纵由于操作灵活，无空行程，反映快，而且操纵力相对小，因此司机不易疲劳，这种操作方式很适合地下工况。因此大部分地下汽车使用单杆操纵的转向系统。4. 转向液压系统的设计CA-20地下矿山自卸汽车前车架采用中间铰接折腰转向形式。由于采用双缸转向，转向力矩大且力矩相等，转向稳定。折腰转向形式转向半径小，机动性好，适合井下运输要求。转向液压系统由1-液压油箱、2-滤油器、3-转向油泵、4-压力表开关、5-压力表、6-转向阀、7-转向油缸、8-回油滤油器组成。其原理图如图2.4所示。转向泵从油箱吸油，将输出的油直接供给全液压转向器，全液压转向阀的回油通过串联在油路上的回油滤油器回油箱。当转动全液压转向阀时，油液经转向阀进入转向油缸，在油缸活塞上产生足够的压力使汽车左右转向。转向阀内有溢流阀保证系统压力，当压力超过系统压力时，油液经溢流阀直接回油箱。转向阀内还有缓冲阀使转向平稳。图2.4 转向液压系统原理图（1）转向油缸行程的确定 转向系统采用双缸转向，双缸两侧平行布置，中间铰接转向，其总体布置如图2.5所示。图中、点是转向油缸与后车架的铰接点，、点是油缸与前车架的铰接点，点是前后车架的铰接点，、分别是车辆转向到极限位置时、点的位置。、。由图可知：当转向时、图 2.5 转向油缸尺寸参数行程：实际行程取，由于油缸标准中：，经类比计算选取转向油缸内径、杆径。由图2.5还可得左右转向缸转向力臂： 、（2）工作压力的确定1）转向阻力矩的计算。影响车辆转向阻力矩的因素很多，难以用精确的公式求取，一般由试验测取，设计时可用经验公式估算。对于铰接式车辆可采用下列公式求取最大转向阻力矩，即： 式中：是最大转向阻力矩，; GF车辆前桥载荷，； 是滚动阻力系数，此处取；是效率，一般取；是轴距，取；是转向角，。2）工作压力的确定设油缸压力为,为实现原地转向须满足： 式中：、分别为左右转向缸转向力臂，；、分别为转向缸无活塞杆端和有活塞杆端的面积，转向油缸内径、杆径。由式计算得： 由于地面条件不同，转向阻力矩也不同，前面计算的只是经验值，要有一定的裕度，考虑到转向系统的压力损失，选取转向系统的额定压力为，转向缸为，两端耳环加关节轴承。（3）转向器及油泵的选取转向器选用开心反应型并配有组合阀的全液压转向器。组合阀主要起保护作用，转向器排量为： 式中：是交叉连接油缸容积 是容积效率，取；i1是方向盘转动总圈数，；是转向油缸行程，。由上式可得：选转向器排量,圈。方向盘转速一般取,柴油机额定转速。则所需油泵供油量和油泵的排量分别为： 取泄漏系数，则转向油泵排量：因此，转向油泵选为排量的型齿轮泵。（4）转向时间转向时间是地下汽车转向系统一个很重要的参数。由于井下巷道狭窄，坡多弯多，路面条件很差，转向太快，会产生冲击，对设备有影响，而且很难控制，转向太慢有可能会发生安全事故，因此对地下汽车来说，对转向时间有较为严格的规定：原地从右转向左，或从左转向右。转向时间规定为。转向时间：式中：为原地从最左转向到最右（或反之）单向转向时间，；为油缸行程，；为油缸流量，； 为油泵每转排量，； 为发动机高速空转时转速，； 为转向系统的容积效率，一般取，此处取则 所以 （四）变矩器与发动机优化匹配MATLAB程序的编制所谓的液力变矩器与发动机的匹配是指液力变矩器按照工作的要求，以指定工况（或传动比）传递发动机扭矩和功率的一种共同工作情况。尽管发动机与变矩器性能都好，若是匹配不正确，将使发动机性能不能充分发挥或者液力变矩器不能以十分理想的工况去传递发动机的功率。通过匹配计算，可以求出地下自卸车的各档最大牵引力（失速牵引力）、车速与爬坡能力。1.油泵的力矩损失与的计算 根据文献地下装载机结构设计与使用设计，和下表2.1与表2.2计算得工作油泵空载损失的力矩,;转向油泵,;变速油泵。表2.1 不同工况变矩器输入功率与力矩 工况计算项目1234变速油泵满负荷工作、工作油泵与转向油泵空载变速油泵与转向油泵满负荷、工作油泵空载变速油泵与工作油泵满负荷、转向油泵空载各油泵均满负荷工作输入功率/KW输入扭矩/N.m注：、工作油泵、转向油泵空载损失功率，KW;、变速油泵、工作油泵、转向油泵重载损失功率，KW。表2.2 油泵空载、重载力矩损失 变速油泵 工作油泵转向油泵空载N.m=1591.38=1591.38重载N.m=159(0.69+)/=159(0.69+)=159(0.69+) 备 注 、工作油泵与转向油泵空载损失力矩，N.m;、变速油泵、工作油泵、转向油泵重载损失功率，N.m;油泵容积效率；油泵转速，r/min;、变速油泵、工作油泵、转向油泵工作流量，L/min;、变速、工作、转向液压系统实际工作压力，MPa2.求发动机标准状况扭矩，变矩线器输入扭矩曲 根据表2.2（变矩器输入特性曲线）介绍的方法求出,并可画出下图2.6的曲线1，2，3，4（为了使图形更清楚，工况曲线未画出）。 与公式 (125)=，把美国克拉克变矩器的负载抛物线转换成公制负载抛物线并画在图2.6上。3.变矩器的输出特性及冷却能力计算 按变矩器输入特性曲线左上角数据与公式=, =, =0.1047, 计算出发动机与变矩器的联合工作输出特性曲线的坐标，并绘出图2.7。4.牵引特性与爬破能力计算根据文献地下装载机结构设计与使用中的公式和下表2.3的数据计算出各挡的速度、牵引力和爬破能力（见表2.4）并绘出下图：图2.6 柴油机与变矩器共同工作输入特性曲线 图2.7柴油机与变矩器联合工作输出特性曲线图2.8 牵引曲线图2.9重载牵引曲线其中公式如下所示： =0.377 =- = 式中 地下自卸车的行使速度。Km/h;变矩器涡轮转速，r/min;轮胎的滚动半径，m;传动系统总传动比；轮子牵引力，N；涡轮输出力矩，N.m; 传动系统总效率；=0.8；空气阻力系数=0.0466N/（km/hm）;地下自卸车迎风面积，m;变矩器偏置传动比；变速箱各挡传动比；驱动桥总传动比。表2.3 变矩器特性计算序 号变矩器输入特性变矩器输出特性转速/r.min扭矩/N.m转速/r.min扭矩/N.m功率/kw12165.6565.160101746.3022159.1594.2665215.91721.038.908232153.1620.7371430.61623.273.193542147.3646.7537644.21468.199.030352142.1669.8197865.81292.8115.986662139.3682.07141069.71128.1126.360072139.3682.07141283.6973.3130.821582142.1669.81971499.5823.2129.253092150.4632.72281720.3637.8114.8903102172.1536.09241846.3470.790.9988112193.3441.99221897.2369.173.3174122212.3357.54601946.8281.757.4344132248.8195.05912062.1129.327.9248142286.0 29.2546 2292.900表2.4牵引特性与爬破能力计算序号挡传动比=4.48挡传动比=2.46挡传动比=1.41挡传动比=0.77/km.h/kN坡度/%/km.h/kN坡度/%/km.h/kN坡度/%/km.h/kN坡度/%10241.9837.08300132.8718.5160076.1609.7423041.5914.519120.4699238.4736.42580.8558130.9418.21111.493175.0499.57342.734240.9704.425830.9373224.9233.94121.7069123.5017.04052.978070.7708.92375.453338.5914.068241.4021203.4330.14032.5534111.6915.19824.454963.9817.89518.157734.8133.500851.8650179.1226.01103.396498.3413.13365.925656.2986.734110.850730.5192.856362.3282156.3122.26374.240085.8011.21117.397449.0755.645213.546026.4492.245772.7939134.8518.82855.088074.009.41378.876942.2674.620816.255222.5771.665083.2637114.0415.56395.943662.567.679410.369835.6553.627318.988818.7821.096193.744588.3411.60046.819248.425.546811.897327.4912.402021.785914.1060.3952104.018765.188.07727.318535.693.632712.768520.1551.301923.38129.962-0.2259114.129451.105.95047.520227.952.471113.120315.7020.634524.02557.472-0.5991124.237339.004.12967.716821.301.473813.463311.8730.060624.65365.322-0.9213134.488417.870.96008.17399.69-0.267014.26095.176-0.943226.11411.523-1.4908144.9906-0.06-1.72779.0887-0.19-1.747415.8568-0.574-1.805229.0365-1.925-2.0078MATLAB程序运行结果MB = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 565.1601 594.2665 620.7371 646.7537 669.8197 682.0714 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 682.0714 669.8197 632.7228 536.0924 441.9922 357.5460 Columns 13 through 14 195.0591 29.2546nB = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 2.1656 2.1591 2.1531 2.1473 2.1421 2.1393 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.1393 2.1421 2.1504 2.1721 2.1933 2.2123 Columns 13 through 14 2.2488 2.2860MT = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 1.7463 1.7210 1.6232 1.4681 1.2928 1.1281 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 0.9733 0.8232 0.6378 0.4707 0.3691 0.2817 Columns 13 through 14 0.1293 0nT = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.2159 0.4306 0.6442 0.8568 1.0697 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 1.2836 1.4995 1.7203 1.8463 1.8972 1.9468 Columns 13 through 14 2.0621 2.2929NT = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 38.9082 73.1935 99.0303 115.9866 126.3600 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 130.8215 129.2530 114.8903 90.9988 73.3174 57.4344 Columns 13 through 14 27.9248 0Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. In C:MATLAB6p1toolboxmatlabpolyfunpolyfit.m at line 74 In C:MATLAB6p1workppjs2005.m at line 210Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. In C:MATLAB6p1toolboxmatlabpolyfunpolyfit.m at line 74 In C:MATLAB6p1workppjs2005.m at line 215Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. In C:MATLAB6p1toolboxmatlabpolyfunpolyfit.m at line 74 In C:MATLAB6p1workppjs2005.m at line 219Sigmai = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 129.3858 71.0467 40.7219 22.2382v1 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.4699 0.9373 1.4021 1.8650 2.3282 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.7939 3.2637 3.7445 4.0187 4.1294 4.2373 Columns 13 through 14 4.4884 4.9906v2 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.8558 1.7069 2.5534 3.3964 4.2400 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 5.0880 5.9436 6.8192 7.3185 7.5202 7.7168 Columns 13 through 14 8.1739 9.0887v3 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 1.4931 2.9780 4.4549 5.9256 7.3974 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 8.8769 10.3698 11.8973 12.7685 13.1203 13.4633 Columns 13 through 14 14.2609 15.8568v4 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 2.7342 5.4533 8.1577 10.8507 13.5460 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 16.2552 18.9888 21.7859 23.3812 24.0255 24.6536 Columns 13 through 14 26.1141 29.0365TE1 = 1.0e+005 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 2.4198 2.3847 2.2492 2.0343 1.7912 1.5631 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 1.3485 1.1404 0.8834 0.6518 0.5110 0.3900 Columns 13 through 14 0.1787 -0.0006TE2 = 1.0e+005 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 1.3287 1.3094 1.2350 1.1169 0.9834 0.8580 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 0.7400 0.6256 0.4842 0.3569 0.2795 0.2130 Columns 13 through 14 0.0969 -0.0019TE3 = 1.0e+004 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 7.6160 7.5049 7.0770 6.3981 5.6298 4.9075 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 4.2267 3.5655 2.7491 2.0155 1.5702 1.1873 Columns 13 through 14 0.5176 -0.0574TE4 = 1.0e+004 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 4.1591 4.0970 3.8591 3.4813 3.0519 2.6449 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.2577 1.8782 1.4106 0.9962 0.7472 0.5322 Columns 13 through 14 0.1523 -0.1925a1 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 37.0830 36.4258 33.9412 30.1403 26.0110 22.2637 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 18.8285 15.5639 11.6004 8.0772 5.9504 4.1296 Columns 13 through 14 0.9600 -1.7277a2 =