自卸汽车举升机构的设计【含CATIA三维及CAD图】
自卸汽车举升机构的设计【含CATIA三维及1张CAD图】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下:
充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸 I自卸汽车举升机构的设计摘 要随着国民经济的持续快速增长,社会对汽车运输的要求也越来越高,自卸汽车是通过液压系统来实现车厢举升并且能自动准确降落回位的汽车,它能够自动卸货,在道路运输,建筑等领域都应用广泛。自卸汽车作为专用汽车中一个分支,几十年来在我国快速发展,陆续出现了多种多样的型式,其中最常见的是后倾式自卸汽车,但是近 10 年来我国专用汽车生产的品种少且单一,缺乏创新,相较于国外等发达国家仍然比较落后,所以需要不断创新和发展,研究新的种类和技术,提高产品的质量,对于我国而言是非常重要的任务。本文首先对自卸汽车国内外的研究现状作了相关的概述,讲述了本文研究的意义。接着,按照自卸汽车的设计步骤,选择合适的二类底盘,参照型号为 CA3071PK2AEA80 的二类底盘,对汽车的外廓尺寸、轮距与轴距尺寸以及整车的装载质量、整备质量、总质量等参数进行了相关的计算与设计,再对举升机构和液压系统进行设计选型 然后对其关键部分进行校核以确保设计满足要求,最后进行 catia 三维画图。关键字:自卸汽车;举升机构 ;液压系统充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸 IIABSTRACTAlong with the sustained and rapid growth of the national economy, the society is becoming more and more high to the requirement of motor transport, car by hydraulic system to implement the carriage self-discharging and can automatic landing return car accurately, it can automatic unloading, in the road transport, construction and other fields are widely used. Dump trucks as a new branch of special vehicles, after decades of rapid development in our country, have a variety of forms, one of the most common is backward of dump truck, but less varieties of specialized automobile production in China in recent 10 years and a single, lack of innovation, compared with foreign developed countries such as still relatively backward, so need to constant innovation and development, research new types and technologies, improve the quality of the product, is a very important task for our country.At first, this paper gives an overview of the research status of dump trucks at home and abroad, and describes the significance of this study. Then, according to the design steps of the dump truck, select the appropriate category ii chassis, reference model for CA3071PK2AEA80 second class chassis, the car outside of the profile size, the size of the wheel track and wheelbase and vehicle loading quality, curb weight, total quality and relevant calculation and design, the parameters of lifting mechanism and hydraulic system design and type selection And then to check to ensure that the design of its key parts meet the requirements, finally carries on the catia 3 d drawing.Key Words:Dump truck ;lifting mechanism; hydraulic system充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 1 -目 录摘 要 .ABSTRACT.1 绪论 .11.1 引言 .11.2 国内外专用车辆的发展概况 .11.3 研究本课题的目的和意义 .21.4 自卸汽车的概述 .22 自卸汽车总体设计 .42.1 总体设计方案确定 .42.2 二类底盘的选择 .42.3 主要尺寸参数 .52.4 本章小结 .63 举升机构和液压系统的设计 .73.1 举升机构的选型 .73.2 举升机构最大举升角的确定 .83.3 举升机构的结构设计 .103.4 液压系统的设计 .133.5 本章小结 .174 自卸汽车稳定性及运动部件的校核 .184.1 自卸汽车稳定性计算校核 .184.2 自卸汽车运动部件干涉的校核 .194.3 本章小结 .215 结论 .22参 考 文 献 .23附录 1:外文翻译 .24附录 2:外文原文 .32致 谢 .38充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 1 -1 绪论1.1 引言自卸汽车是通过液压系统来实现车厢举升并且能自动准确降落回位的汽车,它能够自动卸货,在道路运输,建筑等领域都应用广泛。自上世纪 60 年代起,经过工业革命之后,发达国家的汽车行业逐渐发展起来,因而发达国家的专用汽车的数量一直在增长,占据了世界汽车绝大部分市场,随后亚太地区也逐渐发展起来,而我国自卸汽车比发达国家晚了几十年,技术和产品的质量远不如发达国家,但经过几十年的不断革新和成长,现在已经不断地发展和壮大,如今已出具规模,并且在不断的完善和改良,现在,我国的自卸汽车生产的厂家繁多,已经有几千家,在 21 世纪初,载货汽车总产量达专用汽车的一半左右。但是近 10 年来我国专用汽车生产的品种种类少且单一,缺乏创新,仍然需要引进外国先进技术,同时数量和质量还远不如其他发达国家。所以需要不断创新和发展,研究新的种类和技术,提高产品的质量对于我国而言是非常重要的任务。1.2 国内外专用车辆的发展概况1.2.1 国外专用车辆发展概况从 19 世纪 90 年代末期开始,美国和西欧的一些发达国家的卡车交通运输业不断发展,逐渐运用于交通建筑等各个领域中,因而专用汽车在世界各国不断发展起来,不久之后日本等亚洲地区也开始重视专用汽车的发展。(1)国外专用汽车的规模:由于国外一些国家人口基数小、领土广泛、劳动力匮乏,因而需要机械化效率高的专用汽车,所以国外的自卸汽车厂家多,生产的零部件也专业化、标准化,同时批量大、品种多,符合交通运输各个领域的要求。(2)国外专用车辆的发展形势及研究现状据数据资料显示,1980 年美国用于交通运输业的汽车占专业汽车生产的一半以上,其中中型和重型货车的数量为主。1970 年 Japan 的汽车年产量到达 21 万辆。到 90 年代,Japan 的特种车辆总产量为 70 年代的十倍之多,中型货车占据主要市场。欧洲地区由于人文环境的同,它以重型车辆为主,大部分产品是拖车、半挂车和低载货卡车,大小不一,轴承质量不同。前苏联比日本早了 20 年,汽车和工业发展迅速,货车比例和专用车辆的所有权上呈上升趋势。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 2 -重型汽车具有重型、大功率、大功率的特点不能被其他特种车辆替代,因此在国外得到快速发展,当然重型汽车也存在些许不足,因而国外专用汽车厂家在研究上花了很大功夫,向轻型化发向发展。1.2.2 我国专用汽车的发展形势(一)我国专用汽车的研究现状自上世纪 60 年代初开始,我国开始重视专用车辆的存在,一开始从军事车辆和消防车的基础上经过改装形成专用汽车。1970 年开始,通过改革开放及国民经济的增长,专用汽车逐渐成为社会生产的核心力量。我国的专用车辆行业在 90 年代得到飞速迅速,经过 40 多年的成长形成了自己独有的体系。现在的车辆生产厂家主要为四类:其中最为普遍的一种形式是厂家生产基本专用车辆,它的市场占据我国的一半;其次是厂家生产专用的车辆,其主要生产形式是对汽车底盘进行改装形成专用车辆,其生产占将近一半,与上一种基本占据了我国的主要市场;剩下来的就是一些不专业法的厂家和一些维修厂,主要根据用户的需求对车辆进行生产或改装。(二)专用车辆产品的发展趋势通过改革开放,交通基础设施建设也不断改进和发展,由于专用汽车的各个优点,因此专用汽车在我国发挥着重要的作用。但是,与发达国家相比,我国货车所有权的特殊车辆和年产出的比例较小,由于城市需要大量的特殊车辆,如生活车辆、医疗车辆、市政车辆和卫生车辆,所以研发生产的高水平、高质量、高附加值的专用车辆是我国发展的首要任务。1.3 研究本课题的目的和意义我国于上世纪中期开始生产自卸汽车,经过 50 多年的成长和蜕变,特别是在 1980年代,经过改革开放,生产技术不断的交流和改变,公路自卸车和矿用自卸汽车逐渐壮大起来,自卸汽车从而形成了较为规范的体系,特别是自 21 世纪以来,我国的社会经济发展迅速,对专用车辆的行业需求量增加,使得专车专业化、丰富化。自卸汽车生产企业自发展萌芽开始,由不足的 10 家到现在的上千家,翻了近百倍,占了国家汽车生产企业的八成,从最初零散的小规模企业,通过不断的整合和联改等方式形成企业的集团化和规模化,无论从数量还是从品质上得到了前所未有的发展和进步。然而,国外自卸车的生产开始于 1930 年代,比中国早了 30 年。在随后的几年里,它的结构虽然得到了改善,车辆的性能得到了改善,但相比于国外仍然差了很多,因此需要不断研发和发展。1.4 自卸汽车的概述充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 3 -自卸汽车作为装有由本身发动机驱动的液压举升机构,能将车厢卸下或者使车厢倾斜一定的角度、货物依靠自重能自行卸下的专用车辆,其主要运输砂石等散装货物,运用于建筑和矿用等领域中。由于它具有能自动卸货的优点,大大提高了卸货的效率,节省了人力物力,降低了成本,所以自卸汽车得到了应用和发展,随后成为具有一定规模的产品,且种类丰富化。自卸汽车一般可分为两类:一类重型重载公路运输,主要是矿山和水路运输,配有挖掘机,但它的外部轮廓和轴载没有具体的要求。另外一种是普通公路运输的车辆,主要运用于市场经济,从事砂石等散货运输。一般额定装载质量 小于 4 吨为轻型自卸汽车,大于 8 吨为重型,在这之间的则em为中型。图 1.1 为普通自卸汽车结构及主要组成部分:1-三角臂;2-车厢;3-液压油缸;4-拉杆;5-副车架;图 1.1 普通自卸汽车结构及组成部分充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 4 -充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 5 -2 自卸汽车整车设计设计一辆载重为 4 吨的自卸汽车,需要对其完成自卸汽车底盘的选用,举升机构及液压系统的选型和设计,最后对关键部分进行校核和分析。2.1 二类底盘的选择自卸汽车的底盘分为一、二、三、四类底盘,目前绝大部分专用车辆被改装用于二类底盘,占所有底盘的八成左右。二类底盘是指完整车辆去掉货箱及专用装置的机械整体,它具有后悬小、车架大梁短的特点,因此本车选用二类底盘。汽车底盘除了需要满足可靠性和适用性的要求,还要考虑两个因素:一是汽车底盘性价比,二是要有供货来源。考虑到以上因素,本车选用 CA3071PK2AEA80 的型号。它具有安装灵活、配置方便、性价比高且供货来源广泛的特点,同时符合本文设计吨位要求,因此,本车选用该规格,它的规格及标准等主要参数见表 2.1表 2.1CA3071PK2AEA80 型二类底盘参数底盘型号 CA3071PK2AEA80 底盘类别 二类规格 长:6280 宽:2358 高 2730燃油类型 柴油 依据标准 GB3847-2005轴数 2 轴距 3750轮胎规格 9.00-20.9.00R20 轮距 前轮距:1914mm 后轮距:1847mm总质量 7490kg整备质量 2680kg 前排乘客 32.3 主要尺寸参数自卸汽车的主要尺寸参数如图 2.1 所示,主要包括:外廓尺寸、轴距、轮距、质量参数等。因为自卸汽车是由型号为 CA3071PK2AEA80 的底盘改装而来,因此基本参数保持不变。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 6 -图 2.1 自卸汽车主要尺寸参数2.3.1 外廓尺寸总长宽高为汽车的外廓尺寸,由上文所述基本参数不变,所以确定自卸汽车的长为 6280mm、宽为 2358mm、高为 2730mm。2.3.2 轴距和轮距汽车的外廓尺寸、装载容积、轴荷分配、最小转弯直径等会受汽车轴距和轮距的影响,因此轴距和轮距的尺寸很重要。同理,本自卸汽车的轴距和轮距保持不变,所以确定其轴距 L5100mm;前轮距:1914mm;后轮距:1847mm。2.4.3 质量参数(1)整车整备质量 0m装满了燃料、冷却整车整备质量剂和液压油的空车质量是车辆的整车质量。从设计原则考虑,需要尽力减少 ,所以采用轻型材料,减轻质量,来降低成本。当然,0还要考虑车辆使用的外部条件、公路状况等因素。综合以上因素,确定自卸汽车的整备质量 。410kgm(2)额定装载质量 em额定装载质量是根据用户的需求、使用情况及选定的底盘来确定的。还应考虑厂商的底盘的额定载荷质量,从而使产品向标准化发展。与此同时, 能承载所选择的em二类底盘允许的最大质量。(3)最大总质量 a充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 7 -(4)最大总质量包括整车整备质量、额定装载质量和乘载人员。所以,其中 为承载人员质量,取 60kg。r0eamr所以本车最大总质量: 7160kg3041mr0ea 2.4 本章小结确定了本次设计二类底盘的型号是 CA3071PK2AEA80,根据该型号确定了本次设计的外廓尺寸长为 6280mm、宽为 2358mm、高为 2730mm;轴距 L5100mm;前轮距:1914mm;后轮距:1847mm、整车整备质量 4100kg、最大总质量 7160kg。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 8 -3 举升机构和液压系统的选型和设计3.1举升机构类型的选择从传动装置的侧面或上端安装到输出功率、动力升降器或通过直接驱动油泵驱动轴驱动泵来产生液压驱动的装置。其设计要求如下: 1:利用升降机构实现汽车倾卸功能;2:安装合理方便,具有良好的功率传递函数;3:倾倒完后,能够准确回位;4:当货箱实现最大举升角时,货箱底板的最低点不能低于水平地面。举升机构主要分为直推式和连杆组合式。(1)直推式 直推式是指升降机机构利用液压缸直接将货箱推到指定位置。其结构简单,机械效率高,损失能量少,但是液压缸的工作行程长,影响工作效率。根据油缸位置和汽车连接点的位置,可将直接推举机构的位置分为前后两种。(2)连杆组合式连杆机构式是利用三角机构将货箱推到指定位置。升降机构工作平稳,油缸活塞行程短,可用于单缸,结构简单,加工方便,密封好,同时具有装配灵活的优点,所以被广泛使用。对于举升机构的选型需要通过对生产工艺条件进行比较和分析,来确定哪个方案适合本次自卸汽车的设计,但是无论选择哪一类机构,都需要满足 F 和 这两个基max本条件,表 3.1 是对两类举升机构的优缺点进行了分析和比较。连杆组合式根据布置形式分为两种,油缸后推式(D 式或加伍德式举升机构)和前推式(T 式或马勒里式举升机构)。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 9 -表 3.1 直推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 复杂系统质量 小 大油缸加工工艺 多级缸、工艺性差 单级缸、制造简单、工艺性好油压特性 差 好系统密封性 密封环节多、易渗漏、密封性差密封环节少、不易渗漏、密封性好工作寿命 磨损大、工作寿命短 不易磨、损工作寿命长制造成本 高 低系统倾卸稳定性 差 好直推式安装灵活且构造不是很复杂。但是由于货箱与油缸有直接关系,需要被直接顶起,且要被举到最大举升角,所以有必要提升车辆的平稳性,就需要用双油缸结构来解决,这就可能造成油缸泄漏或双缸不同步,造成不均匀的举升力和高的制造成本,不适用于本文设计的自卸汽车。连杆式举升机构是利用三角臂机构来实现油缸举升,连杆是横向跨度期间加强稳定放电,只需使用单级单缸。所以它的制造过程方便且简单,适用于各个机械行业,得到了生产厂家很多的青睐。因此,本次设计采用了 T 式连杆组合举升机构。该系统的升降固定铰支点在车厢的质心周围,受力平衡,稳定性好。3.2 举升机构最大举升角的确定 当货箱举升到设计极限时,不能再举升时,货箱底部与车架的平面角度是汽车的最大举升角度。因此,为了确定汽车的最大减压角,在静态角度的基础上往往只有货物,汽车的最大减压角的设计必须大于静态角度,以保证货物倾倒的完成。所以需要了解货物的静态安息角,如表 3.2 所示:充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 10 -表 3.2 货物的静态安息角安息角运送货物名称 单位容积质量(Kg/ )3m运动 静止无烟煤焦炭石灰石碎石粘土(小块)粘土(干)水泥粗砂700-1000360-6301200-15001320-2000700-15001700900-17001400-165027-303530-353540-303527-455040-45-5027-45-40-45此外,当车厢被举升到一定角度时,货箱的最低点要与底面存在一定的间隙,如图 3.1 所示,货箱底部和汽车尾部之间的距离必须大于零,以保证卸货时不发生干涉。中轻型自卸汽车的最大举升角为 ,重型自卸汽车由于它承载质量大的特、605点,所以它的最大举升角稍稍大一点,通常在 之间。本次设计的自卸车汽载75重质量为 4t,是一辆中轻型自卸汽车,所以本文取 。0max图 3.1 自卸汽车最大举升角的确定充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 11 -3.3 T式举升机构的设计步骤 T 式举升机构具有结构简单、节能、压力与举升角存在函数关系的特点被广泛使用。其通常采用作图法与解析法来确定三角臂机构,其受力分析图如 3.2 所示。图 3.2 T 式举升机构的受力分析图首先,通过作图法初步确定各杆件和三角臂各铰支点的坐标。然后计算出各固定铰支点与 的函数关系,以求出所需求的力 ,具体步骤如下:maxF1)建立平面直角坐标系 坐标原点一般选在车厢与副车架的铰支点的坐标 O1,x、y 方向如图所示,此外参考同类举升机构,初步确定油缸的最大工作行程 L。2)初定原始参数 举升总质量 =装载质量+车厢质量,初定为 4100Kg。 wm初定三角臂 a、b、c、杆长度为 d,在确定时,必须正确控制活塞冲程,同时考虑三角形臂对运动的放大效应,所以确定三边比为 。初定三角臂参数:4:31.5c:ba。90m、9068340a3)确定固定铰支点 D、E 两点的坐标直线 CE 和直线 DB 的作用线是由 D、E 两点坐标决定的,所以在 D、E 两铰支点的充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 12 -允许的情况下,使得 DE 之间的距离增大,以获得更大的翻倾力。纵坐标由结构允许的最小值确定,所以 D、E 两铰之点的坐标是 、)( 10,7。),( 12504)确定举升机构与车厢铰支点点 A 的坐标( , )AXY选择的坐标应注意三角形臂合理布置空间,避免 B 在三角形臂端点前产生干涉。在当 L 较大时,R 取最高值;反之,就取较小值,初定 A 点坐标(2800,250)。 5)求出油缸的工作行程 L 最大升力和初始位置的差值是油缸行程。由于三角臂最高位置尚未确定,需采用作图法,连接 0A,开始顺时针旋转至 ,旋转角度为最大举升角,此时 A 点变为 。1O1再以 为中心作 R=AB 的圆,同样以 D 为中心作 R=BD 的圆,两圆相交于点 ,同理,1A 1B以 为中心作 R=BC 的圆和以 为中心作 R=AC 的圆,两个圆相交于点 ,形成新的1BC ,即为车厢被举升到最大举升角的位置。所以,油缸的最大工作行程为 L=E1CB-EC。 根据上述步骤就可以得出三角臂 ABC 三点及固定铰支点 DE 两点的坐标。拉杆和三角臂的几何尺寸是由图法中得到的每个铰链支点的坐标值,作为已知条件,当 在0到最大举升角 的任意时刻时,以求得 和 。 max、maxFax马勒里式(T 式)举升机构受力解析图如图 3.3 所示,其设计过程如下所示:充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 13 -图 3.3 前推式连杆组合式举升机构受力分析1)求出 A 点在任意举升角 时的坐标: (3-1)cossini00AAyxy式中: 和 为当 时的 点坐标,即上文初定的 A 点(2800,250)。A0XY0=2)求出举升重量质心 G 点在任意举升角 时的坐标( , ):GXY (3-2)cosysinxyiG00同理 点为 时的坐标,即为车厢质量的中心,所以 坐标为(1800,600)。0G= 03)求举升角为 时的 B 点坐标( , )BXY已知: 及 A、D 两点坐标,可得 B 点坐标( , )。即:dcAB BXY (3-3)2A2ABDDc)y()x(d4)求举升角为 时的 C 点坐标( , )CXY同理已知: 及 A、B 两点坐标,所以可以得出 C 点坐标b=aB (3-4)2AC2CBb)y()x(a5)求直线 BD 和直线 CE 的方程由于 B、C、D、F 四点的坐标都已经得知,所以直线 BD 的方程: (3-5)DBxxy直线 CE 的方程: (3-6)FCy6)求 F 的坐标F 点为直线 BD 和 CE 的交点,所以联立两直线方程即可求解 (3-7)0)y-、x)()yx()y-、ECECECEC DBDBDBDB 可得 F 的坐标( , )。FXY7)求翻倾力 R充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 14 -取车厢为分离体,根据力矩平衡: MO(3-8)WNXR1G(3-9)2AF2AFE1 )x()y(|yx| 8)求油缸的推力 F取三角臂 ABC 为分离体,根据力矩平衡,对 B 点取距: 0MB(3-10)RN23(3-11)2AFAF FABAB3 )x()y( |)y(x)y(x|N(3-12)2EC2EC CEE2 )()( |)()(|9)求拉杆拉力 1F因为 与 F、R 三个力受力平衡,所以只要知道其中两个力就可以得知另外一个力,本文已知 F 和 R,所以 也能求解出来。1(3-13)2AF2AF FACAC3 )x()y( |)y(x)y(x|N(3-14)2DB2DB DBCCDB2 )()( |)()(|因为所求的三个平衡力都在 的位置求出最大值, 所以在设计时需要用作图法0和解析法共同使用才能求解出这三个平衡力。根据以上公式,通过使用 MATLAB 软件进行分析计算得油缸最大推力 F=97217.7N,油缸最大行程 L=843.21mm 。3.4 液压系统的设计自卸汽车的液压系统如图 3.4 所示,它主要有由三部分组成,包括动力部分、控制部分和执行部分。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 15 -图 3.4 自卸汽车的液压系统3.4.1 液压系统的结构特点和工作原理1)液压系统的结构特点液压生产部件由力提取器、油泵、单向阀、油箱驱动机构、油泵和单向阀组成,动力装置通常与传动装置直接相连。工作部分主要是指油缸和倾斜杠杆系统。油缸是安装在梁中间的辅助框架通过气缸支持。控制部件包括液压分配阀、控制系统和限位阀。2)液压举升机构操纵方式的选择控制系统的最主要的部分是液压分配阀,经常打开分配阀当汽车不解除油泵压力分布的油阀回油箱中,可以减少光油泵磨损,并且可以防止车祸的过程中推动自卸箱和造成事故,所以经常打开阀广泛应用于自动倾卸卡车分布。3)液压举升机构的工作原理液压系统主要由单活塞杆液压缸、节流阀、手动换向阀、油箱、过滤器、液压泵、单向阀、溢流阀组成,图 3.5 为液压系统原理图。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 16 -1-单活塞杆液压缸, 2-节流阀, 3-手动换向阀, 4-油箱,5-过滤器,6-液压泵,7-单向阀,8- 溢流阀图 3.5 液压举升系统的原理图1)举升时换向阀 3 处于最右边,能实现汽车举升,油箱中的油通过液压泵 6 顶开单向阀 7,将油液送到液压缸 1,推动活塞向上移,此时货箱开始被举升,直到限制活塞阀打开,油液再慢慢流回油箱,此时举升结束,溢流阀的作用是调整系统。2)中停时换向阀 3 在中间位置,此时举升中停,泵输出石油卸货在换向阀,没有压力,油压缸不提升油缸,油缸油封闭的同时,汽车静止状态。3) 下降时换向阀 3 处于左端,此时实现货箱下降的功能。此时液压缸与油箱直接相连。货箱在自身重力下使得活塞向下运动。速度需要通过节流阀来控制,以保证下降平稳。3.4.2 油缸的性能参数计算和选型自卸汽车所用的元件一般都为标准元件,所以只需要完成只需要计算液压元件性能参数和选型。液压系统的执行机构是油缸,其选型主要依靠举升机构的 和 来maxFa确定。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 17 -举升机构最大举升力:(2-15)4dpF2max式中:P额定工作压力(MPa),可按 档35MPa、20.615.7Pa3.6M、10P次中选取。P 与密封性和成本成正比;取 p=16MPa;系统的工作效率,一般取 。8.所以举升油缸缸径:(2-16)98.4m0.36106972.4pFdmax 根据国家标准 GB/T 23481993 规定,在标准尺寸中选取油缸的缸径为 D=125mm。油缸最大工作行程 L 为(2-17)0maxSL式中: 举升角为最大举升角 ,油缸两铰链支点距离,m;maxS举升角为初始位置即 时,油缸两铰链支点距离,m。0 0同理,油缸的最大行程 L 也需要在标准参数系列中选择,上文得油缸最大行程为 L=843.21mm,所以选取油缸最大行程为 L=900mm,在国家标准规定生产的型号中选取此型号:3TG-E125900EQ-L1。3.4.3 液压油泵的选型油缸最大工作容积 V(2-18)(L)104d)S(320max液压油泵额定流量 应满足下式要求:TQ(2-19)tV6T式中:t举升工作的时间(s),举升机构一般应在 15s 的时间内将车厢倾斜到最大举升角 的位置,选取 t=15s;max液压系统的容积效率,通常 =0.8-0.85,这里取 0.85;VV所以液压油泵排量 q 由下式确定:充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 18 -(2-20)Benq式中: 油泵额定转速,r/min,取 =1450r/min。Ben经计算得 1L04.250.13.9V3.8L5.6QT3.7m/r104nqBe上述参数都确定后,就可以从标准油泵系列中选择油泵型号,自卸汽车多采用齿轮泵,因为它具有流量大的特点,常用形式有 CB、CG、CN 等系列,根据上述计算参数,本文选取油泵型号为 CB-B40。3.5 本章小结分析了直推式举升机构和连杆式举升机构的优缺点,根据比较选择了前推式连杆式举升机构,通过举升货物的安息角确定自卸汽车的最大举升角为 50,再通过解析法和作图法综合使用求解出三角臂各点的关系坐标,拉杆长度为 190mm 及油缸最大推力90mc、68b340maF=97217.7N,油缸最大行程 L=843.21mm。介绍了液压系统的工作原理及组成部分,设计举升机构的液压系统图使它完成举升、中停、下降的过程,确定出油缸的型号为 3TG-E125900EQ-L1,油泵的型号为油泵型号为 CB-B40。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 19 -4 自卸汽车稳定性及运动部件的校核4.1 自卸汽车稳定性计算校核其质心一般高于普通卡车,因为副车架的存在,使加载部分的位置发生改变,其质心也发生了改变,所以需要计算车辆的静态稳定性,来确保汽车的卸货稳定性。4.1.1 自卸汽车平衡状态稳定性计算校核汽车处于平衡状态的时候,过车辆质心的竖直线穿过车轮的接地点时,车辆将处于翻转的状态就是汽车的稳态稳定性。如果过车辆质心的竖直线通过支撑点,那么车辆处于临界状态时的倾斜角为最大倾角稳定角,若大于这个倾斜角,车辆则倾翻,若小于这个倾斜角,车辆则处于稳定状态。计算车辆质心中心是分析特殊车辆静态稳定性的首要条件。总之,整车的质心位置,在竖直方向,需要考虑轴载质量的分配;在水平方向上,左右车轮的负荷应保持平衡,最大偏差不应超过 3-4%才能确保汽车的平稳舒适性。在高位置,重心应尽量低,这样才能降低自卸汽车倾翻的可能性;所以为了确保汽车的稳定性,需要符合如下要求:确定水平方向不倾翻的要求如下:(4-1)g2hB确定竖直方向不倾翻的要求如下:(4-2)g2L式中: -附着系数,是附着力与车轮法向压力的比值,一般取 0.6。B-汽车轮距,mm;-质心高度,mm;gh经过数字带入计算公式计算得: 0.6.32150942hBg.8Lg因此,平衡稳定性满足要求。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 20 -4.2 自卸汽车运动部件干涉的校核当货箱被举升到最大举升角 时,倾卸时货箱栏板的最低点可能与水平地面发max生接触干涉,同时,货箱被举升的过程当中,汽车的底板与三角臂之间可能产生运动干涉,还有车厢和副车架之间也会存在运动干涉,所以,有必要对这几个部分进行运动分析及校核。4.2.1 三角臂运动干涉的校核原理图如图 4.1,三角形 ABC 为举升机构的三角臂,O 点为汽车的倾翻中心,A 点与 D 点相连形成拉杆 AD,拉杆 AD 经过液压系统进行货箱的倾卸,转到拉杆 ,过点DA1C 做与水平地面平行的直线 MC,再做翻转中心到与地面平行的水平直线 MC 的距离就是直线 OM,以 O 为圆心,OM 为半径画圆,满足点 B 与 MC 不发生干涉的条件为:180CMAB图 4.1 三角臂运动干涉的校核由上文计算可得 A、B、C、O 的坐标,所以BAC 和OCM 都可知,因为ACO 和 AO 成正比关系,所以当ACO 达到最大值时,即 AO 的长度也就最长,此时是最容易发生运动部件干涉的位置。所以,根据上述内容,将数据带入下列公式中计算充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 21 -A12BA2121X50tanOMYOcosCM80通过使用 MATLAB 软件进行编译计算所得,点 B 与直线 MC 不发生干涉。4.2.2 车厢与副车架运动干涉的校核上文已经定义货箱与副车架之间存在间隙,且间距 250mm,所以在举升过程中车厢和副车架之间不会发生干涉。4.2.3 车厢后栏板与地面运动干涉的校核当货箱被举升到设计极限位置时,货箱的后栏板最低点与水平地面之间留有空隙,使得倾卸能够准确完成且不发生干涉。以下是本文最终设计的三维图,如图 4.2 所示:充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 22 -图 4.2 自卸汽车三维图4.3 本章小结对自卸汽车平衡状态稳定性进行了水平和竖直方向的计算校核,然后对三角臂运动干涉的校核、车厢与副车架运动干涉的校核、厢后栏板与地面运动干涉的校核这三个面进行了计算分析和校核皆满足要求。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 23 -充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 24 -5 结论本次设计主要完成了以下内容:首先介绍了自卸汽车,然后对国内外研究现状进行了分析,随后对举升机构和液压系统进行选型和计算,最后对其进行校核,主要设计结果如下:确定了本次设计二类底盘的型号是 CA3071PK2AEA80,根据该型号确定了本次设计的外廓尺寸长为 6280mm、宽为 2358mm、高为 2730mm;轴距 L5100mm;前轮距:1914mm;后轮距:1847mm、整车整备质量 4100kg、最大总质量 7160kg。随后分析了直推式举升机构和连杆式举升机构的优缺点,根据比较选择了前推式连杆式举升机构,通过举升货物的安息角确定自卸汽车的最大举升角为 50,再通过解析法和作图法综合使用求解出三角臂各点的关系坐标 ,拉杆长度90mc、68b340ma为 190mm 及油缸最大推力 F=97217.7N,油缸最大行程 L=843.21mm。然后介绍了液压系统的工作原理及组成部分,设计举升机构的液压系统图使它完成举升、中停、下降的过程,确定出油缸的型号为 3TG-E125900EQ-L1,油泵的型号为油泵型号为 CB-B40。最后对自卸汽车平衡状态稳定性进行了水平和竖直方向的计算校核和对三角臂运动、车厢与副车架、厢后栏板与地面运动这三个面进行了计算分析和校核,结果皆满足要求。充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 25 -充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 26 -参 考 文 献1葛绪坤,樊维,刘大维.自卸汽车举升机构应力实验与分析 J.青岛大学学报(工程技术版).2014(01):56-59.2张朝杰,刘跃进,范东林,王鹏.自卸汽车系统动力学建模与分析 J.农业装备与车辆工程.2011(08):22-24.3孙旭.基于 SOLIDWORKS 的自卸汽车举升机构的仿真设计J.南通航运职业技术学院学报.2009(02):95-98.4李晓锋,吴涛.基于 AMESim 的自卸汽车举升机构的建模与仿真J.机床与液压.2012(11):138-141.5崔林林,徐锐良.基于遗传算法的自卸汽车 T 式举升机构优化设计 J.河南科技大学学报(自然科学版).2006(06):16-19.6葛绪坤,刘大维,朱龙龙.刚柔耦合的自卸汽车举升机构动力学分析 J.机械设计与研究.2014(03):45-47. 7郗艳梅,岳红新,石岩.基于 ADAMS 自卸汽车举升机构优化设计J.机械设计与制造.2016(06):192-196. 8罗智宁,许 伟,黄雪梅,李宏伟 .自卸汽车液压举升系统隐形缺陷和潜在失效模式分析 J.自动化与仪器仪表.2017(04):192-195.9苑风霞,司志远.自卸汽车举升机构设计J. 赤峰学院学报 (自然科学版).2014(09):89-91. 10李晓锋,吴涛.基于 AMESim 的自卸汽车举升机构的建模与仿真J.机床与液压.2012(11):138-141.11 WEI Xiu-ling ,WANG Guo-qiang, FENG Su-li. Aerodynamic CharacteristicsAbout Mining Dump Truck and The Improvement of Head ShapeJ.Journal of Hydrodynamics.2008,20(6):713-71812 Chun jin,Tong Liu,Yanhua Shen.State Estimation of the Electric drive Articulated Dump Truck Based on UKFJ. Journal of Harbin Institute of Technology.2015,6(3):21-30.13 Schalk G,Brunner P,Gerhardt L A,et al. Brain-computer interfaces detection instead of classificationJ.Neurosci Methods,2008, 167(1):51-62.14 Renfroe D,Roberts A,Gilbert M.Vehicle rollover maximum limitsJ.International Journal of Vehicle Design,2006,40 (1):144-158.15 Kim MH, Oh JH, Lee JH, Jeon MC. Development of rollover criteria based on simple physical model of rollover eventJ.International Journal of Automotive technology. 2006,7(1):51-59. 充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 27 -附录 1:外文翻译矿用自卸卡车的气动特性及头部形状的改善魏 Xiu-ling 机械科学与工程学院、吉林大学、长春 130022 年,中国航空机械工程学系,空军航空大学 130022 年长春,中国,电子邮件:wei411036163.com 王 Guo-qiang机械科学与工程学院,吉林大学,长春 130022 年中国风苏里基础科学部门,装甲技术研究所,130117 年长春,中国(2008 年 3 月 6 日,2008 年 6 月 13 日修订)文摘:对某矿用自卸卡车的外流场进行了模拟。讨论了气流结构和气动阻力,得到了气流特性与气动阻力的关系。为了解决卡车头部形状的问题,通过数值模拟和分析,提出了三种方案,分别是边舍入边、安装分流面和组合。模型和方法被选为三维和时间无关的。用有限体积法求解了雷诺-平均纳维-斯托克斯方程。选择 RNG k-模型来封闭紊流量。结果表明,第三种方案是最好的,因为其气动特性优于未改进的模型。关键词:自卸车,外流场,数值模拟。1.介绍矿用自卸卡车主要用于各种矿山和地面站。由于其工作条件差,路面较低,且经常起动、制动和转向,负荷过重,外部负荷复杂。目前,设计人员对自卸车的强度和刚度的要求越来越重视,其部件满足各种要求,很少考虑其气动特性和气动设计。据报道,我国大约有 9000 辆矿用自卸卡车1,2,一般负荷超过 20 吨,油耗和污染排放显著增加。由于节能和对环境保护的要求,需要通过降低自卸卡车的空气阻力来提高自卸车的燃油经济性。关于重型车辆空气动力学的大量信息可以在至少 20 世纪 70 年代早期的公开文献中找到。这些工程大多涉及风洞实验、道路测试和计算模拟。参考文献3-5联合风洞和计算模拟,以减少卡车空气阻力,导致减阻装置的智能设计。在Ref.6中引入的全面测试提供了计算验证的详细数据、减阻设备的指导和风洞测试指南。这些已发表的作品都不包括对矿车的气动参数的研究或对其减阻的研究。摘要在分析矿山倾卸卡车外部流场的速度场和压力场的基础上,给出了气动阻力的变化规律。为了解决卡车头部形状的气动问题,通过数值模拟和分析,提出了改善头部形状的三种方案。2.计算模型和网格2.1 计算模型对一辆矿车的三维计算模型进行了以下假设,忽略了外部链接和车架附件的影响,将卡车底部作为平面处理。空气被认为是不可压缩的,所以可以计算出倾卸卡车周围的稳态流场。自卸卡车被认为是在冲击荷载状态下,以恒定的速度行驶在平滑的道路充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 28 -上,忽略了边坡和横风的影响。根据参考文献7。车轮表面被修整到 10o 和 350o,然后垂直的边界下降到地面。所以轮子与地面的接触是一个矩形。基于上述假设,它是某一类型的采矿自卸车的 1/10 比例复制品,如图 1 所示。它的长度为 765 毫米(L),高度为 370 毫米(H),宽度为 349 毫米(W)。图 1 简化模型2.2 计算域和网格生成。计算域是由 2L 在模型前面,5L 在后面,4H 在顶部,2W 在每边。图 2 矿用自卸车网格图的一部分。为了克服复杂几何、大计算域和大网格数的困难,该域被分解。在本研究中,通过在卡车周围创建一个平行六面体箱,将该域分解为 18 个部分。包含卡车的盒子里装满了四面体细胞,而其他的部分则含有六面体细胞(见图 2)。该网格是由 Fluent Inc.开发的商业几何和网格构建工具 GAMBIT 生成的。离卡车越远的地方,网格就越稀疏。由于尾迹区对卡车的空气动力学特性有很大的影响,所以卡车后面的文章网格更加密集。本文所创建的网格包括四面体细胞、六面体细胞和金字塔细胞。3.数值模拟3.1 数学模型由于外部流场可以被认为是不可压缩流,所以利用时间平均守恒方程来计算流动。现在方程在笛卡尔坐标系中给出。连续性方程是(1)0xuji充 值 购 买 -下 载 设 计 文 档 后 , 加 Q-1459919609 免 费 领 取 图 纸- 29 -动量方程(2)iijjij xp)u、x本构方程(3)ijkijij xu32s动荡的粘度(4)KC2空气的密度 ,u 速度相对于卡车,p 的平均压力, 空气粘度,湍流粘度,K 湍流动能,湍流耗散率,相关系数和粘度,应力张量,和 ij 年代染色率张量。j)0(iS),xu(21Sijjiij iij选择 RNG 湍流模型,是因为它之前使用了一系列类似的问题(8,9),精确到更高的应变率和漩涡流10-12。
收藏