hgc3110自卸汽車改裝設(shè)計(jì)本科學(xué)位論文

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章緒論1.1課題的提出自卸車又稱翻斗車，它是利用發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動液壓舉升機(jī)構(gòu)，將車廂傾斜一定角度從而達(dá)到自動卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的專用汽車。按不同的用途自卸車可分為兩大類：一類是非公路運(yùn)輸用的重型和超重型自卸汽車。這種自卸汽車主要應(yīng)用于大型礦山、水利工地等場所，運(yùn)輸?shù)呢浳锿ǔＪ怯膳c其配套的挖掘機(jī)械來完成裝載的。這類汽車也稱為礦用自卸汽車。這類自卸車輛在長度、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。另一類是公路運(yùn)輸用的輕、中、重型（裝載質(zhì)量在2~10t）普通自卸車。這種自卸車主要承擔(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。普通自卸車輛有多種分類方法，按運(yùn)輸貨物傾卸方向分為：后傾式、側(cè)傾式、三面傾式和底卸式自卸汽車；按貨箱欄板結(jié)構(gòu)分為：欄板一面開啟式、欄板三面開啟式和簸箕式（即無后欄板式）汽車：按裝載質(zhì)量分為：輕型自卸汽車（<3.5t）、中型自卸汽車（3.5t<<8t）和重型自卸汽車（>8t）。普通自卸車是隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，上世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的自卸運(yùn)輸車輛，其裝載重量在4.5t-9t之間。國家和地方均出臺專門的法規(guī)對普通車尺寸、排放、車速等各方面性能進(jìn)行規(guī)范，從而促進(jìn)了普通自卸車的健康發(fā)展。自2001年11月10日起，中國正式成為成員國，國內(nèi)市場逐漸開放。同時(shí)，我國亦確立了以擴(kuò)大內(nèi)需為主的經(jīng)濟(jì)政策，實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加大對基建項(xiàng)目的投資力度，農(nóng)林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商業(yè)運(yùn)輸、交通、通訊、金融、機(jī)場、電力、城市建設(shè)和石油開采等行業(yè)均快速發(fā)展，使各種類型的專用車需求量大增。在廣大城鄉(xiāng)的沙場、礦山、工地及般的土木工程等的運(yùn)輸作業(yè)中的自卸車以其靈活機(jī)動、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。1.2課題來源及研究意義當(dāng)今汽車工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是買方市場的形成和產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的日益加快。汽車產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)主要手段就是變型設(shè)計(jì)，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，對其局部結(jié)構(gòu)、尺寸或配置進(jìn)行一定范圍內(nèi)的變動和調(diào)整，以此快速形成適應(yīng)市場需求的新產(chǎn)品。自動傾卸汽車是以發(fā)動機(jī)為動力，經(jīng)過變速器的取力機(jī)構(gòu)和液壓傾卸裝置，進(jìn)行車廂自動傾卸，從而實(shí)現(xiàn)自動卸貨的一種車輛。因其短途卸載方便，動力性、機(jī)動性均較好，與裝載機(jī)，帶式輸送機(jī)，吊車等其它吊裝機(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，用來搬運(yùn)巖石，廢土，煤，沙子等物資。自卸汽車包括兩大類：鉸接式自卸汽車和剛性自卸汽車。剛性自卸汽車按傳動方式又可分為液力機(jī)械傳動自卸汽車和電力機(jī)械傳動自卸汽車兩種。自卸汽車具有高度機(jī)動性和卸貨機(jī)械化等優(yōu)點(diǎn)，通常與鏟式轉(zhuǎn)載機(jī)、挖掘機(jī)或皮帶運(yùn)輸機(jī)等配套使用，實(shí)現(xiàn)裝卸機(jī)械化，從而可以大大縮短裝卸時(shí)間，提高運(yùn)輸效率并可以節(jié)省勞動力，減輕勞動強(qiáng)度。隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，自卸汽車不斷采用新材料、新工藝，提高其質(zhì)量利用系數(shù)，具有較大的速度范圍和較高的傳動效率，控制與操縱更完善，更方便。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，城市內(nèi)部垃圾、建筑材料也迅猛增長。自卸汽車由于減輕了裝卸工作量、提高了工作效率、車廂可以密閉等原因，越來越被廣大用戶所接受，市場容量也越來越大。該自卸車既能適應(yīng)城市間運(yùn)輸，也要適應(yīng)城市內(nèi)部車流量的的特點(diǎn)。通過該設(shè)計(jì)，可以綜合訓(xùn)練學(xué)生所學(xué)知識，為將來工作打下良好基礎(chǔ)。本課題在滿足設(shè)計(jì)要求下，對礦用自卸車的車廂和舉升機(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)技術(shù)的應(yīng)用，以及為提高我國專用汽車的設(shè)計(jì)水平進(jìn)行一些有益的探索。1.3自卸車國內(nèi)外研究概況1.3.1國內(nèi)研究發(fā)展概況我國在機(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。無論在機(jī)構(gòu)綜合、通用零部件設(shè)計(jì)，還是各種專業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)都有最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用的成果。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)換初期，由于汽車領(lǐng)域不象航天等領(lǐng)域受到重視，國內(nèi)大多數(shù)輕型礦用自卸車生產(chǎn)企業(yè)在舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中一直沿用著經(jīng)驗(yàn)類比的方法設(shè)，即傳統(tǒng)的“類比作圖試湊法”，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，并通過估算，初步確定有關(guān)參數(shù)；然后對初定方案進(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，影響礦用自卸車舉升性能的提高，并嚴(yán)重阻礙著礦用自卸車產(chǎn)品的系列化。隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展和市場竟?fàn)幍募ち?，一些研究機(jī)構(gòu)、工程車改裝廠在舉升機(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)，它能夠把過去的設(shè)計(jì)開發(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)將越來越得到更為廣泛的應(yīng)用。目前，我國改裝車市場最大銷售量約25萬輛左右，改裝量最大的除了客車外，主要有廂式車、罐式車、自卸車等主要車型。但是總體來看，這些專用車均存在技術(shù)附加值低、工藝較落后等問題。從品種來看，我國改裝車品種較少，僅有400多個(gè)品種。那么，未來改裝車市場到底是什么市場呢？肯定地說，應(yīng)該向多品種、高、精、尖方向發(fā)展。這種發(fā)展方向除了我國公路條件改善外，還和我國公路貨物運(yùn)輸市場息息相關(guān)。目前，我國公路貨運(yùn)市場的主體依然是以個(gè)體戶為主，公路貨運(yùn)甚至還談不上物流管理，具有運(yùn)輸成本高、隨意性大、服務(wù)沒有保證等特點(diǎn)。隨著我國加入世界貿(mào)易組織，這種格局將要逐步被打破。我國汽車工業(yè)保護(hù)期只有五年，但是公路貨運(yùn)市場卻可以向外資開放?？鐕锪鞴菊⒁曧耥穸⒅袊坟涍\(yùn)這塊大市場。這場戰(zhàn)斗誰是贏者，不言自明。集團(tuán)化貨運(yùn)市場對卡車的個(gè)性化要求將越來越高，同時(shí)需求數(shù)量也將越來越大。可以毫不夸張地說，未來的卡車發(fā)展方向?qū)⑹菍Ｓ密?。美國等發(fā)達(dá)國家專用車市場十分巨大，專用車具有品種多、技術(shù)含金量高等特點(diǎn)。就專用車品種而言，美國就有5000多個(gè)品種，甚至很多專用車已經(jīng)被E()化，裝有電腦、衛(wèi)星導(dǎo)航等系統(tǒng)。確切地說，我國專用車市場最終是向多品種、高精尖的方向發(fā)展。尤其是隨著我國公路運(yùn)輸主體的逐漸變化，將加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化和技術(shù)的升級。我國自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀(jì)60年代初，經(jīng)過40多年的發(fā)展，尤其是在上世紀(jì)80年代以后通過技貿(mào)結(jié)合與合作生產(chǎn)方式，從國外引進(jìn)若干先進(jìn)的自卸汽車制造技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上形成以若干大型汽車制造廠為主體的機(jī)械傳動式自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)集團(tuán)。公路用自卸汽車的裝載質(zhì)量從2～20t、礦用自卸汽車裝載質(zhì)量從20～154t以基本形成完整的自卸汽車系列，為我國自卸汽車的騰飛打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然除普通自卸汽車以外，專用自卸汽車的生產(chǎn)也得到了一定的發(fā)展，尤其是新世紀(jì)以來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和交通環(huán)境的改善，各行業(yè)對專用汽車尤其是工程系列專用汽車的需求越來越大。專用汽車將跟更加注重行業(yè)化、專用化、系列化。1.3.2國外研究發(fā)展概況國外自卸汽車生產(chǎn)始于上世紀(jì)30年代，比我國早30多年在其后70多年的發(fā)展過程中，其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，整車性能已有很大提高。為提高自卸汽車的科技含量，追求高附加值，各國更是不斷采用先進(jìn)技術(shù)，其主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：全面提高自卸汽車內(nèi)在質(zhì)量和使用性能；在制造加工方面，自卸汽車朝著底盤生產(chǎn)專業(yè)化、零部件生產(chǎn)專業(yè)化、工藝專業(yè)化和輔助生產(chǎn)專業(yè)化方向發(fā)展；廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和縮短設(shè)計(jì)研制的周期；在材料配置上，將更多地采用高強(qiáng)度鋁合金、不銹鋼、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽車以形成自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與車型系列。目前,各大自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的自卸車尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)多數(shù)為拉桿式尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)、鏈條式尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)、液壓手動控制式尾鉤鎖緊機(jī)構(gòu)等,這些機(jī)構(gòu)各有特點(diǎn),在運(yùn)輸自卸車中被廣泛使用。國內(nèi)使用的自卸車車箱大部分使用16制造而成。其特點(diǎn)是鋼板厚,車箱沉重,截面一般呈方形,邊板和底板有很多的加強(qiáng)筋。16的屈服強(qiáng)度較低,硬度較小,且沖擊性能較差。這些特性決定了不適合用于制造輕量化的車箱。在歐美,很多車箱都使用(耐磨鋼板材料),與傳統(tǒng)的方形車箱有著很大的區(qū)別,其特點(diǎn)是橫截面呈形或半弧形,而且車箱邊板和底板幾乎沒有使用加強(qiáng)筋。Hardox是瑞典鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的一種耐磨鋼板,具有較高的屈服強(qiáng)度,是16的三倍以上,并且具有較高的硬度和沖擊韌性。在設(shè)計(jì)裝載量相同的情況下,用鋼板制造的車箱與16用制造的車箱相比,板材厚度更薄,且不需要加強(qiáng)筋。據(jù)國外的一些廠家反饋,車箱使用鋼板后,重量能減少,甚至更多。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，最優(yōu)化技術(shù)發(fā)展迅速，而且得到了廣泛的應(yīng)用。在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的歐、美、日等國家，汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法已應(yīng)用于汽車諸多領(lǐng)域的很多環(huán)節(jié)，從汽車發(fā)動機(jī)、底盤、車身等主要總成的優(yōu)化到整車動力傳動系統(tǒng)的匹配，優(yōu)化設(shè)計(jì)使他們的汽車工業(yè)保持了世界領(lǐng)先地位。汽車工業(yè)的發(fā)展是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然，而經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，又對汽車的使用功能不斷提出新的要求，使汽車在社會商品、信息、人員三種流通中起著重要的作用。汽車的經(jīng)濟(jì)效益不只在于汽車生產(chǎn)的本身，而是更集中體現(xiàn)在汽車使用和流通的全過程。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對汽車運(yùn)輸工具在各種功能和性能方面要求越來越高，對運(yùn)輸服務(wù)的品質(zhì)以及運(yùn)輸服務(wù)的多元化、個(gè)性化要求越來越強(qiáng)，從而推動著專用車的迅速發(fā)展。從某種意義上講，基本車型只能簡單的滿足數(shù)量上的要求，而專用汽車才能更好地滿足用戶的使用要求，更有效地發(fā)揮汽車的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，把汽車運(yùn)輸工具推向?qū)I(yè)化。只有專用汽車，才能更好地適應(yīng)客貨運(yùn)輸現(xiàn)代化、多樣化和個(gè)性化的要求，滿足特定條件下的各種專項(xiàng)作業(yè)的需求，更有效地發(fā)揮汽車在運(yùn)輸結(jié)構(gòu)中的作用，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。1.4研究的內(nèi)容隨著自卸車變得越來越重要，則有關(guān)它的設(shè)計(jì)領(lǐng)域也變得日益重要起來。它的總體設(shè)計(jì)程序與載貨車基本相近。本人進(jìn)行一系列的市場調(diào)研和同類車型資料的收集，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。針對上述問題和課題的研究需要，本文的主要工作是自卸汽車車廂和舉升機(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)動力學(xué)的知識對油缸前推連桿組合式自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并對舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了說明。對舉升液壓缸、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、車廂的設(shè)計(jì)參考同類車型的車廂的尺寸參數(shù)，確定其上長寬高。并對車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)的形式的選擇，而且要進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)自卸車車采用的液壓泵、液壓缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化且由專業(yè)化液壓元件廠集中生產(chǎn)供應(yīng)。因此在自卸車車改裝設(shè)計(jì)中只需要進(jìn)行液壓元件選型計(jì)算。其主要內(nèi)容包括液壓缸直徑與行程、液壓泵工作壓力、流量、功率以及油箱容積與內(nèi)徑等。第2章自卸車總體設(shè)計(jì)及方案選擇2.1質(zhì)量參數(shù)的確定額定裝載質(zhì)量是自卸汽車的基本使用性能參數(shù)之一。目前，中、長距離公路運(yùn)輸趨向使用重型自卸汽車，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9～19t；而承擔(dān)市區(qū)或市郊短途運(yùn)輸?shù)淖孕镀囶~定裝載質(zhì)量為4.5～9t。同時(shí)，還應(yīng)考慮到廠家的額定裝載質(zhì)量的合理分級，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貨車底盤允許的最大總質(zhì)量相適應(yīng)。改裝部分質(zhì)量主要包括：車廂質(zhì)量、副車架質(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)量既可通過計(jì)算、稱重求得，也可以根據(jù)同類產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。自卸汽車整車整備質(zhì)量是指裝備齊全、加夠油料、液壓油和冷卻液的空車質(zhì)量。它一般是二類底盤整備質(zhì)量與改裝部分質(zhì)量的總合，是自卸汽車總體設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。整備質(zhì)量：選取5000kg；裝載質(zhì)量：選取5500kg；駕駛員質(zhì)量：65kg/人，額定載員3人，；自卸汽車總質(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：=5000+5500+195=106952.2總體方案設(shè)計(jì)該自卸汽車是選擇型自卸車底盤，利用該車發(fā)動機(jī)動力驅(qū)動液壓舉升機(jī)構(gòu)取力器-傳動軸-液壓泵-舉升油缸，將車廂舉升到一定角度卸貨，并依靠車廂自重使其復(fù)位的專用汽車。該車最大裝載質(zhì)量為5.5t，是適用于公路運(yùn)輸?shù)闹行妥孕镀?。傾卸機(jī)構(gòu)采用油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)。該自卸汽車主要由貨箱、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)見表2.1。表2.1整車參數(shù)汽車外形尺寸（）最大裝載質(zhì)量5500kg整備質(zhì)量5000kg軸距L4250mm輪距（前∕后）1801∕1740前懸1330后懸2260接近角離去角貨箱尺寸傾斜時(shí)間（舉升∕落下）15s∕13s最大舉升角總質(zhì)量11000kg最高車速（km∕h）81.3最小轉(zhuǎn)彎半徑（m）7.8最大爬坡度78百公里油耗（L/100km）24.32.3舉升車廂形式的選擇車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，通常車廂前欄板加做向上前方延伸的防護(hù)擋板。車廂底板固定在車廂底架之上孟，車廂的側(cè)欄板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋。車廂結(jié)機(jī)構(gòu)型式按用途不同大概可分為：普通矩形車廂和鏟斗車廂。普通矩形車廂用于散裝貨物運(yùn)輸。它的要求要比礦用自卸車車廂要低，其后板裝有自動開合機(jī)構(gòu)，保證貨物順利卸出。普通矩形車廂板厚為：前板4～6，邊板4～8，后板5～8，底板6～12。比如：程力牌自卸車普通矩形車廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前4邊4底8后5。1-車廂總成；2-后欄板；3、4-鉸鏈座；5-車廂鉸支座；6-側(cè)欄板；7-防護(hù)擋板；8-底板圖2.1車廂結(jié)構(gòu)圖鏟斗車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，鏟斗車廂的設(shè)計(jì)形狀較復(fù)雜，用料較厚。比如：程力牌自卸車礦用鏟斗車廂標(biāo)準(zhǔn)配置板厚為：前6邊6底10，而且有些車型在底板上焊接一些角鋼，以增加車廂的剛度和抗沖擊能力。圖2.2普通矩形車廂圖2.3鏟斗車廂車廂對自卸汽車的質(zhì)量利用系數(shù)影響很大，對其使用壽命也有一定的影響。因此，自卸車的車廂是自卸車的重要部分。目前，國內(nèi)外自卸車車廂都是用鋼制成的，從質(zhì)量分配來看，車廂質(zhì)量大約占自卸車整備質(zhì)量的1∕4。綜合上述，車廂采用普通車廂。2.4車廂的選材1、車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。對于自卸汽車車廂應(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)前注意的問題。2、車廂鋼板選材在遵循滿足使用性能要求，較好工藝性和較好經(jīng)濟(jì)性的前提下，車廂選用選用Q235工程用鋼材。2.5車廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定將全金屬焊接車廂設(shè)計(jì)成等剛度體車廂是自卸汽車設(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。就整車而言，可以看成由車輪、前軸、后橋殼、懸架、車架、車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。車廂剛度，無論是彎曲剛度還是扭轉(zhuǎn)剛度，都會增加車架的相應(yīng)剛度，兩者的剛度是相輔相成、互相補(bǔ)償?shù)摹．?dāng)汽車前后左右車輪處于高差較大的路面，車架扭曲較大時(shí)，車廂應(yīng)該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動性。如果車相的扭轉(zhuǎn)剛度過大，當(dāng)車架扭轉(zhuǎn)到一定程度時(shí)，車廂前支承緩沖塊相應(yīng)的一側(cè)壓到極限位置，車廂縱梁的另一側(cè)可能離開緩沖塊，車廂前端的一大部分重量轉(zhuǎn)移到一側(cè)的車架縱梁上，縱梁可能超載損壞。如果車廂扭轉(zhuǎn)剛度過小，能與車架扭轉(zhuǎn)隨動，當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭曲時(shí)，車廂可能因變形過大而早期損壞。全金屬焊接等剛度車廂設(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。自卸汽車的車架斷面系數(shù)也應(yīng)比同級噸位的貨車車架大一倍，5t自卸汽車的車廂底板厚度應(yīng)不小于6mm。1、車廂外部尺寸參數(shù)參考同類車型的車廂的尺寸，可確定自卸車的車廂的尺寸。表2.2車廂的整體尺寸車廂長度5200mm車廂寬度2280mm車廂高度1530mm車廂前后板厚度5mm車廂底板厚度6mm車廂欄板厚度150mm車廂欄板高度1528mm擋板鋼板厚度6mm擋板肋寬度100mm擋板肋厚度50mm2、車廂內(nèi)部尺寸參數(shù)車廂內(nèi)部長寬各為車廂的長寬相應(yīng)減掉廂板鋼板和車廂加強(qiáng)肋的厚度，高度減去鋼板厚度，即有車廂內(nèi)層的長，寬，高為：車廂長度：4500mm車廂寬度：2280mm車廂高度：900mm即有，車廂的有效體積為：=9.234車廂質(zhì)量車廂底梁的強(qiáng)度校核則有對于矩形面Q235的抗拉強(qiáng)度在375-460，符合強(qiáng)度要求。2.6車廂鎖止機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)自卸汽車改裝對車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求如下：在車廂傾斜卸貨時(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，貨物開始傾卸。卸貨完畢，車廂恢復(fù)水平狀態(tài)，車廂復(fù)位。1-車廂；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；8-轉(zhuǎn)軸；9-銷軸；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廂板鎖啟機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)是靠車廂舉升機(jī)構(gòu)的擺差來鎖啟車廂板。它主要由鎖鉤4扭轉(zhuǎn)彈簧5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。支承架的下端通過銷軸9固定在副車架上，車廂1可以繞該軸轉(zhuǎn)動，而支承架相對于車架來說是不動的。鎖鉤4固定在車廂底架上，了繞其鎖鉤軸6轉(zhuǎn)動。扭轉(zhuǎn)彈簧5力圖使鎖鉤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，使之緊緊地鎖在車廂板3。當(dāng)自卸汽車車廂舉升時(shí)，由于鎖軸和轉(zhuǎn)軸通過支承架固定在副車架上，車廂以銷軸9為圓心，以為半徑轉(zhuǎn)動。與此同時(shí)，拉桿以轉(zhuǎn)軸8為圓心，以為半徑轉(zhuǎn)動。隨著車廂舉升角度的增大，和軌跡的差就也相應(yīng)的增大，由拉桿拉動鎖鉤下銷7左移，克服扭轉(zhuǎn)彈簧的彈力，迫使鎖鉤開啟，打開車廂板，使車廂中的貨物卸下。隨著車廂的降落,與軌跡的距離逐漸縮小，直至兩軌跡相交，扭轉(zhuǎn)彈簧使鎖鉤鎖住車廂板。而且從圖中可以看出，若車廂再繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，與軌跡間則產(chǎn)生負(fù)間隙，使調(diào)節(jié)螺母11左移而離開轉(zhuǎn)軸8一定的距離。2.7本章小結(jié)本章主要確定自卸汽車整車參數(shù)及對自卸汽車車廂進(jìn)行了選型計(jì)算。整車參數(shù)將會對自卸車的車廂設(shè)計(jì)起到至關(guān)重要的作用，質(zhì)量參數(shù)會對自卸車的舉升機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有這決定性的作用。整車參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)選擇是自卸車的設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，因此，它們是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。車廂的設(shè)計(jì)主要對自卸車車廂的形式選擇、材料的選擇；對車廂和其底板、攔板等主要尺寸的確定；對車廂后攔板開合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析；通過以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，該自卸車車廂的強(qiáng)度和廂后攔板開合機(jī)構(gòu)均符合要求。自卸車液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1液壓舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的性能對于液壓舉升機(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)過程中應(yīng)滿足以下功能：1、較強(qiáng)的免維護(hù)性自卸車主要應(yīng)用場所是沙場、礦山、工地等，這些場所沙塵肆虐，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、良好的動力性舉升機(jī)構(gòu)作為礦用自卸車卸料時(shí)的動力來源，為保證卸料順利完成，要求其必須具有良好的動力性能。自卸車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)要具有一定的過載系數(shù)。3、平穩(wěn)性要求舉升機(jī)構(gòu)在傾卸貨物時(shí)具有較好的平穩(wěn)性，不得有較大的動力沖擊，降低沖擊力對機(jī)構(gòu)各部件的損傷概率，保證機(jī)構(gòu)的使用壽命。4、卸料性礦用自卸車顧名思義就是省卻了人力卸料之苦，通過特定的機(jī)構(gòu)使用液壓力自動卸料。因此，自卸車舉升機(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（對此國家規(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、緊湊性礦用自卸車多數(shù)是大噸位的工程運(yùn)輸車輛，其裝載工具多為大型裝載機(jī)械。為了裝載方便，礦用自卸車的貨箱布置位置一般較低，同時(shí)又要考慮到礦用自卸車的工作環(huán)境，應(yīng)使其具有較好的通過性（即離地間隙受限），因此，自卸車的舉升機(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。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，不得出現(xiàn)傳動角小于許用傳動角的情況，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)決定了車輛的性能。由此帶來的問題是，車輛性能低下，難以適應(yīng)市場的需求。同時(shí)由于設(shè)計(jì)手段的落后，設(shè)計(jì)周期長，產(chǎn)品投放市場遲緩，不能適應(yīng)市場多變的要求。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)市場競爭的需求，意義重大，有著重大的社會價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。3.2舉升系統(tǒng)性能主要評價(jià)參數(shù)自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動，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，以及對液壓系統(tǒng)的要求兩方面。液壓舉升機(jī)構(gòu)的性能評價(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（Kg）；g一重力加速度（m/）。對于具體形式的舉升機(jī)構(gòu)，舉升力系數(shù)K與汽車總布置參數(shù)和機(jī)構(gòu)的性能特征有關(guān)，K值只能比較同類型舉升機(jī)構(gòu)的工作效率。對于相同的舉升質(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數(shù)，降低制造成本，同時(shí)舉升機(jī)構(gòu)的布置也較方便。舉升高度是指舉升機(jī)構(gòu)所占用的空間高度。對于重型礦用自卸汽車的后置雙缸舉升機(jī)構(gòu)，空間高度決定于舉升缸的安裝長度和舉升缸的初始方位角。舉升缸初始安裝長度越小，舉升缸在車上就越好布置。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，錐體角稱為松散物的安息角。安息角也稱休止角、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始滑動時(shí)的角度，為松散物滑動角，一般為30～40度。松散物安息角和滑動角是評價(jià)松散物流動特性的一個(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煤焦炭鐵礦石銅礦細(xì)沙粗沙石灰石安息角（度）27～455040～5035～4530～355040～455、油壓特性曲線舉升過程中，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)是油壓波動很小，但對于重型礦用自卸汽車常用的后置直推式雙缸舉升機(jī)構(gòu)，由于多級伸縮油缸自身結(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)成了對舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合評價(jià)的基本指標(biāo)。3.3液壓舉升機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定3.3.1液壓舉升機(jī)構(gòu)簡述普通自卸汽車和專用自卸汽車設(shè)計(jì)的主要工作是在定型的汽車二類底盤上合理的布置車廂，適當(dāng)?shù)倪x用和設(shè)計(jì)舉升機(jī)構(gòu)，使汽車具有自卸功能。舉升機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自卸汽車功能的基本部件。舉升機(jī)構(gòu)的好壞直接影響到自卸汽車的性能，因此是自卸汽車設(shè)計(jì)中最為重要的部分。舉升機(jī)構(gòu)種類繁多，設(shè)計(jì)方法也不盡相同。目前，在自卸車上廣泛采用液壓舉升機(jī)構(gòu)，根據(jù)油缸與車廂底板的連接方式，常用的舉升機(jī)構(gòu)有兩種形式：油缸直接推動式和連桿組合式兩大類。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)布局簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長，故一般要求采用單作用的2級或3級伸縮式套筒油缸.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；后置式的情況則與前置式的相反。油缸與車廂底板之間通過連桿機(jī)構(gòu)相連接，這種舉升機(jī)構(gòu)稱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、油缸浮動式等。前置式b）中置（后置）式圖3.1直推式舉升機(jī)構(gòu)1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架圖3.2油缸前推連桿組合式1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架圖3.3油缸后推連桿組合式1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架圖3.4油缸前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5.副車架圖3.5油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)1-車廂；2-拉桿；3-三角形拉桿；4-舉升油缸；5-副車架圖3.6油缸浮動式舉升機(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。相對來說，直推式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為簡單，而連桿組合式的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜和靈活。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廂傾卸。該機(jī)構(gòu)布置簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高，但液壓油缸工作行程長，因此，一般要求采用單作用的2級或多級伸縮式套筒油缸。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推動式和連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的綜合比較項(xiàng)目類別直推式連桿組合式結(jié)構(gòu)布置簡單，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缸，加工精度高，工藝性差單級缸，制造簡便，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，工作壽命較長制造成本較高較底系統(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)主車架是汽車底盤上各總成及專用工作裝置安裝的基礎(chǔ)，改裝時(shí)受到的影響最大，因此，要特別引起注意。由上選用的是CA1123P9KAL4E底盤，其主車架尺寸如下：主車架的長度：5000mm主車架的寬度：865mm主車架上面尺寸到地面高度：940mm主車架的厚度：240mm4.2副車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.2.1副車架的外形在設(shè)計(jì)自卸車車時(shí)，所選取的二類底盤只有主車架，為了增加車架的強(qiáng)度剛度，延長車架的使用壽命，在原有主車架的基礎(chǔ)上增加了副車架。其形狀同主車架，在主副車架之間加一定厚度的松質(zhì)木條。其長度同副車架的長度，寬度同副車架的厚度。主副車架進(jìn)行加固連接。副車架示意簡圖見圖4.1。圖4.1副車架示意簡圖4.2.2副車架的選材在汽車制造工藝中，鋼板沖壓成型工藝占有十分重要的位置。沖壓成形的零件具有互換性好、能保證裝配的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。載重汽車用中板數(shù)量較多，受力的車架縱梁和橫梁、車廂的縱梁和橫梁均采用中板沖制且多以低合金高強(qiáng)度鋼板沖壓生產(chǎn)，也是適應(yīng)提高汽車承載能力、延長使用壽命、降低汽車自重和節(jié)能節(jié)材以及安全行駛等要求的發(fā)展趨勢。目前，我國載重汽車車架的縱梁和橫梁已經(jīng)全部采用低合金高強(qiáng)度鋼鋼板制造?？v梁可以用抗拉強(qiáng)度為510MPa的16MnL和09SiVL（必須是用往復(fù)式扎機(jī)生產(chǎn)的）10TiL和B510L鋼板生產(chǎn)，橫梁可以用抗拉強(qiáng)度為390MPa的08TiL和B420L鋼板來生產(chǎn)。由以上，副車架材料選用載重汽車橫縱梁的一般選用材料，縱梁采用16MnL，橫梁采用08TiL生產(chǎn)。4.2.3副車架的截面形狀專用汽車副車架的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖4.2所示的槽形結(jié)構(gòu)，其截面形狀尺寸取決于專用汽車的種類及其承受載荷的大小。圖。4.3和圖4.4所示的方式用一塊腹板將副車架截面封閉起來，以提高副車架的抗扭和抗彎能力。對于礦用自卸車的副車架來說，采用如圖4.2所示的槽形結(jié)構(gòu)。圖4.2副車架的截面形狀副車架；2-腹板圖4.3加強(qiáng)后的副車架截面形狀圖4.4加強(qiáng)腹板的位置參照國內(nèi)外總質(zhì)量相近車型的副車架縱梁端面尺寸，確定副車架縱梁端面尺寸為80、240、9。4.2.4加強(qiáng)板的布置車架中部（液壓舉升機(jī)構(gòu)位置）所受彎曲、扭曲最大，因此在這一區(qū)域應(yīng)加加強(qiáng)板。考慮到零件的工藝性，由于下翼板所受彎曲應(yīng)力較大，因此，加強(qiáng)板緊貼下翼板，為了避免下翼板由于鉆孔而導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度下降，除與后加強(qiáng)板重疊部位，該加強(qiáng)板主要與腹板連接。在縱梁上加上加強(qiáng)板，加強(qiáng)板端頭區(qū)域車架容易產(chǎn)生集中應(yīng)力。為了降低應(yīng)力集中，加強(qiáng)板端頭形狀有三種設(shè)計(jì)方式，見圖4.5。圖4.5加強(qiáng)板的三種設(shè)計(jì)方式本副車架為了批量生產(chǎn)時(shí)工藝簡單，采用了圖4.5（b）角型的端頭形狀。4.2.5副車架的前端形狀及安裝位置(1)在保證使用可靠的前提下，為了提高撓曲性，減小副車架剛度，應(yīng)盡量減少副車架的橫梁，以減少對縱梁的扭轉(zhuǎn)約束。(2)副車架油缸支承橫梁與翻轉(zhuǎn)軸橫梁形成框架。油缸支承橫梁應(yīng)盡量靠近后懸架前支承處的橫梁，最好能位于后框架之內(nèi)。因?yàn)檫@段主車架變形小，所以副車架對其扭轉(zhuǎn)約束力也相應(yīng)減弱，同時(shí)保證了舉升機(jī)構(gòu)的幾何特性。(3)在副車架結(jié)構(gòu)要求剛性較高時(shí)，可在主、副車架中間增加一層橡膠墊，當(dāng)主車架變形時(shí)以彈性橡膠的變形來減弱副車架對主車架的約束。(4)副車架與主車架連接如圖4.6所示：圖5.6副車架與主車架的連接A-A處是截面突變點(diǎn)，在受沖擊載荷時(shí)，此處出現(xiàn)應(yīng)力集中，嚴(yán)重時(shí)造成主車架斷裂。這就要求副車架的前端結(jié)構(gòu)要設(shè)計(jì)成漸變截面，以減緩應(yīng)力集中（見圖4.7）。圖4.7副車架的前端結(jié)構(gòu)副車架前端形狀常有三種形狀（見圖4.8）。對于這三種不同形狀的副車架前端，在其與主車架縱梁相接觸的翼面上部加工有局部斜面，其斜而尺寸如圖4.8（c）所示：；。（a）U形；（b）角形；（c）L形圖4.8副車架的三種前端形狀如果加工上述形狀困難時(shí)，可以采用如圖4.9所示的副車架前端簡易形狀，此時(shí)斜面尺寸較大。對于鋼質(zhì)副車架：；對于硬本質(zhì)副車架；；副車架在汽車底盤上布置時(shí)，其前端應(yīng)盡可能地往駕駛室后圍靠近。圖4.10為某散裝水泥運(yùn)輸車的罐體、副車架相對于汽車底盤的安裝位置。在滿足軸荷分配的前提下，其中A不宜過大，留足空壓機(jī)的位置即可；B為副車架的前增離主車架拱形橫粱的距離，一般在100mm之內(nèi)；C為固定副車架的前面第一個(gè)U型螟栓距拱形橫梁的距離，一般控制在500～800mm的范圍內(nèi)。（a）剛質(zhì)副車架；（b）硬木質(zhì)副車架圖4.9副車架前端簡易形狀圖4.10副車架的安裝位置4.2.6縱梁與橫梁的連接設(shè)計(jì)橫梁與縱梁的連接方式主要有三種，見圖4.111-縱梁；2-連接板；3橫梁圖4.11橫梁與縱梁的連接圖4.11（a）橫梁與縱梁上下翼板連接，該種連接方式優(yōu)點(diǎn)是利于提高縱梁的抗扭剛度。缺點(diǎn)是當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，縱梁上下翼面應(yīng)力將大幅度增加，易引起縱梁上下翼面的早期損壞。由于車架前后兩端扭轉(zhuǎn)變形較小，因此本車架前后兩端采用了該種連接方式，為了提高縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度采用了縱向連接尺寸較大的連接板。橫梁僅固定在腹板上。圖4.11（b）橫梁僅固定在腹板上，這種連接形式連接剛度較差，允許截面產(chǎn)生自由蹺曲，可以在車架下翼面變形較大區(qū)域采用，以避免縱梁上下翼面早期損壞。圖4.11（c）橫梁同時(shí)與縱梁的腹板及上或下翼板相連，此種連接方式兼有以上兩種方式連接的特點(diǎn)，但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上，對橫梁的強(qiáng)度要求較高。由于該車平衡懸架的推力桿與平衡懸架支架上的兩根橫梁連接，因此，這兩根橫梁與縱梁共同承受平衡懸架傳遞過來的垂直力（反）和縱向力（牽引力、制動力）。綜合以上考慮，本副車架的縱梁與橫梁的連接采用第1種方式。4.3副車架與主車架的連接設(shè)計(jì)副車架與主車架的連接常采用如下幾種形式。1、止推連接板1-副車架；2-止推連接板；3-主車架縱梁圖4.12止推連接板的結(jié)構(gòu)圖4.12是斯泰爾重型專用汽車所采用的止推連接板的結(jié)構(gòu)形狀及其安裝方式。連接板上端通過焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接。止推板的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對水平位移。相鄰兩個(gè)推止推連接板之間的距離在500～1000mm范圍內(nèi)。2、連接支架1-上托架；2-下托架；3螺栓圖4.13連接支架連接支架由相互獨(dú)立的上、下托架組成，上、下托架均通過螺栓分別與副車架和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上、下托架相連接，見圖4.13所示。由于上、下托架之間留有間隙，因此連接支架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。一般布置是在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。3、U型夾緊螺栓當(dāng)選用其它連接裝置有困難時(shí)，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大的范圍內(nèi)不允許采用U型螺栓。當(dāng)采用U型螺栓固定時(shí)，為防止主車架縱梁翼面變形，應(yīng)在其內(nèi)側(cè)襯以木塊，但在消聲器附近，必須使用角鐵等作內(nèi)襯。綜合考慮三種連接方式的特點(diǎn)，以及裝配工藝性，本文設(shè)計(jì)的主副車架之間采用連接支架。4.4副車架尺寸的確定副車架對主車架起到加固作用，其寬度和選用的底盤的寬度相同，高度也相同，長度在底盤主車架長度基礎(chǔ)上去掉主車架與車廂之間的距離長度。其尺寸設(shè)計(jì)如下：副車架長度：4350mm副車架寬度：865mm副車架高度：240mm4.5副車架的強(qiáng)度剛度彎曲適應(yīng)性校核額定裝載時(shí)整車重心作用點(diǎn)的求解在自卸車按額定裝載質(zhì)量進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，對主車架來說，其整車重心后移。其受力簡圖見圖4.14。 xmm1140mm1175mm5000圖4.14主車架額定裝載運(yùn)輸重心作用簡圖設(shè)定自卸車在額定裝載質(zhì)量下，其前后軸承受的載荷相同，即有：（4.1）由圖，可以列出：（4.2）求得2.、副車架剪力及彎矩的求解由主車架重心作用簡圖及求得的整車重心作用點(diǎn)，可以畫出額定裝載質(zhì)量時(shí)自卸車副車架受力簡化圖如下圖：880mmG912mm4000mm圖4.15副車架額定裝載受力簡圖將此時(shí)受力的副車架看為簡支梁（見下圖4.16），以便進(jìn)行強(qiáng)度剛度及彎曲變形的校核。由圖4.17，可以列方程組：GBCoF0F1Fc圖4.16副車架等效簡支梁簡圖（4.3）（4.4）可求得：（4.5）==35681.8N即大小為124529.48N，方向與設(shè)定的方向相同?？汕蟮茫?（4.6）==-29752.8N即大小為29752.8N，方向與設(shè)定的方向相反。由以上，可畫出實(shí)際的副車架等效梁示意圖4.17。GBFCoF0F1圖4.17副車架實(shí)際等效梁簡圖列出彎曲剪力及彎矩方程:OA段35681.8（0<X<912）（4.7）35681.8X（0X912）（4.8）AB段（912<X<3120）（4.9）（912<X<3120）（4.10）BC段（3120<X<4000）（4.11）（4.12）=30474.08X121897047（3120X4000）根據(jù)以上剪力和彎矩的求解，可以畫出剪力及彎矩圖4.18。F(N)35681.830474.1X(mm)-63581.3-26817917.4X(mm)M(N·mm)113570885.8圖4.18副車架額定載荷時(shí)剪力及彎矩圖3、副車架強(qiáng)度剛度校核對于塑性材料，其彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件為：（4.13）由（4.14）即有（4.15）式中—梁內(nèi)最大彎矩截面彎矩值；—抗彎截面模量；—梁截面對中性軸的慣性矩；—最大彎矩截面距中性軸最遠(yuǎn)處。對與矩形副車架截面，截面慣性矩（4.16）即有：==378.57MPa由于副車架設(shè)計(jì)成對稱的矩形，其截面上下邊緣最大抗拉應(yīng)力與最大抗壓應(yīng)力相等，即有：===378.57MPa510MPa在所選材料的許用應(yīng)力范圍內(nèi)。4、副車架彎曲變形校核由以上知道副車架的等效簡支梁形式，利用疊加法可求得梁的最大撓度和最大轉(zhuǎn)角，然后進(jìn)行副車架彎曲變形的校核。當(dāng)梁的形式為圖4.19所示形式時(shí)，梁的撓曲線方程為：FABabL圖5.19副車架等效簡支梁（4.17）（axl（4.18）梁的轉(zhuǎn)角方程（4.19）（4.20）式中—作用在梁上的力，規(guī)定其向下為正，向上為負(fù)；E—梁構(gòu)成材料的彈性模量，；I—梁的慣性矩。進(jìn)行疊加后求得，在礦用自卸車車額定裝載時(shí)，其撓度為：（0xa）（axl）即有最大撓度：（4.21）=0.00064256求得A、B兩處轉(zhuǎn)角為：=1.715度=0.5293度即梁的最大轉(zhuǎn)角：1.715度由計(jì)算的撓度和轉(zhuǎn)角，參照選材的許用撓度和許用最大轉(zhuǎn)角，均在許用數(shù)值之內(nèi)。4.6本章小結(jié)本章主要對自卸汽車副車架進(jìn)行了計(jì)算。主要確定了主、副車架的外形、材料、尺寸；選擇了主、副車架的連接形式；對副車架強(qiáng)度剛度彎曲適應(yīng)性校核；從計(jì)算結(jié)果可知，副車架能夠安全的承受載荷。第五章整車性能分析5.1概述從上述分析過程中可以看出，自卸汽車舉升機(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。因此對自卸車的整車性能分析也很重要,本章主要是對自卸車的各項(xiàng)性能進(jìn)行了逐一分析,確保自卸車在使用過程中安全可靠。5.2汽車動力性能分析5.2.1基本參數(shù)確定發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化的二條重要特性曲線，為非線形曲線。工程實(shí)踐表明，可用而次三相式來描述汽車發(fā)動機(jī)的的外特性，即（5.1）式中——發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(N·m);——發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速(r/min);a、b、c——待定系數(shù)，有具體的外特性曲線決定。如果已知發(fā)動機(jī)的外特性，則可利用拉格朗日三點(diǎn)插值法求出公式中的三個(gè)待定系數(shù)的a、b、c。在外特性曲線上取三點(diǎn)，即、、、及、，依拉氏插值三項(xiàng)式有（5.2）將上式展開，按冪次高低合并，即可得三個(gè)三個(gè)待定系數(shù)為：（5.3）（5.4）（5.5）如果沒有所要發(fā)動機(jī)的外特性，但從發(fā)動機(jī)銘牌上知道該發(fā)動機(jī)的最大輸出功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速和該發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速時(shí)，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式來描述發(fā)動機(jī)的外特性：（5.6）式中——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩（N·m）；——發(fā)動機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速（r/min）；——發(fā)動機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)速（r/min）；——發(fā)動機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩（N·m）。由公式（5.1）和公式（5.2）可得（5.7）對臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)用修正系數(shù)μ進(jìn)行修正，才能得到發(fā)動機(jī)的使用外特性。按GB標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)中μ=0.85～0.91。5.2.2汽車的行駛方程式專用汽車在直線行駛時(shí)，驅(qū)動力和行駛阻力之間的關(guān)系式如下：（5.8）式中——驅(qū)動力；——滾動阻力；——空氣阻力；——坡度阻力；——加速阻力。驅(qū)動力的計(jì)算專用汽車在地面行駛時(shí)受到發(fā)動機(jī)限制所能產(chǎn)生的驅(qū)動力與發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：（5.9）式中——變速器某一擋的傳動比；——主減速器傳動比；——傳動系統(tǒng)某一擋的機(jī)械效率；——驅(qū)動輪的動力半徑；——發(fā)動機(jī)外特性修正系數(shù)。2、滾動阻力的計(jì)算液化石油氣汽車的滾動阻力的計(jì)算公式為：（5.10）式中——后欄板起重運(yùn)輸汽車的總質(zhì)量；——道路坡度角；——滾動阻力系數(shù)。3、坡道阻力的計(jì)算汽車上坡行駛時(shí)，整車重力沿坡道的分力為坡道阻力，其計(jì)算公式為：（5.11）4、空氣阻力的計(jì)算汽車的空氣阻力與車速的平方成反比，即（5.12）式中——空氣阻力系數(shù)，液化石油氣汽車可取為0.5～0.9；——迎風(fēng)面積（m2），可按估算，為輪距，為整車高度。5、加速阻力的計(jì)算加速阻力是汽車加速行駛時(shí)所需克服的慣性阻力計(jì)算公式為（5.13）式中——汽車加速度（m/s2）；——汽車整備質(zhì)量（kg）；——傳統(tǒng)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。的計(jì)算公式為（5.14）式中——車輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；——發(fā)動機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）；——車輪的滾動半徑（m）。進(jìn)行動力性計(jì)算時(shí)，若、的值不確定，則可按下述經(jīng)驗(yàn)公式估算值：（5.15）式中。低擋時(shí)取上限，高檔時(shí)取下限。將式（5.9）、（5.10）、（5.11）、（5.12）、（5.13）代入式（5.8），得（5.16）因?yàn)椋?.17）將式（5.17）代入（5.18）中得：（5.18）式中：5.2.3汽車最高車速的確定汽車最高車速的計(jì)算（其它參數(shù)見表5.15.2）。 =9550=385.82當(dāng)汽車以直接擋行使時(shí)有公式==—0.38=184=976=-264600=163.53因?yàn)锳＜0，D＞0，求專用汽車的最高車速為：km/h表5.1相關(guān)系數(shù)的確定名稱符號數(shù)值發(fā)動機(jī)外特性修正系數(shù)μ0.82直接擋時(shí)傳動效率η00.89其他擋時(shí)傳動效率η0.86空氣阻力系數(shù)0.8滾動阻力系數(shù)0.01860表5.2汽車參數(shù)名稱符號數(shù)值與單位發(fā)動機(jī)最大功率101kw發(fā)動機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速2500r/min發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩430N·m發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速1500r/min車輪動力半徑0.401m車輪滾動半徑r0.417m主減速比4.875汽車迎風(fēng)面積5.6汽車滿載總質(zhì)量11000kg5.3燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算專用汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性通常用車輛在水平的混凝土或?yàn)r青路面上，以經(jīng)濟(jì)車速v滿載行駛的百公里油耗量來評價(jià)，百公里油耗，單位L/100km。可以根據(jù)發(fā)動機(jī)萬有特性來計(jì)算。公式為：（5.19）式中——燃油的密度，（kg/L）。柴油可取7.94N/L～8.13N/L；——重力加速度。首先計(jì)算出經(jīng)濟(jì)車速下相應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)（5.20）專用汽車的經(jīng)濟(jì)車速為65km/h則(r/min)在經(jīng)濟(jì)車速下發(fā)動機(jī)功率為=KW=64.06由（5.19）式得：Q=L/100km5.4整車穩(wěn)定性分析5.4.1穩(wěn)定性分析內(nèi)容行駛穩(wěn)定是保證自卸車安全的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要對自卸車空載質(zhì)心高度、空載側(cè)傾角和最小轉(zhuǎn)彎直徑進(jìn)行了計(jì)算，保證行駛的安全性。5.4.2空載質(zhì)心高度的計(jì)算空載時(shí)，自卸車各部件的質(zhì)量及質(zhì)心高度見下表：表5.3主要部件質(zhì)量和質(zhì)心高度部件名稱質(zhì)心高度（mm）質(zhì)量（kg）牽引車11006155車廂總成22506800車軸及車輪7501280掛車車架9501100其它部件1000510根據(jù)表5.3各部件的質(zhì)量和質(zhì)心高度?？汕蟮米孕盾囐|(zhì)心高度mm5.4.3空載側(cè)傾角的計(jì)算自卸車空載的側(cè)傾角是評價(jià)整車穩(wěn)定性的重要參數(shù)。如圖4.1所示。自卸車空載側(cè)傾角的計(jì)算公式為（5.23）式中B——車輪外側(cè)傾翻點(diǎn)寬度，為2480mm;h——自卸車質(zhì)心高度，為1552mm則根據(jù)規(guī)定，自卸車空載側(cè)傾角應(yīng)大于等于，故設(shè)計(jì)滿足側(cè)向穩(wěn)定性條件。圖5.2自卸車側(cè)傾角5.4.4最小轉(zhuǎn)彎直徑的計(jì)算在計(jì)算本設(shè)計(jì)的自卸車的最小轉(zhuǎn)彎直徑時(shí)，取自卸車的轉(zhuǎn)彎極限位置計(jì)算。如圖5-3所示，由此自卸車的最小轉(zhuǎn)彎半徑:m（5.24）故計(jì)算最小轉(zhuǎn)彎直徑:D=14.92m由與所選底盤的最小轉(zhuǎn)彎直徑為16m，圖5-3的極限位置打不到，所以汽車的轉(zhuǎn)彎直徑為16m。圖5.3最小轉(zhuǎn)彎半徑5.5本章小結(jié)本章對設(shè)計(jì)的自卸車的整體進(jìn)行簡單的分析。對最高車速進(jìn)行了計(jì)算。因?yàn)椴捎冒霋燔囆停瑺恳囋诜习拜d質(zhì)量、牽引質(zhì)量、牽引銷等要求下可以進(jìn)行更換。所以整車其它動力性分析簡略。但對整車的軸荷分配進(jìn)行了計(jì)算，確定了當(dāng)自卸車滿載時(shí)鞍座所承受的載質(zhì)量。結(jié)論本設(shè)計(jì)根據(jù)傳統(tǒng)自卸車設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其設(shè)計(jì)的主要結(jié)論如下：本課題設(shè)計(jì)的自卸車裝載質(zhì)量為5.5噸，屬于中型自卸；本課題設(shè)計(jì)的自卸車，采用組合連桿前推式式舉升機(jī)構(gòu)，因此在卸載貨物過程中舉升平順、油缸活塞的工作行程短、機(jī)構(gòu)布置靈活；在本設(shè)計(jì)中，在液壓系統(tǒng)方面采用了舉升液壓缸，這樣就完全實(shí)現(xiàn)了卸貨的自動化，降低了卸貨的時(shí)間，提高了工作效率。本自卸車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，符合實(shí)際應(yīng)用，具有很好的動力性和經(jīng)濟(jì)性，舉升機(jī)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)能盡量滿足零件的標(biāo)準(zhǔn)化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求，修理、保養(yǎng)方便，機(jī)件工藝性好，制造容易，降低生產(chǎn)成本。但此設(shè)計(jì)過程仍有許多不足，本設(shè)計(jì)還可以通過一些三維軟件進(jìn)行三維造型，但是，由于時(shí)間有限，還未能實(shí)現(xiàn)，另外，在某些方面，做得還不夠仔細(xì)，懇請各位老師同學(xué)給予批評指正。

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