自卸式汽車舉升機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含8張CAD圖
自卸式汽車舉升機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)含8張CAD圖,汽車,舉升機(jī),液壓,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad
摘 要
自卸汽車作為運(yùn)輸行業(yè)的重要角色，具有不可替代的功能，本文計(jì)詳細(xì)分析了自卸汽車的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)以及原理，并在此分析基礎(chǔ)上提出了液壓舉升機(jī)構(gòu)新的設(shè)計(jì)方案；對(duì)液壓舉升機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算；對(duì)其液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)與計(jì)算；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了其裝配圖及主要零部件圖。
關(guān)鍵詞：自卸汽車；舉升機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)；油缸
ABSTRACT
As an important role in the transportation industry, dump truck has irreplaceable functions. This paper analyzes the present situation, structure and principle of dump truck in detail. The main parameters of hydraulic lifting mechanism are calculated. The parameters of the hydraulic system are designed and calculated comprehensively. Finally, the assembly drawing and main parts drawing are drawn by AutoCAD.
Keywords:Dump truck, Lifting mechanism, Hydraulic system, Oil cylinder
I
目錄
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒 論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 自卸汽車簡介 2
1.3 國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.4 自卸汽車的發(fā)展方向及前景 5
1.5 本文主要研究工作 6
2 舉升機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7
2.1 設(shè)計(jì)要求 7
2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求 7
2.1.2 功能要求 7
2.2 舉升機(jī)構(gòu)的方案分析 7
2.2.1 油缸直推式 8
2.2.2 杠桿平衡式 8
2.2.3 油缸前推連桿組合式 9
2.2.4 油缸后推連桿組合式 10
2.2.5 油缸浮動(dòng)連桿式 10
2.2.6 前推杠桿組合式 11
2.2.7 俯沖式 11
2.3 舉升式油缸結(jié)構(gòu)的方案選定 11
3 舉升機(jī)構(gòu)的受力分析及結(jié)構(gòu)校核 13
3.1 舉升工作原理 13
3.2 受力分析 13
3.2.1 力學(xué)模型構(gòu)建 13
3.2.2 舉升機(jī)構(gòu)受力計(jì)算 17
3.2.3 舉升機(jī)構(gòu)參數(shù)校核計(jì)算 19
4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20
4.1 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 20
4.1.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 20
4.1.2 液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì) 20
4.2 液壓系統(tǒng)計(jì)算及選型 21
4.2.1 油缸選型與計(jì)算 21
4.2.2 油泵的選型計(jì)算 22
4.2.3 油箱容積與油管內(nèi)徑計(jì)算 23
4.3 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 24
4.3.1 油缸選型確定 24
4.3.2 油泵選型確定 24
4.3.3 分配閥選型 25
4.3.4 油箱容積與管路內(nèi)徑確定 25
4.4 取力器的選取 25
5 總 結(jié) 27
致 謝 28
參考文獻(xiàn) 29
V
1 緒 論
1.1 研究背景及意義
本課題來源于對(duì)目前社會(huì)大工程需求的取樣調(diào)查。近年來，隨著我國大工程大項(xiàng)目的發(fā)展，眾所周知的有前面提到的奧運(yùn)會(huì)項(xiàng)目，世博會(huì)項(xiàng)目，以及近幾年得到社會(huì)普遍關(guān)注的磁懸浮列車鐵道的建設(shè)，港珠澳大橋的施工等等國家級(jí)特大項(xiàng)目對(duì)自卸汽車的高度自動(dòng)化都有著極大的需求，因此在這一過程中傳統(tǒng)意義上的自卸汽車已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代建筑體系的高標(biāo)準(zhǔn)高要求，這也使得人們將更多的眼光投向了高度自動(dòng)化的自卸汽車，便也使其得到了快速發(fā)展。整個(gè)市場(chǎng)對(duì)自卸汽車的需求也日益增加。各大廠商競(jìng)相研發(fā)，當(dāng)然機(jī)遇與問題并存，自卸汽車經(jīng)常在較為惡劣的環(huán)境下工作，周圍雜質(zhì)多，周遭環(huán)境差，極易對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)造成不可避免的損傷，加之其多用于工程建筑，其本身的重量較大、并且需要承受長時(shí)間高負(fù)荷作業(yè)，所以必須具備可靠、靈活的舉升性能，才能完成高標(biāo)準(zhǔn)高要求的工作任務(wù)。因此，針對(duì)自卸汽車的舉升機(jī)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)開展全新的設(shè)計(jì)，為目前建筑工程梯隊(duì)提供較低成本、超高可靠度的自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)技術(shù)支持，具有無可比擬的現(xiàn)實(shí)意義。
1.2 自卸汽車簡介
傳統(tǒng)意義上的自卸汽車其根本原理是一個(gè)可變式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中的液壓伸縮桿可以看做是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄，且該曲柄的長度可以伸縮變化，作為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件；車廂可以看做是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿，其長度是固定不變的，隨著液壓伸縮桿的往復(fù)擺動(dòng)做定軸俯仰運(yùn)動(dòng)；顯而易見，車身底盤便作為固定不變的鉸鏈，是主要的承力機(jī)構(gòu)；總體來說，自卸汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，駕駛艙室，以及它的車身構(gòu)造跟一般的載重汽車并無太多差異。而作為液壓舉升機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的液壓伸縮桿是使其具備自卸功能的核心驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，它的作用原理往往是通過自卸汽車自身的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)向液壓泵充放液壓油，以實(shí)現(xiàn)液壓伸縮桿的伸長或縮短，從而帶動(dòng)車廂做定軸俯仰運(yùn)動(dòng)，當(dāng)車廂傾斜到一定角度后，箱內(nèi)的貨物便靠自身重力從車廂卸下。之后，車廂又依靠自重使車廂回位，該階段發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不做功。
目前市面上的自卸汽車可按用途分為兩大類：一類為礦用自卸汽車，屬于非公路運(yùn)輸車，這種運(yùn)輸車往往工作環(huán)境惡劣，機(jī)械結(jié)構(gòu)容易被周遭環(huán)境中的塵土所污染，因此需要后期花大量的人力物力去維護(hù)；另一類屬于公路運(yùn)輸?shù)妮p（2～3.5t）、中（4～8t）、重型（8～12t）自卸汽車，這種自卸汽車更多的用于公路運(yùn)輸運(yùn)輸環(huán)境好于第一類汽車，液壓舉升系統(tǒng)使用頻率小于礦用式自卸汽車。
公路運(yùn)輸用自卸汽車按是否具有特殊功用可分為普通自卸汽車和專用自卸汽車。普通自卸汽車有兩大部分組成，即二類汽車底盤和傾卸裝置。其中傾卸裝置是自卸汽車的主要結(jié)構(gòu)，作為行駛自卸汽車自動(dòng)卸貨功能的主要機(jī)構(gòu)。其主要組成如下：
典型的傾卸裝置結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。專用自卸汽車是在普通自卸汽車的基礎(chǔ)上增設(shè)特定的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)自己的功能，以達(dá)到特定的目的，因此結(jié)構(gòu)上專用自卸汽車比普通自卸汽車復(fù)雜。
圖1-1 普通自卸汽車
1.3 國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀
我國自卸汽車的生產(chǎn)從1960年初到現(xiàn)在經(jīng)過了將近60多年的發(fā)展，特別是在20世紀(jì)后葉，全國的生產(chǎn)方式發(fā)生了很大的變化，隨著改革開放不斷深化的步伐各行各業(yè)的科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)文明也呈現(xiàn)出很大程度的發(fā)展。國家外交政策不斷深入的同時(shí)，我們也向國外引進(jìn)很多先進(jìn)的加工制造技術(shù)，產(chǎn)品工藝的流程化激發(fā)先進(jìn)的自卸汽車技術(shù)不斷向前。在此基礎(chǔ)上各大廠商及大型企業(yè)不斷加強(qiáng)自身技術(shù)，爭(zhēng)先恐后的改良著傳統(tǒng)的自卸汽車制造工藝，隨著產(chǎn)品的更新迭代，機(jī)械傳動(dòng)式自卸汽車已經(jīng)成為行業(yè)主流公路用自卸汽車的載重質(zhì)量也實(shí)現(xiàn)了2t到20t的大跨度，礦用式自卸汽車的發(fā)展更為迅猛，實(shí)現(xiàn)了載重質(zhì)量從20t到154t級(jí)別的里程碑式飛躍。建筑行業(yè)對(duì)于運(yùn)輸產(chǎn)品的需求往往是多種多樣的，除了最為普遍的自卸汽車外，特殊工作環(huán)境下催生出的專用自卸汽車也得到了一定的發(fā)展，接下來的步伐將向自卸汽車的專用化、高強(qiáng)度化、特殊化、模塊化繼續(xù)邁進(jìn)。
國外自卸汽車自發(fā)展至今有著較為完善的技術(shù)積累，相對(duì)而言，國內(nèi)自卸汽車的發(fā)展比國外自卸汽車落后了70多年，在其不斷的發(fā)展過程中，自卸汽車的結(jié)構(gòu)也在不斷的被改進(jìn)，整體而言自卸汽車不論是負(fù)載強(qiáng)度還是運(yùn)行周期，以及使用壽命都有了很大程度的提高。但是人類對(duì)機(jī)械完善度的追求是沒有盡頭的，各大廠商、巨型企業(yè)為了提高自卸汽車的科技含量，不斷追求自卸汽車具有更高的實(shí)用價(jià)值，各國競(jìng)相爭(zhēng)流，采用各種高科技先進(jìn)技術(shù)來加裝于自卸汽車，從而全面提高自卸汽車內(nèi)在質(zhì)量和使用性能，逐漸的，由于各大國家級(jí)工程項(xiàng)目對(duì)自卸汽車的使用范圍的不斷擴(kuò)大、以及市場(chǎng)用戶們不斷擴(kuò)張的產(chǎn)品需求量，自卸汽車也便隨之朝著目前社會(huì)所追捧的多品種化、多系列化、小批量化的目的不斷地茁壯成長；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。
自卸汽車具有多品種、小批量的特點(diǎn)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈也在不斷的完善，在整條產(chǎn)業(yè)鏈的帶動(dòng)下，各大中小企業(yè)也獲得了長足的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，加工制造工藝的智能化、先進(jìn)化，以及零部件產(chǎn)品的更新迭代，在它們不斷完善的自我驅(qū)動(dòng)下，自卸汽車生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了零部件的專業(yè)化生產(chǎn)，目前所知的很多汽車廠商其實(shí)是一個(gè)具有整合生產(chǎn)資源，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同發(fā)展的總裝廠。其產(chǎn)品便可按結(jié)構(gòu)分工提交給各個(gè)分支的供應(yīng)商來生產(chǎn)?；蚴沁\(yùn)用其較為強(qiáng)大的資源整合能力來組織專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)的龐大梯隊(duì)，就比如自卸車的油缸，副車架，底盤，機(jī)艙，發(fā)動(dòng)機(jī)等均有各個(gè)專業(yè)的零部件供應(yīng)商來集中生產(chǎn)，相對(duì)而言，它們的技術(shù)在客戶需求的不斷刺激下也獲得了較大的進(jìn)步，為了在整條產(chǎn)業(yè)鏈中站穩(wěn)腳跟，獲取更多的生產(chǎn)制造資源，便需要更多、更大、更強(qiáng)的技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)品更新。
目前，自卸汽車的市場(chǎng)占有率從近幾年公布的汽車種類需求量表上來看還處與較底層，但隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種大型工程項(xiàng)目的實(shí)施，自卸汽車在汽車種類需求量表中的占比也必將逐年上升。
1.4 自卸汽車的發(fā)展方向及前景
近幾年來，國民經(jīng)濟(jì)處于不斷增長的態(tài)勢(shì)，人民對(duì)于美好生活的需求變得尤為重要，對(duì)其生活品質(zhì)的要求也變得越來越高，各個(gè)城市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)不斷完善起來，建筑施工遍布于城市的各個(gè)角落，自卸汽車的舞臺(tái)也逐漸擴(kuò)張開來，尤其是近些年國家政策的大力開放，“一帶一路”項(xiàng)目的實(shí)施落成、東北三省的大力振興，港珠澳大橋的建成開通，這些龐大的國家級(jí)項(xiàng)目都少不了自卸汽車的身影。
為使自卸汽車在建筑工程中扮演更加重要的角色，相應(yīng)的高強(qiáng)度，大載荷，全智能的自卸汽車也將應(yīng)運(yùn)而生。
由此看來，自卸汽車的前景是相當(dāng)美好的，建筑施工中少不了它們的身影；龐大的運(yùn)輸業(yè)需要它們的擔(dān)當(dāng)。
1.5 本文主要研究工作
第一章：緒論。主要對(duì)課題的來源、研究背景意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等工作進(jìn)行了描述。
第二章：舉升機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。主要根據(jù)設(shè)計(jì)要求提出了多種常用自卸車舉升方案，并且通過對(duì)比最終確定了本次設(shè)計(jì)方案采用油缸后推式舉升機(jī)構(gòu)。
第三章：舉升機(jī)構(gòu)的受力分析及結(jié)構(gòu)校核。主要根據(jù)設(shè)計(jì)方案及參數(shù)要求，對(duì)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析并計(jì)算校核主要零部件結(jié)構(gòu)尺寸。
第四章：液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要根據(jù)設(shè)計(jì)方案及功能要求，設(shè)計(jì)了舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)方案，并通過計(jì)算選定了液壓系統(tǒng)液壓元件。
第五章：總結(jié)。對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。
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2 舉升機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)要求
2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求
（1）舉升載荷重量：不小于5噸；
（2）車體舉升角度：不小于45°。
2.1.2 功能要求
自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的功能要求如下：
（1）可實(shí)現(xiàn)車身車廂的翻轉(zhuǎn)，連桿機(jī)構(gòu)的安裝空間不得超過車廂底部與托架大梁間的空間。
（2）連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要緊湊、可靠，同時(shí)具備很好的動(dòng)力傳遞性能。
（3）當(dāng)車廂完成傾卸后，能夠?qū)崿F(xiàn)車廂體復(fù)位。
2.2 舉升機(jī)構(gòu)的方案分析
現(xiàn)代自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)主要分為兩大類：直推式和桿系傾卸式，它們均采用液壓作為舉升動(dòng)力。舉升機(jī)構(gòu)主要由傾卸桿系機(jī)構(gòu)、車廂和副車架組成。其功能是承載物料，并在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下完成傾卸動(dòng)作。由于此次設(shè)計(jì)需對(duì)整個(gè)舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將不同于以往的油缸直推式舉升，舉升結(jié)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)較為簡單，應(yīng)用范圍比較廣，但已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在高標(biāo)準(zhǔn)，高堆積能力，以及目前比較流行的全自動(dòng)化、智能化客戶需求。若要達(dá)成這一點(diǎn)，便需要極大改進(jìn)以往的直推式設(shè)計(jì)。
方案一：通過車廂升舉機(jī)構(gòu)，在車身底盤之上加裝鉸式升降機(jī)，在車廂傾仰的同時(shí)，鉸式升降機(jī)做功，將整個(gè)車廂升起；這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單制造成本低，產(chǎn)品價(jià)格低廉，運(yùn)行效率高；缺點(diǎn)是鉸式機(jī)構(gòu)在托舉整個(gè)車廂上升時(shí)需要較大的推力，與此同時(shí)會(huì)增大自卸汽車的油耗，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷也會(huì)跟著大大增加，極大降低了汽車本身的使用年限。綜合來看，該方案暫不可取。
方案二：通過采用加強(qiáng)輪胎抓地力的方式來降低車身容易傾覆的風(fēng)險(xiǎn)，以提高施工過程的安全性，對(duì)此，采用可伸縮式底盤四支柱吸盤機(jī)構(gòu)來達(dá)成這一目的。該結(jié)構(gòu)采用四個(gè)可伸縮的強(qiáng)載荷支柱加裝于車身底盤，伸縮支柱采用注油式液壓缸，注油裝置可另加也可采用汽車自身發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。在自卸汽車有高堆積作業(yè)需求時(shí)，首先由四支柱液壓機(jī)構(gòu)來托舉起整個(gè)車廂，汽車底盤不動(dòng)，且增強(qiáng)了輪胎抓地力。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)械結(jié)夠簡單，施工風(fēng)險(xiǎn)低，汽車安全性較高。缺點(diǎn)在于增大了車輛加工制造成本以及車身載重。
為此，對(duì)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行了對(duì)比設(shè)計(jì)，通過改進(jìn)舉升機(jī)構(gòu)的鉸鏈連接點(diǎn)，液壓缸的輸油方式以及車廂的傾覆方式來達(dá)成此次設(shè)計(jì)的目的。
2.2.1 油缸直推式
油缸直推式舉升機(jī)構(gòu)的示意圖如圖2-1所示，這種舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車的雛形，是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的直接應(yīng)用，這種機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單緊湊、此外還有其舉升效率非常高，最重要的是這種結(jié)構(gòu)的制造工藝比較簡單、而且這種結(jié)構(gòu)的成本也比較低。但是有一個(gè)較為致命的缺點(diǎn)就是當(dāng)我們采用單缸時(shí)，非常容易導(dǎo)致整個(gè)車身發(fā)生及其危險(xiǎn)的傾斜，造成汽車本身及駕駛司機(jī)的生命威脅。另外，在當(dāng)油缸處于垂直下置的過程時(shí)，這種結(jié)構(gòu)中油缸的推力也可以作為這種車廂所需的的舉升力，因此它所需的油缸也只需較小的功率。但是，當(dāng)采用單缸時(shí)，這種機(jī)構(gòu)的橫向強(qiáng)度有比較差。
典型車型有 1）單缸：前置－－斯太爾1291.280/K38、瑪斯-5511；
后置－－斯太爾991.200/K38、CA340。
2）雙缸：QD351、EQ340。
圖2-1 單缸直推式舉升機(jī)構(gòu)
2.2.2 杠桿平衡式
油缸后推杠桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的示意圖如圖2-2，這種機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)于上述機(jī)構(gòu)而言就一方面具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，另一方面，這種結(jié)構(gòu)的橫向剛度也是比較硬朗的，當(dāng)整個(gè)車廂在舉升時(shí)，汽車車廂的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)比較圓滑平順，與此同時(shí)整個(gè)機(jī)構(gòu)中桿系的受力比較小，這種機(jī)構(gòu)運(yùn)行下的舉升過程中又具備油缸的擺動(dòng)角度很小，油缸的行程也比較短等優(yōu)點(diǎn)。它的典型的缺點(diǎn)在于，機(jī)構(gòu)本身主要集中在車身的后部空間，載重承受點(diǎn)也聚集于車尾處，同時(shí)，受車廂載重的影響，這種結(jié)構(gòu)的車廂在他的底板處需要承受較大的下壓力，因此諸多問題便給車身的全面布局帶來了一定的難度，而且，這種結(jié)構(gòu)對(duì)車廂的鋼材要求也比較高，因此相應(yīng)的造價(jià)也變比較高昂，制造成本大，加工難度大，工藝流程較為復(fù)雜。
典型車型：日產(chǎn)PTL81SD。
圖2-2 杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)
2.2.3 油缸前推連桿組合式
油缸前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的示意圖如圖2-3所示，這種機(jī)構(gòu)是市面上比較常見，應(yīng)用范圍較廣的一種結(jié)構(gòu)，比較典型的自卸汽車便是五十鈴，市場(chǎng)認(rèn)可度較高，對(duì)它而言，其橫向剛度較好，能夠有效防止車身的側(cè)翻，在其進(jìn)行舉升時(shí)作業(yè)時(shí)，整個(gè)車廂在鉸鏈處的圓周轉(zhuǎn)動(dòng)也相對(duì)的較為平滑順暢，當(dāng)車廂底部的三腳架在實(shí)際運(yùn)行中推動(dòng)整個(gè)車廂進(jìn)行舉升時(shí)，車廂傾翻軸支架受到車廂負(fù)重比較小的水平反作用力，此為，其有一些很特別的優(yōu)點(diǎn)，那就是車架底部的受力也比較均勻。但是這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)在于油缸在車廂翻轉(zhuǎn)過程會(huì)存在較大的擺動(dòng)角度，而且這種機(jī)構(gòu)的活塞行程也稍大。
典型車型：五十鈴TD50ALCQD、QD362。
圖2-3 油缸前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)
2.2.4 油缸后推連桿組合式
油缸后推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的示意圖如圖2-4所示，與上述機(jī)構(gòu)相比油缸后推連桿組合式機(jī)構(gòu)具有的優(yōu)點(diǎn)是，它的結(jié)構(gòu)比較緊湊，有著較好的橫向剛度，此外，極大的優(yōu)點(diǎn)在于整個(gè)油缸的推程比較小，在油缸進(jìn)行舉升行程時(shí)，車廂與底盤之間的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)起來是比較圓滑平順的。但缺點(diǎn)在于這種結(jié)構(gòu)的舉升力系數(shù)較大，因此導(dǎo)致它的舉升臂(三角架)較大，從而需要占用底盤較大的空間，使車身看起來顯得比較笨重。
典型車型：五十鈴TD50A-D、QD352、HF352。
圖2-4 油缸后推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)
2.2.5 油缸浮動(dòng)連桿式
油缸浮動(dòng)連桿舉升機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-5所式，相對(duì)而言，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較為緊湊，且具有很好的橫向剛度，并且在車廂進(jìn)行舉升行程時(shí)，鉸鏈的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)較為圓滑平順。此外，在加工制造過程中，需要給其裝配較長的油管管路，從而使得油缸進(jìn)出油管有著較大的活動(dòng)范圍，以此來改善副車架的受力情況，但其舉升力系數(shù)較小，且該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較大，油缸由于空間布置需要比較合理的原因需要布置在固定的節(jié)點(diǎn)上，從而這種機(jī)構(gòu)對(duì)桿件剛度的要求也比較高，因此造價(jià)也相應(yīng)就比較高昂。
典型車型：YZ-300。
圖2-5 油缸浮動(dòng)連桿式舉升機(jī)構(gòu)
2.2.6 前推杠桿組合式
前推杠桿組合式舉升機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-6所示，該機(jī)構(gòu)在上述機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了車身前推桿，避免了自卸汽車在卸貨時(shí)的側(cè)向傾覆，它兼?zhèn)淦胀ㄓ透赘?dòng)連桿式所具有的較好的橫向剛度，同時(shí)在舉升時(shí)其鉸鏈也具備較好的轉(zhuǎn)動(dòng)平順圓滑性，此外，它所具備的優(yōu)點(diǎn)在于：整個(gè)舉升過程中，油缸的有著較小的舉升力，并且其構(gòu)件的受力情況得到了較大程度的改善。但其不足點(diǎn)在于油缸又具有過大的行程，從而油缸的體積也就變大，同時(shí)油缸的偏擺角度也變大。
典型車型：SX360。
圖2-6 前推杠桿組合式舉升機(jī)構(gòu)
2.2.7 俯沖式
總體而言，俯沖式桿系的傾卸結(jié)構(gòu)比較簡單，沒有過多復(fù)雜的零部件及桿件，所以其就具備了造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，且制造工藝流程也比較簡單，整個(gè)機(jī)構(gòu)具備較好的橫向剛度，在油缸舉升轉(zhuǎn)動(dòng)行程中，鉸鏈的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)比較圓滑平順。但受條件制約油缸必須增大其自身容量。
典型車型：73型。
圖2-7 俯沖式舉升機(jī)構(gòu)
2.3 舉升式油缸結(jié)構(gòu)的方案選定
直推式與桿系組合式兩大類舉升機(jī)構(gòu)各項(xiàng)性能比較祥見表2-1從以上幾種方案分析中可以看到直推式和桿系傾卸式具有的共同特點(diǎn)，它們均采用液壓作為舉升動(dòng)力。 不同的是直推式是利用油缸直接舉升車廂實(shí)現(xiàn)起傾卸，油缸推動(dòng)力直接作用在車廂上，不需要桿系作用；而桿系傾卸式的舉升機(jī)構(gòu)由連桿、三角架或推桿等組成。不同的舉升機(jī)構(gòu)的布置和組成也不相同，但他們都具有舉升平順，舉升剛度好，使油缸行程成倍增大，可采用結(jié)構(gòu)簡單、密封性好、易于加工的單缸，布置靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的自卸車舉升機(jī)構(gòu)，選用圖2-4油缸后推式舉升機(jī)構(gòu)。該種舉升機(jī)構(gòu)通過三角板于車廂底板相連推動(dòng)車廂，啟動(dòng)性能較好，并能承受較大的偏置載荷；舉升支店在車廂中心附近，車廂受力狀況較好。
3 舉升機(jī)構(gòu)的受力分析及結(jié)構(gòu)校核
3.1 舉升工作原理
后推式舉升機(jī)構(gòu)的工作原理見圖3-1，由三部分組成，分別是：舉升油缸OB、三角臂ABC、拉桿OA。這種機(jī)構(gòu)在工作的時(shí)候，油缸產(chǎn)生的動(dòng)力使活塞桿OA旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)升高。舉升機(jī)構(gòu)的三角臂在鉸接點(diǎn)C的作用下使貨廂升起，通過這個(gè)操作，完成實(shí)現(xiàn)貨廂舉升卸貨。當(dāng)貨廂舉升動(dòng)作結(jié)束后，通過操縱手柄，液壓系統(tǒng)施加力使得車廂進(jìn)行復(fù)位運(yùn)動(dòng)。
圖3-1 D式舉升機(jī)構(gòu)示意圖
3.2 受力分析
3.2.1 力學(xué)模型構(gòu)建
（1）舉升機(jī)構(gòu)的幾何模型注意：
在式舉升機(jī)構(gòu)的油缸通過三角臂連接施加力的作用與貨廂。油缸的兩端連接的三部分分別是鉸鏈、車架、三角臂。鉸鏈連接了拉桿與車架和三角臂相連。鉸鏈連接了三角臂與貨廂。圖3-2為機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與受力分析圖，圖中各項(xiàng)符號(hào)的含義為
圖3-2 D式舉升機(jī)構(gòu)受力簡圖
——；
——；
—；
——；
——；
——推力與夾角，即；
——推力與拉桿夾角，即；
——推力與夾角，即；
——，即；
——，即；
——、；
——、；
——、；
——；
——邊長；
——邊長；
——；
——；
——；
——；
（2）車廂傾翻力的計(jì)算把三角臂單獨(dú)隔離出來進(jìn)行分析，有三個(gè)力、與，這個(gè)三個(gè)力在平面之內(nèi)匯交通過A點(diǎn)，且=。
把車廂單獨(dú)隔離出來進(jìn)行分析，不考慮各種摩擦造成的影響，對(duì)點(diǎn)進(jìn)行分析有，則
（3-6）
在中：
（3-7）
又有：
得： （3-8）
由可得：
（3-9）由，對(duì)于任一個(gè)給定的車廂舉升角，都可求出三角臂所能產(chǎn)生的翻傾力的大小以及與水平線夾角（+）。根據(jù)式，就可以求出一一對(duì)應(yīng)每一舉升角所對(duì)應(yīng)的值。
（3）油缸行程的計(jì)算
在中：
得： （3-10）
又
得：
在中：
（3-12）
由式及，根據(jù)這兩個(gè)式子，就可以求出一一對(duì)應(yīng)值。如果假設(shè)最小舉升角對(duì)應(yīng)油缸長，最大舉升角對(duì)應(yīng)油缸長為，那么在這個(gè)過程中的油缸行程為：
（3-13）
（4）油缸推力的計(jì)算
在中：
(3-14)
整個(gè)過程中，以三角臂為研究對(duì)象，不考慮任何摩擦產(chǎn)生的影響，對(duì)K點(diǎn)進(jìn)行力矩的分析，有：
則：
由于 =
得
（3-15）
（3-16）
將式組合，可算出油缸推力P和油缸與垂線夾角。（5）拉桿拉力的計(jì)算
在整個(gè)過程中，把三角臂拿出來，這里不來考慮任何摩擦產(chǎn)生的影響，對(duì)點(diǎn)進(jìn)行力矩的分析，
則
由于： =
（3-17）
與水平面夾角 （3-18）
由式便可求出拉桿拉力及相應(yīng)夾角。
3.2.2 舉升機(jī)構(gòu)受力計(jì)算
（1）對(duì)舉升機(jī)構(gòu)的整體計(jì)算
根據(jù)結(jié)構(gòu)的特殊性，在最開始的位置進(jìn)行計(jì)算。
mm，mm，mm，mm，mm
mm，mm，mm，
在整個(gè)過程中對(duì)？（對(duì)誰？）：
mm
mm
（2）對(duì)車廂推力的計(jì)算
當(dāng)時(shí)，由公式可得：
mm
由公式（3-9）可得：
（3）對(duì)油缸行程的計(jì)算
由上式可得
當(dāng)時(shí)，
mm
（4）對(duì)油缸推力的計(jì)算
由式可得：
當(dāng)時(shí)，
N
N
（5）對(duì)拉桿拉力的計(jì)算
由式可得：
當(dāng)時(shí)，N
3.2.3 舉升機(jī)構(gòu)參數(shù)校核計(jì)算
（1）對(duì)三角臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核
三角臂使用的材料是幾何尺寸為的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，這種鋼材在投入使用之前必須要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。連接鋼板需要用到軸銷，制作軸銷的材料是45鋼，如上所述，這種鋼也必須要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。在尺寸方面，銷軸的直徑的幾何尺寸為，在銷軸的最外邊還需要套幾何尺寸為的套。銷的屈服強(qiáng)度大小是，安全系數(shù)選擇2，銷的剪切應(yīng)力大小為。
在整個(gè)過程中的三角臂銷軸受最大剪切力：
結(jié)論呢？因此，滿足剪切強(qiáng)度要求。
（2）對(duì)拉桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核
選用45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的薄鋼板來制作拉桿，這種45鋼的橫截面幾何尺寸為，這種鋼材的最大剪切力：
mm
結(jié)論呢？因此，滿足剪切強(qiáng)度要求。
4 舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
4.1.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
為達(dá)到托舉車廂和車廂內(nèi)貨物目的，需設(shè)計(jì)一套用液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力的舉升機(jī)構(gòu)，要能夠保持運(yùn)行過程中的穩(wěn)定，讓貨物平穩(wěn)的待在車廂內(nèi)，不發(fā)生側(cè)翻現(xiàn)象。另外為了保障系統(tǒng)的安全，這套裝置還應(yīng)該設(shè)計(jì)自鎖裝置。
4.1.2 液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)
液壓回路如圖4-1所示，包括液壓動(dòng)力源、液壓控制元件、執(zhí)行元件這三部分。
圖4-1液壓控制回路
1-液壓油箱 2-過濾器 3-液壓油泵 4-溢流閥
5-二位二通電磁閥 6-單向鎖緊閥 7-液壓缸 8-液壓油管
設(shè)計(jì)的液壓回路的電磁鐵控制如表4.1所示。
表4.1 工作行程表
電磁鐵
上升
下降
懸停
YA1
+
-
-
YA2
+
-
+
對(duì)液壓圖的工作原理進(jìn)行介紹，即電磁鐵YA1、YA2通斷電時(shí)，分別執(zhí)行什么運(yùn)動(dòng)；
液壓系統(tǒng)工作原理如下：
（1）上升：此時(shí)電磁鐵YA1、YA2均通電，液壓油進(jìn)入液壓缸無桿腔推動(dòng)液壓缸桿伸出，從而推動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)使得車廂上升舉起，實(shí)現(xiàn)卸貨；
（2）下降：此時(shí)電磁鐵YA1、YA2均斷電，液壓缸在貨廂重力作用下被推著活塞下降，液壓油從液壓缸無桿腔排出進(jìn)入液壓油箱，而液壓泵注入的液壓油直接被泵入油箱，液壓缸桿復(fù)位后，車廂上也下降到最低點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)下降；
（3）懸停：此時(shí)電磁鐵YA1斷電、YA2通電，液壓泵注入的液壓油直接被泵入油箱，液壓缸無桿腔的液壓油因單向閥存在無法退回油箱，因此液壓缸桿保持原狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)懸停。
4.2 液壓元件的計(jì)算及選型
所設(shè)計(jì)的自卸車液壓系統(tǒng)元件都采用國家標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，可在市場(chǎng)上進(jìn)行購買，因此需對(duì)元件進(jìn)行計(jì)算選型。
4.2.1 油缸選型與計(jì)算
油缸在液壓系統(tǒng)之中主要有兩大類，它們是活塞式油缸和柱塞式油缸，本文選用柱塞式油缸。。
（1）油缸直徑的確定
在進(jìn)行油缸的選型的時(shí)候，必須要考慮到的兩個(gè)因素是最大舉升力以及最大舉升角。分析計(jì)算油缸的直徑的時(shí)候，就要用到最大舉升力這個(gè)參數(shù)，分析計(jì)算油缸工作行程的時(shí)候，就要用到最大舉升角這個(gè)參數(shù)。
最大舉升力 N
（4-1）
式中：——系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，一般情況下按；
——液壓系統(tǒng)額定工作壓力（MPa）總共有五種類型從10MPa到35Mpa依次不等。根據(jù)計(jì)算的檔次的升高,造價(jià)也越來越高。
（2）在整個(gè)過程中需求的油缸工作行程確定
m （4-2）
式中：——在整個(gè)過程中當(dāng)處于最大舉升角時(shí)舉升油缸兩鉸點(diǎn)間距離,；
——在整個(gè)過程中當(dāng)舉升角時(shí)油缸兩鉸點(diǎn)間距離，。
4.2.2 油泵的選型計(jì)算
目前為止總共有兩種油泵應(yīng)用在我們的自卸車使用之上，下面進(jìn)行分別介紹：第一種是齒輪泵，目前主要應(yīng)用在中輕型自卸車上；第二種是柱塞泵，目前主要應(yīng)用在重型自卸車上。
（1）油泵工作壓力
MPa （4-3）
式中：——油缸最大的推力，;
——油缸的橫截面的面積，。
（2）油泵理論流量
L/min (4-4)
式中：——油缸能夠容納油的最大體積為（m3），具體的計(jì)算公式為：L，、、都是使用國際單位米作為計(jì)量單位；
——舉升的時(shí)間，s；
——液壓泵容積效率。
（3）油泵排量
ml/r (4-5)
式中：；
（4）油泵功率
（4-6）
式中：
;
4.2.3 油箱容積與油管內(nèi)徑計(jì)算
（1）油箱容積的計(jì)算
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，工作油缸工作容積的大小應(yīng)該比油箱容積的三分之一體積要大所以：
（4-7）
（2）根據(jù)需求需要設(shè)計(jì)油管內(nèi)徑的計(jì)算
由
高壓管路的內(nèi)管直徑 （4-8）
式中：
——高壓管路中油的流速
在整個(gè)過程中設(shè)計(jì)低壓管路內(nèi)徑
（4-9）
式中：——低壓管路中油的流速1m/s。
4.3 液壓元件的選型
4.3.1 油缸的選型
由公式（4-1）、(4-2)可知：
m
m
在綜合考慮到之前所有的分析計(jì)算以后，最終確定的傾卸油缸的牌號(hào)為DJ-J100CE1E這是一種單作用柱塞缸。
4.3.2 油泵選型確定
根據(jù)需求需要設(shè)計(jì)液壓缸工作容積為：
在整個(gè)過程中根據(jù)設(shè)計(jì)油泵流量為：
根據(jù)需求需要設(shè)計(jì)取力器速比為：=1.253
在整個(gè)過程中根據(jù)設(shè)計(jì)舉升時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
根據(jù)需求需要設(shè)計(jì)油泵的轉(zhuǎn)速
油泵的排量：
mL/r
在綜合考慮到之前所有的分析計(jì)算以后，可以最終確定的齒輪泵的牌號(hào)為，這種齒輪泵具體的參數(shù)為：1）額定排量=20ml/r17.4ml/r（實(shí)需排量）
根據(jù)需求需要設(shè)計(jì)額定壓力=16MPa（實(shí)際使用油壓）
在整個(gè)過程中根據(jù)設(shè)計(jì)額定轉(zhuǎn)速=2000r/min1596r/min（實(shí)際轉(zhuǎn)速）
根據(jù)需求需要設(shè)計(jì)旋向?yàn)椋鹤笮?
在整個(gè)過程中根據(jù)設(shè)計(jì)該泵所需功率
kW
4.3.3 油箱容積與管路內(nèi)徑確定
在整個(gè)過程中根據(jù)油箱容積:L
倍>3倍（公式編輯器中的字體比小四號(hào)大，全部修改）
根據(jù)設(shè)計(jì)高壓油管內(nèi)徑:mm
在整個(gè)過程中根據(jù)設(shè)計(jì)低壓管路內(nèi)徑為mm
根據(jù)設(shè)計(jì)需求與由各種公式計(jì)算完成之后，可以最終選用的高壓管是口徑為牌號(hào)為的兩層鋼絲編織膠管。這種鋼絲編織膠管把A型扣壓作為它上邊的管接頭；可以最終選用的低壓回油管是以內(nèi)徑的一層鋼絲編織低壓膠管。在液壓油的選取方面，必須要分開冬夏兩季所用的液壓油，因?yàn)闇囟鹊脑?，在冬天要使用代?hào)為HJ-20的油，夏天就要使用牌號(hào)為HJ-30號(hào)的油。
5 總 結(jié)
轉(zhuǎn)眼畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲，通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更全面的認(rèn)識(shí)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)填補(bǔ)了以往課堂上只是公式化的解題，對(duì)于實(shí)踐的工程設(shè)計(jì)計(jì)算沒有具體的概念。
在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間我不僅復(fù)習(xí)了以往學(xué)過的知識(shí)，還進(jìn)一步提高了很多有關(guān)CAD和Word的基本操作，不但我的自學(xué)能力也得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。
通過對(duì)自卸式汽車舉升機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)使對(duì)自卸式汽車、舉升機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)的工作原理，結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)等進(jìn)一步了解自卸車的不同結(jié)構(gòu)。
查表、計(jì)算這些對(duì)于還不是很熟練的他們來說很不容易，進(jìn)度慢，返工多是很普遍的現(xiàn)象，反復(fù)的計(jì)算、查表使在設(shè)計(jì)過程中受益匪淺。
在CAD方面也學(xué)到了更多的畫法，了解了更多國標(biāo)的要求和畫圖時(shí)容易出錯(cuò)的地方，同時(shí)也學(xué)會(huì)了粗糙度的和公差的查表方法。
在計(jì)算和繪圖的過程中才知道其實(shí)有很多專業(yè)知識(shí)在課堂上學(xué)的不夠扎實(shí)。測(cè)量時(shí)想到繪圖容易，畫圖時(shí)想到繪圖容易。這是好高鶩遠(yuǎn)的通病。其實(shí)很多時(shí)候很多事情，只有自己親自動(dòng)手做過了才知道他的難與易。
總而言之，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)自己不久未來將要從事的工作進(jìn)行了一次很好的適應(yīng)性的訓(xùn)練，從中鍛煉了自己獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，也培養(yǎng)了我嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，這些都超出了完成畢業(yè)設(shè)計(jì)本身的意義，也為以后從事的工作鋪墊了基石。
致 謝
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于在重重困難下得以完成。由于本專業(yè)的特殊性，我作為一名機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)生，在設(shè)計(jì)過程中，難免有許多考慮自己考慮不周全的問題，因?yàn)橛欣蠋煹男燎谥笇?dǎo)，以及身邊同學(xué)朋友們的不斷幫助，我才完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
首先，我要對(duì)我的指導(dǎo)老師姚曉光老師表示真誠的感謝，從一開始的選題一直到設(shè)計(jì)的中后期修改，再到最后設(shè)計(jì)的定稿中，老師的指導(dǎo)一直在給我指明前進(jìn)的方向，我在老師的指引之下，不斷努力一直加油，直到完成本次設(shè)計(jì)。我的老師，他工作時(shí)認(rèn)真嚴(yán)肅，在對(duì)待學(xué)問時(shí)更是一絲不茍，精益求精。老師專業(yè)的學(xué)術(shù)水平讓我十分敬佩，我要一直向老師學(xué)習(xí)。老師既是我的良師又是我的益友，在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過程中對(duì)我和藹可親，細(xì)心解答我的各種疑惑。在此，我衷心的感謝我的指導(dǎo)老師，沒有他的指導(dǎo)與督促我不可能這么順利地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在這三個(gè)月的接觸中，我認(rèn)識(shí)到他是一位學(xué)識(shí)淵博工作認(rèn)真的好老師，同時(shí)也是心地善良帶人溫柔值得信賴的好朋友。同時(shí)我還要感謝我的同學(xué)們，在一些我學(xué)的不夠好的知識(shí)領(lǐng)域里他們耐心的回答我的疑問，在我的畢業(yè)論文撰寫工作中做出了不小的貢獻(xiàn)。最后，我要感謝本次設(shè)計(jì)一路上給過我細(xì)心幫助的各位朋友們，正是因?yàn)橛心銈兊拇嬖冢业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)才能夠順利的完成。十分感謝你們，我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記一起奮斗過的日日夜夜，我會(huì)銘記這些寶貴的時(shí)刻這都是我人生中最珍貴瞬間。
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