运输车液压举重机构的实体设计与分析设计

I 学士学位毕业论文（设计） 运输车液压举重机构的实体设计与分析 学生姓名： 学 号： 指导教师： 所在学院：工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 中国大庆 2010 年 6 月 科毕业设计任务书 题 目：运输车液压举重机构的实体设计与分析 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2006级 学生姓名： 学 号： 指导教师： 车 刚 业设计任务书 一、毕业设计原始资料 1某运输车举升机构的实物。 2期刊网关于国内运输车举升系统的发展。 32008年农垦总局重点实验室相关材料。 二、毕业设计任务及要求 1运输车举升机构是一个较为复杂的机械系统，它的选型、优劣关系到自卸车的整车及举升性能，在样车的投入市场初期，出现了一些质量和设计不合理的问题，因此调研黑龙江省某型号运输车举升机构的应用情况； 2探讨了当今使用率最高的三维过对国产某型号运输车主要部件结构特点的分析，借助软件进行装载机工作装置的三维实体设计，由实地反映其几何形状，还反映各部件空间位置，有效检测工作装置的各部件是否发生干涉，并及时解决问题；改变相应的参数，评估和优化产品在静态和动态性能，从而提高了计算效率。 3确定了举升机构各个部件的基本参数与尺寸。重点对举升机构进行运动仿真及对关键部件进行有限元分析，验证设计的合理性，省去了制造样机进行反复实验、修改等环节，缩短了产品的开发周期、提高产品质量和降低产品成本。 4尝试对三角板进行校核计算； 三、毕业设计工作量 1设计说明书 毕业设计说明书应包括下列内容：封面、毕业设计任务书、中文摘要、英文摘要、目录、前言、正文、参考文献、致谢、附录、论文评定成绩，并按顺序排列。设计说明书的字数应在22000字以上，采用2查阅参考文献 查阅文献10篇以上，其中查阅与课题有关的外文文献2篇以上，并将其中的1篇文献的摘要的原文和译文（不少于3000汉字）附在附录中。 3设计图纸 毕业设计图纸应符合国家有关制图标准，正确体现设计意图，图面整洁，布置匀称，尺寸标注齐全，字体端正，线型规范。图纸全部由计算机绘制。 号 图 纸 内 容 规格 比例 1 总装配图一张 1号图纸 待定 2 三维装配图二张 4号图纸 待定 4其它工作量： （1）国外机型调研一周。 四、毕业设计进度安排 序号 起止日期 设 计 内 容 1 3月 1日3月14日 撰写开题报告，开题答辩。 2 3 月 15 日3 月 20日 论文综述的修改。 3 3 月 21 日4 月 04日 确定方案，初步计算。 4 4月 5 日5 月23 日 总体设计，画图和论文撰写与修改。 5 5 月 24 日 5 月 30日 毕业设计答辩。 6 5 月 31 日 6 月 6日 毕业设计整改。 五、参考资料 1. ，北京农业大学出版社。 2机械工业出版社，2007年版。 3.汽车设计手册中国农业大学出版社。 4.机械设计手册，机械工业出版社。 4.汽车构造学，机械工业出版社。 5六、审批意见 1教研室意见： 教研室主任签名： 年 月 日 2学院意见： 教学院长签名： 年 月 日 V 目 录 摘要.言. - . - . - . - 接推动式举升机构. - 杆组合式举升机构. - 3. 液压系统参数确定. - 厢的最大举升角. - 定车厢与车架铰接点. - 据本厂及配套厂家的现有资源，初选油缸参数。. - 4. 前推连杆放大式举升机构技术分析. - 压举升机构运动学分析. - .3 - .5 - 拟样机模型的建立.7 - 建约束副和驱动.7 - 真结果与分析.8 - 6. 三角板结构分析.0 - 毕业设计感想.3 - 总结.4 - 结束语.4 - 致谢.5 - 参考文献.6 - 附录1.8 - 附录2.9 - 输车液压举重机构的实体设计与分析 摘要 随着科学技术的不断发展，术得到了前所未有的发展，利用二维几何绘图到三维实体造型以及机械运动仿真和机构有限元分析等功能模块给设计人员提供了十分方便的设计手段。目前，大多数的工厂和学校在进行整机设计时，基本上还停留在静态设计的基础上，还停留在计算机辅助绘图的水平。文章主要基于美国(件，是当今使用率最高的三维机构的结构修改以后，只需要改变相应的参数，让设计人员评估、理解和优化产品在静态和动态性能，从而提高了计算效率。 本车举升机构是一个较为复杂的机械系统，它的选型、优劣关系到自卸车的整车及举升性能，在样车的投入市场初期，出现了一些质量和设计不合理的问题，如图5节借助软件进行装载机工作装置的三维实体设计，由仅可以真实地反映其几何形状，还能反映出各部件空间位置，有效检测工作装置的各部件是否发生干涉，并及时解决问题；此外，它还能够对举升机构进行运动仿真及对关键部件进行有限元分析，验证设计的合理性，省去了制造样机进行反复实验、修改等环节，缩短了产品的开发周期、提高产品质量和降低产品成本。 ！所有下载了本文的注意：本论文附有下载了本文的读者请加3753222，或留下你的联系方式（后，希望此文能够帮到你！ 关键字：举升机构 ( 运动仿真 of AM AE a d d as to a of At of in in in ) is s d to in so as to is a of of of to of in in as in 3d of in In it of of of on of of he ( AM - 1 - 前言 自卸车的车厢分后向倾翻和侧向倾翻两种，通过操纵系统控制活塞杆运动，后向倾翻较普遍，推动活塞杆使车厢倾翻，少数双向倾翻。高压油经分配阀、油管进入举升液压缸，车厢前端有驾驶室安全防护板。 发动机通过变速器、取力装置驱动液压泵，车厢液压倾翻机构由油箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。车厢液压倾翻机构由油箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。发动机通过变速器、取力装置驱动液压泵，高压油经分配阀、油管进入举升液压缸，推动活塞杆使车厢倾翻。以后向倾翻较普遍，通过操纵系统控制活塞杆运动，可使车厢停止在任何需要的倾斜位置上。车厢利用自身重力和液压控制复位。自卸汽车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（额定装载质量在20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220t）普通自卸汽车。这种自卸车主要承担着泥土、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(中型自卸汽车（t）和重型自卸汽车（t）。 - 2 - 运输车中自卸车是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆。由汽车底盘、液压举升机构、货厢和取力装置等部件组成。 自卸车在土木工程中，经常与挖掘机、装载机、带式输送机等工程机械联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方、砂石、散料的装卸运输工作。 新自卸车或大修出厂的车必须进行试运转，使车厢举升过程平稳无窜动。使用时各部位应按规定正确选用润滑油，大大节省卸料时间和劳动力，举升机构严格按期调换油料。按额定装载量装运，严禁超载。自卸车的发动机、底盘及驾驶室的构造和一般载重汽车相同。年来国内自卸车也开始注重在轻量化方面下功夫。但是，出于成本和技术方面考虑，国内的自卸车仍然以普通钢材、钢板为主要材料，而且为了追求超载，通常把车箱做得比较大，如84的车型有的车厢做到8米多长，64的车型做到6 厢厚度多为底10边8。在牵引半挂自卸车领域，国内的产品更是稀少。有少部分企业开发出侧翻和后翻的整体式半挂自卸车，但由于半挂车技术落后，车辆长度较大，应用范围受到很大限制。 目前国内的卡车制造企业开始注重产品的改装潜力。值得一提的是东风的天龙、天锦，这两款车在底盘设计上与欧洲卡车比较接近，且采用了标准孔设计，方便改装企业改装。不过，对于一些用于中长途土石方运输的自卸车车辆，近年随着治理超载，国内重型车飞速发展，在车型以及产品结构方面都发生了巨大的变化。在这一过程中自卸车也得到了发展，特别是在种类、结构、车辆材料方面都发生了翻天覆地的变化，出现了很多新品种，如专用的矿用自卸车、市政土石方运输车、大容量的运煤自卸车以及工程恶劣路况用车等。值得注意的是，这些产品中逐渐引入欧洲的技术理念，从原型设计到结构和材料的应用，开始注重借鉴欧洲的成熟经验，并结合国内的市场实际，表现出自身的一些特点。 欧洲车辆的标准化程度较高，许多企业都采取总成模块化设计理念，一些集成化的零部件如护栏、爬梯、备胎架、保险杠总成等均由专门的零部件厂商提供。这些标准化和模块化的零部件造型独特、美观大方。整车生产企业采用螺栓等可拆卸的装配方式，将这些集成零部件与整车装配，极大地提高了生产效率，也方便了维修。 专用自卸车是在大型工程中，最有效、最合理的运输工具之一，是完成专项作业的移动设备。它不仅满足交通运输的一般要求，还能更好的适应工作地点的环境。更能克服一般运输车辆不足的缺点。 专用自卸车主要是在已有底盘上进行改装，安装专用的设备，如专用车厢，举升机构，液压缸，等。随着经济社会的发展，自卸车在我国经济发中确立其重要的地位， 尤其是 适用于各类矿山、水利工程，承载能力强、转弯半径小的重型车需求量尤为明显 。 本论文主要从专用的整体设计出发，主要写了液压系统举升机构的设计并且确 - 3 - 定自卸汽车最大举升角应保证货物彻底卸净， 并使车厢和底盘不发生干涉，通过计算， 对卸汽车最大举升角的规定进行确认，对自卸汽车的重要部件如液压系统,进行了定性的分析，以确定举升力的大小、达到设计载荷是所需的要求,，并对车厢的长、宽、高进行了计算设计，以达到底盘最大总质量的的要求，使自卸车的前后轴的载荷在最大承载质量的范围之内。 自卸车以其自20世纪以来，不断发展日趋完善，已经成为当今货物运输的主要车辆之一，自卸车具有高度的机动性和卸货机械化等优点，通常与铲式装载机挖掘机或皮带运输机等配套使用，实现装卸机械化，从而大大缩短装卸时间，提高运输效率并可节省劳动力，减轻劳动强度。目前，随着国民经济的迅速发展，国内需求的持续扩大，尤其是我国实施西部大开发战略以来，我国自卸车汽车市场取得了飞速的发展。今后，随着制造业的发展，自卸车不断采用新材料、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，操纵与控制更方便更完善，在城市建设、服务和高等级公路运输方面将有更广的用途。 载车厢能自动倾翻一定角度卸料，大大节省卸料时间和劳动力，缩短运输周期，提高生产效率，降低运输成本，是常用的运输专业车辆。随着我国经济的不断发展，尤其是自 2001 年 11 月 10 日起，中国正式成为 员国，国内市场逐渐开放。同时，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、工地及一般的土木工程等的运输作业中，轻型农用自卸车以其灵活机动、价格低廉的优点得到了广泛的应用。举升机构是轻型农用自卸车卸料作业的关键部件，它直接影响着轻型农用自卸车的整车性能和举升性能，是自卸车设计时首先需要解决的问题。液动举升机构是工程自卸车常用的一种举升机构，它实际上是一种演化形式的四连杆机构，通过外力（液压举升油缸施加）作用实现四连杆运动，从而实现将货物倾卸的目的。 在广泛采用液压举升机构，根据油缸与车厢底板的连接方式，常用的举升机构可以分为直接推动式和连杆组台式两大类，介绍如下。 - 4 - 接推动式举升机构 油缸直接作用在车厢底板上的举升机构称为直接推动式举升机构，简称直推式举升机构。按举升点在车厢底板下表面的位置，该类举升机构又可分为油缸中置(图2油缸前置(图2种型式。前者油缸支在车厢中部，油缸行程较小，油缸的举升力较大，多采用双缸双柱式油缸；后者的油缸支在车厢前部，油缸的举升力较小，油缸行程较大，一般用于重型自卸汽车上，油缸则通常采用多级伸缩油缸。 图2接推送式举升机构 he of 杆组合式举升机构 油缸与车厢底板之间通过连杆机构连接的举升结构称为连杆组合式举升机构。生产实践表明，连杆组台式举升机构具有很大的优越性。根据油缸的安装特点，连杆组台式举升机构又可分为油缸前推(后推)连杆放大式、油缸前推(后推)杠杆平衡式、油缸浮动等多种结构型式。 （1）油缸前推连杆放大式(马勒里式)举升机构 该种举升机构(图2过三角板与车厢底板相连，车厢的举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；当达到最大举升角度时，油缸几乎处于垂直状态，车厢上升到最高位置不易倾下，稳定性好；油缸最大推力较小，油压特性好。但整个机构较庞大，油缸在举升过程中的摆角较大，工作行程较大。 图2推连杆放大式举升机构 of 2） 油缸前推杠杆平衡式举升机构 该种举升机构(图2过拉杆与车厢底板相连，举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好；初始时拉杆几乎是垂直顶起车厢，因此机构运动性能好。但该机构三角形连杆的几何尺寸较大，结构不紧凑，油缸摆角较大，工作行程较大，液压管路不易布置。 - 5 - 图2of 3）油缸后推连杆放大式(加伍德式)举升机构 该种举升机构(图2过三角板与车厢底板相连推动车厢，启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举升支点在车厢几何中心附近，车厢受力状况较好。但该机构举升力系数较大，工作效率较低。 图2推连杆放大式举升机构 he of 4）油缸后推杠杆平衡式举升机构 该种举升机构(图2油缸下铰点、三角板的固定铰点、车厢翻转铰点几乎均匀分布在副车架上，减少了车架后部的集中载荷；同时，这种三点支承方式有利于改善机构的整体横向刚性。举升过程中油缸摆角小，机构的工作效率也较高，但机构举升力系数较大，使相同举升质量所需举升力较其他举升机构大。 图2推杠杆平衡式举升机构 of 5）油缸浮动式举升机构 图2缸浮动式举升机构 he of 种机构(图2缸的一端直接与车厢底板相连，另一端不是固定在车架上，而是可以随着车厢的翻转而运动，故称为油缸浮动式举升机构 该机构的拉杆也与车厢底板直接相连，举升支点较靠近车厢的前部，故车厢受力状况较好，工 - 6 - 作效率较高。但该机构几何尺寸较大，结构不紧凑,举升过程中油缸摆角较大，使得液压管路难于布置。 由以上分析可知，现在的液压举升机构有多种型式，每种型式的性能各有千秋，要因车而异，合理选用，选用的原则是:首先必须充分考虑车辆的使用条件和环境；其次要考虑制造工艺；最后要兼顾成本。 根据本车的使用特点和环境来看，工作条件差，用户经常严重超载，经常在无路的环境中工作，尘土多，维修条件差，对价格方面的要求是造价低，性价比要求高，车辆离地间隙较大(大于200建造纵深小，选用横向刚度好、举升转动圆滑、车厢骨架受力均衡、维修简便、具有寿命长、密封工艺好、不易泄漏、制造成本低、超载能力强等优势的前推连杆放大式举升机构较为合适，即小的装载质量、大的超载系数和良好的经济性能。 3. 液压系统参数确定 连杆组合式举升机构从其设计原理上讲属于一种演化了的四连杆机构,机构的组成部分有:车厢、车架、拉杆、三角臂和液压油缸，设计涉及到6个铰支点，如图3系统具有良好的油压特性曲线，保证设计所限定的参数，避免工作期间的液压冲击，保护液压元件，改善机构各部件的受力状况，给部件以合理的强度储备,首先确定自卸系统的性能和尺寸参数。 图3车举升机构简图 he of of 厢的最大举升角 一般货物都有一定的安息角，各种货物的安息角取值如表3设计时要求最大举升角必须大寸装载货物的安息角，最大举升角取的越大卸货越可靠，但连杆式举升机构的行程放大系数也就越大，在液压油缸伸长量不变的情况下，势必将增大举升三角臂的尺寸，使举升机构的布置空间更加紧张，这将无益于建造纵深的降低。在对市场和用户进行调查研究的基础上，该车型的车厢的最大举升角为50。 - 7 - 表3见的货物安息角 he of 料名称 煤 焦炭 粘土 细沙 粗沙 水泥 铁矿石 石灰石 安息角 2745 50 50 3035 50 4050 4045 4045 定车厢与车架铰接点使车厢举升至最大举升角时不与纵梁干涉，保证车厢后栏板距地面符合的高度要求的前提下，确定出车厢与车架铰接点据本厂及配套厂家的现有资源，初选油缸参数。 安装距 0L =810缸工作行程L=510径=110统压力180建立后续举升机构仿真优化设计的平台，使举升机构的运动和动力仿真分析在此基础上进行，作图图解表示如下： 图3升机构图解 of 过作图法并参照以前的布置经验，确定的举升机构在初始位置 =0时的位置坐标为：，0）、230，80）、382，755，225）、225，120）、265，550），考虑到转轴直径及安装尺寸，升机构局部原理三维视图如下： - 8 - 图3升机构三维原理视图 he of . 前推连杆放大式举升机构技术分析 举升机构是一个动态的工作过程，在分析机构载荷时，应对整个工作过程的任意举升角 时的情况进行分析，比较不同角度时的油缸推力和主要构件的负荷。对举升机构进行运动学和力学分析，对举升机构各构件运动参数之间的关系进行分析，建立车厢在运动过程中各参数在任意举升角的数学关系，并且建立举升力与各铰接点处运动副支反力关系方程，为后面的机构运动学和动力学仿真提供相关的理论基础和依据。 压举升机构运动学分析 图4段体与活塞杆组成移动副，整个机构的自由度为1，虚线为车厢处于水平位置时整个举升机构的位置关系。 图4缸前推连杆放大式举升机构运动简图 he of of 中，车厢与车架和举升三角臂的铰接点为0、C；拉杆与车架和举升三角臂的铰接点为D、A；液压油缸与车架和三角臂的铰接点为E、B； 9 - 的质心点，为便于分析计算和在设计中侧重于安全，假设举升过程中举升质量的质心相对于车厢的位置不变，即样在整个举升过程中举升重量不变，求得的举升力系数具有较好的可比性。以车厢与车架的铰接点为坐标原点建立图5轴的正向指向车辆的前方，0、0、D、=0时的位置，此时各点坐标为A( 0 0,B( 0 0,C( 0 0, D( 0 0,E( 0 0,G( 0 0；A,B,C,D,E, 时的位置，各铰接点的位置坐标设定为:A( ,B( ,C( ,D ( ,E( ,G( ，其中 0 0 首先，进行举升机构的位置分析研究，即： （1）拉杆22 )()( （4 举升三角臂的三边长度如下: 22 )()( （422 )()( （422 )()( （4举升过程中液压油缸的总长度( : 22 )()( （4举升机构运动过程中，液压油缸的伸长量(s): s= 810； (2)车厢转角为最大转角内的任意值 时，C、 由下式求得: （4 （4质心GG )由下式求得: （4 （4(3)举升角为 时，方程组: 220 )()( （422 )()( （4即可求出A (4)举升角为 时，解方程组: - 10 - 22 )()( 22 )()( （4即可求出B (5)直线 （4直线3 直线4 对于上述两个方程，联立即可求解出,( PP (6)21 )()()()( （4(7)22 )()()()()()( （4223 )()()()()()( （4(8)对于质心车厢放平状态时角 的值为： （42 （5(9)24 )()()()()()( （425 )()()()()()( （4 - 11 -(10)车厢在任意举升角时图5 ， 所以， 因此， 线段22 )()( 线段22 由正弦定理得: 因此可求得 的值为： （4其次，进行举升机构的位移、速度和加速度分析研究： 图4向量方向的设定如图所示，各铰接点角位移的度量是以时针方向为正。 图4平面直角坐标系 he of 1)分别确定油缸杆21 , ，即为角位移模型， 在四边形关系式： 3462 3462 （4在四边形关系式： 3451 3451 （4根据机构的运动规律和位置，可推导出构件在任意时刻的角位移: - 12 - （4（4（4在实际机构中， 321 、 位移值为 2 的情形是不允许出现的情况。(2)角速度模型的建立: 约定 )231 m ， )232 m ， )243 m ， )244 m ，)1306 m ， )1306 m ， )147 m ， )148 m 将式（5式（5程两边分别对时间理后求解可得: 174463301 （426441332 （4234443 （4824364430234 （4其中， 1 （ts 为油缸在举升过程中的伸长速度，设其为匀速。 （3）角加速度模型的建立 角加速度为角位移的二阶导数，将(式5(式5程两边分别对时间求导后的方程组整理求解得: 11824474462530533012 （42424434422331332 （4 - 13 - 23324442441332223 （42430824322232441233630624308243724462330211234)( （4液压举升机构中，因举升速度较低，故不考虑惯性力和惯性力矩，整个机构除去初始与停止两位置在运动过程中为近似匀速运动，将其视为低速匀速运动，符合杆组的静定条件，可将机构各构件编号进行受力分析，如图4图4升机构各构件的编号示意图 he of in 图4点0、D、于举升三角臂、拉杆和油缸等构件，它们的质量与举升质量相比不及其百分之一，可忽略不计，因此油缸端受力大小相等，方向沿杆件的轴线相反。设构件4对构件5的作用力表示为 45F ，则构件5对构件4的作用力表示为 54F ， 5445 ，车厢的举升角为50，其举升时间20s，车厢的举升过程近似为匀加速运动，举升转动惯性半径小于2m，各铰接点的润滑良好，接点的轴销直径 - 14 - 小于40此对于整个举升机构，在举升过程中尤其是举升初期，各构件(包括车厢)自身的惯性力矩和各铰接点的摩擦力矩对整个举升力矩影响极小，可将其忽略不计。 （1） 以车厢为研究对象，其受力图如图4图4厢受力分析 of 假设装载货物与车厢的总重力