毕业设计（论文）-解放J6型6×4自卸车总体设计.doc

哈尔滨工业大学本科生毕业论文（设计）解放J6型64自卸车总体设计摘 要本文的中心内容是一汽解放J6型64自卸汽车的总体设计，其额定载重为12.805t，公告型号为CA3250P66K2L1T1A1E，采用锡柴 CA6DL2-35E3F型号发动机，350马力，扭矩1650Nm。它主要由汽车底盘，货箱，举升机构，液压系统等构成。该自卸汽车采用液压传动系统，由油泵驱动倾斜机构工作，使货箱升起，将运载的货物从货箱后方倾卸而出。目前，自卸汽车应用相当广泛，随着我国建设速度加快，对自卸汽车的需求越来越大。本设计主要从自卸车的整体设计出发，采用一汽解放公司J6型号车头，主要研究自卸车的整体形式与主要性能参数、自卸车倾卸机构的设计、举升系统的设计及有限元分析、确定其最大举升角，并使货箱和底盘不发生干涉，通过计算对自卸汽车的重要部件，如液压系统，进行定性分析，以确定举升力的大小、达到承受额定载荷的标准。对货箱的长、宽、高进行计算设计，以达到底盘最大承载量的的要求，使自卸车的前后轴的载荷在满载下符合受力等各方面的要求。并对自卸车进行Solidworks建模造型，对举升机构做运动分析。本文首先对自卸车的设计特点以及国内外发展现状做了相关的概述。接着，从车厢的设计、举升机构的设计等方面进行了J6 64自卸车的总体设计，并对主车副车架进行了改装与设计。对整个自卸车的外廓尺寸、轮距与轴距尺寸、前悬后悬以及整车的装载质量、整备质量、总质量和轴载质量进行了相关的计算与设计。关键词自卸汽车；举升机构；货箱机构；总布置OVERALL DESIGN OF JIEFANG J6 64 DUMPERAbstractThe centerpiece of this article is based on FAW J6 64 dump truck, the dump truck load is rated for the 12.805t. Notice model CA3250P66K2L1T1A1E, using Xichai CA6DL2-35E3F model engine, 350 horsepower, torque 1650Nm. It mainly consists of car chassis, car body, lifting mechanism, hydraulic system and other accessories. The dump truck uses hydraulic drive system to rise the body, with oil pump driven by the tilt sector, then goods will be carried out from the compartment behind the dump.Currently, dumper applys to a wide range of automotive applications, with the speed of development, there is a huge increase of demand for dumpers. This essay based on the overall design of the main departure of dump truck, whose head uses FAW-JieFang J6 type. Mainly study on the main form of dump trucks and the main performance parameters of the overall determination of the design of dump truck bodies, lift system design and finite element analysis. To ensure complete unloading cargo net, and to train no interference with the chassis, this essay determines the maximum lift angle of dump trucks, by calculating the maximum lift angle of the vehicle unloading. This essay conducted a qualitative analysis for an important component of the dump truck, such as hydraulic system, in order to determine the lifting force of the load. It is required to meet the design standards. Also, this essay designs the cars length, width, and height to reach the requirements of maximum total mass of the chassis .In order to meet all the requirements, the dump truck Front and rear axle load at maximum load within the range of quality. At last, using SolidWorks to build the Dump truck model, as well as analy the exercise of lifting mechanism. In this paper, the design features of the dump truck and development status at home and abroad to do the relevant overview. Then, from the cars design, lifting body design and other aspects J6 6 4 Dump the overall design, and the main car and the subframe has been modified design. The outer profile of the entire dump truck size, track and wheelbase dimensions, front overhang and rear overhang of load vehicle quality, curb weight, total quality and quality of the relevant axle load calculation and design.KeywordsDumper, Lift Mechanism, Body Dumping Mechanism, General Arrangement目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的意义11.2 自卸汽车的设计特点11.3 自卸汽车国内外发展现状31.4 自卸车设计原则41.5 课题的研究内容和研究方法51.5.1 课题的研究对象51.5.2 主要设计任务61.5.3 关于SolidWorks软件61.5.4 关于ANSYS软件7第2章 解放自卸车的货箱设计82.1 自卸车货箱基本参数82.2 自卸车货箱的设计82.3 货箱铰链结构的设计102.3.1 铰接座的结构形式102.3.2 销的结构形式112.4 货箱底板和铰链的有限元分析112.4.1 三维模型的建立及简化112.4.2 单元类型及材料参数的自定义122.4.3 单元格的划分122.4.4 施加载荷和约束142.4.5 有限元分析结果142.4.6 有限元分析小结172.5 本章小结17第3章 自卸车举升机构的设计183.1 举升形式的选择183.2 举升机够设计原则203.3 举升机构的相关计算213.4 货箱最大举升角的确定243.5 对于举升机构的有限元分析243.6 本章小结26第4章 液压系统的设计274.1 自卸车液压系统的工作原理274.2 液压缸的相关计算284.3 液压泵的确定294.4 本章小结29第5章 自卸车车架的优化设计315.1 主车架的优化315.1.1 主车架的钻孔和焊接315.1.2 主车架加强板的设计325.2 副车架的设计335.2.1 副车架的截面形状及尺寸335.2.2 加强板的布置345.2.3 副车架的前端形状及安装位置355.2.4 纵梁与横梁的连接设计375.2.5 副车架与主车架的连接385.2.6 副车架的强度校核395.3 本章小结41第6章 SolidWorks建模及CAD工程图426.1 SolidWorks建模过程426.2 二维工程图的绘制456.3 自卸车设计内容的装配476.4 本章小结48结论49致谢51参考文献52- 54 -第1章 绪论1.1 课题研究的意义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，如专用货箱，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12。由于汽车种类繁多、结构复杂、使用面广、开发期短等待点，所以汽车设计人员，既要具备汽车设计的知识相能力向时也要掌握专用汽车各种不同工作装置的原理与设计计算。此外汽车设计人员还需要对用户的要求，市场动态有充分的了解，这样设计的产品才能在性能上先进，在市场上适销对路，在使用上满足用户的要求。汽车性能的优劣不仅取决于组成汽车的各部件的性能，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于总体布置；总体设计水平的高低对汽车的设计质量、使用性能和产品的生命力起决定性的影响。针对汽车总布置的性质和特点，结合企业实际，以大型CAD/CAE/CAM三维软件SolidWorks为基础进行部件布置、总布置与部件布置相结合同步进行的思路，使设计过程直观、高效。本论文正是基于上述原因，针对解放J6重卡64自卸车的总体设计，拓展自己对汽车整体设计的思路，掌握一些设计的必要技能。1.2 自卸汽车的设计特点普通自卸汽车结构组成如图1-1所示3，自卸汽车与其他卡车的区别主要是改装了具有自卸功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。因此在设计上，除了要满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用自卸功能的要求，这就形成了自卸汽车设计的自身特点，总结如下：1）自卸汽车设计多选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计，本文选用一汽解放J6型号自卸车的相关配置。这首先就需要了解国内外货车产品的生产情况、底盘规格、供货渠道、销售价格及相关资料。然后根据所设计的自卸汽车的功能和性能指标要求，在功率匹配、动力输出、传动方式、外形尺寸、轴载质量、购置成本等方面进行分析比较，优选出一种基本型汽车底盘作为自卸汽车改装设计的底盘。对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的自卸汽车，也应尽量选用定型的汽车总成和部件进行设计，以缩短产品的开发周期和提高产品的可靠性。2）自卸汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配。设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响。在必要时，可适当降低汽车底盘的某些性能指标，以满足实现某些专用工作装置性能的要求。3）针对自卸汽车品种多、批量少的生产持点。自卸汽车设计应考虑产品的系列化，以便根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型。对自卸汽车零部件的设计，应按“三化”的要求进行，最大限度地选用标难件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。4）对自卸汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。5）对自卸汽车工作装置中的某些核心部件和总成，如各种水泵、油泵、气泵、空压机及各种阀等，要从专业生产厂家中优选，这是因为自卸汽车专项作业性能的好坏，主要取决于这些部件的性能和可靠性。6）在普通汽车底盘上改装的自卸汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。7）自卸汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求。对于某些特殊车辆，如重型半挂车、油田修井车、机场宽体客车等，应作为特定作业环境的特种车辆来处理。8）某些自卸汽车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件复杂，要了解和掌握国家及行业相应的规范和标准，使自卸汽车有良好的适应性，工作可靠，是要设安全性装置。所以自卸汽车的设计有其自身的特点和要求，一边要满足汽车设计的一般要求又要获得好的专用性能。这就要求汽车和工作装置合理匹配，构成一个协调的装配体，使其基本性能和专用功能都得到充分的发挥。图1-1 普通自卸汽车结构组成 1-液压倾卸操纵装置；2-倾卸机构；3-液压油缸；4-拉杆；5-货箱； 6-后铰链支座；7-安全撑杆；8-邮箱；9-油泵；10-传动轴；11-取力器1.3 自卸汽车国内外发展现状2008年以来，全球金融危机刚过，我国经济得到了高速发展，汽车工业作为国家支柱产业获得了迅猛发展。专用自卸汽车作为汽车工业的重要组成部分，也获得了快速发展。一方面，随着产业政策逐步落实和行业标准法规政策不断完善，从政策标准法规上规范生产、提高技术水平及产品质量；另一方面，随着我国城市化建设、高速铁路建设、公路建设及道路运输业的快速发展，为我国专用自卸车提供了大量的市场需求，专用自卸车的产品品种日趋丰富、合理，产品质量、技术水平不断提高，年产量也大幅提高。 我国专用自卸汽车起步于20世纪50年代末60年代初，早期主要侧重于应用。虽然应用较早，但全面发展始于20世纪80年代，比发达国家晚了近30年。经过20余年的发展，我国专用自卸车已经具有一定规模，特别是近年来，我国专用自卸车发展迅速。据资料统计，1999年全国专用自卸车生产厂546家，2005年专用自卸车企业628家，2006年已经增加到800家；生产能力也有了长足的发展，1999年产量为17.42万辆，2004年为35万，2005年为50万辆，2006年已接近60万辆，2007年更是达到了70万辆。目前，我国专用自卸车产量占载货车总量的40左右，有接近5000个产品品种，已经成为我国汽车工业的重要组成部分。2011年上半年，自卸车国内市场依然走红，以一汽为首的各大汽车厂商在技术上向国际先进水平靠拢，准备冲击国际市场4 5。而美国等国外发达国家的专用车市场十分巨大，专用车具有品种多、技术含金量高等特点。就专用车品种而言，美国就有5000多个品种，甚至很多专用车已经被智能化，装有电脑、卫星导航等系统。确切地说，我国专用车市场最终是向多品种、高精尖的方向发展。尤其是随着我国公路运输主体的逐渐变化，将加快产品结构的变化和技术的升级6-9。 1.4 自卸车设计原则1）汽车的选型应根据市场的需求、技术的发展趋势和企业的产品发展规划来进行。2）自卸车的选型应在对同类型产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析与性能分析及全面的技术、进行分析的基础上进行。3）应从已有的基础出发，对原有车型和引进的样车进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先进技术与结构，开发新车型。4）涉及应遵守有关标准、规范、法规、法律，不得侵犯他人专利。5）力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。6）尽量避免对汽车底盘各总成位置的变动。7）应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥。8）装载质量、轴载质量分配等参数的估算和校核。9）应避免工作装置的布置对车架造成集中载荷。10）应尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量。11）应符合有关法规的要求。无疑是最佳的方案10 11。1.5 课题的研究内容和研究方法1.5.1 课题的研究对象本文的研究对象采用一汽解放J6 64平头自卸车，设计的主副车架、货箱、举升机构等均要满足该型号自卸车的标准12。详见表1-1、图1-1。表1-1 一汽解放自卸车(CA3250P66K2L1T1A1E) 车型参数公告型号CA3250P66K2L1T1A1E驱动形式64轴距3800+1350mm车身长度8.48米车身宽度2.495米车身高度3.3米轮距前轮距：2050 后轮距：1830/1830mm整车重量12吨额定载重12.805吨最大总质量25吨接近角24度离去角24度货箱(斗)长度5.8米货箱(斗)宽度2.3米货箱(斗)高度1.16米货箱(斗)形式自卸式发动机型号锡柴 CA6DL2-35E3F汽缸数6排量8.6L额定转速1900RPM马力350马力最大输出功率261KW扭矩1650Nm最大扭矩转速1400在制造工艺上，解放重卡作为中国物流运输的价值典范，在推向市场之初，就对三大总成、三大工艺平台进行了国际标准改造，保障了整车性能及品质，为解放开发更具竞争实力的产品奠定了国际化的高起点。同时，一汽解放围绕“以科技为用户创造价值”的理念，上百项创新技术、创新材料应用于解放J6平台，满足了用户“人歇车不歇”的高强度作业需求，并在高负荷运营环境下，解放J6跑出了一个又一个百万公里无大修的品质实力。图1-1 SolidWorks环境下对解放64自卸车车头的三维建模1.5.2 主要设计任务本次毕业设计的任务是对解放J6 64自卸车进行Solidworks建模设计，包括举升机构的设计、货箱和铰链的设计等，后期使用ANSYS对举升机构进行校核仿真，举升机构设计中，对其受力的计算为有限元分析约束和载荷的施加打下了很好的基础。1.5.3 关于SolidWorks软件SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks三维造型设计系统，它以单一数据、参数化、基于特征、全相关性以及工程数据再利用等改变了传统机械设计的观念，为工业产品设计提供完整的解决方案，成为当今世界机械CAD领域的新标准，广泛应用于造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析及关系数据库管理等各个领域。SolidWorks复合式建模工具较之纯参数化的系统更灵活和自由，可以有效利用已有的产品模型数据并充分发挥其在新产品设计中的价值，特别是其自顶向下的设计思路，运用Layout和骨架来传递和交流设计意图，大大提高了设计效率。SolidWorks软件还提供了强大的装配功能，包括定义不同零部件之间的位置约束关系，生成爆炸视图，进行零部件之间的干涉检查，并计算装配体的距离、总重、重心等各种物理属性等14-17。1.5.4 关于ANSYS软件 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAE工具之一。CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差法(FDM，即Finite Difference Element Method)等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。本次设计主要使用到ANSYS结构力学的分析平台，对举升机构的瞬态动作进行疲劳强度分析19。第2章 解放自卸车的货箱设计2.1 自卸车货箱基本参数本文设计的货箱的参数如表2-1所示。表2-1 货箱参数表（单位：m）货箱形式长宽高自卸式5.82.31.162.2 自卸车货箱的设计货箱外形反映着工业发展的水平和我国人民的精神面貌，因此设计自卸汽车及其货箱时，除了容积必须符合装载质量的要求，应尽量减轻质量，降低制造成本，还要使汽车具有良好的造型。货箱是用于装载和倾卸货物。它一般是由前栏板、左右侧栏板，图2-1为典型的底板横剖面呈矩形的后倾式货箱结构。为避免装载时物料下落碰坏驾驶室顶孟，通常货箱前栏板加做向上前方延伸的防护挡板。货箱底板固定在货箱底架之上。货箱的侧栏板、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。后倾式货箱广泛用于常见的轻、中、重型自卸汽车。它的左右侧栏板固定，后栏板左右两端上部与侧栏板饺接，所以后挡泥板可以开启或关闭。本文着重研究自卸汽车车厢结构的改进，包括在车厢前护板的上部铰接着油缸，车厢通过其底部的铰接座铰接在车架上和车厢尾部铰接的后边板，底面均布有横梁的车厢底板与两侧的弧面边板焊接成横截面为U形的车厢厢体，前护板的底边嵌入车厢厢体内表面并相互焊接为一体，在车厢厢体尾部两侧对称的外壁上焊接着与车厢厢体弧面边板的外壁相吻合的弧线形立柱，弧线形立柱的下端与横梁连接，其上端与边板外壁上的护梁相连接，在边板的顶部连接着边梁。不仅结构简单，整体强度好，降低制造成本，提高使用寿命，而且重心低，承载性能好，行驶中，可促使货物向纵向中心堆积，提高行驶平稳性。图2-1 货箱结构图1-货箱总成；2-后栏板；3、4-铰链座；5-货箱铰支座；6-侧栏板；7-防护挡板；8-底板货箱底板是有一整块钢板和2快横加强筋、9块竖加强筋组成的，整个平板的厚度为4毫米，构成加强筋的钢板厚度为6毫米，加强筋与加强筋、加强筋与整块底板之间均为焊接，各块竖加强筋之间的距离是相等的。图2-2为软件SolidWorks环境下建立的三维货箱模型。将全金属焊接货箱设计成等刚度体货箱是自卸汽车设计的重点，但是很难既能保证高强度又能保证轻量化。就整车而言，可以看成由车轮、前轴、后桥壳、悬架、车架、货箱及其橡胶缓冲块等不同刚度单元组合而成的弹性体，受力时，将按照各自的刚度产生各自的变形，其变形量与刚度成反比，吸收的能量与刚度成正比。矿用白卸汽车和重型自卸汽车的车厢多采用簸箕式，以方便装载，倾卸矿石、砂石等。有的簸箕式车厢采用双层底板结构，以增加底板的强度和刚度，并可减轻自重。图2-2 SolidWorks环境下建立的三维货箱模型2.3 货箱铰链结构的设计2.3.1 铰接座的结构形式图2-3 为SolidWorks环境下建立的三维铰接座模型铰链座的底板有6个为M13的螺栓孔，底板的厚度为10毫米，两侧支座的高度为78毫米，厚和宽分别为20、32毫米。孔径的标准与销的直径相符合21。2.3.2 销的结构形式销的结构和尺寸都是由机械手册查得的,有相关标准。如图2-4所示：图2-4 为SolidWorks环境下建立的三维销模型2.4 货箱底板和铰链的有限元分析根据经验，在货箱结构里最容易损坏的是货箱底板和铰链，所以在本章节中将对这两个部件进行ANSYS有限元分析。2.4.1 三维模型的建立及简化几何模型的建立有直接创建实体模型和导入两种方法。直接生成模型比较适用于创建简单和小型的模型。ANSYS有限元分析软件中的建模和现代专用 CAD 软件 （如 PRO/E、CATIA、SolidWorks 等）相比而言仍然要逊色的多，尤其对复杂模型修改起来比较困难。如果采用直接从 CAD导入生成分析模型，在导入有限元分析软件前还必须在 CAD 软件中进行适当的修改，主要是为了更方便建立有限元模型，提高有限元的模型精度，简化为主要承载部件，这样利于网格划分及载荷、约束的施加。本文采用 SolidWorks 软件，对货箱底板和铰链原有几何模型进行适当简化和修正，主要是去处货箱底板和铰链表面附件，简化螺栓孔和安装面形状，另外在底板和铰链模型基础上生成货箱底板和铰链的冲击块三维几何模型。2.4.2 单元类型及材料参数的自定义货箱底板和铰链选择三维实体六面体beam单元。因为考虑到自卸车的轻便化与经济性，本设计中选用Q235结构钢材料，其弹性模量为200Gpa，泊松比为0.3，密度为7.8e3。2.4.3 单元格的划分在包括 ANSYS 在内的大多数有限元软件前处理功能中，具有自动生成的网格的功能。但对于动态的非线性结构分析上，不考虑实际的几何结构和受力，约束状态不加选择的采用自动划分有限元网格通常会影响计算精度和计算速度，因此划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一22 23。本文中货箱底板和铰链形状都是简单的模型，故可采用自由网格；另外网格密度可根据冲击部位远近，研究重点区域及功能特点进行适当调节，以尽可能平衡计算精度与计算时间，获得理想的仿真结果。底板和铰链模型导入 ANSYS 后，需要进行布尔运算，布尔运算会由于模型非一个物理实体而失败。退化本身没有危害，包含退化的模型仍可以用来进行布尔运算，可以成功地进行网格划分，并产生良好的分析结果，但严重的退化会使布尔运算出现问题，因此在底板和铰链划分网络时，需要考虑避免严重的实体退化。基于以上网格划分的问题，可以在SolidWorks环境中事先将模型分割成多个实体后在导入ANSYS。在有限元分析软件中，模型虽然被分成多个实体，但它事实上是一个物理实数的 Mooney-Rivlin 模体，所以网格划分前，通过有限元分析软件中的Glue功能将分割的实体搭接。这样底板和铰链模型中因网格划分需要被分割的实体通过公共边界上的节点来传递节点力，使它们成为一个完整的实体24-26。模型经网格划分后效果如图2-5、2-6、2-7所示，从图中我们可以看到底板和铰链的网格相不是很整齐，这是由于采用自由网格的原因。图2-5 为货箱底板在ANSYS中的网格划分图2-6 为销在ANSYS中的网格划分图2-7 为铰接座在ANSYS中的网格划分2.4.4 施加载荷和约束货箱底板的约束是在底板周围的加强筋上，施加的约束为 Uz=0；Ux=0； Uy=0；铰链的约束是在铰链座底板上的螺栓空上，施加的约束为 Uz=0；Ux=0；Uy=0；Rx=0；Rz=0。这样施加约束就准确地模拟了底架实际工况下的约束支承。约束之后，再对底板和铰链所受载荷进行分析，货箱底板和铰链一般承受货箱总成、装载货物、货物对货箱的冲击力、液压机构的作用力与反作用力等作用力。本次分析是在自卸车正处于卸载状态时，货箱底板和铰链的受力工况，即当在液压机构刚开始作用的时候，这时候，货箱底板的受力最大，设定货物重力为49000N，通过计算，液压机构的最大举升力为7850N。2.4.5 有限元分析结果货箱底板分析结果如图2-8所示，最大竖直方向变形位移为0.290995m，处于货箱底板离铰链最远区域。由于所建模型与实际工况有约束上的区别，而且在工作时货箱两侧会对货箱底板有加强作用，本次分析为极限工况下的分析，所以在工作时它的实际最大位移会比这个分析的最大位移小很多。图2-8为货箱底板分析结果接下来修改货箱底板的约束情况，将底板两侧加上约束，根据有限元计算结果，货箱底板部分变形情况见图2-9，最大竖直方向变形位移为0.399毫米，处于货箱底板中轴线区域，此变形相对没有修改之前有较大变化。就整车而言，可以看成由车轮、前轴、后桥壳、悬架、车架、车厢及其橡胶缓冲块等不同刚度单元组合而成的弹性体，受力时，将按照各自的刚度产生各自的变形，其变形量与刚度成反比，吸收的能量与刚度成正比。车厢刚度，无论是弯曲刚度还是扭转刚度，都会增加车架的相应刚度，两者的刚度是相辅相成、互相补偿的。当汽车前后左右车轮处于高差较大的路面，车架扭曲较大时，车厢应该有一定的扭转随动性。如果车相的扭转刚度过大，当车架扭转到一定程度时，车厢前支承缓冲块相应的一侧压到极限位置，车厢纵梁的另一侧可能离开缓冲块，车厢前端的一大部分重量转移到一侧的车架纵梁上，纵梁可能超载损坏。如果车厢扭转刚度过小，能与车架扭转随动，当车架产生较大扭曲时，车厢可能因变形过大而早期损坏。图2-9 为修改约束后的底板分析结果铰链座部分变形情况见图2-10，最大变形位移为0.268e-8m，处于铰链座的圆弧顶部区域。受力最大处为铰链座与销的接触部分，大小为21549N。图2-10 为铰接座的分析结果铰链销分析结果见图2-11，最大变形位移为0.552e-8m，处于铰链销与液压机构的接触部分，大小为33699N。图2-11 为铰接销的分析结果2.4.6 有限元分析小结货箱底板和铰链结构的静态强度和刚度的计算与分析，在货箱底板和铰链结构设计中起着非常重要的作用。安全可靠，具有足够的刚度，不易变形下沉，是货箱结构设计需要考虑的关键环节27-29。2.5 本章小结将全金属焊接车厢设计成等刚度体车厢是自卸汽车设计的重点，但是很难既能保证高强度又能保证轻量化。本章在最后运用有限元分析软件，模拟了现实的工况，对设计起到非常重要的现实意义。第3章 自卸车举升机构的设计举升机构是自卸汽车的重要工作系统之一,其设计质量直接影响自卸汽车的使用性能。随着自卸汽车产品技术的发展,举升机构的结构型式也不断增多。若能将不同类型的举升机构其各自的特点配备到与之相适应的自卸汽车则无论是自卸汽车的工作性能,还是举升机构的使用效率,都会得到很大的改善30。3.1 举升形式的选择自卸汽车上，现在广泛采用液压举升机构。根据油缸与货箱底板的连接方式，常用的举升机构可以分为直接推动式和连杆组合式两大类31。直推式举升机构利用液压油缸直接举升货箱倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的2级或3级伸缩式套筒油缸。按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置和后置(也称中置)两种，如图3-1所示。前置式油缸支在货箱前部,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。，后置式油缸支在货箱中部,油缸行程较小,油缸的举升力较大,多采用双缸双柱式油缸。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时货箱横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况则与前置式的相反32 33。图3-1 直推式举升机构的布置 (a)前置式；(b)后置式常用的连杆组合式举升机构布置有两种：油缸前推式(又称T式)和油缸后推式(又称D式)，如图3-2所示。图3-2 连杆组合式举升机构(a)油缸前推式；(b)油缸后推式1-铰支座；2-货箱；3-油缸；4-三角臂直推式和连杆组合式举升机构的综合比较见表3-1。表3-1 直推式与连杆组合式举升机构的综合比较类 别项 目直推式杆系倾卸式结构布置简便，易于布置比较复杂系统质量较小较大建造高度较低较高油缸加工工艺多级缸，加工精度高，工艺性差单级缸，制造简便油压特性较差较好系统密封性密封环节多，易渗漏，密封性差密封环节少，不易渗漏工作寿命磨损大，易损坏，工作寿命短不易磨损，工作寿命长制造成本较高较低倾卸稳定性较差较好系统耐冲性较好较差 通过对比，可以很直观的看出直推式和连杆式举升机构的差别，以自卸车使用的条件不同，考虑自卸车的经济性等诸多因素来选择不同的举升机构。直推式举升机构结构简单，较易于设计。但由于是油缸直接顶起货箱，为了达到一定的举升角度,往往需采用多级油缸，而为了提高整车的稳定性,又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏或双缸不同步，进而造成货箱举升受力不均。连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性,减小了油缸行程，同时还能借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性，只需采用单级单缸的油缸型式就可满足要求。因此，该类举升机构制造工艺相对简单，在生产实际中获得了广泛应用。油缸前推式举升机构适用于中、重型自卸汽车；油缸后推式适用于中、轻型自卸汽车。综上所述，对于解放64自卸车，本文选用连杆式举升机构。该种举升机构通过三角板于货箱底板相连推动货箱，启动性能好，并能承受较大的偏置载荷。举升支垫在货箱中心附近，货箱受力状况较好。因该自卸汽车装载质量为12.805t，故选择T式举升机构（前推连杆组合式举升机构），它具有省力，油缸最大推力小，油压特性好，液压系统压力随举升角变化平缓等优点。图3-3 为SolidWorks下中顶T式举升机构的三维建模3.2 举升机够设计原则T式举升机构属于液压缸驱动的四连杆机构。由货箱，副车架，举升三角臂，拉杆及单级单向活塞式举升液压缸组成。整个举升系统包括油泵，操纵机构，管路等。运动原理是：发动机的动力经变速器用取力装置输出驱动油缸，将液压油压入液压缸下腔，推动活塞，并通过三角臂与拉杆的联动作用，将货箱举起，当活塞越过液压缸上端的卸油口时，液压缸卸压，此时货箱举升至最大倾卸角。货箱的降落则完全靠货箱自重实现34。设计T式举升机构应尽可能满足以下要求：1）保证在整个举升过程中不出现机构干涉的前提下，结构尽量紧凑；2）保证货箱举升倾斜角度的要求；3）获得较好的油压特性，由于最大油压总是在起始位置，T式举升机构只要参数选择得当，可使油泵工作平稳，冲击小。3.3 举升机构的相关计算1)取货箱后铰支点O为坐标原点，坐标轴X，Y方向如图示：点B，C，A，O2为举升角为零度时三角臂三顶点及下铰支点有位置；点B,C,A,O2为举升角在任意角度时三角臂三顶点及下铰支点有位置。=0时，各点坐标为A（-2035，116），B（-4090，-179），C（-3899，78），O1（-2415，51），O2（-2617，-167）。图 3-4 货箱处于初始状态图3-5 货箱处在任意角举升状态2）分别求出三角臂与货箱铰支点心以及举升质量质心G在任意举升角时A的坐标XA=XA-YAsinYA=XAsin+YA式中，XA和YA为A点在=0时的坐标，同理，质心G点坐标（XG,YG）可由下式求得：XG=XG-YG sinYG=XG sin+YG式中，XG和YG为质心G点在=0时的坐标3)求举升角为时B点坐标（XB,YB）解下列方程： （XB-XO1）2+(YBYO1)2=BO12（XB-XA）2+(YBYA)2=BA2即可得出B点坐标（XB,YB）4)求举升角为时C点坐标（XC,YC）解下列方程： （XB-XC)2+(YBYC)2=BC2（XC-XO1)2+(YCYO1)2=BA2即可得出C点坐标（XC,YC）5)直线BO1和CO2的方程：由方程： =整理得直线BO1标准直线：（YO1-YB）X+(XB-XO1)Y+YB(XO1-XB)-XB(YO1-YB)=0 (3-1)由方程： =整理得直线CO2标准直线：（YO2-YC）X+(XC-XO2)Y+YC(XO2-XC)-XC(YO2-YC)=0 (3-2)6）求直线BO1和CO2的交点M的坐标（XM,YM）联立（3-1）和（3-2）求解即得M的坐标（XM,YM）7）求点O至直线MA的距离DD= 8)取货箱作为分离体，根据力矩平衡MO=0得：FMA=WXG/D式中 W被举升的重力（N）；FMA作用在直线AM方向的力（N）；XG被举升质量质心的坐标（m）.9)求B点到CO2和MA的距离D2，D3D2=D3=10）取三角臂BCA为分离体，根据力矩平衡MA=0，得：FCO2=FMAD3/D2式中 FCO2对应任意举升角时的油缸推力(N)。11）因FMA、FCO2、FBO1为交汇平衡力系，已知FMA、FCO2，故可求出FBO1，FBO1即为拉杆BO1所受拉力。选择不同的值，重复上述运算步骤，即可求出相应的FCO2、FBO1的值，取其最大值作为设计的计算载荷。经过计算可以得出：=2.2105N。3.4 货箱最大举升角的确定 自卸车货箱的最大倾卸角度应根据其装载物料的安息角来确定。自卸汽车货箱的最大倾卸角度一般比装载物料的安息角大5左右35，为5060之间。本次设计取自卸汽车货箱的最大倾卸角度为50。图3-6 最大举升角的确定3.5 对于举升机构的有限元分析根据第二章介绍的ANSYS使用方法，对举升机构模拟实际工况进行有限元分析。图3-7 举升机构网格的划分图3-8 货箱满载时举升机构分析结果从安全系数的分析结果来看，自卸车满载时，举升机构和副车架完全处于安全状态，可以达到安全的使用标准，延长各个机构的疲劳寿命。图3-9 货箱超载时举升机构分析结果从安全系数的分析结果来看，自卸车超载时，副车架和举升机构的连接处，明显有变形趋势，从汽车安全性的角度来看，是非常危险的，在工作中，不超载是保证安全的最基本要求。3.6 本章小结举升机构是自卸车的一个重要组成部分，根据不同的使用要求去选择不同的举升类型，并对此举升机构进行相关的计算设计是本章着重要阐述的内容。通过比对分析，本文最后选择T式举升机构（前推连杆组合式举升机构），它具有省力，油缸最大推力小，油压特性好，液压系统压力随举升角变化平缓等优点。第4章 液压系统的设计自卸汽车液压系统设计的好坏，将直接影响整车的性能和生产效率。自卸汽车液压系统一般包括举升液压系统和转向液压系统，有些车还包括液压制动系统和制动冷却系统。自卸汽车液压系统原理上相对来说比较简单，但其中有许多具体问题需要认真研究。国内自卸汽车液压系统设计，基本上采用的是传统的经验性设计，整体性能很难达到最优36。4.1 自卸车液压系统的工作原理自卸汽车的液压系统由动力部分，操纵部分和执行部分组成。动力部分主要有取力器，油泵及连接两者的传动机构。操纵部分用来控制举升油缸实现货箱倾翻，它应具有举升，停止和下落三个动。控制阀采用三位四通阀，操纵控制阀采用气动操纵式37。液压系统主要元件的性能参数计算和选型：自卸汽车所用的液压元件一般为标准件，故只需完成主要液压元件的性能参数和液压元件的选型工作。液压系统原理图4-1所示。图4-1 自卸汽车的液压系统1-液压油箱 2-油泵 3-单向阀 4-溢流阀 5-电磁换向阀 6-重载下降阀7-液压油缸 8-电开关 9-工作指示灯 10-保险丝液压倾卸机构的操作应严格按照如下程序进行：1）准备当气压表显示制动系统气压高于4Kg/cm2时，方可踏下离合器踏板，切断动力数秒后，打开取力器挂档开关，挂上挡后，应慢慢松放离合器踏板，接通动力，此时取力箱的输出轴带动油泵开始运转，液压油经分配阀中的回路流回储油箱。2）举升打开货箱举升开关，此时压缩空气由贮气筒经电磁气阀接通分配阀上的气缸，分配阀中的滑阀随气缸活塞上移而关闭通路A，活塞推动三角臂货箱举升倾卸，活塞上升到限位孔时油缸卸载举升停止。3）保持当货箱举升开关处于打开位置时，把取力箱挂档开关关闭，此时取力器脱档，动力被切断，油泵停止工作，货箱可以在任意位置停留。4）降落降落方法：正常降落货箱卸货后，油泵工作不停止，将货箱举升开关关闭，此时电磁气阀关闭，压缩空气通路，气缸与大气相通，气缸活塞返回，滑阀下移，通路A重新开启，油缸下腔的油通过分配阀流回贮油箱，活塞带动三角臂使货箱落下。继续降落在举升过程中由于个别原因货箱未来得及卸货，或未