矿山小车自卸机设计

PAGE1前言矿山小车自卸机设计摘要本次设计的题目是矿山小车自卸机设计。自卸车实现了卸货机械化，从而提高了卸货效率。自卸车一方面可以减轻工人的劳动强度，另一方面促进国家的经济建设速度，有利于国家重点项目的建设和发展。本设计本文以矿山小车自卸机为设计题目，介绍了自卸车的国内外的发展状况及发展形式，还有自卸车的分类形式。对车厢进行设计，根据所需载货的大概吨数，设计车厢内部的大小。然后根据自卸车类型的优缺点，确定了自卸车的举升机构为连杆组合式举升装置。再根据相关经验公式和理论力学确定举升装置的几何尺寸，有副梁与车厢的铰支点，副梁与液压缸之间的铰支点，及放平时车厢三角臂中支点与左侧长度选定，三角臂与拉杆铰接点，车厢与举升机构前铰支点的确定。最后对举升液压系统进行设计，先确定了液压系统原理图，接着计算其中的液压缸、液压泵及油箱，管路的相关参数，还有操纵方式的选定和方向控制阀的选用。使最后所设计出来的自卸车能够承载5吨左右的货物,此自卸车的举升时间为15s。关键词：车厢，系统，分析，设计计算

目录2630前言 128130第1章绪论 2297861.1国内外自卸车的现状、起源 2253391.2国内外自卸车概况 238841.3自卸车的工作原理 3265751.4操作规程 413806第2章自卸车设计的概述 5134202.1自卸车的分类 5275412.2矿用自卸车总括 598882.2.1整车外观布置与结构特征 5109072.2.2主要总成部件的结构特征 6151682.2.3自卸车设计的主要内容 816321第3章设计方案的确定 9108473.1概述 9286283.2设计思路的分析 916513.3方案选择 9268313.3.1底盘的确定 9321303.3.2举升装置几何尺寸的确定 12165843.3.3举升机构的选择 155317第4章车厢的设计 1865414.1车厢的主要尺寸的确定 18149564.1.2设计思路分析 18301704.1.3三角臂与车厢连接铰支架位置的确定 1898234.2车厢的设计 19300954.2.1边板总成 1926144.2.2前板总装配 1962264.2.3后板总成 20209214.2.4总装配 20252144.3车厢设计的未来趋势 201744.3.1车厢轻量化 20241464.3.2多角度自卸车车厢 21245074.3.3车厢部件标准化 22947第5章液压系统的设计 23311365.1液压系统原理 2389715.2液压油缸性能参数计算 24130915.3液压系统油箱容积计算 2751245.4液压泵性能参数计算 28233815.5液压管路内径计算 29120805.6操纵方式的选型 29161665.7方向控制阀的选型 304574第6章自卸车设计 32251786.1拉杆截面尺寸的确定 32260276.2举升机构计算与校核 32208266.3轮胎的选用 3329077结论 3423170参考文献 35前言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。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。本论文主要从自卸车的整体设计出发，主要写了自卸车的整体形式与主要性能参数的确定、自卸车倾卸机构的设计、液压系统设计、并且确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。就目前而言，外国发达国家的自卸汽车比较先进，性能比较好，操作简单，质量可靠，但成本比较高，对于我国使用不太适合，因此，我国应该要自主研发适合我们生产环境和条件的各类机械，来配合我们的生产，以保证我们的生产成本低输出高。PAGE7第3章标题PAGE8第1章绪论1.1国内外自卸车的现状、起源自1963年由美国Unit-Rig公司和G.E公司合作研制出世界上第一台装载质量为77吨矿用电动轮自卸车以来，经过30多年的不断完善和大量新技术、新材料、新工艺的采用。重型矿用电动轮自卸车作为汽车的新品种已发展成熟，形成了以美国德莱塞（Dresser)公司、尤克里德--日产（Euclid)公司、尤尼特-里格（Unit-Rig)公司等为代表的矿用电动轮自卸车生产企业，其装载质量已从第一台的77吨上升到目前的380吨，并有108吨、120吨、154吨、170吨、190吨、220吨、280吨、317.5吨等多个系列。1.2国内外自卸车概况1.国外自卸车的概况。国外于50年代中期，由于汽车运输在矿山开采中显示出很大的优越性，承载20吨以上的矿用自卸车在逐步被应用在矿山开采和建筑工地上。到60年代其承载量达60吨左右。从60年代后期，100吨以上的矿用自卸车纷纷出现。到70年代已出现了200-300吨的巨型电动轮矿用自卸车。目前世界上生产重型矿用自卸车的国家有：美国、日本、白俄罗斯、和法国等国。主要生产厂家有：小松矿用设备公司、尤克里德--日产公司、尤尼特-里格公司、卡特彼勒、利勃海尔公司、特雷克斯公司和白俄罗斯的别拉斯等。且这些厂家的共同特点是：1）全系列：从最小的20吨到最大的300吨全系列生产；2）专业化：主要及关键部件采用专业厂生产的产品。如发动机选用康明斯、底特律（DDC)、MTU等柴油机厂生产的产；3）完整的配套体系：专业厂和主机厂之间形成了一个完整的生产供应体系。由于国际发达国家非常重视自卸汽车的生产，自卸汽车生产量占载货汽车的比例较高，如美国13%，前苏联10%。自卸汽车运输量占公路货运量的50%以上，国内自卸汽车占载货汽车保有量和年产量的20%以上。工程自卸车经过十几年的不断开发，不断改进，发展非常迅猛，各大公司都推出自己的自卸车品牌，力争在国内及国际市场上占有一席之地，最著名的重型自卸汽车品牌包括瑞典的沃尔沃、德国的奔驰、法国的雷诺、荷兰的海沃、印度的塔塔、美国的马克。2.国内自卸车概况。由于矿用自卸车对国家的资源和能源开发具有密切的关系及重要的作用，北京和上海于70年代初相继研制出并开始成批生产20吨和32吨矿用自卸车。目前，国内矿用自卸车的研制，基本上已经初具系列。国家定点生产矿用自卸车的工厂有：北京重型汽车制造厂、上海重型汽车制造厂、本溪重型汽车厂、湘潭电机厂和内蒙古第二机械总厂。综观我国矿用自卸车制造业，进展比较缓慢，吨位品种尚不齐全，32吨以上品种尚在起步阶段，产品的关键问题是质量不过关，与国外存在较大的差距。具体表现在：1）产品品种不成系列；2）产品性能差质量低；3）生产设备陈旧落后工艺水平低；4）技术开发力量分散。近年来，由于国家相当重视矿用自卸车的发展，我国的各大企业也开始重视矿用自卸车的开发也开始形成自己的自卸车品牌。如中国重汽的斯太尔、中国一汽的解放、东风集团的东风等。1.3自卸车的工作原理自卸车的发动机、底盘及驾驶室的构造和一般载重汽车相同。自卸车的车厢分后倾翻和侧向倾翻两种，后向倾翻较普通，通过操纵系统控制活塞杆运动，使车厢倾翻，也可以使车厢停止在任何需要的倾斜位置上。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邮箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。车厢利用自身重力和液压控制复位。1.4操作规程不可在满载举升中途突然将升降手柄推向“下降位置”。如发生此操作失误，车厢猛然冲下，会给车架带来很大的冲击力，甚至发生意外事故。因此，应尽量避免上述操作，如有特殊情况需要也必须小心操作，尽量放慢降落速度，必须切忌勿猛然将车厢落到底。不可使用猛提车—猛刹车卸货。由于猛提车的惯性力很大（一般是额定举升力的5~20倍），极易造成车架永久变形、车厢和付车架开焊、烧油泵或破坏密封圈、破坏液压缸等损害，车辆的使用寿命降低，严重者还会出现翻车事故。所以一般自卸车禁止举升时行车。自卸车卸完货后须脱开取力器才可行车。如发生此操作失误，自卸车在行驶时，由于取力器处于“接合”位置，举升油泵则在“小循环”状态下高速长时间无负荷运转。导致液压油油温上升很快，易造成油泵油封的损坏，甚至发生油泵“烧死”的现象；更严重的是油泵的运转意味着液压系统有动力源，在行车过程中易出现车厢自动升起的事故。行驶时取力器不可位于"接通"位置。若在"接通"状态(红灯亮着)，则油泵将继续转动，液压系统就有动力源，这样就会因为在气控操纵阀上的误操作而引起车厢自动举升；此时气控分配阀即使在"下降"位置，油也要进入油泵，这样会使油泵烧坏。

第2章自卸车设计的概述2.1自卸车的分类按照品牌分类：东风自卸车、解放自卸车、欧曼自卸车、重汽斯太尔自卸车、红岩自卸车、重汽王牌自卸车、陕汽自卸车、华骏自卸车按照外形分类：单桥自卸车、双桥自卸车、平头自卸车、尖头自卸车、前四后八自卸车、双桥半挂自卸车、三桥半挂自卸车按照品种分类：小霸王自卸车、多利卡自卸车、140自卸车、145自卸车、153自卸车、1208自卸车、小金刚自卸车、大金刚自卸车按照举升液压缸与车厢的链接形式分类：直推式倾斜机构；连杆式倾斜机构。按照用途分类：农用自卸车、矿山自卸车、垃圾自卸车、煤炭运输自卸车、工程机械自卸车、污泥自卸车按照驱动模式分类：6x4，8x4自卸车及半挂自卸车。按照用途分类矿用自卸车，用于运输煤矿，沙石；环卫绿化自卸车，用于运输垃圾等。按照车厢翻动的方向分类：前举式自卸车、侧翻式自卸车、双向侧翻自卸车。2.2矿用自卸车总括矿用自卸汽车常用于露天矿山，在矿区范围内短距离往返行驶，运送矿石和岩石等，常有大型电铲配合装载，到达卸矿溜槽或废石堆积场时一定角度，液压举升缸升起将车厢顶起，车厢里的矿石、岩石即开始向后滑出和卸掉，完成一次运输作业。2.2.1整车外观布置与结构特征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。车身庞大，吨位巨大。为提高运输效率，降低运输成本，减少矿区范围内的车流密度，对不不同开采规模的矿山，都力求采用尽可能大的吨位车型，以减少汽车总数量。一般为两轴，后桥驱动，轴距很短。因汽车所经过的地面多是坑洼起伏，多急弯、多坡道，经常需要急转弯，而两轴、短轴距能达到转弯直径最小，保证汽车运转机动灵活，倒车方便，与三轴相比，结构又简单许多，相应降低了故障发生的频率，提高了可靠性。车厢车架均为全焊接结构，保证坚固可靠和高强度。驾驶室通常为单人小空间，偏置在汽车的左前轮上方。转向、制动与换挡，为电控液压动力，驾驶员仅是操控相应的转向阀、制动阀和换挡阀。动力超强，爬坡能力大，车速不高。由于载重吨位大，道路又多坡，因此要求发动机必须具有高功率和高扭矩，保证满载上坡道时也轻松有力；同时，也因吨位大和道路多坡多弯，这类车型的常用车速都在30-40km/h左右，最高设计车速也仅为60km/h左右。2.2.2主要总成部件的结构特征驾驶室重型矿用自卸车的驾驶室的总体空间与整车相比显得很小，但其密封、隔音、减振等功能很好，以保证驾驶员乘坐的舒适性，如空调、无线电话、电子式行车记录仪也一应俱全。车厢重型矿用自卸车车厢的典型式样：铲车型，地板前低后高，尾部敞开无后栏板，斜坡角一般为12

，这样的斜坡角可以保证汽车即使是在上坡行车状态，矿石也不致于从车尾滚落。车厢由高强度，高耐磨性的低合金钢板全焊接制成；车厢前部向前伸出保护罩，保护驾驶室及发动机罩不被电铲装卸的矿石撞击损坏；在严寒地区使用的车型，为避免碎石土渣与地板冻结不能卸出，则将发动机排气尾管接入车厢地板加强梁的空腔中，加热车厢地板，避免结冻。车架车架则由高强度的低合金钢板全焊接而成，纵梁、横梁均为封闭箱型截面，纵梁的截面高度根据其不同段位的受力状态有较大的变化。发动机重型矿用自卸汽车的发动机[属于工程机械类的机种]最高转速仅为2000转/分，其输出既要求功率巨大，更要求尽可能高的扭矩，以适应整车的车速不高，爬坡较多的使用特点。传动系对于载重吨位100t以下的车型，年需求量稍大，一般仍采用液力机械式变速器和传统式的后驱动桥；而100t以上的车型，则为较小批量的生产，所以采用电传动的占绝大多数[美国的卡特彼勒例外]，发动机直接带动发电机发电，驱动后轮毂中的电动机，电动机的高转速经外侧的行星式轮边减速器降低转速，驱动后轮。转向系驾驶员通过转向盘来转动转向阀，控制高压油向转向动力缸前端或后端的流量，控制转向动力缸的活塞推杆伸出或缩回，实现车辆的转向。制动系重型矿用自卸车汽车满载总吨位巨大，矿区道路多弯、多坡，因此，为确保汽车安全，它的制动系有三重保证：

①发动机排气制动

②液力或电力缓速器制动

③机械式驻车制动

发动机排气制动及液力电力缓速器制动均为无磨损制动，大大减少机械式驻车制动的使用频率；在制动踏板的最初行程中，首先是发动机制动投入工作，继而是液力或电力缓速器制动投入工作；当确需汽车快速停止驻车，踏板的后半段行程即为操纵机械式驻车制动投入工作。油气悬架重型矿用自卸汽车的大吨位与短轴矩、如果采用钢板弹簧，则没有相应的空间安装传统的钢板弹簧，所以其常采用筒式油气弹簧悬架，筒内顶部空间充满氮气，作为弹性介质减缓车轮的跳动冲击，而筒内液压油，在内外筒伸缩过程中，环形空间变大或缩小，其油液经过节流孔往复进出，起到节流阻尼，减缓伸缩弹跳的频率。液压举升缸两只拉杆对称安装在车架横梁外侧，中间与液压举升缸连接，举升缸顶升车厢底板的纵梁，采用小端在上大端在下的正置式安装。2.2.3自卸车设计的主要内容其主要内容：1、本设计主要设计的是车厢设计，底盘设计与液压举升机构的设计及相关的力学分析；了解矿山自卸车的结构和形式，懂得分析翻斗车厢的特点；学会运用所学力学知识分析翻斗车厢的受力情况；在受力分析的基础上，确定液压系统的参数；用AutoCAD绘制液压系统的总装配图一张（A0）、车架总装图一张（A0）、车厢总装图一张（A1)（手工图）、液压举升机构图（A2)、零件装配图（A3)两张，合计共三张A0图纸。

第3章设计方案的确定3.1概述举升机构，液压系统和车厢结构是自卸车设计的重点，他们设计的好坏直接关系自卸车的工作性能。3.2设计思路的分析本设计首先论述了车厢和举升机构的结构形式，以及在满足设计性能需求的情况下，选择最符合要求的形式。在确定了矿用自卸车底盘的参数后，依次为依据完成其车厢和举升机构的设计，并对举升机构和液压系统进行校核，而且绘制出车厢、举升机构、液压系统等图纸。在液压系统设计中，还要进行液压缸和油泵的选型和计算，并要选择取力器和方向控制阀的类型。由于矿用自卸车的工作条件比较恶劣，对它的要求也比一般的自卸车要苛刻，车厢的体积也比较大，强度要求也比较大，材料的强度也比较重要。若能将不同类型的举升机构，按其各自的特点配备到与之相应的自卸汽车，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。因此，如何选择合适的举升机构和车厢，成为自卸车设计的重要问题。3.3方案选择3.3.1底盘的确定本次设计一辆载重量为5吨，二类底盘的选择。汽车底盘通常是指除车身以外的其余部分。车架上安装主要是发动机系统、传动系统、行走系统、悬架系统以及转向和制动系统等。底盘的选择很重要，选择底盘时，经济效益是很重要的，比如：养路费、底盘的价格等。除了这个之外，设计者也要考虑底盘车架上平面离地高度。因为这个数值越大，整车重心越高，翻车事故更容易发生。底盘有二、三、四类底盘。根据本次设计的需要，应该采用二类底盘，是去掉车厢装置后的部分。目前，百分之八十的自卸车都采用二类底盘进行改装设计，其中车厢设计的和举升机构设计是重点需注意，此外还要对车厢强度进行校核。汽车底盘总成的满足要求：1、适用性对于专用改装车的总成应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计。2、可靠性所选用的各总成工作应可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命，且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。3、先进性所选用的底盘或总成，应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平。而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。4、方便性所选用的各总成要便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。在选用底盘时，除了上述因素外，还有以下两个很重要的方面：一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本中很大的部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快的占有市场、企业能否增加效益等问题；二是汽车底盘供货要有来源。因此选用EQ3310BT作为底盘，其主要技术参数如表3-1所示，给出了自卸车长宽高等尺寸。表3-1自卸车的主要技术参数主要参数数值单位汽车总长汽车总宽汽车总高车箱容积最大装载质量车厢举升时间车厢降落时间车厢后倾角度轴距前轮轮距3200180013102.0165.041510.3451585715mmmmmmm³tss°mmmm自卸车的装载质量由表3-1可知，装载质量为5吨，所以在本设计中，举升机构选为连杆组合式举升机构（前推式即T式）。如图3-1所示为其工作原理图。

图3-1举升机构设计示意图3.3.2举升装置几何尺寸的确定1、确定副梁与车厢铰支点如图3-1所示，车厢后铰支点O应靠近车架大梁的尾端。已知车厢副梁高725mm，长1930mm，取水平方向离副梁尾端146mm、垂直方向离副梁下沿118mm处作为车厢后铰支点，四连杆运动的坐标原点(0，0)为车厢后铰支点。轴平行于副梁所在的平面，方向指向汽车前方。2、放平时车厢三角臂中支点坐标和左侧长度确定由图3-1所示，油缸上支点即点。车厢放平时，点应尽量靠近车厢底面，为了减少油缸下支点沉人副梁中的深度，油缸要充分利用上部空间，因此过点作线式该线与X轴夹角为：.（3-1）式中：——拉杆与副车架铰支点D的最高位置，>0；取=175mm，再以为圆心，为半径画弧交线于点，连接，即为液压缸中心线在举升角θ=0°时的位置。点坐标为（230，94），==10mm。3、确定副梁与液压缸铰支点由图3-1中可看出E点为液压缸与副梁铰支点，由于油缸具有相当大的尺寸，以及开始举升时，为减少油缸的工作压力，油缸必须具有一定数值的倾斜角，因此，E点相对O点的垂直距离由结构允许的最小值确定，取，E点X轴坐标由经验公式求得：（3-2）根据结构安排取，则E点坐标为（920，-14）。厢放平时拉杆与三角臂铰接点的确定由图3-1所示，连接，并将绕O点向上转45°，角转到点，以为圆心，为半径画弧，再以为圆心，一液压缸自由长度与最大有效工作行程之和为半径画弧。两弧交于点，连接和，作，又以为顶点，为边，作，根据结构允许尺寸，取==250mm，连接，AC，由此确定点的坐标为(615，-52)，即△和△分别为和时三脚架所处的位置。5、车厢放平时车厢与举升机构前铰支点的确定。车厢前铰支点的坐标为。可按经验公式计算。（3-3）式中：——油缸最大工作行程，参考同类车型油缸型号，初选油缸自由长度=365mm，最大有效工作行程；——车厢最大举升角，根据车厢倾卸动作要求和所运物料的安息角，选取；R——经验系数，根据L尺寸，选取R=175。因此，则得，考虑结构安排，取。点的垂直方向应尽量靠近车厢底面，充分利用车厢底部空间，减少油缸下支点沉人副梁中的深度。确定距车厢底板的距离为83mm，已知底板纵梁高80mm，因此，点坐标为(725，84)。注意：1、货厢最大举升角、举升时间、降落时间货厢最大举升角是当货厢举升至设计极限位置时，货厢底部与车架平面之夹角。它取决于常运货物静安息角的大小。多数货物静安息角在40°~45°范围。故为保证卸货干净，一般自卸汽车最大举升角常取50°~60°。此外，尚应注意在最大举升角时，车厢后板下垂至最低点与地面保持一定卸货高度。举升时间指满载时从开始举升至最大举升角所需的时间。降落时间是指空载时货厢从最大举升角降至车架的时间。表3-2常见货物的安息角物料安息角煤焦炭铁矿石细沙粗砂石铁石粘土水泥27°～45°50°40°～45°30°～45°50°40°～45°50°40°～50°2、车厢最大举升角确定车厢最大举升角的依据是倾卸货物的安息角。常见货物的安息角如表3-2所列，给出了煤，粘土等货物的安息角。设计的车厢最大举升角必须大于货物安息角，以保证把车厢内的货物卸净。此外，在最大举升角。时，车厢后栏板与地面须保持一定的间距。为了避免车厢倾卸时与底盘纵梁后端发生运动干涉，设计时，自卸汽车车厢最大举升角可在50°～60°之间选取。对于EQ3310BT类底盘的自卸车，这里定其最大举升角为45°。副梁与拉杆铰接点及拉杆长度的确定由图3-1所示，作的垂直平分线交于线于点，调整点位置使为整数，最后确定点坐标为(770，75)。拉杆长度=415mm。3.3.3举升机构的选择直推式举升机构和连杆式举升机构是自卸车的举升机构的两类，都采用液压系统举升，都已液压举升缸的液压力作为动力举升车厢。所谓直推式举升机构，顾名思义就是把车厢用液压缸直接举升一定角度和高度，这种机构很明显是简单紧凑方便可靠，举升行程长，因此必须采用长的活塞杆，而长的活塞杆不实际，因此我们需要采用同类车型的多级液压缸。直推式液压机构也有分类，根据油缸在车厢底板位置的不同，可分为前置后置这两种，如下图3-2示。油缸前置是把油缸放在车厢前端，这种机构举升同样载重的举升力较小，油缸工作行程比较大，因此这种机构多用于载重越重越好，因为这样会使运输成本小运输效率高，像之前说的前置式油缸支必须采用长的活塞杆，而长的活塞杆不实际，因此我们需要采用同类车型的多级液压缸。相反，油缸后置是把油缸放在车厢中部，这种机构举升同样载重的举升力较大，油缸工作行程比较短，因此这种机构多用于轻载，油缸结构与前置液压缸结构相反，工作条件也相反。(a)(b)图3-2直推式举升机构的布置(a)前置式；(b)后置式所谓直推式举升机构，顾名思义就是把车厢用液压缸间接通过一个连杆机构将车厢举升一定角度和高度，来实现车厢翻转。同样连杆组合式举升机构也分两种，即：油缸前推式(又称T式)和油缸后推式(又称D式)，如图3-3示。(a)(b)图3-3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-车厢；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3-3，给出了两种举升机构的主要参数。直推式举升机构结构比较简单，设计起来比较容易。这种机构很明显是简单紧凑方便可靠，举升行程长，因此必须采用长的活塞杆，而长的活塞杆不实际，因此我们需要采用同类车型的多级液压缸。又因为需要考虑自卸车的运转的稳定性，故需要采用可以提高稳定性的双油缸机构。而连杆式举升机构是利用三角臂和连杆的组合组合在一起实现举升力的放大，使油缸行程变小，连杆系的横向跨距还可以加强卸货时的稳定性,因此这种机构可以采用单级单缸的油缸型式。因此，正由于这种举升机构有简单的制造工艺，所以在各个企业中这种自卸车的产量比较多，人们广泛使用这种结构的自卸车。中、重型自卸汽车多采用油缸前推式举升机构；中、轻型自卸汽车则采用油缸后推式。表3-3直推式与连杆式举升机构比较类别直推式连杆式结构布置系统质量建造高度油缸加工工艺油压特性系统密封性工作寿命制造成本系统倾斜稳定系统耐冲性简便，易于布置较小较低多级缸，高的加工精度较差密封环节多，易泄漏磨损大，寿命短较高较差较好比较复杂较大较高单级缸，制造简便较好密封环节少，不易渗漏不易磨损，寿命长较低较好较差

第4章车厢的设计4.1车厢的主要尺寸的确定本设计采用方形厢斗。选用东风EQ3310BT底盘，此类底盘主要用于山西、陕西拉煤、沙石。路况为部分颠簸石子路，大部分水泥公路（部分路段被压坏严重，颠簸路面）。初定车厢内长*宽*高为1800×1600×700，如表4-1所示。表4.1车厢尺寸主要参数数值车厢内长度/mm1800车厢内宽度/mm1600车厢内高度/mm700车厢钢板厚度/mm60车厢加强肋厚度/mm60车厢加强肋宽度/mm804.1.2设计思路分析车厢由底板，边板，前板，后板组成，因此可以先做出各个部分的零件进行装配，然后再进行总装配。车厢的各个部分最重要的是其梁结构，应该先做出其边梁结构或纵梁结构（底板），然后做出中间梁或横梁结构（底板）。各个梁做出来以后进行装配，之后再与钢板进行装配。4.1.3三角臂与车厢连接铰支架位置的确定铰支架位置一般在厢斗长度三分之二处，高度适宜即可。即有链接点尺寸：链接点距后栏板尺寸：1300mm；链接点高度：64mm（距离厢板高度）。4.2车厢的设计4.2.1边板总成图4-1车厢侧板结如图4-1为车厢侧板结构图。内横梁数量：车厢内长1800mm时为30根，厚度55mm，宽度40mm。底板纵梁数量：车厢内宽1600mm时为两根，厚度80mm，宽度60mm。边横梁截面宽度20mm。翻转梁每边一根，宽度10mm。尾板的料宽10mm。4.2.2前板总装配图4-2车厢前板结构图4.2.3后板总成后板结构图与前板相似，唯比前板多了增高板。后板技术要求：普通自卸车3根中竖板,尺寸为：440×60×60（㎜）。后板的料厚及材料与边板相同。外框横筋尺寸为：1480×60×60（㎜）。中横筋尺码为：325×60×60（㎜）。后板铰链采用双挂架结。后板几何尺寸：宽度方向允许差为：4㎜。后板拼接处不允许有“十”字形的拼接焊缝，后板拼接块数不超过2块，拼接位置必须在加强筋内。后板设有增高板。4.2.4总装配最后，将上面的边板，底板，前板，后板以及边板门装配在一起即可。4.3车厢设计的未来趋势4.3.1车厢轻量化“低碳”经济如今成为全球最热话题，随着上海世博会出行普遍采用纯电动、混合动力、燃料电池等新能源汽车以及新能源汽车补贴政策的实施，汽车行业也燃起了一股“低碳”经济热潮。不过大家关注汽车行业低碳经济的时候，往往首先想到的就是新能源汽车，事实上，只要有利于减少排放和污染的技术都可以称之为低碳技术。据统计汽车总质量每减轻10％，燃油消耗量可降低6％-8％，而自卸车车厢重量占总重量的很大一部分，因此车厢钣金件的设计与轻量化对整车轻量化具有重要意义。在使用相同的材料的情况下，将钣金件的设计与轻量化技术结合起来可开发出刚性能良好、受力分布均匀合理、材料利用率高的车厢结构。除了结构设计方面的优化，材料的选用至关重要。德国Paderborn大学O.Habn等人提到“多材料轻量化结构”及“合适的材料用在合适的部位”两个概念。通过对多材料结构进行优化，既能改进性能，又能显著减小质量。目前在自卸车上使用最多的轻量化材料是高强度钢。使用高强度钢时企业应根据钢材实际应用情况和计算分析所得到的应力分布及各构件强度情况，综合目前市场高强度钢板品牌价格和性能指标，在进行高强度钢板替换应用之前，需要研究确定哪些构件用高强度钢板替换，用什么高强度钢板替换，更换的板厚是多少才能保证不低于原结构强度。目前，国外已开始用铝合金制造自卸车车厢。铝合金的特点是：比重小、强度高、防腐性能好、抗风化性能好、容易成形和加工。此外，由于铝比钢的弹性模数和冲撞时的受力面积都较小，而吸收能量的能力较大，所以冲撞时只产生局部变形，所需维修费用较少。同时使用铝合金时由于刚性要求，往往采用较厚的铝板，因此，可以弥补较大的磨损。4.3.2多角度自卸车车厢自卸车的特点是车厢可以倾斜一定的角度，使车厢内的货物卸出。车厢的倾斜是由发动机提供动力，通过倾斜机构来完成的，主要用于运输散装并可以散堆的货物，还可以用于运输成件的货物。现代的自卸车主要有3种类型：后倾式、侧倾式、三面自卸式。目前机动性更好、满足道路狭窄及卸货方向多变要求的自卸车车厢结构已经出现，可以使车厢可以在水平面内多角度旋转，通过倾斜机构可以实现多角度倾斜货物的目的。4.3.3车厢部件标准化标准化对于我国专用车企业有着重要的意义。纵观我国现在的专用车企业，存在着小、散、全的特点。即一个品种的车辆很多家工厂都在加工，加工出来的产品大同小异，缺乏独特的市场定位，并且一个规模很小的企业，却能改装十几种专用车，这种现状造成了同行之间恶劣竞争，产品质量参差不齐，实施标准是解决此类问题的一条途径。由于路况不同、装载货物不同、省市地方法律法规不同，客户要求也不尽相同，标准化的实施将会减少设计难度，加快设计周期。在自卸车车厢方面，标准化包含的重要概念之一就是模块化。对于不同的车厢形式，也可以让螺丝规格模块化。只有这样，才能满足客户的要求，降低企业成本，以尽量少的内部变化组合成适度多的多样化产品或实现产品的多样化组合。PAGE9结论第5章液压系统的设计5.1液压系统原理图5-1自卸车车液压系统设计简图此压系统中有齿轮泵和压缸，二级同心先导溢流阀，三位四通手动换向阀，溢流节流阀，及滤油器、油箱、高低压油管等液压元器件，液压系统由它们共同构成了，通过他们完成举升动作液压控制回路：发动机→液压泵→液压控制及调节装置→执行组件液压缸→被驱动件翻斗车厢液压回路能量转换图：化学能→机械能→液压能→机械能要进行货物的倾斜时，先将控制支腿的手动阀向上推动，完成支腿支出动作后，再将控制摆臂的手动阀向上推起，液压缸即可完成货物的倾斜动作。倾斜完毕后再将支腿手动阀复位只中间。5.2液压油缸性能参数计算液压缸与机器及机器上的机构直接相联系，对于不同的机构，液压缸的具体用途和工作性能也不同，因此设计之前，要进行全面的分析和研究，收集必要的原始资料并加以整理作为设计的依据。1）了解和掌握液压缸在机械上的用途和工作要求满足机构的动作要求和用途是设计液压缸的主要目的。比如，液压翻斗自卸的液压缸的作用是将翻斗（车厢）举升呈倾斜状态，使所载的物料自动卸掉，其回程可在翻斗（车厢）的重力作用下而完成。这种情况下液压缸可设计成单（活塞）杆单作用液压缸，也可设计成柱塞缸。2）了解液压缸工作环境条件工作环境不同，液压缸的结构和设计参数也不尽相同。用于采煤工作面液压支架上的立柱缸，工作条件恶劣，粉尘大，支护压力变化大，要求立柱缸绝对安全可靠，不如许有泄漏。针对这种工作条件，设计时要考虑防尘措施：缸体和柱塞的强度和稳定性要绝对可靠，安全系数就要取大些，密封性能要好。3）了解外部负载情况主要指外部负载的质量、几何形状、空间体积大小、运动轨迹、摩擦阻力及铰接部位的连接形式等。液压翻斗自卸车，液压缸的外负载是翻斗和所载的货物，翻斗上升倾斜时，液压缸的轴线发生摆动，这就要求活塞杆头部与翻斗的连接采用耳环式或销轴式，液压缸底座与车身的安装形式也要采用耳环式或耳轴式。液压缸作为液压系统中的执行组件，以直线往复运动或回转摆动的形式，将液压能转变为机械能输出。液压缸种类繁多。按供油方式可分为单作用缸和双作用缸。单作用缸只往缸的一侧输入压力油，活塞仅作单向出力运动，靠外力使活塞杆返回。双作用缸则分别向缸的两侧输入压力油，活塞的正反向运动均靠液压力来完成。按结构形式可以分为活塞缸柱塞缸和伸缩缸；按活塞杆形式可以分为单活塞缸和双活塞缸；按液压缸的特殊用途分为串联缸增压缸增速缸多位缸步进缸等此类液压缸不是一个单纯的缸筒，而是和其他的缸筒或构件组合而成，又称组合缸。从经济性出发，在满足使用要求的情况下，选用单作用单活塞杆液压缸。车厢在整倾翻过程中液压油缸最大举升力为表5-1各类液压设备常用的设计压力/MPa主要类型精加机床半精加机床龙门刨床拉床农业机械、小型工程机械、工程机械辅助机构液压机、大中型挖掘机、中型机械、起重运输机械设计压力0.8-23-52-88-1010-1620-32参考同类车型，初选最高工作压力P=16MPa，最大举升力公式：（5-1）式中：η——液压缸机械效率，取η=0.8；d——举升油缸缸径。因此，d≧(4×/Pη)½=143mm(有上述可知L=800mm)。1、液压缸内径D和活塞杆直径d的确定由图5-2可知：（5-2）（5-3）式中：——液压缸工作压力；——液压缸回油腔背压力；——活塞杆直径与液压缸内径之比；——工作循环中最大外负载；——液压缸密封处摩擦力。（5-4）式中：——液压缸的机械效率，一般取0.9～0.97。将代入（5-4），可求得为（5-5）

由上式可求出=310mm.图5-2液压缸示意图2、液压缸工作行程的确定执行机构实际工作的最大行程来确定液压缸工作行程长度3、缸盖厚度的确定一般液压缸缸盖有效厚度按强度要求可用下面两式进行近似计算（5-6）式中：——缸盖有效厚度——缸盖止口内径由以上计算可求出缸盖有效厚度为48mm。4、最小导向长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面终点到缸盖滑动支承面终点的距离称为最小导向长度。对一般液压缸，最小导向长度应满足以下要求：（5-7）式中：——液压缸最大行程；——液压缸的内径。活塞的宽度一般取（0.6～1.0）；缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径而定；当>80mm时，取=（0.6～1.0）；所以最小导向长度取125mm。5、缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外型长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内经的20～30倍。5.3液压系统油箱容积计算油箱的用途主要是储油和散热。容量过大过小都不好，因此适当选择油箱对液压系统乃至整车性能有很大的影响作用。液压系统的油箱容积应满足一下要求：(1)液压油液的重力能使油液在无动力自动返回油箱中；(2)能够散热，不至于油箱过热，导致性能下降油箱容积一般不小于全部工作液压缸容积的三倍，即(5-8)拟设定液压系统油箱尺寸为。即油箱选择系列中63公称容量。5.4液压泵性能参数计算一般常用的液压泵分为齿轮泵、柱塞泵、叶片泵、螺杆泵。按泵的流量特性，可分为定量泵和变量泵两种。前者在泵转速不变时，不能调节流量，后者当泵转速不变时，通过变量机构的调节，可使具有不同的流量。齿轮泵一般为定流量式叶片泵和柱塞泵有定量是和变量式两种。对变量泵，按输油方式，又可分为单向变量泵和双向变量泵。前者工作时输油方向不可变，后者工作时，通过调节，可以改变输出油流的方向。齿轮泵分为外啮合和内啮合两种。前者构造简单，价格便宜，工作可靠，维护方便，对冲击负荷适应性好，旋转部分惯性小，多用于速度中等，作用力不大的简单液压系统中，应用广泛。所以选用单级齿轮泵。国家标准规定：车厢举升到最大举升角的时间不超过20s.在这里我们初选举升时间为15s.液压缸工作容积V=L×d²=780×3.14×180×180/4=19849ml液压泵额定流量应满足以下公式（5-9）式中：——举升时间，t=15s；——液压系统容积效率，取0.8。因此，Q≧V/(t×η)=1654.1ml/s。液压泵转速为：（5-10）式中：——发动机转速，取2000r/min；——传动比，取=1.361。因此，=2000/1.361=1469.5r/min。选取液压泵额定转速n=2000r/min。液压泵排量/n×60≧1654.1/2000×60=49.6ml/r。根据以上参数，查《机械手册》[5]选择齿轮油泵CBT-E563，其主要参数如下：公称排量q=63ml/r；额定压力p=16Mpa；公称转速n=2000r/min。5.5液压管路内径计算由计算公式(5-11)可以计算出高压管路内径(5-12)式中：是油泵的理论流量，取；高压管中油液的流速，，取。即有取用。低压管路内径式中：是低压管路系统中液压油的流速，，取。即有取用。5.6操纵方式的选型液压系统的操纵方式分为以下几种：1、机械操纵式机械机械操纵式可靠性好、通用性强、维修方便，但是它的杆件较多，同时布置复杂。2、液压操纵式液压式操纵方式借助于手动阀控制油压，以实现关闭或打开举升方向控制，实现摆臂的举升与下落。它是通过切断动力来实现工作进程的停止，便于远距离控制，操纵可靠，缺点是反应较慢。3、气动操作式 依靠汽车贮气筒压缩空气，通过控制操纵气控液压换向阀，控制油路方向实现摆臂的举升下降。该系统操作简单、功能齐全、结构较为先进，适用于中重型车。缺点是气动转化成液动需要两套管路。由于机械操纵式的可靠性好、通用性强、维修方便等优点，本设计中的液压操作系统均采用机械操作式。5.7方向控制阀的选型方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的流动方向，从而控制液压执行组件的起动或停止，改变其运动方向的阀类。包括单向阀、换向阀、压力表开关等。1、单向阀又称止回阀或逆止阀。用于液压系统中防止油流反向流动,或者用于气动系统中防止压缩空气逆向流动。单向阀有直通式和直角式两种。直通式单向阀用螺纹连接安装在管路上。直角式单向阀有螺纹连接、板式连接和法兰连接三种形式。液控单向阀也称闭锁阀或保压阀，它与单向阀相同，用以防止油液反向流动。但在液压回路中需要油流反向流动时又可利用控制油压，打开单向阀，使油流在两个方向都可流动。液控单向阀采用锥形阀芯，因此密封性能好。在要求封闭油路时，可用此阀作为油路的单向锁紧而起保压作用。液控单向阀控制油的泄漏方式有内泄式和外泄式二种。在油流反向出口无背压的油路中可用内泄式；否则需用外泄式，以降低控制油压力。2、换向阀的概述（1）、换向阀的功用改变阀芯在阀体内的位置，使阀体各油口的通断关系改变，从而改变油液的流向，实现执行元件的换向或启停。（2）、对换向阀的主要要求①油液流经换向阀时的压力损失要小。②互不相通的油口间的泄露要小。③换向要平稳、迅速且可靠。（3）、换向阀的类型①按阀芯结构分类：滑阀式，转阀式。转阀结构紧凑，但阀芯受力不平衡，转动时费力（大流量时尤其如此）、密封性差，故工作压力一般较低，允许通过流量小，一般在中低压系统中作先导阀或小流量换向阀。如推土机角铲控制阀。滑阀式换向阀的构造：阀体有多级凸肩和沉割