轻型自卸汽车举升装置的设计

1、轻型自卸汽车举升装置的设计目录第一章 绪论11.1 课题的选定及目的21.2 国内外自卸汽车及其技术的发展概况3一、国外发展概况3二、国内发展概况31.3 课题研究的主要内容及基本工作思路5一、主要内容5二、本课题基本工作思路7第二章 自卸车液压举升机构的总体设计方案82.1 自卸汽车主要尺寸和有关参数的确定8一、东风小霸王轻型自卸汽车参数8二、主要尺寸参数的确定9三、质量参数的确定9四、最大举升角的确定10五、车厢举升与下降时间11六、车厢的布置12七、底盘的选用122.2 自卸车总体结构概述13一、自卸汽车的结构型式13二、自卸汽车举升机构特性比较152.3 总体设计方案选择16第三章 自

2、卸汽车液压举升系统的设计173.1 直接推动式举升机构的具体设计17一、工作原理17二、参数设计18三、小结263.2油泵的选取27一、概述27二、泵的技术参数283.3 液压阀元件的选取29一、单向阀的选取29二、压力控制阀选取30三、平衡阀选取303.4 举升系统管路设计303.5 举升系统的总体设计303.6 设计方案313.7液压举升系统32一、自卸汽车二位二通液压举升系统设计改进32二、自卸汽车三位四通液压举升系统设计改进37三、举升机构液压锁紧、平衡回路383.8报警装置40一、零部件40二、安装方法40第四章 自卸汽车液压举升系统的优化设计414.1 优化设计的选择414.2 优

3、化函数及目标函数414.3 优化软件程序424.4 优化结果424.5 本章小结42参考文献42第一章 绪论自卸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，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20t以上）自卸汽车。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。这类汽车子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

4、载质量在220t）普通自卸汽车。这种自卸车主要承担着泥土、矿石、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（me3.5t）、中型自卸汽车（3.5tme8t）和重型自卸汽车（me8t）。20世纪70、80年代，主要发达国家的专用汽车保有量占载货汽车保有量的50%左右，如今已增至80%。而我国目前低于25%。我国已加入WTO，汽车工业正面临巨大的挑战和挑战。随着我国中国国民经济的飞速

5、发展，伴随着现代物流运输速度的加快，专用车已成为我国汽车技术与应用发展的一个重要方向，市场每年对城市专用车的需求量正在加大，专用车市场正蕴涵着巨大的商机。面对专用车市场的巨大发展空间，具有多品种特点的自卸汽车则仍将是专用运输工具中的重要组成部分。自卸车用途广泛，在矿山、水利工程、城市建设、公路、环卫等行业都有专用的自卸车，但都以轻型车为主。在国家大的工程项目中，如：三峡水利工程、小浪底水利枢纽工程等项目中应用的重型自卸车大都为进口产品，这是国内自卸专用车今后发展的一个随着我国基础设施建设的发展而发展的方向。在轻型自卸汽车的设计中，液压举升机构的设计一直处于重要的地位。这是因为液压举升机构是轻型

6、自卸汽车的重要工作系统，液压举升机构直接关系到自卸汽车的功能和质量，直接影响着自卸汽车的主要性能指标。1.1 课题的选定及目的在专用车的发展中，液压系统已经在各个领域里得到愈来愈广泛的应用。为了减轻劳动强度，提高效率，便于卸货，专用汽车都设有专门的液压自卸系统。考虑到工作环境、工作性质即工作内容等方面的要求，在设计液压举升机构时一般应满足以下性能要求：（1）举倾车厢卸货时，首先将变速杆置于空档位置，拉紧手制动器使车制动，车停稳后举倾卸货。（2）在举倾车厢卸货时，首先加大油门，将操纵手柄置于上升位置，顶起车厢，实现自卸。当货箱举升角为最大时，在控制阀没有自动回位机构的情况下，操纵手柄不宜长时间停

7、留在上升位置，以免液压系统长时间处于高压状态。卸完货后，将手柄置于下降位置，待货箱完全落下后，再将手柄扳回中立位置。（3）连杆复合式举倾机构举倾时，踏下离合器，将操纵手柄向后拉到上升位置，然后慢慢松开离合器踏板，液压泵随之转动，加大油门，车厢举升倾卸。在整个过程中不可快放离合器和猛踩油门，避免出现撞击。降落时，踏下离合器踏板，操纵手柄向前推，液压泵停止工作，车厢复位。（4）因保养、维修需使车厢长时间处于升起状态时，必须将支撑杆撑起，确保安全。（5）严禁在行驶过程中扳动操纵手柄。（6）严格按规定添加液压油，并严格保证用油清洁，及时更换和按规定清洗滤网。（7）经常坚查各液压元件有无渗漏现象，液压油

8、温度应在580范围内。（8）液压系统一般不得随便拆卸，更换密封圈或排除渗油故障时，零部件拆下后应将各管接头用干净的布包好堵住，预防赃物进入管道。（9）清洗自卸车时，注意贮油箱不要进水。文献出处随着我国大量建设事业的发展，尤其是在成功申办了2008奥运会之际，我国的基础设施建设还需要工程运输。随着各种市政工程、建筑工程以及城市环卫事业的物料运输量将不断增加，对自卸汽车的需求也将不断增加，以满足工程运输的快捷、便利、实惠、安全等的要求。在自卸车及其技术的发展中，轻型自卸车越来越得到重视。在轻型自卸车的设计当中，液压系统的设计一直处于重要的地位。液压举升机构是自卸汽车的关键装置，它直接关系到汽车的多

9、个主要性能以及整车的布置。举升机构设计计算可校核机构各点布置是否合理，是否有良好的动力性。在本课题中将对轻型自卸汽车举升装置进行改装设计，实现其结构紧凑、举升力强等设计目标。此外，本课题尝试应用最优化方法进行液压举升机构的优化设计，以便得到最佳的设计方案，这对提高液压举升机构的设计质量和效率具有非常重要的意义。1.2 国内外自卸汽车及其技术的发展概况一、国外发展概况国外自卸汽车技术成熟于50年代至60年代期间，国外自卸汽车生产厂家均为多品种系列化生产。从矿用自卸汽车的国际市场来看，在50t以下矿用自卸汽车中，以铰接式车型发展较快。经过几十年的发展与研究，国外自卸汽车呈现以下的发展方向。电传动与

10、液力机械传动的比较与技术发展。电传动自卸汽车具有恒功率特性，可以无级调速，操纵方便平稳，动力制动时电阻发热与发动机无关。在一定条件下，可以搞架线运行，节省燃料，减少排烟对矿区的污染。产品改进更新速度快，矿用自卸汽车工作条件差，使用寿命短。因而大多数企业新产品推出快，一般34年就改进或更新老型号。提高驾驶员的安全性和舒适性。国外对矿用自卸汽车的安全性与提高生产率、可靠性和经济性等置于同等地位。在车型和结构方面，矿用自卸汽车改进结构的重点是在减少质量的同时设法延长车架的使用寿命。车型方面，近几年以铰接式自卸汽车发展较快。总的来说，国外自卸汽车正在朝着大型专用化、小型多功能化、高效率、维修周期长、安

11、全、舒适、低公害等方面发展。二、国内发展概况中国汽车工业协会专用车分会2004年的报告反映，到目前为止，国内公告内汽车生产企业数为756家，其中专用车生产企业620多家。根据2003年协会的统计，行业内387家汽车生产企业（含主机厂）共生产专用汽车31万多辆，分析全行业年总产量在57万辆左右，较上年增长约15，年改装量占国内载货车总量的40多；按行业经验推算，2004年总产量应在60万辆左右。在国内健康持续的经济环境下，中国政府通过宏观经济控制，对资源进行优化配置，实行扩大内需以及加强基础设施建设等一系列的方针政策，专用汽车发展正处于良好的成长期，同时也吸引了众多的投资商进入专用汽车行业。近两

12、年，由于专用车产量基数较大，所以增长速度呈渐缓趋势。但是，近几年随着政策变化、各个企业改制的完成、技改投入的加大等因素影响，专用车生产企业综合实力得到进一步提升，一部分优秀企业或企业集团脱颖而出，在行业中处于领先地位。2004年，国家出台了一系列相应的政策法规及标准，新的汽车产业发展政策的颁布、GB15892004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值标准的实施、国家七部委联合下发的关于在全国开展车辆超限超载治理工作的实施方案等，对汽车行业，特别是专用汽车行业产生了巨大影响。新的政策法规实施后，大部分企业在新产品申报、上牌以及销售后的在用车辆正常运营等方面遇到了一系列的问题。与此同时，新的标准政策的

13、实施，又给大部分厂家带来了无限的商机。目前，我国专用汽车品种总数大约在1500种左右，多数是建筑工程用（翻斗自卸、散装水泥等）、城市园林（洒水车、环卫垃圾车等）、电力维修、道路清障、矿山、码头、机场、军事等领域的专用汽车。可以说我国专用车行业的市场潜力大，发展前景看好，但品种单一、科技含量不高、与国外同行差距较大、管理不规范等这些问题都是我国专用车行业发展中的弱点。进入21世纪，专用汽车技术创新是将机械、电子、液压、化工、环保、能源、动力、信息处理等先进技术与汽车传统技术的有机融合，科学技术的进一步发展和科技成果的广泛应用必将引起专用汽车新产品技术与结构的重大变革。目前世界汽车工业的竞争实际也

14、是现代科技的竞争，各国大公司已把主攻方向转向以微电子技术和信息处理技术为代表的高新技术对汽车工业及产品进行改造，围绕新能源、新材料、新工艺以及安全、环保、节能等战略重点领域，开发研制高技术含量的新车型。因此，我国专用汽车企业首先要在有关部门的支持和配合下，加强高新技术在专用汽车上的应用研究，把提高开发高新技术产品的能力作为企业发展的重要目标，加快新产品研制和开发的步伐。另外，改进专用汽车贸易方式，形成与国际接轨的资源采购和销售服务方式也十分重要。同时，我国在机械设计中采用最优化技术的历史最短，但其发展速度却是十分惊人的。无论在机构综合、通用零部件设计，还是各种专业机械的设计都有最优化技术应用的

15、成果。自卸汽车举升机构的优化设计正从研究、探讨走向实际应用阶段。1.3 课题研究的主要内容及基本工作思路一、主要内容1.液压系统工作原理及其设计（1）液压传动系统的组成无论何种型号的自卸汽车，仅就液压传动系统而言，不外乎由下列六部分组成：取力机构取力箱，将变速器中取力齿轮输出的动力，传递给驱动油泵齿轮，从而实现油泵的工作；能源元件油泵，将动力部分（来自取力箱）所输出的机械能转换成液压能，给液压系统提供压力油液；执行元件油缸，通过它将液能转换成可进行直线运动的机械能，实现汽车货箱的举升；操纵和控制元件包括手动（气动）转阀、单向阀、溢流阀等，通过他们控制和条件诶液流的压力、流速和方向，从而改变执行

16、元件油缸的推力和运动速度及方向。辅助元件入油箱、滤清器、油管和油管接头等。工作介质油液（可根据原厂使用说明之规定，选用机械油、稠化油或其他低温用油）。（2）液压传动系统的工作原理 当汽车需要完成举升卸载时，踩下离合器踏板，通过操作手柄使取力箱主动齿轮同变速器取力齿轮啮合，带动油泵工作。此时，将二位二通转向阀置于如图1所示位置，油液便通过滤油器进入泵腔，然后经过单向阀输出。因此时二位二通转向阀处于断开状态形不成通路，且溢流阀处于常闭状态（只有当其进油口压力大于其调定压力时，才能克服弹簧作用力将阀芯打开，使多余的油液通过出油口溢流回到油箱），因此油液全部进入油缸下腔并作用于活塞底面，从而推动活塞杆

17、（与活塞刚性连接）向上移动，然后通过其他铰链机构完成车厢的举升动作。要使车厢停留在某一个位置时，可踩下离合器或将取力器啮合齿轮脱离，使油泵停止工作即可（此时单向阀在复位弹簧作用下处于关闭状态）。当需要车厢降落时，可将二位二通转向阀扳于另一个位置，是阀腔处于导通的状态，此时，油缸活塞在车厢重量作用下开始回移，其下端腔体的油液只能经导通通道泄回油箱，完成车厢降落动作（其降落速度的快慢取决于二位二通转向阀的相应位置）。此时，既是油泵处于工作状态，其出油口油液同样经导通通道流回油箱，而不进入油缸，这是由于回油管处于零势能点。2.本课题设计内容本课题选用的是东风小霸王CLW5060ZLJ自卸车的具体参数

18、进行改装设计。对其液压系统进行改装设计，考虑经济成本方面，将利用单缸双作用液压缸代替本本课题中的双缸作用而实现其正常的工作行程。图1-1二位二通液压系统原理图Figure.1-1 2 two liquid press system principle diagram二、本课题基本工作思路图1-2设计思路Figure.1-2 Design way of thinking第二章 自卸车液压举升机构的总体设计方案2.1 自卸汽车主要尺寸和有关参数的确定一、东风小霸王轻型自卸汽车参数1.主要技术参数：本课题选用了东风小霸王CLW5060ZLJ自卸汽车进行设计。车辆具体尺寸参数如表2-4所示。表2-1东

19、风小霸王轻型自卸汽车具体参数Table.2-1 The Light from unload auto concrete parameter项目单位参数整车型号CLW5060ZLJ底盘型号EQ1061T14DJ2A整车尺寸mm5380*1900*2140实际载重量kg30004000总质量kg约6120上户吨位约2500整备质量约3490厢体尺寸mm3600*1750*600轴距3000mm发动机型号4100QBZL轮距1380/1458mm排量/功率3298/70mL/km前悬/后悬962/1406mm百公里耗油量9L离去角23/15最小转弯直径12m最大速度95km/h最大爬坡度25轮胎规格

20、6.5016，7.0016最小离地间隙180mm钢板弹簧片数23/15变速箱5档制动系统说明气制动/排气制动离合说明242mm制动距离8m车架188mm前桥/后桥1.5/3.5T电瓶12v驱动系统4*2驾驶室允许人数2轴数2车辆识别代码LGDTM81EXXXXXXXXX二、主要尺寸参数的确定自卸汽车尺寸参数主要有：轴距、轮距、外廓尺寸（车辆长、宽、高）等，如图2-3所示：图2-1 自卸汽车的主要尺寸参数Figure.2-1 Drawing of Dump Truck with Max Dump Angle三、质量参数的确定额定装载质量是自卸汽车的基本使用性能参数之一。目前，中、长距离公路运输趋

21、向于使用重型自卸汽车，以便提高运输效率、降低运输成本，额定装载质量一般为919t；而承担市区或市郊短途运输的自卸汽车额定装载质量为4.59t。同时，还应考虑到汽车额定装载质量的合理分级，以利于产品系列化、不见通用化和零件标准化。此外，额定装载质量还必须与选用的二类货车底盘允许的最大总质量相适应。自卸汽车装车装备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却液的空车质量，是自卸汽车总体设计的重要设计参数之一。自卸汽车总质量是指装备齐全，包括驾驶员，并按规定装满货物的质量。其值可按下式确定： （2.1）式中：自卸汽车总质量（kg）； 自卸汽车整车整备质量（kg）； 装载质量（kg）； 驾驶员与乘员质量（

22、kg），按65kg/人计算。自卸汽车质量利用系数是指装载质量与整车整备质量之比/（2.2）该系数是一项评价汽车设计、制造水平的综合性指标。有时，质量利用系数也可用装载质量与汽车干质量之比来表示。干质量是指汽车整备质量减去燃料、冷却液和附属设备的质量。这一质量利用系数更准确地反映该车的金属和其他材料的利用率。自卸汽车的质心位置是指满载或空载时整车质量中心位置。自卸汽车的质心位置对使用性能（例如汽车的制动性、操纵稳定性等）影响很大。四、最大举升角的确定确定车厢最大举升角的依据是倾卸货物的安息角。如表4-3所列：表2-2 常见货物的安息角Table.2-2 Dumping Angle of Comm

23、on Goods物料名称安息角煤2745焦炭50铁矿石4045铜矿3545细砂3035粗砂50石灰石4045黏土50水泥4050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H，如图所示，为了避免车厢倾卸时与底盘纵梁后端发生运动干涉，故图中L必须大于零。设计时，自卸汽车车厢最大举升角可在5060之间选取。图2-2 自卸汽车最大举升角Figure.2-2 The From unload auto of the biggest raise to rise Cape五、车厢举升与下降时间根据8自卸汽车通用技术条件，可知：1.车

24、箱空载举升到最大举升角的时间应符合表2-4规定。表2-3 举升时间Table.2-3 Time of Lift车箱长度L/m车箱举升时间/sL4.8204.8L6.525L6.5302.车箱空载从最大举升角下降到与车架贴合的时间应符合表2-5规定。表2-4 下降时间Table.2-4 Time of Decline车箱长度（L）/m车箱下降时间/sL4.8204.8L6.525L6.530本设计在综合考虑经济效益及相关技术规定，初选。六、车厢的布置在布置车厢的时候，主要从以下几个方面加以综合考虑:(1)改装后自卸汽车质心与原载货汽车质心基本一致；(2)车厢翻转到最大举升角度时，开启的车厢后拦板

25、与地面间应有一定的距离H，且车厢底板下表面不能与底盘发生干涉，要保证一定大小的值，如图2-2所示。(3)车厢容积满足要求。对于第一个方面，首先要对改装部分的质量进行估算，估算结果表明:除车厢外的改装部分质量与自卸汽车最大装载质量相比可以忽略不计。为简化计算，可将其对质心位置的影响忽略不计。因此，使改装后车厢质心位置与原载货汽车车厢质心位置相一致即可满足第一点的要求。综合考虑第二个方面与第三个方面以及通过计算，可确定出车厢尺寸及翻转铰点的位置。七、底盘的选用自卸汽车是在基本车型上装置举升装置，使其完成车厢倾斜的作用。因此汽车底盘的性能就决定了自卸汽车的基本性能。在实际生产中，厂家可以根据市场需求

26、和自己的技术经济条件来选用合适的底盘进行改装。把系列化的底盘建成底盘子模块。根据客户需求、载重量等技术参数和工作条件来选用不同的底盘。车架是汽车的承载基体，贯穿汽车全长。因为自卸汽车的结构和使用条件复杂，使车架承受较大的动载荷和扭矩，因此，必须加装一个副车架，副车架主要用来安装倾卸机构，并改善其受力情况。本设计将继续采用东风小霸王原有的底盘EQ1061T14DJ2A来进行改装举升装置，以此来减少制造成本，降低制造工艺难度。2.2 自卸车总体结构概述一、自卸汽车的结构型式1.车厢的结构型式车厢是用于装载和倾卸货物。它一般是由前栏板、左右侧栏板、后栏板和底板等组成。为了避免装货时物料下落碰坏驾驶室

27、顶盖，通常车厢前栏板加做向上前方延伸的防护挡板，车厢底板固定在车厢底架之上，车厢的侧栏板、前后栏板侧面通常布置有加强筋。后倾式车厢广泛用于轻、中和重型自卸汽车。它的左右侧栏板固定，后栏板左右两端上部与侧栏板铰接，后栏板借此即可开启或关闭。侧倾式及三面倾卸式车厢栏板与底板为直角。其栏板开启、关闭的铰接轴为上置式，开启时，栏板呈自由悬垂状，多用于有侧倾要求的中型自卸汽车。矿用自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2.举升机构的结构型式举升机构分为两大类：直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为举

28、升动力。直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。中推式倾卸机构的举升液压缸与车厢的连接位置大多数在车厢几何中心的后面，且液压缸稍向后倾斜。这样布置的自卸汽车车厢是向后倾卸货物的，虽然会增大液压缸的推力，但可以大大地缩短液压缸行程，车厢倾卸的稳定性好，有利于缩短车厢举升和降落时间，而且短而粗的液压缸筒和活塞杆易加工。故这种中推式举升机构得到了广泛应用。重型自卸汽车有的采用两个双作用多级油缸，倒置于车架两侧。虽然结构复杂一些，但能缩短车厢降落时间。1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，后置式既可采用

29、单缸，也可采用并列双缸。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大，但油缸活塞的工作行程大；后置式的情况则与前置式相反。 (A) 前置式 (B) 后置式(A）Front Mount Telescopic (B) Underbody Telescopic图2-3 直推式举升机构的布置Figure.2-3 The Layout of Direct Lift连杆组合式举升机构具有举升平顺、油缸活塞的工作行程短，举升机构布置灵活等优点。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）。连杆式倾卸机构主要是利用一套三角连杆系使举升液压缸以较小的行

30、程将车厢倾斜一定的角度而卸货；并使液压缸能采用单级活塞式结构，以降低液压缸的制造成本；而且液压缸容易布置，其原始位置接近于水平，液压缸可与控制阀、液压泵连成一体，取消高压油管；同时，也利用连杆系的横向跨距来加强车厢举升的横向稳定性。但连杆式倾卸机构会使车架和车厢承受油缸产生的水平推力，从而产生较大应力。1 (A) 油缸前推式 (B) 油缸后推式(A) Lost Motion Scissor (B) Underbody Arm Hoist图2-4 组合式举升机构的布置Figure.2-4 Combined Lifting Mechanism二、自卸汽车举升机构特性比较自卸汽车举升机构的形式种类较

31、为繁多，各种形式各有千秋，如何选择应依据实际情况而定，举升机构主要有动力性、平稳性、卸料性、紧凑性及协调性等五个方面的设计要求。表2-3、表2-4对直推式和连杆组合式举升机构进行综合比较。表2-5 自卸汽车举升机构特性比较Table.2-3 Characteristic Comparison with Lifting Mechanism结构型式性能特性结构示意图直推式单缸前置结构紧凑、举升效率高。工艺简单、成本较低。采用单缸时，横向刚度不足，采用多节伸缩缸时密封性较差 后置双缸连杆组合式油缸前推连杆组合式横向刚度好、举升转动圆滑平顺举升力系数小、省力、油压特性好，油缸摆角大，活塞行程稍大油缸后

32、推连杆组合式转轴反力小，举升力系数大，举升臂较大，活塞行程短油缸前推杠杆组合式举升力小，构件受力改善，油缸摆角大油缸后推杠杆组合式举升力适中，结构紧凑，但布置集中后部，车厢底板受力大油缸液动连杆组合式油缸进出油管活动范围大，油管长俯冲式杆系机构简单，造价低，但油缸必须增大容量表2-6 直推式与连杆组合式举升机构综合比较Table.2-4 Direct Lift and Combined Lifting Mechanism Comprehensive comparison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极缸，加工精度高，工艺性差

33、单级缸，制造简便，工艺性好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，密封性好工作寿命磨损大，易损坏，工作寿命较短不易损坏，工作寿命较长制造成本较高较低系统倾卸稳定性较差较好系统耐冲击性较好较差自卸汽车举升机构的选择要综合考虑，不同的举升机构形式有不同的举升效果，既要使机构所占的位置小又要使机构有较强的举升能力和高的结构强度，还要考虑安全可靠性。2.3 总体设计方案选择目前，轻、中型自卸汽车广泛采用直推式倾斜机构。该机构不仅具有结构紧凑、改装方便等优点，而且通过合理地选取各支撑的位置、液压缸直径（特别是多级液压缸各节的直径）等参数，可以获得比较理想的油压特性（即

34、液压缸推举过程中油压变化很小，且初始时的油压略低于最高油压）。而中、重型自卸汽车大多采用连杆式倾卸机构，其中中型自卸汽车一般采用油缸后推连杆式和油缸后推杠杆式，而其他型式的倾卸机构多用在重型自卸汽车上。这主要是因为更容易达到省力的目的，更能使车厢在举升过程中获得较好的横向稳定性，并可获得更理想的油压特性与倾卸性能。1根据上述的比较结果，本课题选用单缸后置直推式举升机构。第三章 自卸汽车液压举升系统的设计对于液压举升机构考虑到工作环境、工作性质及工作内容等的要求、在设计液压举升机构时注满足的性能要求有：1.较强的免维护性 自卸汽车主要应用于沙场，矿山，工地等，这些场所沙尘肆虐，工作环境恶劣，自卸

35、机构的维护条件较差，甚至有时根本谈不上什么维护。因此需要自卸机构在设计时就要考虑铰支点和油缸的免维护性。2.良好的动力性 举升机构作为轻型自卸车卸料时的动力来源，为保证卸料顺利完成，要求其必须具有良好的动力性能，并要具有一定的过载系数。3.平稳性 要求举升机构在倾卸货物时具有较好的平稳性，不得有较大的动力冲击，降低冲击力对机构各部件的损伤概率，保证机构的使用寿命。4.卸料性 自卸车举升机构要达到的卸料目标是：在较短的时间内使货箱举升到一定的角度，即举升机构将货箱举升到最大举升角所需的时间；货箱被举升机构举升到最大转角时，货物应顺利的倾卸完毕（即最大举升角达到货物的安息角）。5.紧凑性 轻型自卸

36、车多数是中小吨位的工程运输车辆，其安装工具多为小型装载机械。为了装载方便，货箱布置位置一般较低，同时又要考虑到轻型车的工作环境，应使其具有较好的通过性（即离地间隙受限），因此，自卸汽车的举升机构布置空间就受到很大的限制，这就要求机构具有较好的紧凑性，占用较少的空间。6.协调性 液压举升机构实际上是一种演化的四连杠机构，在外力作用下，各部件能沿自己的铰支点按设计者的意图顺利转动，不得出现传动角小于许用传动角的情况，更不能有死点位置的存在。3.1 直接推动式举升机构的具体设计一、工作原理如图3-1所示：油缸两端AB的A点铰接于支架之座上，B点铰接于车厢底架之座之上。举升机构工作时，液压油泵由取力器

37、带动旋转，从油箱吸入液压油，并将液压油经分配器压入油缸腔，油压所产生的推力Q使车厢提升倾卸。当操纵手柄推到中立位置时，油泵卸荷，油缸中立，车厢将停止升降。操纵手柄推到下降位置时，回油阀打开，车厢在其自重的作用下，使油缸腔内的液压油返回至液压油箱，从而实现车厢的复位。图3-1 直推式举升机构工作原理Figure.3-1 The Sketch of Lifting Mechanism二、参数设计以东风小霸王CLW5060ZLJ轻型自卸车为例，油缸直推式举升机构的几何分析：如图3-2所示：图3-2 直推式举升机构的几何分析Figure.3-2 Direct type raise of Several

38、 analysis油缸柱塞由初始B点，逐步伸出至B，油缸行程L行尽，货箱翻至最大举升角，由A BO余弦定理可得： （3.1）式中：,，。根据自卸车的标准及货箱的安息角一般小于45，可取，油缸初始长度可根据油缸标准系列尺寸和市面供货情况而定，可取。油缸装车后要留有一定的预伸量，的作用是使货箱降落之后与车架贴合，避免因误差影响造成油缸顶底而货箱未能完全落下。可取1015mm，过大则浪费油缸的行程和使油缸工作压力提高。选取、的数值之后，待定的设计参数有、，油缸行程、油缸直径等。下面就待定的设计参数进行讨论。1.后支点的选取垂直方向：在货箱纵梁与车架纵梁之间可结合后支点结构来考虑，一般采用支座结构，此

39、时后支点可取在车架纵梁面上约50mm处，如图3-3所示。图3-3 后支点的选取（垂直方向）Figure.3-3 Selection of the back fulcrum（Perpendicular）水平方向：一般在车架后板簧吊耳后，如图3-3所示，C680mm。考虑到货箱底板倾卸货物时，距地面的高度（如图2-8所示），底板距地面的高度H： （3.2）根据表2-3所示货物卸料角，本课题选取倾斜角，并带入式（2），可得：H越大，货物倾卸后的堆放高度越高，后支点距货箱尾部距离d：图3-4 后支点选取（水平方向）Figure.3-4 Selection of the back fulcrum（Lev

40、el）则距后轮中心线距离C：，综合车架、货箱条件，可取C700mm。2.货箱与油缸连接点（中支点）的选取水平方向：一般在后轮中心线附近，越往前，所需油缸的行程越大，但举升货物的稳定性就越好，工作油压越低，可暂时取在中心线上。垂直方向：应尽量贴近货箱底板，使油缸的初始举升角较大，提高举升力矩。具体要结合中支点的构件来选取，一般中支点的结构为货箱焊接油缸支梁，用销轴连接油缸。从货箱受力角度考虑，油缸支梁应搭接在货箱纵梁上，使推力经油缸支梁货箱纵梁货箱横梁，均匀传给整个货箱。若油缸支梁搭在货箱横梁，则货箱横梁局部区域受力较大，可能会拱起而使货箱变形。如图3-5所示，根据液压缸安装条件，本例中可取高度

41、为50mm。图3-5 货箱与油缸连接点（中支点）选取Figure.3-53.油缸前支点的选取垂直方向：一般在车架纵梁的高度范围内，过高则油缸的初始举升角太小，举升力矩小；过低则油缸地隙较小，支点构件的强度较低。一般油缸与车架的连接采用油缸支座搁在车架宽度方向中间纵梁上。这样拆装油缸时，油缸不会掉落下来，拆装方便，构件结构强度也比较高。如图3-6所示：支点距车架上平面的距离为：188-120-4028mm。水平方向：在货箱连点（中间支点）的前方，由油缸两支点的高度差油缸的原始长度和一定的预伸量决定。图3-6 油缸前支点选取（1）Figure.3-6图3-7 油缸前支点选取（2）Figure.3-

42、7如图3-7所示，可得e尺寸： 取，值取得越大，预伸量越大，油缸初始角减少，举升力矩减少。4.油缸行程的选取根据上述支点的选取原则可得三支点的初步布置，有前面介绍的余弦定理可得所需的油缸行程L：其中： 、画图可得将上述尺寸代入式（1）可得：L1035.78mm根据SYG系列多级双作用活塞式液压缸标准的行程，取液压缸活塞行程为600mm，每节行程为300mm，共两节，所取液压缸的行程比计算行程1035.78mm少了9.22mm。若支点不变，则货箱最大举升角就将大于50。因为货物的安息角一般为45，50的举升角已能将货物卸下。但因9.22mm相对于整车尺寸而言比较小，故为提高举升机构稳定性的较低工

43、作油压，可依此确定下液压缸的型号及尺寸根据计算机辅助设计计算，举升角。5.油缸直径的选取油缸直径的选取需要先确定自卸汽车液压系统的额定压力，额定压力过低，则元件需较大型；额定压力过高，则元件成本、性能要求过高。一般取额定压力为16MPa的级别，比较适中。然后根据满载时的举升目标油压来确定所需的油缸直径D。油缸直径D实际上是油缸举升车厢初时时所需的油缸直径。随着货物的卸去，车厢载荷减小，所需的油缸推力亦是逐渐减少。因此，只有算出油缸初时举升的受力计算是最有意义的。当车厢满载时，设油缸推力为F，满载时质量为G，以车厢受力中心体，受力分析如图为：图3-8 自卸汽车车厢受力分析Figure.3-8对于

44、第一缸，对O点取矩：即可得：其中取P=12 MPa根据SYG系列多级双作用活塞式液压缸标准中，选用2SYG100E111300*445两节液压油缸。根据机械手册表20-6-2所示，可选取液压缸内径为。此时满载的工作压力（即第一缸伸出时）为：在举升过程中，重力臂逐步伸长，举升力矩逐步减少，直到第二节、第三节油缸伸出时，已有部分货物卸下，货物重心也向后移动，阻力矩减小，油压将比初时举升时低。6.液压缸的推力和拉力校核经过上述计算，初步选定SYG系列多级双作用活塞式2SYG100E111300*445两节液压油缸。根据机械手册表20-6-3液压缸主要技术性能参数计算所示，速比是表示液压缸活塞往复运动

45、时的速度之比。 （3.3）式中：活塞杆的伸出速度，m/s 活塞杆的缩回速度，m/s D液压缸活塞直径，m d活塞杆直径，m计算速比中主要是为了确定活塞杆的直径和是否设置缓冲装置。速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。速比的选取值可参考表2-5选定：表3-1 速比的选取Table.3-1公称压力/MPa1012.520201.331.46，22根据选定的3.5T自卸汽车的工作压力，选定1.46，进行计算。由式（2）可得： (3.4)查机械设计手册表20-6-3，选取。查机械设计手册表20-6-3液压缸主要技术性能参数的计算。校核活塞的理论推力和拉力。油液作用在活

46、塞上的液压力，对于双作用单活塞杆液压缸来说，活塞受力如图2-10所示：图3-9 液压缸活塞受力图Figure.3-9活塞杆伸出时的理论推力为： （3.5）将、代入式（3.5），可得：活塞杆伸出时的理论推力为；活塞杆缩回时的理论拉力为： （3.6）将、代入式（3.6），可得：活塞杆缩回时的理论拉力为。7.油缸壁厚的确定 (3.7)式中-缸体材料的许用应力。根据机械设计手册表20-6-7所示，本课题液压缸选用45号钢。许用应力取为360。将=360代入公式中，得出：取油缸壁厚为5 。三、小结SYG系列的型号说明：表3-2 推力系列Table.3-2推力（KN）2030508010012015019

47、0200拉力（KN）121524304045507094表3-3缸头、缸筒连接方式Table.3-3编号连接方式1缸头耳环带关节轴承2铰轴3端部法兰4中部法兰表3-4活塞杆端连接方式Table.3-4编号连接方式备注1杆端外螺纹2杆端内螺纹用于推力50KN3杆端外螺纹杆头耳环带关节轴承4杆端内螺纹杆头耳环带关节轴承用于推力50KN按照上述设计方法及受力核算，初步选定各支点尺寸，并选用SYG系列多级双作用活塞式2SYG100E111300*445两节液压油缸。经过上述的设计分析方法，能较快较好的解决自卸汽车自卸的工程设计问题，具有现实的指导意义。所选的SYG系列的液压缸广泛应用于农用运输车和轻型

48、自卸汽车中，具有结构紧凑，举升能力强，工作可靠，拆装方便，易于维修，且连接多样等优点，能满足用户超载时的举升要求。3.2油泵的选取一、概述液压泵的选用主要根据系统的工况来选择。泵的主要参数有压力、流量、转速、效率。为了保证系统政策运转和泵的使用寿命，一般在固定设备系统中，正常工作压力为泵的额定压力的80左右；要求工作可靠性较高的系统或运动的设备（例如车辆），系统工作压力为泵额定压力的60左右。泵的流量要大于系统工作的最大流量。为了延长泵的寿命，泵的最高压力与最高转速不宜同时使用。二、泵的技术参数（1）由液压油缸的工作压力选择液压油泵的工作压力。液压油缸的工作压力为。（2）油缸容积计算 （3.8

49、）式中：i=1，2 D-举升缸各级缸径, ； S-举升缸各级行程，。将、代入式3.8中，可得：（3）油泵油量的计算 （3.9）式中：-油缸容积，； -举升时间，s。根据规定举升时间一般为10s20s.（4）油泵排量的计算 （3.10）式中：Q-油泵的流量，L/min； n-油泵转速，r/min； -油泵效率，一般取85。则 根据上述计算，查阅机械设计手册表20-5-6，选定型号为CB-FD25-2S85-F外啮合齿轮泵。本系列外啮合齿轮泵采用铝合金压铸成形泵体，径向密封采用齿顶扫镗，轴向密封采用浮动压力平衡侧板，因而达到了高效率。该泵具有体积小、重量轻、效率高、性能好、工作可靠、价格低等特点，

50、该泵单向运转，旋向可根据用户需要提供。由于该泵具有上述特点，因此可广泛应用于工作条件恶劣的工程机械、矿山机械、起重运输机械、建筑机械、石油机械、农业机械以及其他压力加工设备中。表3-4 CB-F型齿轮泵的参数Table3-4 Parameter of CB-F Type Pump型号规格公称排量/（ml/r）额定压力/MPa额定转速/(r/min)容积效率/%总效率/驱动功率/kW25.0620200019.2根据泵的额定参数计算举升时间。举升时间的计算： （3.11）将参数代入可得：。可见这个举升时间是比较合理的。由此说明液压缸和液压泵的选择是合理的。3.3 液压阀元件的选取控制阀的规格是根

51、据系统最高工作压力和通过阀的最大流量进行选择。选择溢流阀的额定流量应按照控制的最大流量来确定。选取流量阀时，还应考虑其最小稳定流量。一般情况下，阀的额定流量应大于它所控制的液压回路所流过的最大流量，必要时允许最大流量不超过额定流量的1.2倍，否则会造成压力损失过大，系统发热严重。一、单向阀的选取单向阀是用于油泵的出口处，作为背压和旁通阀用。本课题选用S型单向阀，该类单向阀为锥阀结构，压力损失小。根据液压泵，查阅机械设计手册表20-7-134，选用型号为S10A310的单向阀。图3-10 单向阀特性曲线Figure.3-10二、压力控制阀选取本课题选用直动式溢流阀，利用液压油压力和阀内弹簧作用力

52、之间的关系，控制阀的开启或关闭，使其达到系统油压控制调节作用。三、平衡阀选取3.4 举升系统管路设计管道内径（mm）按下式计算： （3.10）3.5 举升系统的总体设计随着国家经济的迅速发展，各地大规模建设工程相继开工建设，自卸汽车的用量越来越大。据以前司机反映，有些自卸汽车在行驶过程中，没有打开举升开关，货箱有时也会自动升起来。这种情况很危险，当货箱已经被举升很高了，司机却毫无察觉，此时车辆若高速通过桥梁、涵洞，或路面上方有高压线广告牌等障碍物，其后果将不堪设想。据了解自2003年以来，北京、重庆及山东等地陆续发生多起货箱自动升起撞桥的事故，造成了车毁人亡的严重后果。发生货箱自行升起情况的原

53、因可能是多方面的：首要的原因是人为原因，即要求在上路行车前没有关闭取力器；或是取力器发生故障；或是齿轮没能按要求及时断开啮合。车辆高速行驶时，取力器没有关闭，液压油泵仍然运转，货箱可能自动举升。从安全角度来讲，设计上应保证在油泵没有停止工作的情况下，只要不触动举升开关货箱即不会动作。据分析目前国内的使用的二位二通举升液压系统就存在着这方面的问题。二位二通举升液压系统有举升和下降的两个位置，在卸完货后，货箱靠自重下降，油缸产生足够的备压支撑货箱，防止货箱下落过快造成失控；另一方面，系统的回油备压不能太高，以防止过高的系统备压将空货箱顶起，产生故障，这两者之间产生了矛盾。自卸汽车在靠自重下降的过程中，如果下降的瞬间加速度控制不好的话，冲击力就会增大，造成货箱与车架撞击，使车架折裂或弯曲，同时造成驾驶室颠簸等不良结果。3.6 设计方案1.方案一利用三位四通分配阀更换二位二通换向阀，实现系统举升、下降和中停三个位置，并在中停的位置上使液压油可以顺畅的通过换向阀，防止空货箱自动举升。减少工程的无谓安全事故发生。2.方案二利用三位四通分配阀结合二位三通限位阀，实现系统举