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1、（汽车行业）高位自卸汽车高位自卸汽车汽11班：陈 涛 胡 恒 李博男【问题提出】 目前国内生产的自卸汽车，其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。为此需设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。【设计要求和有关数据】设计要求： 1）具有一般自卸汽车的功能。 2）能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度，最大升程Smax见表1。 3）为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移，车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表1。为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2
2、a。 4）在举升过程中可在任意高度停留卸货。 5）在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开；卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，后厢门和车厢的相对位置见图2。 6) 举升和翻转机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面。 7）结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。序号车厢尺寸（LWH）SmaxaW（kg）LtHd14000200064018003805000300500239002000640185035048003005003390018006301900320450028047043800180063019503004200280
3、4705370018006202000280400025045063600180061020502503900250450表1（尺寸单位：mm）【方案设计】一举升机构设计要求：1能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度，最大升程Smax见表1。2为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移，车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表1。为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a。3在举升过程中可在任意高度停留卸货。方案一：平行四边形举升机构 如上图所示机构，CBEF形成一平行四边形，杆BC在液压油缸的带动下绕C轴转动，从而完成车厢的举升和下降。 优点：1结构简单，易于加工
4、、安装和维修；2能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好；3液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量。缺点：车厢上移时，其后移量很大。为了保证车厢举升到最大高度时，其最大后移量不超过设计要求，需将杆BC、EF做得很长，甚至大大超过了车厢的长度，在工程实际中不能实现。方案二：L型举升机构 工作原理：如上图所示车厢举升机构，L形杆BDE一端与铰链B相联（铰链B通过竖直杆固定在车架上），一端与车厢底部的铰链E相联，同时其上绞接一液压油缸2，液压油缸另一端与车厢底部的铰链相联。举升时，液压油缸1伸长，推动L形杆BCD绕铰链B逆时针转过角度，使E端上升；与此同时，液压缸2也联动工作，使车厢也转
5、过角度，从而使车厢在上升过程中保持水平。随着BCD杆的转动，E点后移，同时带动车厢后移，当E点与B点等高时，后移量达到最大。优点：1该机构充分利用了车厢前面的空间，使车厢底部的机构变得简单；2该机构克服了方案一中后移量过大的缺点，机构的尺寸也较小。缺点：1该机构最大的缺点在于车厢全部重量均有L形杆BCD承担，由于DE很长，所以BCD受到很大的扭矩作用。这就对L形杆的强度提出很高要求，同时也限制了车厢的装载量。2液压缸1和液压缸2需要联动工作才能保证车厢的水平，使控制机构复杂。3液压油缸的推程较大。方案三：剪式举升机构 工作原理： 如上图所示，该举升机构是由长度相等的两杆AC和BD彼此铰接于E点
6、；AC杆的A端和与水平的活塞杆铰接，并可在滑槽内移动；BD杆的B端与车厢底部为滑动铰接。 当活塞F右移时，车厢上升，同时向后移动；活塞F左移时，车厢下降，同时向前移动。 下面具体分析车厢的后移原理：如上图，设AE=BE=a，CE=DE=b，举升前，举升后，则有上移量：后移量： 化简后得可见，后移量与a，b的差值有关，故采用此种布置形式时，铰接点E不能为两杆的中点。 采用此种布置时，会使CD的距离较小，影响了车厢工作时的稳定性，特别是在车厢翻转卸货时，这种影响尤为显著。 为了消除这种影响，可将E取为两杆的中点，同时，为了使车厢在上移时能够逐渐后移，需要将C点换成滑动铰接，而D点换成固定铰接。 如
7、下图所示：最好用作图法将极限为之画出来。 此时，由于E为两杆的中点，故在车厢上移过程中，A与D，B与C始终在一条直线上；同时由于A点向后移动，故车厢上的D点也随之后移，于是整个车厢就向后移动。 设AC=BDl，举升前，举升后，则有上移量：后移量： 该举升机构的优点是：1结构简单，紧凑；2能够很好的协调车厢上移量与后移量之间的关系，满足工作要求；3机构的受力情况较好。 缺点： 液压缸水平布置时，在举升初始阶段，传动角很小，不利于工作。 根据以上缺点，可以将液压缸改为竖直布置的形式，如下图： 将液压缸竖直布置后，可以很好地解决传动角过小的问题，但不难想象，这样布置使液压缸的推程需要很大，不易实现。
8、 为了解决以上矛盾，可以采用以下多级举升机构： 如上图所示，AD，BC，CF，DE为杆长相等的四杆，AD与BC，CF与DE铰接与中点G，H；A，F为滑动铰接。该方案较好地解决了以上方案液压缸推程要求很大的缺点，同时，由于原设计中安装液压缸处空间变得较小，故将液压缸布置在机构的中间部位。下面对该方案进行具体尺寸设计： 根据设计要求，举升机构需要满足：车厢尺寸（LWH）SmaxaW（kg）LtHd4000200064018003805000300500 设AD=BC=CF=DE=l，初始位置，到达最大升程时由几何关系可得： 为了使整个举升机构不超过车厢底部安装空间，需满足取，联立解得，二翻转机构1
9、设计要求1）利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。2）结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。2设计方案翻转机构是自卸汽车的关键部分，其性能直接影响车辆的性能。为此，我们设计了多种方案，比较各自的优缺点。方案1：单缸直推式该机构示意图如下图：该机构的优点是简单紧凑。采用单缸时，容易实现三面倾斜。另外，若油缸垂直下置时，油缸的推力可全部作为车厢的举升力，因而所需的油缸功率较小。其缺点为该机构横向强度差，而且由于其油缸行程较大。方案2：杠杆平衡式 如下图所示：该机构优点是结构紧凑，横向刚度比较好，举升时转动比较圆滑，杆系受力比较小，举升过程中油缸的摆动角度很小，
10、油缸的行程也比较短。该机构缺点是机构集中在车后部，给车身的整体布局带来一定的困难，而且，在推杆推动车厢翻转时，车厢倾翻轴支架的水平间内力非常大，因此，对材料的要求比较高。方案3：油缸前推连杆式 如下图所示：该机构的优点是横向刚度较好，举升时转动圆滑，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平反力比较小，车架底部的受力也比较均匀。其缺点是油缸在车厢翻转过程中摆动角度稍微大了一些，带来一定的不方便。方案4：油缸后推连杆式该机构的优点是比较紧凑，其他优点同方案3一样。其缺点为油缸推动行程比较大，因此对油缸的要求较高。方案5：油缸液动连杆式 如下图所示：该机构的优点是机构紧凑，举升时转动圆滑，举升较平
11、稳。其缺点是该机构比较庞大，油缸固结在节点上，从而使杆件刚度要求较高。而且油缸转动角度过大，容易出现干涉。方案6：前推杠杆组合式其优点是结构紧凑，举升时转动平稳且圆滑，在举升过程中，油缸转动角度较小。其缺点是油缸的行程比较大。方案7：连杆放大式 如下图所示：机构的优点是横向刚度好，举升时转动圆滑，三脚架推动车厢举升时，车厢倾翻轴支架的水平方向反力较小。缺点是该机构的三脚架比较大。三方案确定根据以上各种方案的优劣点，综合分析后，选用方案3。三后厢门打开机构设计要求：1. 在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开2. 卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭3. 后厢门打开机构的安装面不超过车
12、厢侧面其中，后箱门和车厢的相对位置如下：设计方案选择：1. 方案一 机构分析：该种方案是最容易想到的，因为设计要求中提到在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开，卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。所以，在本设计中，当车厢翻转的时候，后箱门是完全依靠自重下垂的，在车厢倾斜卸货的时候，后箱门是可以随之打开的，当车厢恢复水平的时候，后箱门也可以自动的依靠重力而随之关闭。另外，为了保持在后箱门关闭后，不会因为其他的情况而再次打开，我们在车厢的底部设计了一个倒锁（如上图中的蓝色机构所示），它在后箱门关闭后会自动工作把后箱门锁死，所以，基本的设计要求还是达到的。优点：该设计机构最大的优点就是结
13、构简单，思路也非常容易想到。缺点：该机构的缺点也是比较明显的：第一，该机构在箱门开启之后就不能对箱门的位置进行控制了，使得箱门在空中有比较大的晃动，没有实现与车厢的联动；第二，该机构需要在箱体底部加装一个倒锁，而该倒锁就需要一套装置来进行控制，如果要实现自动锁死的话，就还需要设计一套机构或是加装传感器，这样以来，费用就上去了。2. 方案二 机构分析：该机构就是一个简单的4连杆机构，其中连杆1是和后箱门固连在一起的，3是一个可以绕车厢体转动的移动副。在车厢翻转时，通过联动机构使连杆2在3内滑动，从而推动1绕C旋转，从而使后厢门开启。（后厢门打开的联动机构设计在本节尾）优点：能够保证车厢门打开和关闭的准确位置，比较容易实现和车厢的联动关系，另外，计算也比较的简单。缺点：主要缺点就是2杆在转动的同时还要在移动副中进行滑动，所以，如果稍微有个地方润滑不好的话，就很有可能造成机构的自锁，使得后车厢门不能正常的打开。3. 方案三 机构分析：本机构完全由四杆机构构成，其中的一根杆2就是车厢的后门。另外两根杆1和3都是铰接在车厢体上的。当车厢翻转时，通过联动机构使杆3转动，从而带动后厢门2转动，完成其开启和关闭动作。优点：1该方案的结构比较简单；2该方案较
