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1、高位自卸汽车设计计算说明书目录第1章 问题的提出11.1 项目背景11.2 设计要求4第2章 设计方案的选择52.1高位自卸汽车工作过程52.2 方案选择流程62.3 举升机构设计62.3.1 平行四边形举升机构62.3.2 剪式举升机构72.3.3 双剪式举升机构82.3.4 平行四边形举升机构92.4 倾斜机构设计102.4.1连杆滑块机构112.4.2 液压缸直推机构122.4.3 滑块倾斜机构122.4.4 曲柄摇杆翻转机构132.5 后厢门启闭机构设计142.5.1 重力直接打开机构152.5.2 摇块顶开机构152.5.3 四级连杆机构162.5.4 滑轨打开机构机构172.6 机
2、构的组合17第3章 机构设计尺寸设计193.1 方案一尺寸设计193.1.1举升机构的尺寸设计193.1.2倾斜机构尺寸设计213.1.3后厢门启闭机构尺寸设计243.1.4 机构组合253.2 方案二尺寸设计263.2.1举升机构的尺寸设计263.2.2倾斜机构尺寸设计273.2.3后厢门启闭机构尺寸设计303.2.4 机构组合31第4章 机构运动分析314.1 三维模型的建立314.1.1 部分零件图314.1.2 装配体344.2 机构运动分析374.2.1 组合方案一运动分析374.2.2 组合方案二运动分析41第5章 机构动力分析465.1 组合方案一动力分析465.11 机构受力分
3、析465.1.2 动力仿真分析485.2组合方案二动力分析545.2.1 机构受力分析545.2.2 动力仿真分析56第6章 方案比较与评价61第7章 设计工作总结627.1机械设计的目的：627.2机械设计的步骤：627.3设计中需要注意的几个问题：637.4机械设计的基本原则：637.5本次设计效果分析与改进意见64第9章 收获与体会65第10章 致 谢66参考文献67附录68附件一：部分零件图和装配体展示68附录二：Adams运动分析和动力分析界面71附录三：组合机构简图（见A3图纸）72第1章 问题的提出1.1 项目背景自卸汽车是常用的运输机械，车厢配有自动倾卸机构的汽车，又称为翻斗车
4、、工程车，由汽车底盘、液压举升机构、取力机构和货厢组成。在土木工程中，常同挖掘机、 装载机、 带式输送机等联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方、砂石、松散物料的装卸运输。由于装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，并标明装载容积。按底盘承载能力可分为轻卡系列自卸、中吨系列自卸和大吨位系列自卸；按驱动形式可分单桥自卸、双桥自卸、前四后八自卸、前四后十等不同系列车型；按卸载液压举升机构不同可分为单顶自卸和双顶自卸。图1-1 普通自卸汽车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，普通自卸汽车如图1-2
5、，其基本构成如图1-3。对比国内外所生产的自卸汽车，由于卸货高度都是固定的，当遇到将货物卸到较高处的要求，只能通过先卸载后再靠起重机构提升到较高处的方式。这种方式不仅耗费人力物力和时间，同时给卸载制造了诸多不便。图1-2 自卸汽车图1-3 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-车厢；6-后铰链支座；7-安全撑杆；8-油箱；9-油泵；10-传动轴；11-取力器针对这一需求现状， 本小组设计一种高位自卸汽车，使其不仅能具有一般自卸汽车的功能，而且能实现将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货的功能。为方便卸货，车厢在举升过程中还将逐步后移和任意高度停留。在
6、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，同时保证结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。这样可以提高效率，减轻人们的体力劳动，同时显示了自动化的优越性。同时高位自卸汽车既可以最大限度地简化卸货场地和地面设施, 又能更好地适应大、中、小型工厂企业及站场的使用。高位自卸汽车适合大量装卸物品，可配合装载机联合作业，大量运输矿石、砂石、土方等，充分提高了车辆的运输能力。高位自卸汽车是一种将卸货设备和车辆结构结合在一起的专用车辆。适用于备有机械化装车设备的工厂、矿山、大型建筑工地等部门, 常用以运输矿石、剥离岩石、砂砾、煤炭、建筑材料等不同比重的粒
7、(块) 状货物。全车由车体、底架、举升机构、倾斜机构、后箱门启闭机构等组成，其特点是装有使车厢向上运动的举升机构，车箱在举升机构作用下，可向上运动到一定高度，然后在倾斜机构作用下，车厢开始倾卸货物，后箱门启闭机构随之联动将后箱门打开，从而实现将货物倾斜到较高的位置进行卸货的功能。高位自卸车的技术特点和发展方向：相对于普通车辆而言, 高位自卸车对动载荷和抗冲击性要求更高，后桥、后悬架都要加以强化。在工地作业的自卸车,要求转向灵活,转弯半径小。因为建筑工地往往对工期要求严格，所以工地型高位自卸车必须故障少、可靠性好。由于工地路面复杂,往往松软、坑洼，所以车辆必须满足动力足、扭矩大、起步速度低等要求
8、，即“低速重载大扭矩”。 高位自卸车最近的技术发展趋势主要是应用技术在自卸车上的推广使用。（1）向安全性舒适性发展提高整车安全性,包括车身安全性能、制动性能进一步提高;车身采用半浮气簧式减震装置，悬架采用少片簧以及橡胶悬架提高整车舒适性能；优化变速操纵系统以提高驾驶舒适性能。（2）高位自卸车底盘部分A.变速箱方面:随着动力需求升级，会采用多档位如8、9、12档变速箱，并会采用机械自动变速箱；另一方面也会选择采用少档位液力机械变矩器。B.提高载质量利用系数,进一步降低整车整备质量,节省原材料；上装部分主要是车厢采用高强度钢板，可以大幅降低钢板选用规格，大幅降低整备质量。C.航空技术民用化，底盘车
9、架材料可能会采用铝镁合金材料，除能提高整车承载能力同时，大幅降低整车整备质量。（3）液压装置高位自卸车的液压系统,或进口或国产、或前顶式或中顶式,不同的生产厂家、不同的要求、不同的技术参数,导致了彼此价格差距比较大。由底盘厂和改装厂联合指定液压件的规格、形状、要求和技术参数,统一进行采购，这将成为高位自卸车未来发展的方向，但目前还没有这样的做法。1.2 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1-1。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1-1。为保证车厢的稳定性，
10、其最大后移量amax不得超过1.2a。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1-5。6) 举升和倾斜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。图1-4 自卸汽车数据简图图1-5 后厢门和车厢的相对位置表1-1 设计的整体尺寸要求车厢尺寸(LWH)SmaxaW(kg)LtHd4000200064018003805000300500第2章 设计方案的选择2.1高位自卸汽车工作过程针对
11、目前自卸汽车存在的不足，我们提出一些改进方案。我们将运用连杆机构和液压系统的组合，使汽车在卸货时，车厢首先比较平稳的上升一定高度，为了方便卸货车厢在举升过程中会逐步后移，而且在举升过程我们可以通过控制液压系统来控制车厢的举升高度，这样就可以使自卸汽车在任意高度停留卸货。最后在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开。卸货完毕后，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，自卸汽车回复到初始状态。其工作过程如图2-1。图2-1 汽车卸货流程2.2 方案选择流程高位自卸汽车的机构包括举升机构、翻转机构和后厢门开启机构。其中举升和翻转在机构合计中可以采取合适的结构同时实现这两种动作。车门机构相对独立。再设计过
12、程中可以采用分别对各种机构按其功能进行设计然后采用结构组合和联动实现机构的协调动作。在每种机构的设计过程中，采用设计多种可以实现要求动作的机构，然后在结构，加工工艺、功能、使用寿命等各方面进行分析比较，最终选出较好的机构。再对三种较好的机构组合设计，实现在自卸汽车的基础上完成高位自卸汽车设计。图2-2 方案选择流程2.3 举升机构设计可以有多个方案来实现车厢举升和后移运动。利用连杆机构实现车厢的举升，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。并不是每个机构都能符合这种高要求，下面列举出各种方案和它们的特点，选择比较恰当的机构。2.3.1 平行四边形举
13、升机构BEFCDA图2-3 平行四边形举升机构原理分析：如图2-3所示，ABCD刚好构成一个平行四边形机构，AD杆在液压缸EF的推动下，可以绕D点转动，BC杆绕C点转动，在整个转动过程中AB（即车厢）始终保持水平，从而实现了车厢平稳举升且逐渐后移的动作。优点：机构简单，易于加工，可靠性强。能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好。液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量。缺点： 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AD、BC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。2.3.2 剪式举升机构DECBA图2-4 剪式举升机构该机构采用长度相等的
14、AB和CD杆铰接于E点，C和D点处可以滑动。当液压缸作用时，可以实现设计车厢的升降和平移。由于A和B是固定铰点，在车厢举升时铰点E向右移动，该机构满足车厢举升的时候向后移动，以方便卸货。优点：结构简单、紧凑，能够协调举升和后移间存在的函数关系，同时该机构的受力状况良好。缺点：在车厢处于初始状态的时候液压缸和CD杆之间的传动角很小，开始的时候需要较大的工作动力，不利于液压缸的工作。刚举升到一定高度的时候AC或BD两点之间的距离变短，车厢容易失稳，尤其是再进行翻转车厢的工作时这种缺点表现更明显。2.3.3 双剪式举升机构图2-5 双剪式举升机构原理分析：如图2-5所示，GH代表车厢，机架代表车底座
15、。连杆AE、BD铰接于点C；DH、EG铰接于点F，滑块A与车底座形成移动副，滑块H和车厢形成移动副。在液压缸的推动下，滑块A向右移动，同时滑块H向左运动，双剪式机构向中间靠拢，由于杆长不变，使得车厢向上运动，且同时向右运动，这样就实现了车厢的举升动作。当A点向左移动时，实现相反的功能，车厢左端下降，整体下落。优点：在举升过程中能够保证车厢处于比较水平的状态，举升位置比较容易控制， 平稳性较高。缺点：结构复杂，成本较高，安装精度要求高，运动副多，铰链点的受力问题比较关键。2.3.4 平行四边形举升机构3142图2-6 平行四边形举升机构原理：当构件1逆时针摆动时，活塞杆2伸出，推动构件4顺时针转动，构件3逆时针转动，滑块左移，车厢平稳举升。当构件1顺时针转动时，活塞杆2伸出，推动构件3顺时针转动，滑块右移，构件4顺时针转动，车厢左端升起。
