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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
長安微型密封式垃圾車設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車工程系
專業(yè)班級： 車輛B07-6班
學(xué)生姓名： 李龍生
指導(dǎo)教師： 呂德剛
職 稱： 講 師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一一年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Changan miniature Sealed the garbageTruck's design
Candidate：Li Long sheng
Specialty：Cars and Traffic Engineering Institute
Class：B07-6
Supervisor：Lecturer Lv Degang
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著我國城鎮(zhèn)一體化建設(shè)速度的加快，城市規(guī)模的擴(kuò)大，人口數(shù)量的增多，城市生活垃圾也隨之日益增多，城市對垃圾運(yùn)輸車的需求將越來越大。據(jù)我國環(huán)衛(wèi)信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，目前我國城市垃圾年產(chǎn)量已達(dá)到1.4億噸，并以每年8%的速度增長。而與此同時(shí)，我國城市垃圾的搜集和運(yùn)輸能力明顯不足，環(huán)衛(wèi)車輛的保有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到建設(shè)部《城鎮(zhèn)環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》CJJ 27-2005規(guī)定的2.5輛/萬人配置標(biāo)準(zhǔn)要求。目前城鎮(zhèn)居民人口3.75億，若按配置標(biāo)準(zhǔn)要求，保有量缺口達(dá)40%，但現(xiàn)有車輛80%以上都在超負(fù)荷工作，滿足不了實(shí)際需要。由此，垃圾車的城市需求量每年都在13000輛以上，而且在逐年的遞增，課題所涉及的密封式垃圾車屬于新型專用汽車以其自身環(huán)保性好已經(jīng)在我國已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
文中介紹了微型密封式垃圾車的設(shè)計(jì)說明，敘述了在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題和解決方法，對于不同結(jié)構(gòu)的密封式垃圾車進(jìn)行比較，合理選用二類底盤，并設(shè)計(jì)了密封式車廂以及液壓舉升機(jī)構(gòu)，選用正確的液壓缸來保證舉升機(jī)構(gòu)正常行。
關(guān)鍵詞：微型密封式垃圾車；密封車廂；專用汽車；液壓舉升；自卸
46
ABSTRACT
With China's urban integration to speed up, and the expansion of city scale, population increase, city life rubbish also subsequently increasing and cities on the garbage truck needs will become greater and greater. According to China's environmental sanitation information nets statistical analysis and calculation of urban garbage, at present our country has reached 1.4 million tons annual, and with growing at 8 per cent a year. Meanwhile, China's urban garbage collection and transportation capacity is obviously deficiencies, sanitation vehicle quantities are far from reach construction ministry "urban environment, sanitation standards" CJJ 27-2005 2.5 car/million prescribed standards. Allocation Now urban population, if 375m according to standard requirements, quantities gap, but current vehicles a 40 percent more than 80% are overworked, cannot satisfy the actual needs. Thus, the city garbage every year in demand, and in more than 13,000 car increasing year by year, subject involves the sealed truck belongs to the new special vehicle to its own environmental protection in our country has good have widely application. This paper introduces the design of miniature sealed truck that describes in the design process on the problems and solutions, for different structure comparison, garbage sealed-bid rational selection, and design a second chassis sealed carriage and hydraulic lifting mechanism, choose the correct hydraulic cylinder to ensure the normal operation of lifting mechanism.
Keywords: Miniature Sealed Truck; Sealed Carriage; Special Vehicle; Hydraulic Lifter;Tipping
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1微型密封式垃圾車設(shè)計(jì)的意義和目的 1
1.1.1微型密封式垃圾車的設(shè)計(jì)意義 1
1.1.2微型密封式垃圾車的設(shè)計(jì)目的 1
1.2微型密封式垃圾車的研究現(xiàn)狀與發(fā)展 1
1.2.2微型密封式垃圾車的發(fā)展前景 1
1.3密封式垃圾車不同結(jié)構(gòu)形式的比較 2
1.4 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 2
第2章 長安微型密封式垃圾車的總體設(shè)計(jì) 4
2.1整車主要參數(shù)的確定 4
2.1.1尺寸參數(shù) 4
2.1.2二類底盤的選擇以及參數(shù)的確定 4
2.2 車廂的總體設(shè)計(jì)及質(zhì)量參數(shù)確定 5
2.2.1車廂的尺寸確定 5
2.2.2整車質(zhì)量參數(shù)確定 5
2.2.3車廂承載最大垃圾密度 6
2.3副車架的計(jì)算 6
2.3.1 縱梁彎曲應(yīng)力計(jì)算 6
2.3.2局部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算 8
2.3.3 車架扭轉(zhuǎn)時(shí)縱梁應(yīng)力計(jì)算 8
2.3.4 車架載荷分析 8
2.3.5車架彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 9
2.3.6 車架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算 12
第3章 液壓舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3.1 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路 16
3.2 初步設(shè)計(jì) 16
3.3舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式的分類及特點(diǎn) 16
3.4舉升機(jī)構(gòu)型式的分析與選擇 18
3.5舉升機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì) 18
3.5.1確定舉升安全系數(shù)確、定車箱的轉(zhuǎn)軸點(diǎn)、舉升點(diǎn) 18
3.5.2油缸安裝位置的選擇 19
3.5.3 車廂舉升點(diǎn)計(jì)算 19
3.5.4 最大舉升角的確定 20
3.5.5油缸總行程L的確定 20
3.5.6連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)計(jì)算 21
3.6 液壓缸的選擇 26
3.7 車廂加強(qiáng)設(shè)計(jì) 29
3.8 舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié) 29
第4章 取力器的選取 30
4.1 概述 30
4.2取力器的類型及其特點(diǎn) 30
4.3取力器的選取 31
4.4取力器的安裝方式 32
4.5取力器的輸出連接 32
第5章 整車性能分析 34
5.1 概述 34
5.2 汽車動力性能分析 34
5.2.1 基本參數(shù)確定 34
5.2.2 汽車的行駛方程式 35
5.2.3 汽車最高車速的確定 38
5.3燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算 40
5.4 整車軸荷分配計(jì)算 41
5.5 整車穩(wěn)定性分析 41
5.5.1 穩(wěn)定性分析內(nèi)容 41
5.5.2 空載質(zhì)心高度的計(jì)算 41
5.5.3 空載側(cè)傾角的計(jì)算及最小轉(zhuǎn)彎直徑的計(jì)算 41
5.6 小結(jié) 42
結(jié)論 44
參考文獻(xiàn) 45
致謝 47
附錄 48
第1章 緒 論
1.1微型密封式垃圾車設(shè)計(jì)的意義和目的
1.1.1微型密封式垃圾車的設(shè)計(jì)意義
垃圾處理工作是城市建設(shè)和管理的重要內(nèi)容，與人民生活密切相關(guān)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)衛(wèi)部門需處理的垃圾從數(shù)量到種類都日益增多。無疑，垃圾處理工作量將加大，這樣，垃圾處理的效率問題將是我們面對的一個(gè)重要問題。垃圾的處理包括垃圾的收集、運(yùn)輸及最終處理，其中垃圾運(yùn)輸是重要的一環(huán)，這不僅因?yàn)樗男手苯佑绊懻麄€(gè)垃圾處理工作的效率，而且如運(yùn)輸工具選擇不慎，會在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生泄漏、廢氣等污染，嚴(yán)重影響垃圾處理工作及城市環(huán)境。微型密封垃圾車由于結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，為完成上述工作創(chuàng)造了有利的條件。
1.1.2微型密封式垃圾車的設(shè)計(jì)目的
目前全國大多數(shù)中小城市的生活垃圾大都是散裝散運(yùn)，即使用普通自卸垃圾車的運(yùn)輸方式，其機(jī)械化程度低，人工勞動強(qiáng)度大，運(yùn)輸中的二次污染問題比較嚴(yán)重，垃圾體積大重量輕，運(yùn)輸效率低，需配備更多的車輛和人員，越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化城市發(fā)展的需求。所以，密封式垃圾車的設(shè)計(jì)目的就是能夠減輕環(huán)衛(wèi)工人勞動強(qiáng)度，改善勞動條件，解決垃圾在運(yùn)輸過程中的二次污染。
1.2微型密封式垃圾車的研究現(xiàn)狀與發(fā)展
我國目前有很多種類的垃圾車，例如自卸式垃圾車，壓縮式垃圾車，擺臂式垃圾車，但多數(shù)垃圾車并不具備密封功能，而且多數(shù)垃圾車較大，在垃圾運(yùn)輸中顯得比較笨拙，由于沒有良好的密封性，垃圾在運(yùn)輸過程中很容易造成二次污染。微型密封式垃圾車的設(shè)計(jì)在我國已開展很長時(shí)間了，我國很多廠家已經(jīng)開始自主研發(fā)和生產(chǎn)新型的垃圾車，例如長安密封式垃圾車，形式分為全密封式、上滑蓋式三種，采用液壓控制系統(tǒng)使操作變得十分方便，輕松卸下車廂內(nèi)垃圾，該車的特點(diǎn)是適合大量裝卸垃圾，適合人工或配合裝載機(jī)聯(lián)合作業(yè)，大量運(yùn)輸，同時(shí)充分提高了車輛的運(yùn)輸能力，密封性能好，可防止運(yùn)輸途中的二次污染，適用于城建、城市街道及大型廠礦部門運(yùn)載各種垃圾，亦可運(yùn)輸灰、砂、石、土等散裝建筑材料，也可以在礦山或煤礦中運(yùn)送礦石或煤。
1.2.2微型密封式垃圾車的發(fā)展前景
隨著科學(xué)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)也隨之壯大，原來笨重的汽車已不多見，現(xiàn)代人們都追求汽車的“迷你”也就是汽車的微型化，微型汽車較原來的汽車首先是車形上的改觀，微型汽車相比傳統(tǒng)汽車十分的小，同時(shí)賦予其容易使用的特點(diǎn)；其次是微型車的燃油經(jīng)濟(jì)性，相比傳統(tǒng)汽車，微型汽車耗油量小，燃油經(jīng)濟(jì)性能提高?，F(xiàn)在的人們經(jīng)濟(jì)水平大大提高，豐富的物質(zhì)生活導(dǎo)致了生活垃圾日益增多，如果不能及時(shí)處理就會導(dǎo)致環(huán)境污染危害人類，而垃圾需要遠(yuǎn)離城市集中處理，所以人們設(shè)計(jì)了垃圾車來運(yùn)輸垃圾，建立了垃圾處理點(diǎn)來處理垃圾，但是，這種傳統(tǒng)意義上的垃圾車只能起到運(yùn)輸垃圾的作用，在運(yùn)輸垃圾的過程中無法避免垃圾的外漏和飄散，鑒于這種情況，研發(fā)了密封式的垃圾車，有效地減少了垃圾運(yùn)輸過程中的二次污染，但是這種密封式垃圾車車型較大，使用不方便，所以現(xiàn)在需要一種微型密封式的垃圾車來取代傳統(tǒng)的密封式垃圾車，這種垃圾車整車質(zhì)量車身采用了輕量化設(shè)計(jì)，提高了中轉(zhuǎn)清運(yùn)垃圾的功能，具有一次裝載運(yùn)輸量大和密閉運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。液壓系統(tǒng)與車廂體聯(lián)接，安全可靠，并可防止垃圾飄散、異味及污水外溢所造成的城市及街道的二次污染，運(yùn)輸率高，成本低，而且該車具有自裝自卸功能，不需要專門的起重設(shè)備，能夠減輕環(huán)衛(wèi)工人勞動強(qiáng)度，改善勞動條件是城市生活垃圾運(yùn)輸?shù)淖罴堰x擇。是一種安全、節(jié)能、環(huán)保型垃圾專用運(yùn)輸車，具有較大的市場發(fā)展空間，而且對我國城市垃圾運(yùn)輸有著巨大的意義。
1.3密封式垃圾車不同結(jié)構(gòu)形式的比較
密封式垃圾車有多種結(jié)構(gòu)形式，常見的有：壓縮式垃圾車；擺臂式垃圾車；自卸式垃圾車。
下面分析不同結(jié)構(gòu)形式密封式垃圾車
①壓縮式垃圾車：這種垃圾車是裝備有液壓舉升機(jī)構(gòu)和尾部填塞器，能將垃圾自行裝入、轉(zhuǎn)運(yùn)和傾斜的專用自卸汽車，主要用于收集，轉(zhuǎn)運(yùn)袋裝生活垃圾。其特點(diǎn)為：能壓縮、破碎垃圾，增大裝載質(zhì)量。經(jīng)壓縮，可將密度為的生后垃圾壓縮到密度為。
②擺臂式垃圾車：該車裝備有可回轉(zhuǎn)的其中臂，車斗或集裝垃圾選調(diào)在起重?cái)[臂上，隨起重?cái)[臂回轉(zhuǎn)、起落，實(shí)現(xiàn)垃圾自裝自卸。其特點(diǎn)為：擺臂裝置可以使集裝垃圾箱與汽車的主體分離，實(shí)現(xiàn)垃圾箱的自裝卸；擺臂可以使車廂傾翻來自卸垃圾。
1.4 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
微型密封式垃圾車主要設(shè)計(jì)的是密封式車廂的結(jié)構(gòu)和液壓舉升機(jī)構(gòu)。其中，車廂的設(shè)計(jì)包括：車廂尺寸參數(shù)的確定、車廂材質(zhì)的選擇以及車廂內(nèi)壁的防腐處理。液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括：液壓缸的選擇、舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇、液壓油泵選擇、舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、整車性能分析。
第2章 長安微型密封式垃圾車的總體設(shè)計(jì)
2.1整車主要參數(shù)的確定
2.1.1尺寸參數(shù)
(1)外廓尺寸
外廓尺寸指的是整車的長、寬、高，由所選的汽車底盤及工作裝置決定，但最大尺寸需要滿足法規(guī)要求。在我國GB1589-93《汽車外廓尺寸的界限》中有明確的規(guī)定。我所設(shè)計(jì)的長安微型密封式垃圾車根據(jù)其底盤可知該車外形尺寸為：長3530mm，寬1450mm，高1740mm。
(2)軸距
軸距影響到車輛的總長，最小轉(zhuǎn)向直徑、縱向通過半徑、軸荷分配。綜合設(shè)計(jì)考慮微型密封式垃圾車軸距選用2000mm。
(3)輪距
輪距影響整車的總寬，橫向通過半徑、轉(zhuǎn)向時(shí)的通道寬度以及車輛的橫向穩(wěn)定性，所以輪距要與車寬相適應(yīng)，設(shè)計(jì)的微型密封式垃圾車了的輪距為1200mm左右。
(4)前、后懸
汽車的前、后懸直接影響汽車的接近角和離去角，一般要求在25°以上，最少不
小于20°。所設(shè)計(jì)汽車需滿足車輛接近角和軸荷分配的要求；后懸應(yīng)滿足車輛離去角和軸荷分配的要求。確定微型密封式垃圾車的前懸為805mm，后懸為715mm。
2.1.2二類底盤的選擇以及參數(shù)的確定
(1)底盤的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)要求的外形尺寸選用長安SC1016AA30F底盤作為密封式垃圾車的底盤。
(2)底盤參數(shù)
表一 底盤參數(shù)
類型
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
軸數(shù)
軸距
輪胎數(shù)
二類
GB-18352-2001
2
2000mm
4
整車外廓
規(guī)格
長
寬
高
SC1016AA30F
底盤參數(shù)
3500mm
1400mm
1715mm
汽車輪距
規(guī)格
前
后
總質(zhì)量
整備質(zhì)量
1215mm
1200mm
1390kg
565kg
前排乘客數(shù)
前懸
后懸
接近角
離去角
2
805mm
695mm
28.4
33
發(fā)動機(jī)型號
功率
最高車速
輪胎規(guī)格
彈簧片數(shù)
JL462Q3
29kw
94km/h
145R12LT
/5
2.2 車廂的總體設(shè)計(jì)及質(zhì)量參數(shù)確定
2.2.1車廂的尺寸確定
已知車廂的容積為2-3m3，根據(jù)外廓尺寸： 確定密封車廂的尺寸。同時(shí)，為了保證良好的密封性能確定密封車廂設(shè)計(jì)為矩形。初步確定車廂尺寸為長：2279mm：寬：1350mm：高：1027mm。
表二 車廂尺寸
車廂長度/mm
2279mm
車廂寬度/mm
1350mm
車廂高度/mm
1027mm
普通自卸車車廂多數(shù)為矩形，鋼板的厚度多為底8邊4前4后5(mm)由于所涉及的車廂為矩形，所以可選用廂頂與廂底厚度為8mm前端厚度為4mm，后端厚度為5mm。
(2.1)
車廂體積，規(guī)定車廂容積為，而滿足規(guī)定，故車廂尺寸滿足要求。
2.2.2整車質(zhì)量參數(shù)確定
自卸式垃圾車整車整備質(zhì)量是指裝備齊全、加夠燃料、液壓油和冷卻液的空車質(zhì)量。它一般是二類底盤整備質(zhì)量與改裝部分質(zhì)量的總和，是自卸式垃圾車總體設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一。
自卸式垃圾車總質(zhì)量是指裝備齊全，包括駕駛員，并按規(guī)定裝滿貨物的質(zhì)量。其值可按下式確定
(2.2)
式中—自卸式垃圾車總質(zhì)量(kg)；
—自卸式垃圾車整車整備質(zhì)量(kg)；
—裝載質(zhì)量(kg)；
—駕駛員質(zhì)量(kg)，按65kg／人計(jì)算。
自卸式垃圾車質(zhì)量利用系數(shù)是指裝載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量之比該系數(shù)是一項(xiàng)評價(jià)汽車設(shè)計(jì)、制造水平的綜合性指標(biāo)。因此，新車型設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)力求采用新工藝、新材料、新技術(shù)，不斷減輕汽車自身質(zhì)量，提高汽車性能。通常由二類貨車底盤改裝的自卸式垃圾車(<15t)質(zhì)量利用系數(shù)略低于原貨車的質(zhì)量利用系數(shù)，國產(chǎn)自卸式垃圾車的質(zhì)量利用系數(shù)1.O～1.5，國外自卸式垃圾車的質(zhì)量利用系數(shù)l.3～2.0。
自卸式垃圾車的質(zhì)心位置是指滿載或空載時(shí)整車質(zhì)量中心位置。自卸式垃圾車的質(zhì)心位置對使用性能(例如汽車的制動性、操縱穩(wěn)定性等)影響很大。因此，自卸式垃圾車總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使質(zhì)心位置接近原貨車的質(zhì)心位置。根據(jù)二類底盤SC1016AA30F的參數(shù)確定所設(shè)計(jì)的長安微型密封式垃圾車質(zhì)量參數(shù)為：
(2.3)
由表一知：ma=1390kg
即
又
即
即能裝載的最大質(zhì)量為945kg。
2.2.3車廂承載最大垃圾密度
上述計(jì)算說明車廂所能承載的最大質(zhì)量為945kg而在車廂設(shè)計(jì)中得知車廂體積3所以即車廂所能承載最大垃圾密度為315。
2.3副車架的計(jì)算
2.3.1 縱梁彎曲應(yīng)力計(jì)算
彎矩M可用彎矩差法或多邊形法求得。對于載重汽車，可假定空車簧上重量Gs均布在縱梁全長上，載重Ge均布在車箱中，空車時(shí)簧上負(fù)荷 (對4X2貨車可取=2)整備質(zhì)量。
圖2-1縱梁彎曲應(yīng)力
由上圖得：
(2.4)
(2.5)
a=625mm，b=800mm，=2800mm，L=4225mm，，，。
將已知量代入上式得：
=6744.4N
=1.24m
=7352.03N.m
2.3.2局部扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算
相鄰兩橫梁如果都同縱梁翼緣連接,扭矩T作用于該段縱梁的中點(diǎn),則在開口斷面梁中扇性應(yīng)力可按下式計(jì)算：
(2.6)
式中 Iw—扇性慣性矩；
W—扇性坐標(biāo)；
對于槽形斷面 ?
(2.7)
由材料力學(xué)表B-4熱軋槽鋼（GB/T-707-1988）查得
h=80mm,b=43mm,d=5.0mm,t=8.0mm
則mm
對于工字形斷面
2.3.3 車架扭轉(zhuǎn)時(shí)縱梁應(yīng)力計(jì)算
如橫梁同縱梁翼緣相連，則在節(jié)點(diǎn)附近，縱梁的扇性應(yīng)力：
(2.8)
式中 E—彈性模量，對低碳鋼和16Mn鋼：E=2.06；
—車架軸間扭角；
L—軸距；
節(jié)點(diǎn)間距；
a系數(shù)，當(dāng)kL=0時(shí)，a=6；kL=1~2時(shí)，a=5.25。
車架扭轉(zhuǎn)時(shí)，縱梁還將出現(xiàn)彎曲應(yīng)力，須和相加。
2.3.4 車架載荷分析
汽車靜止時(shí)，車架上只承受彈簧以上部分的載荷稱為靜載荷。汽車在行駛過程中，隨行駛條件(車速和路面情況)的變化，車架將主要承受對稱的垂直動載荷和斜對稱的動載荷。
①對稱的垂直動載荷：
這種載荷是當(dāng)汽車在平坦道路上以較高車速行駛時(shí)產(chǎn)生的，其值取決于作用在車架上的靜載荷及其在車架上的分布，還取決于靜載荷作用處的垂直加速度之值。這種動載荷會使車架產(chǎn)生彎曲變形。
②斜對稱的動載荷：
當(dāng)汽車在不平道路上行駛時(shí)，汽車的前后幾個(gè)車輪可能不在同一平面上，從而使車架連同車身一起歪斜，其值取決于道路不平坦的程度以及車身、車架和懸架的剛度。這種動載荷將會使車架產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。
由于汽車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用工況多變，除了上述兩種主要載荷的作用外，汽車車架上還承受其他的一些載荷。如汽車加速或制動時(shí)會導(dǎo)致車架前后載荷的重新分配；汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，慣性力將使車架受到側(cè)向力的作用。一般來說，車架主要損壞的疲勞裂紋起源于縱梁和橫梁邊緣處，然后向垂直于邊緣的方向擴(kuò)展。在縱梁上的裂紋將迅速發(fā)展乃至全部斷裂，而橫梁上出現(xiàn)的裂紋則往往不再繼續(xù)發(fā)展或擴(kuò)展得很緩慢。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料可知，車架的使用壽命主要取決于縱梁抗疲勞損傷的強(qiáng)度。因此，在評價(jià)車架的載荷性能時(shí)，主要應(yīng)著眼于縱梁。
2.3.5車架彎曲強(qiáng)度的計(jì)算
由于結(jié)構(gòu)的限制，車架必須滿足強(qiáng)度要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
① 受力分析
為簡化計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)做以下幾點(diǎn)假設(shè)：
1．縱梁為支撐在前后軸上的簡支梁
2．空車時(shí)簧載質(zhì)量均布在左、右縱梁的全長上．
3．所有作用力均通過截面的彎心(局部扭轉(zhuǎn)的影響忽略不計(jì))
其中=413mm,=910mm,=906mm,=885mm,=835mm,
所以
②彎矩的計(jì)算
總體設(shè)計(jì)中又知：車載質(zhì)量為=1500kg ，簧上整備質(zhì)量2000kg。
1．所以均布載荷集度q為：
圖2-2 車架載荷示圖
2．求支反力
由平衡方程得：
得：
把車架縱梁分為六段。如圖5-3所示：
圖2-3 縱梁分段受力示圖
當(dāng)時(shí)：
剪力
彎矩
當(dāng)時(shí)：
剪力
彎矩
當(dāng)時(shí)：
剪力
彎矩
1. 變載面處的剪力和彎矩：
當(dāng)時(shí)：
當(dāng)時(shí)：
當(dāng)時(shí)：
當(dāng)時(shí)：
當(dāng)時(shí)：
2. 求最大彎矩：
因?yàn)?，所以?dāng)Q=0時(shí)，彎矩最大
即，時(shí)，彎矩最大
3.強(qiáng)度驗(yàn)算：
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)車速約40 km／h時(shí)，汽車在對稱的垂直動載工況下，其最大彎矩約為靜載荷下的3(卵石路)～4.7(農(nóng)村土路)倍，同時(shí)，考慮到動載荷作用下，車架處于受疲勞應(yīng)力狀態(tài)，如取疲勞安全系數(shù)為1.15～1.4，可求得動載荷下的最大彎矩：
可用下式來校核縱梁的彎曲強(qiáng)度：
(2.9)
式中： —— 縱梁的彎曲強(qiáng)度
—— 抗彎模量
如圖可知區(qū)域載面形狀和載面特性，即抗彎截面系數(shù)為：
(2.10)
， (2.11)
比較車架全長上受力分析可知：
最大受力可能發(fā)生在最大彎矩處或變載面處，求兩點(diǎn)的受力值加以比較求出安全系數(shù)：
(2.12)
其中為材料的屈服應(yīng)力，取其值為345MPa
綜上所述：車架發(fā)生最大受力時(shí)，靜載安全系數(shù)不小于1.43， 按上式求得的彎曲應(yīng)力不超過縱梁材料的疲勞極限。
2.3.6 車架扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算
①受力分析：
簡化設(shè)計(jì)計(jì)算，假設(shè)牽引橫梁為一根前懸架梁，共有七根主橫梁，分別為前端橫梁，工具箱橫梁，三根方形橫梁，一根矩形橫梁和后端橫梁，間距分別為=413mm, =910mm, =906mm, =885mm, = 835mm, =280mm。反載荷均勻分布在縱
圖2-4 車架在反對稱載荷作用下的受扭情況簡圖
1—6為橫梁；a—e為縱梁的區(qū)段
圖2-4為車架在反對稱載荷作用下的受扭情況簡圖。作用在車架上的四個(gè)力R位于前后車輪軸線所在的橫向鉛垂平面內(nèi)。
②求最大扭矩
這時(shí)各橫梁的扭轉(zhuǎn)角相等。此外，縱橫梁單位長度的扭轉(zhuǎn)角亦相等。由于扭轉(zhuǎn)角與扭矩T，扭轉(zhuǎn)剛度存在以下關(guān)系：
(2.13)
式中：T——車架元件所受的扭矩，N·mm
L——車架元件的長度，mm
G——材料的剪切彈性模量，MPa
——車架元件橫斷面的極慣性矩，
因此，作用在車架元件上的扭矩與該元件的扭轉(zhuǎn)剛度成正比，故有
式中： ——橫梁1，2，…所受的扭矩；
——橫梁1，2，…橫斷面的極慣性矩；
——縱梁在1，2和1，2，…橫梁間所受的扭矩；
——縱梁在1，2和1，2，…橫梁間橫斷面的極慣性矩；
如果將車架由對稱平面處切開見圖5.8，則切掉的一半對尚存的一半的作用相當(dāng)于在切口橫斷面上作用著扭矩和橫向力。對最右邊的橫梁1取力矩的平衡方程式，則有：
(2.14)
由(5-11)式得：；；…
；；…
；…
將上式代入(2.12)，經(jīng)整理后得:
(2.15)
式中：n——橫梁數(shù)為6；
M——兩橫梁之間的縱梁區(qū)段數(shù)為5；
C——車架寬為860mm；
L——前后橋的距離為2800mm；
極慣性矩和抗扭截面系數(shù)
第3章 液壓舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 舉升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路
自卸車舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算涉及油泵、油缸、安裝位置、起始舉升角、最大舉升角、回落角、舉升機(jī)構(gòu)工作時(shí)間、油泵油缸液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的舉升力計(jì)算和車箱系統(tǒng)實(shí)際所需的舉升力計(jì)算。合理的設(shè)計(jì)與計(jì)算對提高自卸車的安全性、經(jīng)濟(jì)性是十分重要的。
本節(jié)擬就設(shè)計(jì)計(jì)算中的一些問題作些探討。
3.2初步設(shè)計(jì)
初步設(shè)計(jì)大致分以下幾個(gè)步驟:
1.根據(jù)車箱尺寸、裝載質(zhì)量，初步確定舉升系統(tǒng)在車架、車箱上的各支點(diǎn)。
2.根據(jù)舉升質(zhì)量初步確定油缸、油泵的規(guī)格型號。
3.通過計(jì)算驗(yàn)證所選用油缸、油泵以及各支點(diǎn)位置的合理性。
3.3舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式的分類及特點(diǎn)
自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)上,現(xiàn)在廣泛采用液壓舉升機(jī)構(gòu)。根據(jù)油缸與車廂底板的連接方式,常用的舉升機(jī)構(gòu)可以分為直接推動式和連桿組合式兩大類，下面對于這兩類形式進(jìn)行分析：
①直接推動式舉升機(jī)構(gòu)：
油缸直接作用在車廂底板上的舉升機(jī)構(gòu)稱為直接推動式舉升機(jī)構(gòu),簡稱直推式舉升機(jī)構(gòu)。按舉升點(diǎn)在車廂底板下表面的位置,該類舉升機(jī)構(gòu)又可分為油缸中置(圖1a)和油缸前置兩種型式。前者油缸支在車廂中部,油缸行程較小,油缸的舉升力較大,多采用雙缸雙柱式油缸。后者的油缸支在車廂前部,油缸的舉升力較小,油缸行程較大,一般用于重型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)上,油缸則通常采用多級伸縮油缸。
②連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)：
油缸與車廂底板之間通過連桿機(jī)構(gòu)相連接,此種舉升結(jié)構(gòu)稱之為連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)實(shí)踐表明,連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)具有很大的優(yōu)越性。近十幾年來,這種類型的舉升機(jī)構(gòu)發(fā)展較快,已出現(xiàn)了多種型式。根據(jù)油缸的安裝特點(diǎn),連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)又可分為油缸前推(后推)連桿放大式、油缸前推(后推)杠桿平衡式、油缸浮動等多種結(jié)構(gòu)型式。下面對所述連桿式舉升機(jī)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分析選?。?
⑴油缸前推連桿放大式(馬勒里式)舉升機(jī)構(gòu)：
該種舉升機(jī)構(gòu)通過三角板與車廂底板相連,車廂的舉升支點(diǎn)較靠近車廂的前部,故車廂受力狀況較好;當(dāng)達(dá)到最大舉升角度時(shí),油缸幾乎處于垂直狀態(tài),車廂上升到最高位置不易傾下,穩(wěn)定性好;油缸最大推力較小,油壓特性好。但整個(gè)機(jī)構(gòu)較龐大,油缸在舉升過程中的擺角較大,工作行程也較大。
⑵油缸前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)：
該種舉升機(jī)構(gòu)通過拉桿與車廂底板相連,舉升支點(diǎn)較靠近車廂的前部,故車廂受力狀況較好;初始時(shí)拉桿幾乎是垂直頂起車廂,因此機(jī)構(gòu)啟動性能好。但該機(jī)構(gòu)三角形連桿的幾何尺寸較大,結(jié)構(gòu)不緊湊;油缸擺角較大,工作行程較大,液壓管路不易布置。
⑶油缸后推連桿放大式(加伍德式)舉升機(jī)：
該種舉升機(jī)構(gòu)通過三角板與車底板相連推動車廂,啟動性能較好,并能承受較的偏置載荷;舉升支點(diǎn)在車廂幾何中心附近,車受力狀況較好。但該機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)較大,工作率較低。
⑷油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)：
該種舉升機(jī)構(gòu)的油缸下鉸點(diǎn)、三角板的固定鉸點(diǎn)、車廂翻轉(zhuǎn)鉸點(diǎn)幾乎均勻分布在副車架上,減少了車架后部的集中載荷;同時(shí),這種三點(diǎn)支承方式有利于改善機(jī)構(gòu)的整體橫向剛性。舉升過程中油缸擺角小,機(jī)構(gòu)的工作效率也較高,但機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)較大,使相同舉升質(zhì)量所需舉升力較其他舉升機(jī)構(gòu)大。
⑸油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu)：
該種機(jī)構(gòu)油缸的一端直接與車廂底板相連,另一端不是固定在車架上,而是可以隨著車廂的翻轉(zhuǎn)而運(yùn)動,故稱為油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)的拉桿也與車廂底板直接相連,舉升支點(diǎn)較靠近車廂的前部,故車廂受力狀況較好,工作效率較高。但該機(jī)構(gòu)幾何尺寸較大,結(jié)構(gòu)不緊湊;舉升過程中油缸擺角較大,使得液壓管路難于布置。連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)中,油缸后推式以結(jié)構(gòu)緊湊、油缸擺角小等特點(diǎn)優(yōu)于油缸前推式和油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu),而舉升力較大的缺點(diǎn)則可通過減小舉升質(zhì)量得到一定程度的彌補(bǔ),故較適合用于中、輕型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。例如,QDZ3130型7t級自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)上采用的油缸后推連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)就是一種較為典型的油缸后推式舉升機(jī)構(gòu)。該類舉升機(jī)構(gòu)中的另一種型式——油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)也適合用于中、輕型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。
3.4舉升機(jī)構(gòu)型式的分析與選擇
在上一章中已經(jīng)對直推式和連桿式液壓舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，通過分析可知油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)具有舉升力系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn),較適用于中、重型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu),如青島專用自卸車制造廠生產(chǎn)的9 t級QD362型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)就采用了油缸前推連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)。油缸前推式中的杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)也常用于10~20t級的自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu)具有油缸行程短,機(jī)構(gòu)效率高等優(yōu)點(diǎn),通常用于雙后橋重型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)的改裝。該機(jī)械現(xiàn)已用在斯太爾QDZ3320S型20t級自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)上。
連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)中,油缸后推式以結(jié)構(gòu)緊湊、油缸擺角小等特點(diǎn)優(yōu)于油缸前推式和油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu),而舉升力較大的缺點(diǎn)則可通過減小舉升質(zhì)量得到一定程度的彌補(bǔ),故較適合用于中、輕型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。例如, QDZ3130型7 t級自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)上采用的油缸后推連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)就是一種較為典型的油缸后推式舉升機(jī)構(gòu)。該類舉升機(jī)構(gòu)中的另一種型式——油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu)也適合用于中、輕型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。
從以上的分析可以看出,舉升機(jī)構(gòu)的每一種結(jié)構(gòu)型式都各有利弊。在具體設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)因車制宜,合理選用。直推式舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,較易于設(shè)計(jì)。但由于是油缸直接頂起車廂,為了達(dá)到一定的舉升角度,往往需采用多級油缸,而為了提高整車的穩(wěn)定性,又常采用雙油缸結(jié)構(gòu)。這樣易導(dǎo)致油缸泄漏或雙缸不同步,進(jìn)而造成車廂舉升受力不均。目前,該類舉升機(jī)構(gòu)主要用于重型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。故本設(shè)計(jì)中采用連桿式舉升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)。通過上述分析比較,可見:
1.直推式舉升機(jī)構(gòu)主要用于重型或有側(cè)傾要求的自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。
2.油缸前推式舉升機(jī)構(gòu)通常用于中、重型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。
3.油缸后推式舉升機(jī)構(gòu)適合用于中、輕型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。
4.油缸浮動式舉升機(jī)構(gòu)通常用于重型自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)。
在選擇舉升機(jī)構(gòu)時(shí),應(yīng)從裝載質(zhì)量、油缸行程、機(jī)構(gòu)效率、管路的布置以及經(jīng)濟(jì)效益等各方面綜合考慮,采用合適的舉升機(jī)構(gòu),最大限度地提高自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)的工作性能。
3.5具體設(shè)計(jì)過程
3.5.1確定舉升安全系數(shù)確、定車箱的轉(zhuǎn)軸點(diǎn)、舉升點(diǎn)
自卸車設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到最惡劣的裝卸條件，因有些物質(zhì)的安息角在靜止或運(yùn)動情況下都大于450，舉升安全系數(shù)應(yīng)在裝載質(zhì)量的3倍以上，即舉升安全系數(shù)應(yīng)大于3。
車廂的轉(zhuǎn)軸點(diǎn)、舉升點(diǎn)必須處在一個(gè)合理的位置，以確保在舉升過程和運(yùn)輸途中安全平穩(wěn)，一般的選擇如下圖所示(特殊型自卸車除外)。
圖3.5.1
3.5.2油缸安裝位置的選擇
油泵的選擇要能滿足在規(guī)定的時(shí)間液壓油充滿油缸體積和達(dá)到油缸支承質(zhì)壓力，但不能超過油缸額定理論推力。安裝位置主要指油缸安裝點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸位置，如圖3.5.2所示
圖3.5.2
圖中h的確定就是所提的安裝位置的確定又牽涉最大舉升角、起始舉升角,止回落角(具體計(jì)算參看后面的計(jì)算方法)。
3.5.3車箱舉升支點(diǎn)計(jì)算
車箱自身質(zhì)量和裝載質(zhì)量均勻，舉及其力如圖所示，為轉(zhuǎn)軸支耳焊接于底板骨架上。由圖3.5.3可以看出:
G總=G自+G載 (3.1)
圖3.5.3
式中:G總為總的舉升力，N
G自為車箱自身質(zhì)量，kg
G載—裝載質(zhì)量，kg
根據(jù)杠桿原理所得，距離越短，舉升力越大。油缸選擇長度可縮短，但初舉升和舉升過程中不穩(wěn)定，選擇5/8L左右的距離值較為合適，可作為設(shè)計(jì)中參考，后以計(jì)算為準(zhǔn)。
3.5.4最大舉升角的確定
確定車廂最大舉升角的依據(jù)是傾卸貨物的安息角。常見貨物的安息角如表所列:
常見貨物的安息角
物料
煤
焦炭
鐵礦石
細(xì)砂
安息角
27°～45°
50°
40°～45°
30°～45°
物料
粗砂
石灰石
粘土
水泥
安息角
50°
40°～45°
50°
40°～50°
設(shè)計(jì)時(shí)要滿足車廂的最大舉升角大于貨物安息角，才能保證把車廂內(nèi)的貨物卸凈。此外，在最大舉升角。時(shí)，車廂后欄板與地面須保持一定的間距H，為了避免車廂傾卸時(shí)與底盤縱梁后端發(fā)生運(yùn)動干涉，故必須大于零。設(shè)計(jì)時(shí)，自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)車廂最大舉升角可在50°～60°之間選取。對于本設(shè)計(jì)中的自卸車，在這里可以參照普通自卸車的最大舉升角選取其最大舉升角為50°。
3.5.5油缸總行程L的確定
總行程L應(yīng)滿足最大舉升角的設(shè)計(jì)要求。總行程L可以根據(jù)余弦定理解出。即：
(3.2)
根據(jù)油缸總行程L進(jìn)而求的或選定伸縮油缸的單節(jié)伸縮工作行程l或伸縮油缸的節(jié)數(shù)n，通常個(gè)單節(jié)工作行程是相等的。油缸總行程L或伸縮油缸的節(jié)數(shù)n可參照同類油缸單節(jié)伸縮工作行程的大小、同時(shí)考慮伸縮油缸產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化以及總部置所允許油缸占用的空間等因數(shù)來確定或選取油缸的型號。
本設(shè)計(jì)中為16870.5㎜
為1987.5㎜
為55°
將上述設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得L=1716.8㎜，現(xiàn)初步選定單節(jié)伸縮工作行程為429㎜。
3.5.6連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)計(jì)算
在3.3中已知連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩種主要結(jié)構(gòu)形式為后推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)和前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。
后推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)又稱D式(或稱加伍德式)舉升機(jī)構(gòu)。它具有后鉸支軸反力較小、舉升力系數(shù)大、活塞行程短、舉升臂放大系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)又稱T式(或稱馬勒里式)舉升機(jī)構(gòu)。它具有省力、液壓缸最大推力較小、油壓特性好、液壓系統(tǒng)壓力p隨舉升角變化平緩等優(yōu)點(diǎn)。但是，它也有液壓缸擺角大、液壓缸行程大等缺點(diǎn)。
對裝載質(zhì)量4～8t的自卸式垃圾車，通常采用后推連桿組臺式舉升機(jī)構(gòu)；而裝載質(zhì)量為10～20t的自卸式垃圾車，則多采用前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。由于后推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)與前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法和過程相同，因此這里僅以前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)為倒介紹連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合一個(gè)具體實(shí)例，給出每一步參數(shù)的選擇范圍，所設(shè)計(jì)的自卸車的主要技術(shù)參數(shù)在第二章中所示。
前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)及工作原理如圖1、圖2所示。該機(jī)構(gòu)主要由舉升液壓缸EB、拉桿AD和三角臂ABC構(gòu)成。點(diǎn)O是車廂與副粱的鉸接點(diǎn)。工作時(shí)液壓缸充油，使液壓缸EB伸長，三角臂ABC和拉桿AD隨著轉(zhuǎn)動并升高，舉升車廂，使其繞點(diǎn)0傾翻；貨物卸完后，車廂靠自重復(fù)位。舉引機(jī)構(gòu)在初始位置所占據(jù)的空間愈小愈好，以保證機(jī)構(gòu)緊湊，各構(gòu)件不發(fā)生運(yùn)動干涉，可協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖1 前推連桿組臺式舉升機(jī)構(gòu)
1-三角臂2-液壓缸3-拉桿
圖2前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)工作原理
前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)計(jì)算分為兩個(gè)步驟:
第一步：用作圖法初選各鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)以及各構(gòu)件的幾何尺寸。
(1)車廂與副車架鉸支點(diǎn)0的確定
車廂后鉸支點(diǎn)O應(yīng)盡量靠近車架大梁的尾端。已知車廂副梁高180mm，長1135mm，兼顧結(jié)構(gòu)安排空間，取水平方向離車廂副梁尾端200mm、垂直方向離副梁下沿90mm處作為車廂后鉸支點(diǎn)，并以車廂后鉸支點(diǎn)作為連桿運(yùn)動的坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)。軸平行于副梁的上平面，指向汽車前方。
(2)車廂放平時(shí)舉升機(jī)構(gòu)與車廂前鉸支點(diǎn)的確定
車廂前鉸支點(diǎn)的坐標(biāo)可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。式中，為液壓缸最大工作行程，參考同類車型液壓缸型號，初選液壓缸自由長度=600mm，最大有效工作行程= 240mm, 為車廂最大舉升角，根據(jù)車廂傾卸動作要求和所運(yùn)物料的安息角，選?。籖為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)尺寸選取=175因此:
，考慮結(jié)構(gòu)安排，。
點(diǎn)的垂直方向應(yīng)盡量靠近車廂底面，充分利用車廂底部空間，減少液壓缸下支點(diǎn)沉入副粱中的深度。確定距車廂底扳的距離為83mm，已知底板縱粱商180mm，因此點(diǎn)坐標(biāo)為(840,184)。
(3)液壓缸與副梁鉸支點(diǎn)E的確定
由于液壓缸具有相當(dāng)大的尺寸，以及開始舉升時(shí)，為減少液壓缸的工作壓力，液壓缸必須具有一定數(shù)值的傾斜角，因此，E點(diǎn)相對O點(diǎn)的垂直距離由結(jié)構(gòu)允許的最小值確定，=-14mm。E點(diǎn)z軸坐標(biāo)由經(jīng)驗(yàn)公式求得：
根據(jù)結(jié)構(gòu)安排，令為892，則E點(diǎn)坐標(biāo)為(892，-14)。
(4)車廂放平時(shí)三角臂中支點(diǎn)坐標(biāo)和長度的確定
點(diǎn)即液壓缸上支點(diǎn)。車廂放平時(shí)，點(diǎn)應(yīng)盡量靠近車廂底面，要充分利用上部空間，從而減少液壓缸下支點(diǎn)E沉入副梁中的深度。過點(diǎn)作線，使該線與軸夾角。為結(jié)構(gòu)允許的拉桿與副車架鉸支點(diǎn)D的最高位置，一般>0。取=175mm。再以E為圓心，為半徑畫孤交線于點(diǎn)。連，即為液壓缸中心線在舉升角時(shí)的位置。點(diǎn)坐標(biāo)為(3530，94)，。
(5)車廂放平時(shí)拉桿與三角臂鉸接點(diǎn)的確定
連接，并將繞點(diǎn)向上轉(zhuǎn)50°角轉(zhuǎn)到點(diǎn)。以為圓心，為半徑畫弧，再以E為圓心，以液壓缸自由長度與最大有效工作行程之和為半徑畫弧，兩弧交于B點(diǎn)，連接EB和BC，作,一般(6°～8°)，又以為頂點(diǎn)，為邊，作，根據(jù)結(jié)構(gòu)允許尺寸，取，連接，，由此確定點(diǎn)的坐標(biāo)為(3615，-152)，即和分別為和時(shí)三角架所處的位置。
(6)拉桿與副梁鉸接點(diǎn)D及拉桿長度的確定
已知所作的垂直平分線交線于D點(diǎn)，調(diào)整D點(diǎn)位置使為整數(shù)，最后確定D點(diǎn)坐標(biāo)為(2170，75)。拉桿長度=1480mm。
用作圖法初選出各鉸支點(diǎn)位置后，需要對不同舉升角作運(yùn)動軌跡校核。如果出現(xiàn)點(diǎn)至車廂底板距離小于點(diǎn)至車廂底板距離的情況，則應(yīng)加大線與軸平行線的夾角的數(shù)值，重新計(jì)算各鉸支點(diǎn)參數(shù)值。
第二步：令自變量在0～之間變化，將作圖法的結(jié)果代入并用解析法解出一系列液壓缸推力和拉桿的拉力，然后進(jìn)行比較，選取最大液壓缸推力和拉桿的拉力作為設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)壓力和拉桿強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)，如圖3所示，坐標(biāo)原點(diǎn)0點(diǎn)為車廂后鉸支點(diǎn)。點(diǎn)、、、為舉升角為零度時(shí)三角臂三頂點(diǎn)及液壓缸下鉸支點(diǎn)的位置，它們的坐標(biāo)值已由第一步得出；點(diǎn)、、為舉升角為任意角時(shí)的三角臂三頂點(diǎn)。D是拉桿AD的后鉸支點(diǎn)。其坐標(biāo)值也由第一步得出。為為零度車廂滿載時(shí)質(zhì)心，根據(jù)自卸車結(jié)構(gòu)參數(shù)，可得坐標(biāo)(1664，879)。
圖3前推連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)的受力分析
當(dāng)舉升角為時(shí)，點(diǎn)(三角臂與車廂底部鉸支點(diǎn))坐標(biāo)和為：
當(dāng)舉升角為時(shí)，A點(diǎn)坐標(biāo)值和為：
當(dāng)舉升角為時(shí)，點(diǎn)坐標(biāo)值和為：
當(dāng)舉升角為任意角時(shí)，舉升質(zhì)量質(zhì)心G點(diǎn)坐標(biāo)和為：
考慮到機(jī)構(gòu)在初始位置時(shí)車廂內(nèi)貨物最多，阻力矩也最大，車廂啟動時(shí)又有慣性阻力作用，此時(shí)液壓缸推力較大。因此，下面以初始位置為例對液壓缸推力和拉桿掙力的計(jì)算過程進(jìn)行分析
在舉升角=0°時(shí)，直線和直線的方程分別為
(3.3)
(3.4)
和交點(diǎn)的坐標(biāo)可以通過聯(lián)立求解式(4-15)和式(4-16)求解，即得=2821,=28。
在舉升角=0°時(shí)，點(diǎn)O至直線的距離為
(3.5)
取車廂作為分離體，根據(jù)力矩平衡得
式中——被舉升的重力(N)；
——作用在直線方向的力(N)。
在舉升角=0°時(shí)，點(diǎn)至直線的距離為
在舉升角=0°時(shí)，點(diǎn)至直線的距離為
取三角臂為分離體，根據(jù)力矩平衡，得
式中，——對應(yīng)任意舉升角=0°時(shí)的液壓缸推力(N)。
在舉升角=0°時(shí),點(diǎn)至直線的距離為
在舉升角=0°時(shí)，點(diǎn)至直線的距離為:
取三角臂為分離體，根據(jù)力矩平衡，得:
3.6液壓缸的選擇
自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)用多級液壓缸有TG、TMG和TSG三個(gè)系列。其中TG系列為單位用式、TMG系列為末級雙作用式、TSG系列為雙作用式多級液壓缸。適用于工程及礦山用自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)和特種車輛車廂的后卸、側(cè)卸和三向卸。
（1）型號說明
4 TG-E 150×1500 EQ
①② ③ ④ ⑤ ⑥
①伸出級數(shù)：4級
②液壓缸型式
TG----單作用式多級液壓缸
TMG----末級雙作用式多級液壓缸
TSG----雙作用式多級液壓缸
③壓力級 E---16Mpa
④伸出套筒最大外徑（mm）
⑤總行程（mm）
⑥安裝方式EQ----上端球鉸，下端耳環(huán)；EE----兩端耳環(huán)；QQ----兩端球鉸；ZQ----上端秋鉸，中部耳軸。
(2)性能參數(shù)
多級液壓缸的套筒(柱塞)外徑分別為60,80,100,120,150,180和210mm共七種；伸出級數(shù)為2～6級；單級行程125～1500mm共16個(gè)行程等級(符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB2349-80)額定壓力16Mpa。
TG系列多級液壓缸性能參數(shù)
型號
級數(shù)
單級行程
總行程
安裝中心距范圍
全伸后中心距
*TG-E*×*QQ
3
300～500
900～1500
525～740
1425～2240
*TG-E*×*EE
2～5
160～300
320～1500
340～495
660 ～1990
2～6
750～1500
1400～7200
1040～1950
2440～9150
3
400～630
1200～1890
670～940
1870～2830
2～6
700～1500
1400～7200
1060～1980
2460～9180
*TG-E*×*ZQ
2～5
160～300
320～1500
125～160
445～1660
*TG-E*×*EQ
2～6
700～1500
1400～7200
1050～1960
2450～9160
*TG-E*×*QQ
3
300～630
900～1890
650～1010
1550～2900
*TG-E*×*EE
2～3
400～800
800～2400
760～1350
1560～3750
根據(jù)上表選定液壓缸為3TG-1170-EE,該液壓缸全伸夠中心距為1700 mm，安裝中心距為530.其三級行程分別為400 mm、385 mm、385 mm。
油缸舉升力P的確定自卸車的油缸舉升力必須保證最大舉升質(zhì)量時(shí)所需的舉升力矩。
油缸推力P對貨箱翻轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的舉升力矩Mp與舉升總質(zhì)量m對翻轉(zhuǎn)中心的阻力矩Mw應(yīng)取得平衡。即：
(3.6)
則油缸舉升力矩：
(3.7)
而最大舉升阻力矩：
(3.8)
故油缸舉升力：
(3.9)
式中： ----舉升總質(zhì)量，為最大裝載質(zhì)量和貨箱之和
----質(zhì)心至翻轉(zhuǎn)中心的水平坐標(biāo)
----油缸中心與底座的夾角，在舉升過程中它為變量，因此油缸舉升力也隨之成為變量。
上述質(zhì)心至翻轉(zhuǎn)軸中心的水平坐標(biāo)是歲車廂舉升角變化而變化的函數(shù)。實(shí)際上，在舉升開始階段由于各鉸鏈支點(diǎn)靜摩擦力矩較大，所以車廂的最大阻力矩發(fā)生在車廂即將被舉起時(shí)刻，為最大值，此時(shí)的P為最大值。
對直推式舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，還應(yīng)考慮力矩比，即當(dāng)任意一節(jié)伸縮油缸套筒將要伸出時(shí)，舉伸機(jī)構(gòu)提供的舉伸力矩與阻力矩之比。
油缸直徑的確定：
油缸推力與第一節(jié)油缸直徑的關(guān)系為：
(3.10)
式中：p----液壓系統(tǒng)工作壓力，Mpa
本設(shè)計(jì)中液壓工作系統(tǒng)的壓力為10 Mpa。
可求得第一節(jié)油缸的最小直徑：
(3.11)
(3.12)
按上式計(jì)算出各級油缸的最小直徑和各界油缸的舉升力。
在本設(shè)計(jì)中，，再結(jié)合上述表格的標(biāo)準(zhǔn)，代入上述公式計(jì)算可以得到三節(jié)的油缸直徑分別為100 mm、80 mm、60 mm。各級推力分別為： 。
3.7 車廂加強(qiáng)及鉸鏈機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，往往把車廂設(shè)計(jì)成裝有加強(qiáng)筋的鋼板式結(jié)構(gòu)，車廂是用于裝載和傾卸貨物。它一般是由前欄板、左右側(cè)欄板，典型后傾式車廂結(jié)構(gòu)的底板橫剖面呈矩形。為避免裝載時(shí)物料下落碰壞駕駛室頂孟，通常在車廂前欄板加做向上前方延伸的防護(hù)擋板；車廂底板固定在車廂底架之上，車廂的側(cè)欄板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋以保證車廂的牢固。座的結(jié)構(gòu)形式鉸鏈座的底板有6個(gè)為M13的螺栓孔，底板的厚度為10毫米，兩側(cè)支座的高度為78毫米，厚和寬分別為20、32毫米?？讖降臉?biāo)準(zhǔn)與銷的直徑相符合。銷的結(jié)構(gòu)和尺寸都是由機(jī)械手冊查得，均有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
3.8舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)
舉升機(jī)構(gòu)是自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)的重要工作系統(tǒng)之一,其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)的使用性能。隨著自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展,舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式也不斷增多。若能將不同類型的舉升機(jī)構(gòu)其各自的特點(diǎn)配備到與之相適應(yīng)的自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)則無論是自動倒泄垃圾結(jié)構(gòu)的工作性能,還是舉升機(jī)構(gòu)的使用效率,都會得到很大的改善。
第4章 取力器的選取