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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1選題背景、研究目的及意義
隨著現(xiàn)代物流業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的運(yùn)輸量迅速增長，貨物的裝卸量和頻率也隨之加大。對于大噸位的廂式載貨汽車而言，由于車廂地板離地較高,且貨物質(zhì)量較大，裝卸困難,特別是在單人操作時(shí)，貨物裝卸很不方便，工作效率低?；诖?，許多廂式載貨汽車裝有舉升欄板。
起重欄板可大幅度提高運(yùn)輸及裝卸效率, 減輕操作人勞動(dòng)強(qiáng)度, 廣泛用于郵政、金融、石化、商業(yè)、制造等行業(yè)[1]。
欄板起重運(yùn)輸汽車是在普通載貨汽車基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。載貨汽車最初都是完全人力化裝運(yùn)，即完全靠人的肩扛手抬，費(fèi)事費(fèi)力、勞動(dòng)效率低下、危險(xiǎn)性高、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大 ,即使如此，但對于較少貨運(yùn)量來說也是能夠承受的。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康的發(fā)展，物流量成倍的增長，再加上各類型公路的建設(shè)速度加快，公路貨運(yùn)發(fā)展得到迅猛的增長，專業(yè)運(yùn)輸單位和個(gè)體運(yùn)輸經(jīng)營者如雨后春筍般地多了起來。很多公司都有了自己的運(yùn)輸車隊(duì)，僅靠手工作業(yè)，不能充分發(fā)揮車輛的效能以提高企業(yè)效率。同時(shí)由于汽車運(yùn)輸量成倍增長，貨物的裝卸量和頻率也隨之加大。對于大噸位的廂式載貨汽車而言，由于車廂地板離地較高，且貨物質(zhì)量較大，裝卸困難，特別是在單人操作時(shí)，貨物裝卸很不方便，工作效率很低?？梢?，實(shí)現(xiàn)貨車裝運(yùn)的機(jī)械化是勢在必行的，為此需設(shè)計(jì)一種可實(shí)現(xiàn)自起重裝卸功能的專用載貨汽車——側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車，僅利用一套側(cè)欄板起重裝置就可以實(shí)現(xiàn)貨物的機(jī)械化裝運(yùn)，從而大幅度能提高運(yùn)輸和裝卸效率，減輕人的工作強(qiáng)度[2～4]。
1.2側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車國內(nèi)外研究概況
欄板起重裝置的發(fā)展, 在國外大體上可分為四個(gè)時(shí)期。第一代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀(jì)30 年代末, 其特點(diǎn)主要是單缸舉升, 而欄板翻轉(zhuǎn)靠手動(dòng), 起升質(zhì)量為500kg左右, 欄板(又稱載物平臺(tái)) 觸地傾角9°～10°。目前, 這種產(chǎn)品在東南亞、日本仍在使用, 20世紀(jì)90年代, 還在美國得到了新的發(fā)展。第二代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代初的歐洲市場, 在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了翻轉(zhuǎn)關(guān)門油缸。舉升與翻轉(zhuǎn)分別由二個(gè)獨(dú)立油缸實(shí)現(xiàn)。最常見的是四只油缸的型式, 也有雙缸的。起升質(zhì)量在500kg以上, 載物平臺(tái)觸地傾角10°, 翻轉(zhuǎn)動(dòng)作憑操作者經(jīng)驗(yàn)控制。該種產(chǎn)品目前主要用于美洲及東南亞地區(qū)。第三代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代末的歐洲市場, 是在第二代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加第五只油缸。這只油缸在液壓系統(tǒng)中主要起相對位置的記憶功能, 使載物平臺(tái)觸地、離地的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作不再由操作者控制而由液壓系統(tǒng)本身控制, 從而使升降過程相對平穩(wěn)與安全。觸地傾角一般為8°～10°。若兼作廂門用, 因平臺(tái)尺寸增大, 傾角也可能小于8°。目前該類產(chǎn)品普遍用于歐美地區(qū)。第四代產(chǎn)品產(chǎn)生于29世紀(jì)90年代初, 其液壓系統(tǒng)及功能原理同第三代產(chǎn)品, 只增加了記憶油缸的尺寸, 使記憶動(dòng)作的范圍進(jìn)一步增大。它不同于第三代產(chǎn)品的關(guān)鍵在于其載物平臺(tái)增加特殊結(jié)構(gòu), 由一體改為兩體活動(dòng)聯(lián)接, 使平臺(tái)觸地后不僅能自動(dòng)翻轉(zhuǎn), 而且有一個(gè)下沉的動(dòng)作, 使觸地傾角達(dá)到6°, 甚至在6°以下。目前該產(chǎn)品在荷蘭、南斯拉夫和中國已申請了實(shí)用新型發(fā)明專利。國內(nèi)已有定型產(chǎn)品投放市場。從操作性能、安全可靠性等使用效果上, 第四代產(chǎn)品將逐漸取代了第二、三代產(chǎn)品。而第一代產(chǎn)品,由于其結(jié)構(gòu)簡單, 重量輕, 雖然技術(shù)含量低, 但具有便于維修等優(yōu)點(diǎn)在發(fā)展中國家將仍有一定的市場。
欄板起重裝置在國內(nèi)的發(fā)展只是近二十幾年的事情。1985年原郵電部從日本進(jìn)口了一批裝有欄板起重裝置的廂式車。此后, 由漢陽專用汽車研究所、湖北汽車配件廠和郵電部明水通信機(jī)械廠三家合作進(jìn)行了國產(chǎn)化研制開發(fā), 歷時(shí)兩年多, 卻因多種原因而未能投入使用。1988年初, 郵電部明水通信機(jī)械廠組織技術(shù)人員, 繼續(xù)研制。在北京市郵政局的大力協(xié)助下, 經(jīng)過近四年的努力, 產(chǎn)品質(zhì)量日漸趨于穩(wěn)定。國產(chǎn)化產(chǎn)品早期用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。1992年實(shí)現(xiàn)以汽車蓄電池作為液壓泵站的驅(qū)動(dòng)力。1992年以后, 欄板起重裝置因國內(nèi)廂式車的發(fā)展而開始發(fā)展起來, 技術(shù)水平也逐漸向國際靠近。據(jù)目前了解的情況, 國內(nèi)生產(chǎn)欄板起重裝置的企業(yè)包括明水郵電通信設(shè)備廠等至少有5 家, 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式有單缸、四缸、五缸及20世紀(jì)90年代初的美國技術(shù)及最新型的五缸技術(shù)。盡管在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式上, 國際上的四代產(chǎn)品均在國內(nèi)都有生產(chǎn), 但就其發(fā)展而言, 仍處于起步階段。國內(nèi)市場的擴(kuò)展, 還需要時(shí)間與機(jī)遇。從時(shí)間上講可能不會(huì)太久, 從品種上講, 短時(shí)期內(nèi)將仍是以多種型式并存, 但最終可能是單缸產(chǎn)品和五缸產(chǎn)品為主[3]。
1.3側(cè)欄板起重運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展方向與前景
傳統(tǒng)的欄板起重車大多數(shù)只是局限于尾板起重，使得欄板起重車的應(yīng)用范圍不夠廣泛，環(huán)保意識的增強(qiáng)，對起重車的要求也越來越高?，F(xiàn)代車輛的裝備技術(shù)必需與生態(tài)型、現(xiàn)代化國際大都市發(fā)展相適應(yīng)，具有國際先進(jìn)、技術(shù)創(chuàng)新的裝備特征,必需從滿足單一的普通作業(yè)需求，向滿足文明作業(yè)、環(huán)境保護(hù)、質(zhì)量監(jiān)管、城市容貌等作業(yè)和管理需求方向發(fā)展。這些特征如下。
（1）集成化
即從一般的機(jī)械化向裝備技術(shù)集成方向發(fā)展，這是集成化的技術(shù)基礎(chǔ)；從單一功能的設(shè)備向裝備系統(tǒng)集成方向發(fā)展，這是集成化的形態(tài)體現(xiàn)。
（2）環(huán)保化
現(xiàn)代化城市的起重車輛，將從只滿足基本作業(yè)功能需求向滿足環(huán)保作業(yè)功能需求的方向發(fā)展。通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品改進(jìn)、功能完善，提高產(chǎn)品在控制污水、揚(yáng)塵、噪聲、廢氣等污染方面的性能。
（3）人性化
車輛的人性化是體現(xiàn)現(xiàn)代文明社會(huì)以人為本的理念，分別反映在操作人員工作環(huán)境和作業(yè)過程中對周圍環(huán)境和人們的影響二個(gè)方面。
在操作人員工作環(huán)境方面，將以提高駕駛操作的舒適性，減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度為發(fā)展目標(biāo)，使駕駛、作業(yè)人員的工作環(huán)境得到改善和提高。
以上特征要求也正是欄板起重的發(fā)展和努力優(yōu)化的方向。
1.4本設(shè)計(jì)的目標(biāo)和主要內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車的后欄板起重裝置采用的各種方案進(jìn)行比較分析，并分別列出各方案的優(yōu)劣點(diǎn)，以便選擇最合適方案。
本次的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種裝載質(zhì)量為10t的側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車，其性能參數(shù)與原載貨車接近。側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車是裝備有欄板起重裝置的載貨汽車，因此本設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容是：二類底盤的選擇；整車的整體布置；欄板起重裝置的選型、設(shè)計(jì)、計(jì)算；液壓裝置的選型、設(shè)計(jì)、計(jì)算；整車性能計(jì)算分析。
主要解決的問題有：
（1）正確進(jìn)行二類底盤的選擇、主要參數(shù)數(shù)據(jù)齊備、進(jìn)行二類底盤選型分析、產(chǎn)生具有實(shí)踐意義的選型總結(jié)；
（2）進(jìn)行車輛的總體布置，用總布置草圖表達(dá)主要底盤部件的改動(dòng)和重要工作裝置的布置；
（3）進(jìn)行起重裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)，在正確計(jì)算的基礎(chǔ)上，完成部部件設(shè)計(jì)選型，要求工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高；
（4）進(jìn)行液壓裝置設(shè)計(jì)計(jì)算選型；
（5）分析整車改裝設(shè)計(jì)后的主要性能。
第2章 側(cè)欄板起重汽車方案設(shè)計(jì)與分析
2.1側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車的結(jié)構(gòu)
2.1.1側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車的概念
側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車一般是由附加的起重欄板為起重裝置，并利用汽車的動(dòng)力源，用液壓驅(qū)動(dòng)欄板進(jìn)行升降，達(dá)到自裝卸貨物的目的。
2.1.2側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車的分類
側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車按欄板起重裝置的動(dòng)力源分可分為發(fā)動(dòng)機(jī)式和蓄電池式。前者通過取力器，利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)欄板起重裝置工作；后者則依靠車載蓄電池向欄板起重裝置提供動(dòng)力。按起重欄板的功用分可分為側(cè)欄板起重式和附加欄板起重式。前者的起重欄板是經(jīng)加固的車廂欄板，因此它具有雙重功能。后者的起重欄板僅作為起重裝置用，不起車廂欄板的作用，它用于廂式汽車的后欄板起重裝置，如圖2.1所示。按后欄板運(yùn)輸汽車的具體用途和運(yùn)送貨物的類型可分為懸臂式、垂直式、以及搖臂式[5]。
圖2.1側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車
2.1.3側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車的組成
側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車由兩大部分組成，即二類底盤和后欄板起重裝置。其中側(cè)欄板起重裝置是側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車的主要結(jié)構(gòu)部分。其主要組成如下：
2.1.4欄板起重裝置的工作原理
一種欄板起重裝置的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。
1—取力器；2—齒輪液壓泵；3—液壓油箱；4—濾清器；
5—液壓控制箱；6—液壓缸；7—升降機(jī)構(gòu)；8—起重欄板
圖2.2 一種欄板起重裝置結(jié)構(gòu)
欄板起重運(yùn)輸汽車在進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)，即欄板起重裝置工作時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)獲得的動(dòng)力帶動(dòng)齒輪液壓泵工作，并向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓缸在液壓油的作用下，活塞桿推動(dòng)升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，最后起重欄板在升降機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，完成起重、舉升、裝卸貨物的功能。
2.2側(cè)欄板起重汽車升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析
在側(cè)欄板起重汽車改裝設(shè)計(jì)中對升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：
（1）能上下平移，使起重欄板能完成翻轉(zhuǎn)起閉和著地傾斜等不同形式的運(yùn)動(dòng)。
（2）工作可靠，在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)，升降機(jī)構(gòu)不得有明顯的自動(dòng)沉降現(xiàn)象。
（3）使起重欄板能將10kN貨物平穩(wěn)地升降到一定高度，且能在任意位置停住。
側(cè)欄板起重裝置的升降機(jī)構(gòu)的基本原理：
側(cè)欄板起重裝置的種類很多，但其基本原理卻是相同的, 即平行四連桿機(jī)構(gòu)的平行移動(dòng)原理, 如圖2.3所示。
圖2.3 平行四連桿機(jī)構(gòu)
圖中、、、四連桿鉸結(jié)，，，，固定桿，給桿一力矩，使其以為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)，則桿始終與桿保持平行狀態(tài)。如果使桿處于豎直狀態(tài)，桿擴(kuò)展為，那么，就能始終以水平狀態(tài)升降，其中即為所說的側(cè)欄板，如圖2.4所示。
圖2.4 轉(zhuǎn)化后的側(cè)欄板起重裝置機(jī)構(gòu)圖
2.2.1單缸對中式升降機(jī)構(gòu)
單缸對中式升降機(jī)構(gòu)如圖2.5所示，簡化結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。其運(yùn)動(dòng)由三部分組成, 一是欄板的上下平移運(yùn)動(dòng)； 二是欄板運(yùn)動(dòng)到著地點(diǎn)的傾斜運(yùn)動(dòng)；三是欄板在上止點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中欄板的上下平動(dòng)及著地點(diǎn)的傾斜運(yùn)動(dòng)是由油缸1活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換而成。對于翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則是由彈簧助力靠人完成的[16,17]。
上下平動(dòng)時(shí)，、兩點(diǎn)固定，鉸接點(diǎn)受限位桿3的推力板下端調(diào)整螺釘點(diǎn)的限制而固定，整個(gè)機(jī)構(gòu)可視為以為固定邊的平行四邊形機(jī)構(gòu)，完成上下平動(dòng)的要求。傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)，、兩支點(diǎn)固定，但鉸接點(diǎn)的約束解除，整個(gè)機(jī)構(gòu)可視為以為固定邊的鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)下止點(diǎn)位置的傾斜運(yùn)動(dòng)。
1—支架；2、5、7、12、13—銷軸；3—滾子；4—階梯銷軸； 6—拐臂軸；8—鎖片；9—螺釘；
10—調(diào)整螺釘；11—下桿；14—連桿；15—轉(zhuǎn)換限位桿；16—上桿；17—限位塊；18—鉸銷；
19—鎖緊桿；20—限位板；21—側(cè)拐臂
圖2.5 單缸對中式舉升機(jī)構(gòu)
1—油缸總成；2—推力板總成；3—限位桿；4—下桿；5—上桿；6—限位塊；7—欄板
圖2.6 單缸對中式結(jié)構(gòu)簡圖
單缸對中式舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，同時(shí)可以避免雙缸工作時(shí)的不同步問題；缺點(diǎn)是舉升重力較小，要求車架下有較大的安裝空間，制造工藝較復(fù)雜。
2.2.2雙缸對稱式升降機(jī)構(gòu)
圖2.7為雙缸對稱式升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，其特點(diǎn)是采用雙液壓缸分別驅(qū)動(dòng)兩套對稱布置的平面連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)欄板的翻轉(zhuǎn)、升降、平移和著地后的傾斜運(yùn)動(dòng)。
1—固定支座；2、5、7—銷軸；3、11、12—圓柱銷；4—活動(dòng)支座；6—浮動(dòng)鉸鏈；8—液壓缸；
9—下桿；10—上桿；13—欄板支座；14—滑座；15—撥叉軸；16—滑塊；17—連接角鐵
圖2.7 雙缸對稱式升降機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)利用變換平行四桿機(jī)構(gòu)的固定邊，實(shí)現(xiàn)欄板的翻轉(zhuǎn)及升降平移運(yùn)動(dòng)。而欄板著地后的傾斜則是將平行四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為五桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
圖2.8為欄板的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡圖。為了實(shí)現(xiàn)欄板的翻轉(zhuǎn)，點(diǎn)固定，使上桿3成為固定桿，即在平行四桿機(jī)構(gòu)中，為固定邊。當(dāng)液壓缸2的活塞桿伸長時(shí)，浮動(dòng)鉸鏈板4推動(dòng)活動(dòng)支座1繞點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)欄板6繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)至豎直位置時(shí)，欄板則轉(zhuǎn)到水平位置，如圖雙點(diǎn)畫線所示。
圖2.9為欄板的升降運(yùn)動(dòng)簡圖。此時(shí)，在平行四桿機(jī)構(gòu)中，為固定邊。點(diǎn)的約束，上桿3由固定桿變?yōu)榛顒?dòng)桿。當(dāng)液壓活塞桿收縮，該機(jī)構(gòu)在重力的作用下繞、兩點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，欄板6為平行四桿機(jī)構(gòu)中的邊，因而平行下降至地面。反之，若活塞桿伸長，推動(dòng)浮動(dòng)鉸鏈板4，同時(shí)帶動(dòng)平行四桿機(jī)構(gòu)中繞、兩點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，欄板則平行上升。
1—活動(dòng)支座；2—液壓缸；3—上桿；4—浮動(dòng)鉸鏈；5—下桿；6—欄板
圖2.8 欄板翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡圖
1—活動(dòng)支座；2—液壓缸；3—上桿；4—浮動(dòng)鉸鏈；5—下桿；6—欄板
圖2.9 欄板升降運(yùn)動(dòng)簡圖
圖2.10為欄板著地后傾的運(yùn)動(dòng)簡圖，欄板著地后，由于地面的約束，點(diǎn)只能沿地面平移。同時(shí)地面對的支反力形成一個(gè)繞點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩作用在下桿5上。此時(shí)若液壓缸2活塞桿收縮，浮動(dòng)鉸鏈板4繞點(diǎn)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，下桿5桿頭平面的
約束被解決，此時(shí)的機(jī)構(gòu)變?yōu)槲鍡U機(jī)構(gòu)，當(dāng)浮動(dòng)鉸鏈板4作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上桿3繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，下桿5與欄板6則作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。當(dāng)移至 (因位移小，圖中沒有畫出)時(shí)，欄板后端觸地，至此完成欄板著地的后傾運(yùn)動(dòng)。
1—活動(dòng)支座；2—液壓缸；3—上桿；4—浮動(dòng)鉸鏈；5—下桿；6—欄板
圖2.10 欄板著地后傾的運(yùn)動(dòng)簡圖
雙缸對稱式升降機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可減小液壓缸的直徑，缺點(diǎn)是安裝調(diào)試復(fù)雜。
2.2.3四缸驅(qū)動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)
四缸驅(qū)動(dòng)欄板如圖2.11所示，欄板工作過程中，翻轉(zhuǎn)缸和舉升缸交替工作,裝卸平臺(tái)下降，起升過程與之相反。在結(jié)構(gòu)上，該設(shè)計(jì)充分考慮了空間問題，把直流電機(jī)與齒輪油泵通過彈性聯(lián)軸器相連，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且能傳遞較大的扭矩。
1
1－翻轉(zhuǎn)缸；2－舉升缸(帶杠桿)；3－支承座
圖2.11 四缸驅(qū)動(dòng)欄板
四缸結(jié)構(gòu)中桿、桿均為油缸，這是不同于單缸的區(qū)別，其結(jié)構(gòu)如圖2.12所示。
四缸機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是四缸同時(shí)工作可使液壓缸的直徑進(jìn)一步減小，安裝空間減小。其缺點(diǎn)是采用四個(gè)液壓缸，較單缸和雙缸機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)復(fù)雜。
圖2.12 四缸式升降機(jī)構(gòu)簡圖
2.2.4五缸驅(qū)動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)
五缸驅(qū)動(dòng)式后欄板結(jié)構(gòu)如圖2.13所示。五缸結(jié)構(gòu)中的第五缸是液壓記憶缸, 在液壓回路中，只參與載物平臺(tái)觸地后平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，而不參與平臺(tái)升降，其基本結(jié)構(gòu)與四缸相同。
圖2.13 五缸驅(qū)動(dòng)式欄板結(jié)構(gòu)
五缸驅(qū)動(dòng)式工作原理，當(dāng)關(guān)門缸和舉升臂的長度相等時(shí)，形成了平行四連桿機(jī)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)，保證側(cè)欄板在水平狀態(tài)時(shí)，形成平行四邊形機(jī)構(gòu)，確保了貨物在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)始終保持水平狀態(tài)。在舉升缸的推動(dòng)下，平行四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)升降動(dòng)作，以完成裝卸貨物的過程。在裝貨時(shí)，首先關(guān)門缸縮回，使側(cè)欄板上平面成水平狀態(tài)，然后舉升缸縮回，使側(cè)欄板下降。當(dāng)側(cè)欄板落地后，繼續(xù)讓關(guān)門缸縮回，欄板的下平面著地，上平面與地面形成一個(gè)約6°的斜面，人將貨物推上欄板，關(guān)門缸伸出，此時(shí)由于液壓系統(tǒng)特殊設(shè)計(jì)的記憶功能，欄板自動(dòng)調(diào)平。上升過程即可在電氣控制、液壓驅(qū)動(dòng)下，機(jī)械部分完成上升的動(dòng)作。當(dāng)欄板上平面與汽車底板平齊時(shí)，上升動(dòng)作停止。這時(shí)將貨物推入車廂即完成整個(gè)裝貨過程。此時(shí)若關(guān)門缸伸出，可完成關(guān)門動(dòng)作；開門動(dòng)作及卸貨作業(yè)過程與上述過程相反。
五缸驅(qū)動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡單，舉升重量大，工藝性好，制造、安裝、維修方便，同時(shí)，設(shè)備在工作過程中側(cè)欄板調(diào)平、舉升、關(guān)門，以及開門、下降，全部采用液壓實(shí)現(xiàn)；結(jié)構(gòu)上采用分體形式，控制盒置于方便操作的位置。缺點(diǎn)同四缸驅(qū)動(dòng)
式機(jī)構(gòu)一樣，采用五個(gè)液壓缸進(jìn)行工作，其液壓系統(tǒng)相對單缸來說比較復(fù)雜，但是可以在不改變其工作方式的前提下盡量簡化其液壓系統(tǒng)。故，總的來說，五缸驅(qū)動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)明顯大于缺點(diǎn)。
綜上所述，從機(jī)構(gòu)制造難度、安裝方便性、舉升重量等多方面考慮，選用五缸驅(qū)動(dòng)式升降機(jī)構(gòu)。
2.3側(cè)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)
側(cè)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)的改裝設(shè)計(jì)要求：
（1）應(yīng)能保證升降機(jī)構(gòu)平穩(wěn)地上下平移。在額定起重量全程上升、下降時(shí)間均應(yīng)控制10~15 s之間。
（2）在額定起重量升降過程中的任一位置停留5min，其靜沉量應(yīng)小于20 mm。
（3）液壓系統(tǒng)應(yīng)有執(zhí)行元件安全保護(hù)裝置等液壓系統(tǒng)的通用要求。
2.3.1單缸驅(qū)動(dòng)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)
一種單缸側(cè)欄板起重裝置液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.14所示，液壓系統(tǒng)完成三種動(dòng)作，即起重欄板的上升、下降及中停。起重欄板上升時(shí)，按住“上升”按鈕，使電磁換向
閥3的閥芯換向（圖2.14中位置），這時(shí)高壓油泵產(chǎn)生的高壓油通過電磁換向閥、調(diào)速閥的單向閥進(jìn)入油缸的一腔，使欄板上升。起重欄板下降時(shí)，按住“下降”按鈕，
使電磁換向閥換向到右側(cè)通路，此時(shí)油缸內(nèi)液壓油路與“上升”狀態(tài)時(shí)相反，從而使起重欄板下降。由于欄板本身及貨物的重量作用，下降速度會(huì)增大，因此采用調(diào)速閥1來調(diào)整欄板下降的速度，以減少欄板觸地時(shí)的沖擊。無論在上升或下降過程中，只要將“上升”或“下降”按鈕松開，此時(shí)電磁換向閥的閥芯處于中間位置，油泵輸出的油液通過電磁換向閥流回油箱。油箱兩腔的油液被電磁換向閥封閉，即電磁換向閥的中位相當(dāng)于液壓鎖的作用。從而保證起重欄板可在任意位置停住。液壓系統(tǒng)中的溢流閥對液壓系統(tǒng)起保護(hù)作用，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過額定壓力時(shí)，油泵卸荷。
1－調(diào)速閥；2－液壓缸；3－電磁換向閥；4－溢流閥；5－單向閥；6－液壓泵；7－油箱
圖2.14 一種單缸液壓控制系統(tǒng)原理圖
單缸液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，只有一個(gè)液壓缸，因而其液壓系統(tǒng)簡單。缺點(diǎn)是，由于只有一個(gè)液壓缸，且僅用于實(shí)現(xiàn)舉升作用，欄板的翻轉(zhuǎn)必須靠手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，不方便。
2.3.2雙缸驅(qū)動(dòng)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)
結(jié)構(gòu)如圖2.15所示，雙液壓缸分別驅(qū)動(dòng)，上邊是舉升缸，下邊是翻轉(zhuǎn)缸。雙缸驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)即在單缸液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上并聯(lián)一個(gè)和原液壓油缸并聯(lián)且對稱布置的液壓缸。
雙缸液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)同單缸液壓系統(tǒng)一樣，即系統(tǒng)簡單，維護(hù)、檢修方便，同時(shí)因?yàn)椴捎昧藘蓚€(gè)液壓缸，分別實(shí)現(xiàn)舉升和翻轉(zhuǎn)作用，所以與單缸相比較為方便。缺點(diǎn)是雙液壓缸工作存在著同步問題，調(diào)試較困難。
1－液壓缸；2－單向閥；3－液壓泵；4－電動(dòng)機(jī)；5－溢流閥；6－電磁換向閥；7－調(diào)速閥
圖2.15雙缸液壓系統(tǒng)原理圖
2.3.3四缸驅(qū)動(dòng)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)
如圖2.16所示，該系統(tǒng)采用一個(gè)兩位四通電磁換向閥進(jìn)行方向控制，每個(gè)油缸由單獨(dú)的常閉式兩通電磁閥控制，同類油缸的同步運(yùn)動(dòng)則采用剛性梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
1－翻轉(zhuǎn)缸；2－舉升缸
圖2.16 某四缸液壓系統(tǒng)
四缸液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)液壓缸控制翻轉(zhuǎn)和舉升，但是與雙缸液壓系統(tǒng)有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，欄板翻轉(zhuǎn)動(dòng)作要靠操作者經(jīng)驗(yàn)控制，容易產(chǎn)生失誤。但較單缸液壓系統(tǒng)來說操作仍然是方便的。
2.3.4五缸驅(qū)動(dòng)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)
圖2.17為液壓系統(tǒng)原理圖，由溢流閥2和二位二通電磁換向閥1組成了安全回路和卸荷回路。二位四通換向閥5的作用是確保舉升和關(guān)門動(dòng)作的互鎖，因?yàn)樵谂e升過程中，若關(guān)門缸動(dòng)作，將使貨物下滑。閥5保證了在任一時(shí)刻，舉升和關(guān)門只能有一個(gè)動(dòng)作。3YA通電時(shí)，實(shí)現(xiàn)后欄板打開和后欄板落地后使后欄板的下平面著地，平衡閥11的作用是保證貨物平穩(wěn)落地。4YA通電，實(shí)現(xiàn)關(guān)門動(dòng)作。5YA通電，使后欄板升起，6YA通電，使后欄板下行,平衡閥10保證下行平穩(wěn)。當(dāng)3YA通電時(shí),將門(后欄板) 打開并將后欄板上平面調(diào)整為水平狀態(tài)，在動(dòng)作過程中，關(guān)門缸上腔的油液經(jīng)平衡閥11排出，使上腔產(chǎn)生一定的壓力，將后欄板平穩(wěn)打開。然后6YA通電，使后欄板下行落地，7YA通電，在后欄板自重和貨物的重力作用下，液壓缸9中的油液推動(dòng)增壓缸左移，使后欄板上平面由水平變?yōu)閮A斜落地。在舉升貨物時(shí)，5YA、4YA通電，7YA斷電。在增壓缸13的作用下，關(guān)門缸首先自動(dòng)將后欄板調(diào)整為水平狀態(tài)，然后后欄板升起，該設(shè)計(jì)使后欄板狀態(tài)具有記憶功能。表2.1為該系統(tǒng)的動(dòng)作循環(huán)表。
圖2.17 五缸液壓系統(tǒng)原理圖
表 2.1 欄板動(dòng)作循環(huán)表
動(dòng)作名稱
電磁鐵狀態(tài)
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
后欄板打開、調(diào)平
－
＋
＋
－
－
后欄板下降
－
－
－
－
－
后欄板傾斜
＋
－
－
－
－
后欄板上升
－
－
－
＋
＋
關(guān)門
－
＋
－
＋
－
優(yōu)點(diǎn)：該液壓系統(tǒng)具有工作平穩(wěn)，動(dòng)作互鎖好，具有欄板狀態(tài)的記憶功能。
缺點(diǎn)：從原液壓系統(tǒng)原理圖不難發(fā)現(xiàn)，用到的電磁閥多于5個(gè)，其接頭的數(shù)量必然增多，漏油故障點(diǎn)隨之增加，從而造成常規(guī)維護(hù)的工作量加大。
針對以上缺點(diǎn)，對此五缸液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.18所示，首先2YA、3YA通電，液壓油由關(guān)門缸有桿腔進(jìn)入缸內(nèi)，關(guān)門缸收縮，欄板傾斜，然后欄板在自身的重力作用下變?yōu)樗胶螅?YA、3YA斷電，液壓油由舉升缸有桿腔進(jìn)入油缸中，舉升缸收縮，欄板水平下移。直至欄板觸地時(shí)，1YA通電，液壓泵卸荷，此時(shí)，欄板因自身重力傾斜，欄板下平面著地，關(guān)門缸收縮，從而推動(dòng)增壓缸活塞桿左移。欄板上升時(shí)，1YA斷電，4YA、5YA通電，油液首先推動(dòng)增壓缸，因?yàn)樵鰤焊子仪慌懦龅挠驼檬呛髾诎迓涞貢r(shí)排到增壓缸中的油，因此增壓缸運(yùn)動(dòng)到最右端，恰好使后欄板H面變到水平位置。同樣實(shí)現(xiàn)了記憶初始化、消除了誤差積累。
五缸液壓系統(tǒng)使載物平臺(tái)觸地、離地的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作不再由操作者控制而由液壓系統(tǒng)本身控制，從而使升降過程相對平穩(wěn)與安全。同時(shí)，由于車廂較寬，舉升和開門都采用了2個(gè)液壓缸，且側(cè)欄板的剛度較大，兩個(gè)液壓缸采用機(jī)械同步，由側(cè)欄板自身實(shí)現(xiàn)同步，因此在這個(gè)液壓系統(tǒng)中不需要考慮調(diào)試同步問題。
改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)變得較簡單，同時(shí)仍具有先前液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，故采用改進(jìn)后的五缸液壓系統(tǒng)可以在實(shí)現(xiàn)操縱簡單、方便的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有與單缸、雙缸液壓系統(tǒng)相同的特點(diǎn)，即系統(tǒng)簡單，較容易維護(hù)。
比較單缸、雙缸、四缸以及改進(jìn)后的五缸液壓系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，五缸液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出，從先進(jìn)性、起重功能的實(shí)現(xiàn)等各方面考慮，五缸液壓系統(tǒng)為首選。
將各缸的舉升機(jī)構(gòu)與液壓系統(tǒng)結(jié)合起來看，各種欄板起重裝置的特點(diǎn)自然明了。單缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)側(cè)欄板的運(yùn)動(dòng)形式是邊下降邊低頭或邊上升邊抬頭，運(yùn)動(dòng)過程中承載平臺(tái)不易保持水平，貨物易滑落，操作復(fù)雜，造價(jià)低。雙缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)側(cè)欄板操作較復(fù)雜，舉升重量不太大，目前已很少使用。四缸驅(qū)動(dòng)形式的側(cè)欄板直接驅(qū)動(dòng)關(guān)門缸，操作復(fù)雜，沖擊大，貨物易滑落。而五缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的側(cè)欄板由具有記憶功能的第五缸間接驅(qū)動(dòng)關(guān)門缸，使操作簡單、運(yùn)動(dòng)平緩、連貫、安全，但造價(jià)稍高。
綜上所述，從舉升重量、操作方便性、工作穩(wěn)定性等多方面考慮，選用五缸驅(qū)動(dòng)側(cè)欄板起重裝置。
2.4側(cè)起重欄板
側(cè)起重欄板的改裝設(shè)計(jì)要求是：
（1）在升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)承載貨物的上升或下降，從而完成裝卸作業(yè)。
（2）能夠翻轉(zhuǎn)，并能與車廂骨架鎖定，保證車輛運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)的安全。
目前國內(nèi)外所使用的后欄板有搖臂式、垂直式和懸臂式三大類[18]。
（1）搖臂式側(cè)欄板
結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、造價(jià)低，但開、關(guān)門為手動(dòng)操作，安裝過程中找正定位較復(fù)雜。該結(jié)構(gòu)特別難以實(shí)現(xiàn)通用化，制作周期也長，且只適用于市內(nèi)小噸位運(yùn)輸車輛的使用。
（2）垂直式側(cè)欄板
結(jié)構(gòu)由液壓油缸帶動(dòng)鏈條而使承載平臺(tái)實(shí)現(xiàn)垂直上升、下降的運(yùn)動(dòng)，關(guān)門為手動(dòng)操作。該類型尾板比較適用于食品、氣體的配送。
（3）懸臂式側(cè)欄板
結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，載重量大，板面角度可以調(diào)節(jié)，適用于各種廂式貨車、敞車、郵政、銀行等特種運(yùn)輸車輛，適用范圍廣泛。
綜上所述，側(cè)欄板起重運(yùn)輸車多用于郵政和城市商業(yè)運(yùn)輸，且載重量較大，故選用懸臂式側(cè)欄板。
2.5側(cè)欄板起重裝置主要性能參數(shù)的選擇
（1）標(biāo)定起重量
在JB 4199－86《后欄板起重運(yùn)輸車技術(shù)條件》中，將欄板起重裝置的標(biāo)定起重量分成2.5、5.0、10、20kN等四個(gè)級別。一般輕型載貨汽車改裝側(cè)欄板起重運(yùn)輸車時(shí)，標(biāo)定起重量不超過2.5kN；中型車不超過8kN；重型車在10～20kN的范圍內(nèi)。結(jié)合當(dāng)前運(yùn)輸汽車重型化的趨勢，選定載質(zhì)量為10t，故選擇標(biāo)定起重量為10kN。
（2）升降速度
側(cè)欄板起重裝置在標(biāo)定起重量時(shí)升降貨物的速度，是衡量該裝置經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)指標(biāo)之一。在選擇升降速度時(shí)，既要考慮機(jī)械化裝卸作業(yè)的優(yōu)勢，提高裝卸速度，又要保證起重欄板運(yùn)動(dòng)的安全和平穩(wěn)性。根據(jù)JB4199－86的規(guī)定，在確定起重欄板的升降速度時(shí)，應(yīng)保證起重裝置在標(biāo)定起重量時(shí)，全程的上升、下降時(shí)間均在10～15s內(nèi)。故初選上升、下降時(shí)間為15s。
2.6側(cè)欄板起重裝置動(dòng)力源結(jié)構(gòu)型式
（1）通過一個(gè)取力器從發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱引出動(dòng)力傳動(dòng)給液壓油泵，帶動(dòng)液壓油泵旋轉(zhuǎn)供給高壓油推動(dòng)液壓系統(tǒng)執(zhí)行裝置油缸動(dòng)作。
優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)機(jī)構(gòu)要求配備相應(yīng)取力器獲得不同功率及轉(zhuǎn)速的動(dòng)力源以滿足機(jī)構(gòu)工作要求；可連續(xù)長時(shí)間工作、功率大、結(jié)構(gòu)普通、成本低，適于大功率工作場所如自卸翻斗車、汽車起重機(jī)、壓縮式垃圾車及交通拯救車等專用車。
缺點(diǎn)：安裝復(fù)雜、結(jié)構(gòu)散亂、液壓系統(tǒng)管路接頭多、液壓油漏點(diǎn)多、維護(hù)難，且只有在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)才能工作。
（2）利用汽車自帶的蓄電池作電源，采用集液壓油箱、液壓油泵、直流電機(jī)及控制閥于一體的動(dòng)力裝置供給高壓油推動(dòng)液壓裝置油缸動(dòng)作。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單、液壓系統(tǒng)管路接頭少、液壓油漏點(diǎn)少、外形美觀，且工作時(shí)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可不必起動(dòng)。
缺點(diǎn)：功率偏小、電機(jī)工作電流大、易發(fā)熱。這種裝置用于間歇式工作的場所，但成本高。
（3）電液推桿裝置，即利用汽車自帶的蓄電池作電源，將動(dòng)力裝置與液壓油缸組合成一個(gè)整體，其結(jié)構(gòu)更加緊湊[6]。
優(yōu)點(diǎn)：除具備第二種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)外，其結(jié)構(gòu)更緊湊、安裝更簡單，特別是動(dòng)力裝置與執(zhí)行裝置油缸固接成一體，無油管及接頭，工作可靠性非常高，外形美觀。
缺點(diǎn)：功率很小，電動(dòng)機(jī)工作電流大，易發(fā)熱，嘈聲大，適于小推力間歇式工作場所，成本很高。
綜上所述，分析三種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，可知第二種結(jié)構(gòu)形式，即利用汽車自帶的蓄電池和發(fā)電機(jī)作電源，采用集液壓油箱、液壓油泵、直流電機(jī)及控制閥于一體的動(dòng)力裝置供給高壓油推動(dòng)液壓裝置油缸動(dòng)作，更適用于側(cè)欄板起重裝置中。側(cè)欄板起重裝置改裝設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單。更重要的是，在進(jìn)行貨物起重、裝卸時(shí)不必起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，可節(jié)省燃油。
因此，此次設(shè)計(jì)中側(cè)欄板起重裝置為采用汽車蓄電池為動(dòng)力源，以直流電動(dòng)機(jī)傳遞負(fù)荷的傳動(dòng)方式，由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)高壓油泵，再經(jīng)電磁閥來控制各液壓油缸的運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而使承載平臺(tái)完成上升下降以及開門關(guān)門等各種動(dòng)作，如圖2.19所示。
圖2.19 動(dòng)力傳遞路線圖
2.7安全機(jī)構(gòu)
由于側(cè)欄板起重裝置是裝置于車輛尾部而跟隨著車輛移動(dòng)的設(shè)備，為了確保行車安全和保護(hù)設(shè)備，就必須有警示裝置以及安全裝置。側(cè)欄板起重裝置可在承載平臺(tái)背面安裝安全小旗、反光警示板[7]。
安全小旗作用：當(dāng)承載平臺(tái)處于水平狀態(tài)位置時(shí)，在50m以外的地方看僅是成一條直線，極難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)后面的車輛以時(shí)速80km行駛時(shí)，很容易發(fā)生事故。安裝小旗后，小旗靠重力下垂至與承載平臺(tái)呈直角狀態(tài)，人在較遠(yuǎn)處也能看到，起警示作用，防止后來車輛追尾碰撞。
反光警示板作用：安裝在承載平臺(tái)背面兩側(cè)，有反光功能，特別是夜間行車，經(jīng)燈光照射，在較遠(yuǎn)的前方就能被發(fā)現(xiàn)，既保護(hù)設(shè)備，也能一定程度上防止后來車輛追尾碰撞。
本次設(shè)計(jì)中選擇采用安全小旗、反光警示板以及添加的側(cè)欄板鎖止機(jī)構(gòu)，其中側(cè)欄板鎖止機(jī)構(gòu)既能保持側(cè)欄板的關(guān)閉狀態(tài)，也能防止在車輛行駛過程中因出現(xiàn)油缸滲漏或油管爆裂等導(dǎo)致承載平臺(tái)下滑的事故的發(fā)生。
2.8本章小結(jié)
本章主要對側(cè)欄板起重運(yùn)輸汽車的升降機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了方案的設(shè)計(jì)與比較分析，最后確定了滿足要求的升降機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)類型。同時(shí)也對側(cè)欄板、側(cè)欄板起重裝置的性能參數(shù)、動(dòng)力源型式、安全機(jī)構(gòu)進(jìn)行了簡要的比較分析和確定。
第3章 側(cè)欄板起重運(yùn)輸車底盤的選取
根據(jù)我國目前生產(chǎn)的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足國民經(jīng)濟(jì)某一服務(wù)領(lǐng)域的特定使用要求，主要是在已定型的基本車型底盤的基礎(chǔ)上，進(jìn)行車身及工作裝置的設(shè)計(jì)，與此同時(shí)對底盤各總成的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行局部的更改設(shè)計(jì)與合理匹配，以達(dá)到滿足使用需求的較為理想的整車性能。
3.1 底盤的選取
3.1.1汽車底盤選型要求
汽車底盤一般應(yīng)滿足以下要求：
（1）適用性
專用汽車底盤應(yīng)適用于專用汽車的特殊使用功能要求,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝造型設(shè)計(jì)；
（2）可靠性
汽車底盤工作可靠,出現(xiàn)故障的幾率要小，零部件要有足夠的強(qiáng)度剛度和使用壽命，并且各總成零部件的使用壽命趨于一致；
（3）先進(jìn)性
所選汽車底盤,在動(dòng)力性,經(jīng)濟(jì)性，操作穩(wěn)定性，行駛穩(wěn)定性及通過性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平，并且滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；
（4）方便性
所選底盤要便于改裝，檢查保養(yǎng)及維修，結(jié)構(gòu)緊湊與調(diào)試裝配空間合理匹配。
3.1.2底盤選型
專用車輛采用的底盤主要分為二類，三類和四類。二類底盤，是在整車的基礎(chǔ)之上去掉廂體；三類底盤，是從整車上去掉貨箱和駕駛室；四類底盤，是在三類底盤上再去掉車架總成后剩余的散件。
選取的底盤的好壞，直接影響到專用車的性能。在選取汽車底盤時(shí)，主要是根據(jù)專用車的用途，裝載質(zhì)量，使用條件，性能指標(biāo)，專用裝置或設(shè)備的外形尺寸及動(dòng)力匹配等進(jìn)行。目前，進(jìn)80%的專用車輛采用二類底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。
選取二類汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)工作是整車總體布置和有特殊工作需求的裝置的設(shè)計(jì)，對底盤僅做輔助的性能分析和必要的強(qiáng)度校核，確保改裝后的整車性能在基本上與底盤接近,達(dá)到合理的匹配。
3.1.3底盤的選取
根據(jù)以上，本設(shè)計(jì)所用底盤主要從東風(fēng)與中國重汽廂式貨車中選用。以下表3.1將兩種底盤參數(shù)列出,進(jìn)行比較：
表3.1 東風(fēng)EQDFL1253AX和ZZ3257M3841底盤參數(shù)比較
底盤型號
EQDFL1253AX
ZZ3257M3841
額定載質(zhì)量(kg)
14705
15500
整備質(zhì)量(kg)
10100
8690
外形尺寸(mm)
11990×2500×3200
7575×2496×2958
發(fā)動(dòng)機(jī)型號
ISDe210?30
WD615.61A
排量/功率(ml/kw)
6700/155
9726/191
鋼板彈片數(shù)(前/后)
8/8/9+9,3/3/4+3
9/12,10/12
軸距(mm)
1950+5350
3825+1350
前輪距/后輪距(mm)
1980,1980/1860
2022,2041/1830
接近角/離去角(度)
30/18
19/50?
前懸/后懸(mm)
1460/3230
1500/900
燃油類型
柴油
柴油
軸數(shù)/輪胎數(shù)
3/8
3/10
輪胎規(guī)格
10.00-20
11.00-20
駕駛室準(zhǔn)乘人數(shù)
3
3
最高車速(km/h)
90
75
由比較可以看到，EQDFL1253AX底盤和ZZ3257M3841廂式貨車兩種型號底盤在整體性能上有一定差別?？紤]到貨車的載重量、穩(wěn)定性等因素，廂式貨車改裝更加方便，因此選用ZZ3257M3841作為本次設(shè)計(jì)的貨車。
3.2選用的底盤主車架的主要尺寸
由上選用的底盤ZZ3257M3841底盤,其主車架尺寸如下：
主車架的長度: 7375mm
主車架的寬度: 850mm
主車架上面尺寸到地面高度: 1117mm
貨箱尺寸： mm
3.3欄板起重車質(zhì)量參數(shù)的估算
額定載重質(zhì)量是欄板起重車基本使用性能的參數(shù)。由上面的敘述知道，本設(shè)計(jì)的欄板車輛額定載質(zhì)量定位13000kg。
整車整備質(zhì)量也是欄板起重車的重要性能參數(shù)。在欄板起重車的設(shè)計(jì)過程中，主要采用同類產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算整車整備質(zhì)量。整車整備質(zhì)量包括底盤質(zhì)量、底盤以外外加的副車架、車廂、起重裝置、支架以及液壓系統(tǒng)等裝置的質(zhì)量，是加滿各種油液料后的質(zhì)量。本設(shè)計(jì)的側(cè)欄板起重車整車整備質(zhì)量估算為12000kg。
裝載質(zhì)量 ，選取為12805kg：
整車整備質(zhì)量，估算為12000kg：
駕駛員質(zhì)量，按 65kg/人,額定載員3人,65kg×3=195kg
汽車總質(zhì)量是指裝備齊全，裝滿額定貨物后的汽車質(zhì)量，包括駕駛員在內(nèi)的額定載員質(zhì)量。即：
M=m1+m2+m3=12805kg+12000kg+195kg=25000kg
3.4本章小結(jié)
本章按確定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，主要對東風(fēng)汽車EQDFL1253AX底盤和中國重汽ZZ3257M3841底盤進(jìn)行了對比，選擇了這次設(shè)計(jì)的底盤，給出了選用底盤的主要參數(shù),并對所設(shè)計(jì)的側(cè)欄板起重運(yùn)輸車進(jìn)行了主要參數(shù)計(jì)算。
第4章 側(cè)欄板起重車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1副車架的改裝設(shè)計(jì)
4.1.1副車架外形設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)側(cè)欄板起重車時(shí)，所選取的二類底盤只有主車架，為了增加車架的強(qiáng)度剛度，延長車架的使用壽命，在原有主車架的基礎(chǔ)上增加了副車架。其形狀同主車架，在主副車架之間加一定厚度的松質(zhì)木條。其長度同副車架的長度，寬度同副車架的厚度。主副車架用u型螺栓進(jìn)行加固連接。副車架示意簡圖見圖4.1。
圖4.1 副車架示意簡圖
4.1.2副車架選材
在汽車制造工藝中，鋼板沖壓成型工藝占有十分重要的位置。沖壓成形的零件具有互換性好、能保證裝配的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
載重汽車用中板數(shù)量較多，受力的車架縱梁和橫梁、車廂的縱梁和橫梁均采用中板沖制且多以低合金高強(qiáng)度鋼板沖壓生產(chǎn)，也是適應(yīng)提高汽車承載能力、延長使用壽命、降低汽車自重和節(jié)能節(jié)材以及安全行駛等要求的發(fā)展趨勢。
目前，我國載重汽車車架的縱梁和橫梁已經(jīng)全部采用低合金高強(qiáng)度鋼鋼板制造。縱梁可以用抗拉強(qiáng)度為510MPa的16MnL和09SiVL(必須是用往復(fù)式扎機(jī)生產(chǎn)的)、10TiL和B510L鋼板生產(chǎn)，橫梁可以用抗拉強(qiáng)度為390MPa的08TiL和B420L鋼板來生產(chǎn)。
由以上，副車架材料選用載重汽車橫縱梁的一般選用材料,縱梁采用16MnL，橫梁采用08TiL生產(chǎn)。
4.2升降機(jī)構(gòu)支架的設(shè)計(jì)
1、支架的外形設(shè)計(jì)
升降機(jī)構(gòu)的支架在裝卸中起到承載的作用，它是安裝連桿機(jī)構(gòu)、液壓缸以及和車架連接的構(gòu)件，其長度和寬度尺寸要根據(jù)所選底盤車架的結(jié)構(gòu)及升降機(jī)構(gòu)的型式確定。按照升降機(jī)構(gòu)的支架和汽車底盤車架的連接關(guān)系，可看出，在確定支架寬度是需要給出足夠 的安裝空間位置。支架用螺栓和鉚焊在車架梁腹板上的連接角鐵固定，因此應(yīng)根據(jù)所選螺栓的規(guī)格，留出適當(dāng)?shù)陌馐挚臻g。
支架的長度根據(jù)車架的具體結(jié)構(gòu)確定。支架的長度與副車架上的兩根縱梁的間距0接近，方便支架和車架的連接。
2、支架選材
在全面分析支架的工作條件、受力狀態(tài)、工作環(huán)境和零件失效等各種因素的前提下，選用Q235工程用鋼材。
4.3升降機(jī)構(gòu)各桿的初步設(shè)計(jì)計(jì)算
4.3.1升降桿的長度計(jì)算
升降桿的理論長度為簡化后的平行四桿機(jī)構(gòu)的兩搖桿的長度，這一尺寸應(yīng)根據(jù)所選底盤的結(jié)構(gòu)和改裝車廂的布置確定。初定時(shí)，此長度不宜過大，因?yàn)殚L度過大，起重欄板的載荷對拐臂軸所形成的力矩也大，所需液壓缸的推力大。但也不應(yīng)過小。
一般以起重欄板上、下兩個(gè)極限位置確定上、下桿的理論長度，此時(shí)，上、下桿的理論中線與水平線的夾角為40°～ 50°，如圖4.2所示，
圖4.2 起重欄板的上下極限位置 圖4.3欄板升降機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖
由圖4.2可知，上下桿的理論長度L0為：
=/ (m) (4.1)
式中——車廂地板平面到上桿與支架鏈接點(diǎn)的垂直距離（m）;
——上桿在上極限位置時(shí)與水平線的夾角（°）。
初步分析，設(shè)上下桿在極限位置時(shí)與水平線的夾角均為a，于是得：
= (m) (4.2)
式中 C——平行四桿機(jī)構(gòu)中連桿的長度（m），一般可取C=0.15 L0。
代入式(4-1)得：
= （m） （4.3）
即 ＝ （m） （4.4）
當(dāng)取40°～ 50°時(shí)，=0.64～0.77,于是有：
=（0.7～0.6） （m） （4.5）
車廂距地面高度為1130㎜，于是得=945㎜.
4.3.2拐臂半徑r和液壓缸的初始長度
由圖4.3，可得液壓缸、支架和中間拐臂等構(gòu)件的幾何尺寸的關(guān)系為：
（4.6）
式中——液壓缸初始狀態(tài)時(shí)，活塞桿頭部鉸接點(diǎn)到液壓缸鉸接點(diǎn)之間的距離（m）；
——支架OA的長度（m）;
r——中間拐臂的曲柄半徑（m）；
——初始角（°）。
將上式兩端同除以，并令液壓缸初始位置相對長度，拐壁半徑相對長度，則得到以相對長度所表示的構(gòu)件尺寸關(guān)系為：
（4.7）
同理可得，在液壓缸活塞處于終止位置時(shí)，個(gè)構(gòu)件的尺寸關(guān)系為：
（4.8）
式中——液壓缸終止位置時(shí)，活塞桿頭部鉸接點(diǎn)到液壓缸鉸接帶點(diǎn)之間的距離(m);
——終止角（°）。
將上式兩端同除以，并令，其中為活塞伸出系數(shù)，一般可取～，可得：
（4.9）
（4.10）
式中
確定、后，可求出式中、、等值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在20°～30°之間，則等于升降機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角與的和。
于是得出=426㎜，=658㎜ ，所以取液壓缸的行程為240㎜，取r=600㎜。
4.4側(cè)欄板升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)校核計(jì)算
4.4.1側(cè)欄板升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
側(cè)欄板運(yùn)動(dòng)由3個(gè)動(dòng)作構(gòu)成：上止點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下平動(dòng)、下止點(diǎn)位置的著地傾斜運(yùn)動(dòng)[12～14]。
1、翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
（1）翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的位置分析
翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，、點(diǎn)固定, 鉸接點(diǎn)受桿的限制而固定, 整個(gè)機(jī)構(gòu)可視為以和為固定邊的平面四桿機(jī)構(gòu), 完成上止點(diǎn)位置的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其翻轉(zhuǎn)示意圖如圖4.1所示。其中點(diǎn)為舉升臂與固定機(jī)架的鉸接點(diǎn)，點(diǎn)為關(guān)門缸與欄板鉸接點(diǎn)，點(diǎn)為關(guān)門缸與固定機(jī)架的鉸接點(diǎn)，點(diǎn)為舉升缸與固定機(jī)架的鉸接點(diǎn)，點(diǎn)為舉升缸與舉升臂的鉸接點(diǎn)。以下用復(fù)數(shù)向量法對此平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
在平面四桿機(jī)構(gòu)中，每一桿可用一個(gè)位移矢量來表示，大寫表示矢量，小寫表示桿長。設(shè)、和分別為舉升臂的角位移、角速度、角加速度，初始位置處。、和分別為后欄板的角位移、角速度和角加速度，其中。為關(guān)門缸活塞桿相對于液壓缸的速度。，，，。此時(shí)，選機(jī)構(gòu)初始位置。作為其特定的標(biāo)定位置，并建立以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系。各角度的度量從矢量始點(diǎn)引軸方向線，順時(shí)針為正。如圖，4.4所示，
圖4.4機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)示意圖
對該四桿機(jī)構(gòu)建立閉環(huán)矢量方程
（4.11）
將式（4.11）分別向、軸上投影，得
（4.12）
聯(lián)立可求得
（4.13）
（4.14）
（4.15）
（2）翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度分析
將式（4.13）對時(shí)間求導(dǎo)，得
（4.16）
由式（4.16）得
（4.17）
的計(jì)算公式為
（4.18）
式中 ——液壓系統(tǒng)供油量，mm3/s；
——關(guān)門缸的缸徑，mm。
（3）翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度分析
將式（4.17）對時(shí)間求導(dǎo)，得
（4.19）
2、上下平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
上下平動(dòng)時(shí)，、2點(diǎn)固定，但鉸接點(diǎn)的約束解除，整個(gè)機(jī)構(gòu)可視為以為固定邊的平行四邊形機(jī)構(gòu)，完成上下的平動(dòng)。其示意圖如圖4.5。
設(shè)，，，，為舉升液壓缸活塞桿相對于液壓缸的速度，仍以、和分別表示舉升臂的角位移、角速度和角加速度。
（1）上下平動(dòng)的位置分析
對三角形建立閉環(huán)矢量方程
圖4.5 上下平動(dòng)示意圖
（4.20）
將式（4.20）分別向、軸上投影，得
（4.21）
聯(lián)立可求得
（4.22）
（4.23）
（4.24）
（2）上下平動(dòng)的速度分析
將式（4.22）對時(shí)間求導(dǎo)，得
（4.25）
由式（4.25）得
（4.26）
的計(jì)算公式為
（4.27）
式中 ——液壓系統(tǒng)的供油流量，m3/min；
——舉升缸缸徑，m。
（3）上下平動(dòng)的加速度分析
將（4.26）對時(shí)間求導(dǎo)，得
（4.28）
3、著地傾斜運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
（1）著地傾斜運(yùn)動(dòng)的位置分析
著地傾斜運(yùn)動(dòng)指的是后欄板的點(diǎn)觸地，在關(guān)門缸的作用下繞點(diǎn)擺動(dòng)至邊貼地的過程。其示意圖如圖4.6所示。仍以、和分別表示后欄板的角位移、角速度和角加速度，其中。表示關(guān)門缸活塞桿相對于液壓缸的速度。，，，。此時(shí)，選機(jī)構(gòu)的終止位置作為其特性的標(biāo)定位置，并建立以點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系。各角度的度量為從矢量始點(diǎn)引軸方向，順時(shí)針為正。
對該四桿機(jī)構(gòu)建立閉環(huán)矢量方程
（4.29）
將式（4.29）分別向、軸上投影，得
（4.30）
聯(lián)立可求得
（4.31）
（4.32）
（4.33）
（2）著地傾斜運(yùn)動(dòng)的速度分析
將式（4.31）對時(shí)間求導(dǎo)，得
（4.34）
圖4.6傾斜運(yùn)動(dòng)示意圖
由式（4.34）得
（4.45）
的計(jì)算公式為
（4.36）
式中 ——液壓系統(tǒng)的供油流量，m3/min；
——關(guān)門缸的缸徑，m。
（3）著地傾斜運(yùn)動(dòng)的加速度分析
將式（4.35）對時(shí)間求導(dǎo)，得
（4.37）
4.4.2側(cè)欄板升降機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定與校核
初選側(cè)欄板升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸： mm， mm， mm，，， mm，。
1、欄板起升高度校核
車廂底板距鉸接點(diǎn)的距離即為側(cè)欄板的起升高度，即
mm
考慮到裝卸場地平整度的差異，有效升降高度應(yīng)將理論高度增加左右，故
mm
將 mm ， mm，，分別代入公式（4.15）、（4.33），得
當(dāng)， mm
當(dāng)， mm
mm
故此機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)欄板最低點(diǎn)的觸地動(dòng)作，滿足要求。
由圖中結(jié)構(gòu)可知，
故， mm
2、關(guān)門缸行程確定
將 mm， mm， mm，代入公式（4.13），得
（1）當(dāng)時(shí)，
mm
（2）當(dāng)時(shí)， mm
（3）當(dāng)時(shí)，將 mm， mm， mm，代入公式（4.31），得
mm
又液壓缸行程
故，關(guān)門缸行程 mm
3、舉升缸行程確定
將 mm代入公式（4.32），得
（1）當(dāng)欄板位于上下平動(dòng)時(shí)的上止點(diǎn)時(shí)，，，則
mm
（2）當(dāng)欄板位于上下平動(dòng)時(shí)的下止點(diǎn)時(shí)，，，則
mm
又液壓缸行程
故，舉升缸行程 mm
4.4.3側(cè)欄板升降機(jī)構(gòu)受力分析
1、機(jī)構(gòu)分析
五缸升降機(jī)構(gòu)是一個(gè)空間機(jī)構(gòu)，但是左右對稱，如果將貨物放在側(cè)欄板的中間，可將該機(jī)構(gòu)簡化為平面機(jī)構(gòu)，如圖4.7所示。舉升缸與舉升臂鉸接于點(diǎn)，舉升臂一端鉸接在機(jī)架上，另一端與側(cè)欄板上端鉸接于點(diǎn)。關(guān)門缸與后欄板鉸接于點(diǎn)。為重物重力。為車廂底板至地面的距離。令，，，，為重物至點(diǎn)距離，取為側(cè)欄板重心處。
圖4.7 機(jī)構(gòu)簡圖
2、關(guān)門缸的受力分析
由升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可知，在舉升貨物期間，關(guān)門缸作為平行四邊形機(jī)構(gòu)的一個(gè)邊，此時(shí)該缸的受力較大，但在舉升貨物期間，該缸的活塞無軸向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)將貨物推上欄板后，欄板上平面由傾斜變?yōu)樗?，但變化角度很小。故按欄板落地狀態(tài)且欄板上平面為水平進(jìn)行受力分析，確定關(guān)門缸的有關(guān)參數(shù)[15]。
關(guān)門缸在關(guān)門時(shí)，負(fù)載為欄板自身重量，負(fù)載小，不進(jìn)行受力計(jì)算。將欄板作為研究對象，設(shè)重物放在后欄板前后方向的重心位置，關(guān)門缸在此為二力桿件，作用在點(diǎn)的