大学机械原理课程设计高位自卸汽车设计计算说明书

大学机械原理课程设计高位自卸汽车设计

计算说明书

1.2 设计要求及原始数据

（1）．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S

max

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a

max

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。

（2）原始数据：

方案号车厢尺寸L×W×H

L(mm)×W(mm)×H(mm)

S

max

(mm)

A

(mm)

W

(kg)

L

1

(mm)

H

d

(mm)

A 4000×2000×640 1800 380 5000 300 500

B 3900×2000×640 1850 350 4800 300 500

C 3900×1800×630 1900 320 4500 280 470

D 3800×1800×630 1950 300 4200 280 470

E 3700×1800×620 2000 280 4000 250 450

F 3600×1800×610 2050 250 3900 250 450

2 设计方案的评价及选择

2.1举升机构

2.1.1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S max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a max不得超过1.2a。

3．在举升过程中可在任意高度停留卸货。

2.1.2 设计方案

方案1：平行四边形举升机构

图2-1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、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2：L型举升机构

图2-2 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3：剪式举升机构

图2-3 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；AC杆的A 端和与水平的活塞杆铰接，并可在滑槽移动；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：

设AE=BE=a ，CE=DE=b ，举升前?1=∠CAB ，举升后 ?2

=∠CAB ，则有

上移量：)sin (sin )(2

1

??-+=b a S

后移量：]b)cos (a -[2acos -]cos )(-[2acos 2

2

1

1

????++=b a a

化简后得:)cos -b)(cos -(a 2

1

??=a

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。 如下图所示：

图2-4 剪式举升机构

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=BD ＝l ，举升前?1

=∠CAB ，举升后 ?2

=∠CAB ，则有

上移量：)sin (sin 2

1

??-=l S

后移量：)cos -(cos 2

1

??l a =

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：

图2-5

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。

2.1.3 方案确定

为了解决以上矛盾，可以采用以下多级举升机构：

图2-5 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。

2.2 翻转机构

2.2.1 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。

2.2.2 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：

图2-6单缸直推式

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：油缸前推连杆式

如下图所示：

图2-7 油缸前推连杆式

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3：Z字形举升机构

图2-8 Z字形举升机构

这个机构是有曲柄摇杆机构联想到的翻转机构，这个机构中油缸是提供动力的作用，油缸的的行程变小，在油缸匀速推进时，车厢的翻转不匀速，可以方便卸货。

2.2.3 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。

2.3后厢门打开机构

2.3.1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厢侧面

其中，后箱门和车厢的相对位置如下：

2.3.2 设计方案选择：

方案1：控制开合式机构。