自卸车设计计算书

目录

第一章绪论 (1)

1.1、项目的提出 (1)

1.2、轻量化自卸车设计要点 1.2.1 轻量化自卸车底盘的选取.............................................................................2 1.2.2 专用汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配.....................2 1.2.3 针对专用汽车品种多、批量少的生产持点.................................................2 1.2.4 可靠性.............................................................................................................2 1.2.5 液压系统设计要点.. (2)

1.3、国内外自卸汽车的发展概况 (3)

第二章轻型自卸车主要性能参数的选择 (5)

2.1自卸车底盘的选取 (5)

2.2整车技术参数的确定 (6)

2.2.1整车技术参数表 (6)

2.2.2 容积利用系数 2.2.3 质心位置 (7)

第三章自卸车车厢的结构与设计 (11)

3.1自卸汽车车厢的结构形式 (11)

3.1.1车厢的结构形式 (11)

3. 1.2车厢选材 (11)

3. 2车厢的设计规范及尺寸确

定 (11)

3. 2.1车厢尺寸设计 (11)

错误！未找到引用源。 (12)

错误！未找到引用源。 (17)

错误！未找到引用源。 (17)

错误！未找到引用源。 (17)

第一章绪论

1.1、项目的提出

专用自卸车是装有液压举升机构，能将车厢卸下或使车厢倾斜一定角度，货物依靠自重能自行卸下或者水平推挤卸料的专用汽车。自卸汽车主要运输砂、石、土、垃圾、建材、煤炭、矿石、粮食、化肥和农产品等散装货物。它具有以下多种分类方式:

a、按用途分类：公路运输的普通自卸车；非公路运输的重型自卸车，主要用于矿区装卸作业与大中型土建工程。

b、按装载质量级别分类：轻型自卸车（一般小于3.5吨)；中型自卸车（4吨-8吨)；重型自卸车（大于8吨)。

c、按传动类型分类：机械传动、液力机械传动和电动三种类型。

d、按卸货方式分类：有后倾式、三面倾卸式、底卸式，以及货厢升高后倾式等多种形式，其中以后倾式应用最广。

e、按倾卸机构分类：直推式与杠杆举升式自卸车，直推式又可细分为单缸式、双缸式、多级式等；杠杆式又可细分为杠杆前置式、杠杆后置式、杠杆中置式等。

f、按车厢结构分类：一面开启式、三面开启式与无后栏板式。

轻量化自卸车是随着现代经济不断发展的必然产物，其装载重量在30t左右。国家和地方均出台专门的法规对农用车尺寸、排放、车速等各方面性能进行规范，从而促进了轻量化自卸车的健康发展。自 2001年11月10日起，中国正式成为WT0成员国，国内市场逐渐开放。传统自卸车作为一种运输量大、性能卓越的运输工具，在广大城市的沙场、矿山、工地及般的十木工程等的运输作业中得到了广泛的应用。但随着经济的发展，传统自卸车也暴露出了质量利用系数低、环境污染大、维修难等诸多缺点，因此轻量化自卸车是经济发展的必然产物。

轻量化自卸车具有载货量大、整车重量低等优点，并且采用先进的国IV 底盘更加节能环保。在如今竞争激励的市场，开发轻量化自卸车将对公司的未来发展具有重大意义。

1.2、轻量化自卸车设计要点

1.2.1 轻量化自卸车底盘的选取

根据市场调研报告反馈的用户需求，选用底盘并在功率匹配、动力输出、传动方式、外形尺寸、轴载质量、购置成本等方面进行分析比较，优选出一种基本型汽车底盘作为专用汽车改装设计的底盘。

1.2.2 专用汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配

设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响。在必要时，可适当降低汽车底盘的某些性能指标，以满足实现某些专用工作装置性能的要求。

1.2.3 针对专用汽车品种多、批量少的生产持点

专用汽车设计应考虑产品的系列化，以便根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型。对专用汽车零部件的设计, 应按“三化”的要求进行，最大限度地选用标难件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件和外协件。

1.2.4 可靠性

轻量化自卸车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件复杂，要了解和掌握国家及行业相应的规范和标准，使专用汽车有良好的适应性，工作可靠。

1.2.5 液压系统设计要点

液压系统选用本公司已用的产品，但选用时仍需考虑以下要点：

a.较好免维护性

轻量化自卸车主要应用场所是沙场、矿山、工地等，这些场所沙尘肆虐，工作环境恶劣, 自卸机构的维护条件较差，甚至有时根本谈不上什么维护。因此需

要自卸机构在设计时就要考虑到油缸的免维护性。

b.良好的动力性

举升机构作为自卸车卸料时的动力来源，为保证卸料顺利完成，要求其必须具有良好的动力性能。轻量化自卸车由于其特定的使用环境和用户群体决定了它经常处于超载状态，这就要求举升机构要具有一定的过载系数。

c.平稳性

要求举升机构在倾卸货物时具有较好的平稳性，不得有较大的动力冲击，降低冲击力对机构各部件的损伤概率，保证机构的使用寿命。

d.卸料性

轻量化自卸车举升机构应达到的卸料目标是:①在较短的时间内使货箱举升一定的角度，即举升机构将货箱举升到最大举升角所需的时间(对此国家规定了时间限值）；②货箱被举升机构举升到最大转角时，货物应顺利地倾卸完毕(即最大举升角达到货物的安息角）。

e.紧凑性

轻量化自卸车在结构设计时应考虑到其机构的紧凑性。

1.3、国内外自卸汽车的发展概况

我国专用车市场“蛋糕”将越做越大，去年以来，我国专用车市场取得较好的经营业绩，全国395家改装车企业改装汽车23. 06万辆，销售23. 05万辆。客车改装量最大，共改装103492万辆，占总量的44. 88%;载货汽车44870辆，占总量的19.46%; 自卸汽车27125辆，占总量的11. 76%;厢式、罐式等专用车销售40966辆，占总量的17. 77%。今年1~8月份，各类专用车销售均有较大增幅，乐观估计今年全年专用车产销将达30万辆。

通过数字来看，去年一年销售专用车达23万辆，结合我国道路、经济等实际情况，应该说数量还是比较可观的。但是问题就在于395家改装企业才生产23万辆。可以看、出，我国汽车改装企业和汽车制造一样，存在着规模小、技术落后、生产点过多等问题。

从改装车生产分布地区来看，也存在较大不均衡性，江苏、河北、安徽、河

南等8 个省去年产量之和约占总产量的75%，其他21个省仅占总产量的25%。地域的不均衡性也显示出专用车市场前景看好。

目前，我国改装车市场最大销售量约25万辆左右，改装量最大的除了客车外，主要有厢式车、罐式车、自卸车等主要车型。但是总体来看，这些专用车均存在技术附加值低、工艺较落后等问题。从品种来看，我国改装车品种较少，仅有400多个品种。那么，未来改装车市场到底是什么市场呢？肯定地说，应该向多品种、高、精、尖方向发展。

这种发展方向除了我国公路条件改善外，还和我国公路货物运输市场息息相关。目前，我国公路货运市场的主体依然是以个体户为主，公路货运甚至还谈不上物流管理，具有运输成本高、随意性大、服务没有保证等特点。随着我国加入世界贸易组织，这种格局将要逐步被打破。我国汽车工业保护期只有五年，但是公路货运市场却可以向外资开放，跨国物流公司正虎视眈眈盯着中国公路货运这块大市场，这场战斗谁是赢者，不言自明。集团化货运市场对卡车的个性化要求将越来越高，同时需求数量也将越来越大，可以毫不夸张地说，未来的卡车发展方向将是专用车。

美国等发达国家专用车市场十分巨大，专用车具有品种多、技术含金量高等特点。就专用车品种而言，美国就有5000多个品种，甚至很多专用车己经被电子化，装有电脑、卫星导航等系统。确切地说，我国专用车市场最终是向多品种、高精尖的方向发展。尤其是随着我国公路运输主体的逐渐变化，将加快产品结构的变化和技术的升级。

我国自卸汽车生产始于上世纪60年代初，经过40多年的发展，尤其是在上世纪80年代以后通过技贸结合与合作生产方式，从国外引进若干先进的自卸汽车制造技术，并在此基础上形成以若干大型汽车制造厂为主体的机械传动式自卸汽车生产企业集团。公路用自卸汽车的装载质量从2~20t、矿用自卸汽车装载质量从20~154t以基本形成完整的自卸汽车系列，为我国自卸汽车的腾飞打下了坚实的基础。当然除普通自卸汽车以外，专用自卸汽车的生产也得到了一定的发展，尤其是新世纪以来，随着我国社会经济和交通环境的改善，各行业对专用汽车尤其是工程系列专用汽车的需求越来越大。专用汽车将跟更加注重行业化、专用化、系列化。

国外自卸汽车生产始于上世纪30年代，比我国早30多年在其后70多年的发展过程中，其结构不断改进，整车性能已有很大提高。为提高自卸汽车的科技含量，追求高附加值，各国更是不断釆用先进技术，其主要表现以下几个方面：全面提高自卸汽车内在质量和使用性能；在制造加工方面，自卸汽车朝着底盘生产专业化、零部件生产专业化、工艺专业化和辅助生产专业化方向发展；广泛采用计算机辅助设计，以提高设计的质量和缩短设计研制的周期；在材料配置上，将更多地采用高强度铝合金、不锈钢、工程塑料和聚合材料等。目前，自卸汽车以形成自己独特的结构与车型系列。

第二章轻型自卸车主要性能参数的选择

首先，轻量化自卸车的设计应进行一系列的市场调研和同类车型资料的收集分析，摸清产品主要技术经济指标，了解有关设计法规等。在此基础上拟定设计原则，协调使用、制造与经济三方矛盾，处理好产品技术先进性与工艺继承性、零部件通用化程度以及生产成本的辩证关系，然后进入具体技术设计阶段。

在技术设计阶段，首先进行自卸车结构选型，确定举升机构类型与货厢结构形式，然后选择自卸车总布置主要参数。

2.1自卸车底盘的选取

根据市场调研报告和客户需求，经过专项小组的评审最终决定采用已有的国IV底盘。

2.2整车技术参数的确定

2.2.1整车技术参数表

车型分类

产品名称轻量化自卸车

产品型号

驱动方式8×4

尺寸参数空载外形尺寸（mm）

（长×宽×高）

9750×2490×3540 货箱栏板内部尺寸

（mm）（长×宽×高）

7000×2300×1190 容积(m3) 20

轴距（mm）（前/后）1800+3175+1400 轮距（前/后）（mm）1860/1860

前悬/后悬（mm）1525/1850

质量参数整备质量（kg）14989

额定装载质量（kg）15881,15816

总质量（kg）31000

空载轴菏（前/后）(kg) 6500/6500/18000(并装双轴) 质量利用系数 1.07

性能参数初速度30km/h制动距

离(m)

≤10动力性

指标

最高车速

(km/h)

80 通过性

指标

最小离地间

隙(mm)

314

接近角（°）28

离去角（°）39

经济性

指标

额定装载百

公里油/气

耗(L)

27.4

2.2.2 容积利用系数Vη

即单位容积装载质量，它取决于常运货物的种类，通常堆装部分的体积约占货厢体积的三分之一。确定的原则是既要充分利用汽车额定载重能力；又要避免在运输高比重货物时出现严重超载。对普通自卸车常取3

1650kg/m

=

V

η。

2.2.3 质心位置

质心位置对汽车附着性能和稳定性能等能产生重要影响，因此是一项重要指标。质心位置又分为空载质心与满载质心两种状况。设计时应力求使改装自卸车的质心位置尽量接近原车质心。质心计算公式如下： ①上装部分轴荷分配计算（力矩方程式）

基本计算公式 A 已知条件

底盘整备质量G 1 =14989kg 底盘前轴负荷g 1=6500kg 底盘后轴负荷Z 1=4250kg 上装部分质心位置L 2=858mm 货物部分质心位置L 3=858mm 上装部分质量G 2=3980kg

整车装载质量G 3（含驾驶室乘员）=12056kg 装载货物质心位置L 3=958mm 轴距)(21l l l

B 上装部分轴荷分配计算（力矩方程式）

例图1

g 2（前轴负荷）×1

21l l +（例图1）=G 2（上装部分质量）×L 2（质心位置）

1

2222

1)

()()(l l L G g +?=

上装部分质心位置上装部分质量前轴负荷

则后轴负荷222g G Z -=

代入数据得 g 2=715kg Z 2=3265kg ②载质量轴荷分配计算

g 3（前轴负荷）×

)

21(1l l +=G 3×L 3（载质量水平质心位置） 1

3332

1)

()()(l l L G g +?=

装载货物水平质心位置整车装载质量载质量前轴负荷

则后轴负333g G Z -=

代入数据得 g 3=2165kg Z 3=9835kg D 空车轴荷分配计算

g 空（前轴负荷）=g 1（底盘前轴负荷）+g 2（上装部分前轴轴荷） Z 空（后轴负荷）=Z 1（底盘后轴负荷）+Z 2（上装部分后轴轴荷） G 空（整车整备质量）=空空Z g + 代入数据得 g 空（前轴负荷）=7215kg Z 空（后轴负荷) =7515kg E 满车轴荷分配计算 g 满（前轴负荷）=g 空+g 3 Z 满（后轴负荷）=Z 空+Z 3 G 满（满载总质量）=g 满+Z 满

代入数据 g 满（前轴负荷）=9380kg ≤1300kg Z 满（后轴负荷）=17350kg ≤18000kg G 满（满载总质量）=26730kg ≤31000kg 符合陕汽集团的改装要求。

③水平质心位置计算（力矩方程式）

专用汽车的质心位置影响整车的轴荷分配、行驶稳定性和操纵性等，在总体设计时必须要慎重全面考虑计算或验算，特别是质心高度是愈低愈好。 A 已知条件

底盘轴距)(21l l l +=4575mm

整车整备质量G 空=14989kg 与满载总质量G 满=31000kg 空载前双轴质量g 空=6500kg 与后轴轴载质量Z 空=8500kg 满载前轴质量g 满=13000kg 与后轴轴载质量Z 满=18000kg B 空载整车水平质心位置计算（力矩方程式） )()

)(2/1(11离质心至后桥中心水平距或或空

空空G l l l l l g L ++?=

代入数据得L 空=1679.12mm C 满载水平质心位置计算

满

满满

或或（至后桥水平距离）G l l l l l g )

)(2/1(L 11++?=

代入数据得 L 满=1625mm ④ 垂直质心高度位置计算 A 已知条件

a ） 整车各总成的质量为g i

b ） 整车各总成的质心至地面的距离为Y i B 整车质心高度)(专用车总质量--∑=

a a

i

i g G G xy g h C 空载整车质心高度计算 )()()(整车整备质量

空载时各总成质心高度

空载时各总成质量空空空空a i i g G y g h ?∑=

D 满载整车质心高度计算 )()()(整车满载总质量

满载时各总成质心高度

满载时各总成质量满满满满a i i g G y g h ?∑=

数据

序号 名称 质量 质心高度（空载/满载）

1 底盘 11000kg 1114/1077

2 大厢及上装 3980kg 1522 3

载货

16000kg

1422

代入数据得 h g 空=1228.7mm h g 满=1330mm

2.2.4 专用汽车行驶稳定性计算 专用汽车横向稳定性计算 a 已知条件

专用汽车轮距B=1860mm 专用汽车空载质心高度h g 空 专用汽车满载质心高度h g 满

专用汽车行驶路面附着系数φ（一般取φ = 0.7～0.8） b 计算公式

保证汽车行驶不发生侧翻的条件：

)(2专用汽车质心高度-hg hg

B

? c 保证空车行驶不发生侧翻的条件：? 空

hg B

2

代入数据得 0.757>?

d 保证满载行驶不发生侧翻的条件：? 满

hg B

2

代入数据得 0.71>?

第三章自卸车车厢的结构与设计

3.1自卸汽车车厢的结构形式

3.1.1车厢的结构形式

车厢是用于装载和倾卸货物。它一般是由前栏板、左右侧栏板，为避免装载时物料下落碰坏驾驶室顶孟，通常车厢前栏板加做向上前方延伸的防护挡，车厢底板固定在车厢底架之上。车厢的侧栏板、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。后栏板左右后倾式车厢广泛用于轻、中和重型自卸汽车。它的左右侧栏板固定, 两端上部与侧栏板饺接，后栏板借此即可开启或关闭。

本文设计的自卸车是承担砂石、土方、煤炭运输的短途自卸汽车，没有侧倾要求，故采用前举后倾式车厢。

3. 1.2车厢选材

在全面分析用户要求、车厢的工作条件、受力状态、工作环境和零件失效等各种因素的前提下，以轻量化为目的，最终选用高强度钢板。

3. 2车厢的设计规范及尺寸确定

3. 2.1车厢尺寸设计

外廓尺寸应在厢式货车总体设计阶段予以确定。为了防止紧急制动时货厢与驾驶室之间留有150-250mm的间隙。为满足汽车的轴荷分配，车厢和货物的质心离后桥中心线的距离为：对于后轮为双胎的长头或短头车，该距离一般为轴距L的（2%-10%)；以及驾驶室后壁的位置和底盘，可确定车厢长度，取大厢设计尺寸为7000×2300×1190mm；车厢刚度，无论是弯曲刚度还是扭转刚度，都会增加车架的相应刚度，两者的刚度是相辅相成、互相补偿的。当汽车前后左右车轮处于高差较大的路面，车架扭曲较大时，车厢应该有一定的扭转随动性。

车厢底板和侧梁断面应小些，布置应密集，这样易于形成等刚度，自卸汽车

车架断面系数也应比同级吨位的货车车架大一倍。

3. 2.2大厢结构设计

本次轻量化大厢轻量化为设计目的，主要采用整体一体化设计，具有更加简洁的结构。传统自卸车主要采用田字格和槽钢结构，并且采用的都是普通的Q235和Q345钢板，不但结构笨重，而且由于焊缝过多，经常会出现焊缝开裂等质量问题。因此本次轻量化自卸车在前期设计阶段就考虑到轻量化、系列化、模块化，在选材上选用耐用的4mm高强度钢板；在设计时将大厢各个总成做成模块化，这样不但加快了生产周期，也降低了其后期维护难度。

具体结构如下：

A 大厢整体设计图如下

B 侧板结构设计

轻量化自卸车侧板结构主要采用整块高强度板折弯成W型结构，具有重量轻、强度高等优点。图例

侧板的质量特性

重心: ( 毫米)

X = -1170.23 ；Y = 673.84；Z = -3120.00

惯性主轴和惯性力矩：( 千克* 平方毫米）由重心决定。

Ix = (0.00, 0.00, 1.00) Px = 28943933.63

Iy = (0.02, -1.00, 0.00) Py = 832960599.02

Iz = (1.00, 0.02, 0.00) Pz = 861342026.27

惯性张量: ( 千克* 平方毫米)

由重心决定，并且对齐输出的坐标系。

Lxx = 861330303.93 Lxy = -576679.60 Lxz = 0.00

Lyx = -576679.60 Lyy = 832972321.36 Lyz = -0.00

Lzx = 0.00 Lzy = -0.00 Lzz = 28943933.63

惯性张量: ( 千克* 平方毫米)

由输出座标系决定。

Ixx = 3475889881.12 Ixy = -202934064.71

Ixz = 936947970.80

Iyx = -202934064.71 Iyy = 3682434751.44 Iyz = -539513890.77

Izx = 936947970.80 Izy = -539513890.77 Izz = 496889865.90

C 后板结构设计

后板结构采用折弯槽钢焊接结构，具体结构如下。

D 前板结构设计

根据以往设计经验，前举车型前板是主要受力面，因此设计前板应考虑其可靠性。具体设计结构如下

E 底架结构设计

底架设计主要采用折弯结构增加底架的强度 具体结构如下

设计计算结果如下

①以一次3m 3方土方的运送量为准

所受的力为st d d

k δδ=

变形量为

t d s k s ?=?

其中

t

d s g h

k ?+

+=211

土方密度取黏土最大值1.5t/m 3，安息角取运动状态为40°

装载机铲斗长度尺寸为1.5m ，倾倒土方的长度尺寸定为1.2m ，运送量为每铲斗3m 3 。

由此得出土方倾倒在厢体内为上下底面椭圆形的锥形结构

得出S 上

近似等于26.0·）（π，下s 近似等于长轴为3.04m ，短轴近似等2.3m 的

椭圆形面积

由此计算的土方高度为

h 2)

(下上s s V +=

，得出近似值h=0.9m

Mpa

st 23

10025.18

.05.510105.13-?=????=

δ

由于是高强度钢板因此弹性模量E 取206Gpa 。

则85

21098.41006.210025.1--?=??=?t s

则4

109.1?=d k

得出Mpa d 195=δ < ][δ 满足设计强度

m s 41046.9-?=? ② 当满载货物时载货强度验证：

已知厢体容积为27.2m 3，底面积为7m*2.3m=16.1m 2，

则可得Mpa st

2

31017.38

.01.1610105.12.27-?=????=δ 由于是高强度钢板因此弹性模量E 取206Gpa 。

7

5

210

54.11006.21017.3--?=??=?t s

则3

102.2?=d k

得出Mpa d 70=δ < ][δ

m s 4104.3-?=? 满足设计强度要求。

第四章副车架的设计

在自卸车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷，同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架(副梁)过渡。本车在工作中受较大的弯曲应力，因此，本车副车架纵梁采用两根抗弯性能较好的平直槽行梁，材料为Q345。

在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都应满足的相关规定。

4.1副车架的主要尺寸

自卸车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。参考以往车型最终确定本次自卸车副车架采用 200×80×6mm ，材料为Q345的矩形管。

根据底盘尺寸最终确定副车架尺寸如下： 副车架总长：6500mm 副车架总宽：850mm 副车架总高：200mm

4.2副车架的强度、刚度、弯曲适应性校核

对于塑性材料，其弯曲正应力强度条件为：

][m a x

m a x δδ≤=

z

W M 其中 max

y I

W Z z = 可得 z

I y M m a x

m a x m a x =

δ 式中， M max 梁内最大弯矩截面弯矩值； W z 抗弯截面模量；

I Z 梁截面对中性轴的惯性矩； y max 最大弯矩截面矩中性轴最远处。 对于矩形副车架截面，截面惯性矩I Z

3

222

121bh d y b I y h h z =

=?-

代入数据可得 M p a 12.256max =δ

因副车架设计成对称的矩形，其截面上下缘最大抗拉应力t δ与最大抗压应力

c δ相等。

即Mpa Mpa c t 51012.256max ≤===δδδ 其余参考已有自卸车结构设计。