车辆工程毕业设计98东风天锦DFL3160BX1A高位自卸车设计高位自卸车

第1章绪论

1.1 课题的提出

自卸汽车是最常见的专用车辆，自卸汽车又称翻斗车，它是依靠自身动力驱动液压举升机构，使货厢具有自动倾卸货物功能与复位功能的一种重要的专用汽车。自卸汽车主要运输砂、石、土、垃圾、建材、煤、矿石、粮食和农产品等可散装又可散堆的货物。其最大优点是实现了卸货的机械化，从而提高了卸货效率，减轻劳动强度，节约劳动力。因此，几十年来它在国内外获得迅速发展和普及。但是，普通自卸汽车的卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，其卸货高度是一定的，若要将货物堆积的较高点或在较高处开始堆积就难以实现了，为此需设计一种专用自卸汽车——高位自卸汽车，它是装备有车厢高位举升和倾卸机构两套装置，能将车厢举升到一定高度后倾卸物料的自卸汽车，适合于高货台卸货。

1.2 高位自卸车设计特点

目前，国内外自卸汽车朝着多品种、系列化、小批量方向发展，而高位自卸汽车将朝着重型化、底盘专业化方向发展。尽管就汽车市场而言，高位自卸汽车在今天甚至是在今后很长一段时间不可能占有太大的市场，但是，正因为高位自卸汽车其独特的作用——高位自卸，它在工程建设中尤其是大型工程建设中起着越来越重要的作用，其辐射范围也越来越大，航空，基建，农用等都将活跃着它的身影。

经调研发现，目前，高位自卸汽车具有一定需求市场，但生产厂家相对较少，主要在于其结构较为复杂，因此难以形成批量生产，为使高位自卸汽车汽车能够完善其结构和性能，提高高位自卸汽车的功能，形成小批量生产。本设计重点对高位自卸汽车举升结构和倾卸所采用的各种方案进行比较分析，分别列出各方案的优劣点，以便选择最合适方案。

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1.3毕业设计课题的实际意义

对于液压举升机构考虑到工作环境、工作性质及工作内容等的要求，在设

计液压举升机构时应满足的性能有:

1、较强的免维护性

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铰支点和油缸的免维护性。

2、良好的动力性

举升机构作为中型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。中型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。

3、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。

4、卸料性

自卸车顾名思义就是省却了人力卸料之苦，通过特定的机构使用液压力自动卸料。因此，自卸车举升机构应达到的卸料目标是:a、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);b、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)。

5、紧凑性

中型自卸车多数是大中吨位的工程运输车辆，其装载工具多为小型装载机械。为了装载方便，自卸车的货箱布置位置一般较低，同时又要考虑到自卸车的工作环境，应使其具有较好的通过性(即离地间隙受限)，因此，自卸车的举升机构布置空间就受到很大的限制，这就要求机构具有较好的紧凑性，占用较少的空间。

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6、协调性

液压举升机构实际上是一种演化的四连杆机构，在外力作用下，各部件能沿自己的铰支点按设计者的意图顺利转动，不得出现传动角小于许用传动角的情况，更不能有死点位置的存在。

1.4 国内外自卸汽车的发展概况

自卸汽车生产企业无论是在数量上还是在质量上都得到了空前的发展，全国生产和改装汽车的企业由最初不足10家发展到1989年的114家，到1998年的724家，占全国汽车生产企业的86.4%，其中改装车厂631家，主机（整车制造）厂93家。专用汽车汽车企业的性质和生产模式也都发生较大改变。由原有分散的中、小型国有企业，通过联合、兼并、重组、民营等手段形成了企业的集团化、大型化。以前“小而全”的生产格局也不复存在，自卸汽车的生产模式将朝着单一种类、系列化、多品种的专业化模式发展。

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，各国更是不断采用先进技术，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；随着使用范围的不断扩大、用户要求的不断提高，自卸汽车正朝者多品种、系列化、小批量的方向发展；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。

高位自卸车作为自卸车家族的重要组成，多品种、小批量也是其一大特点。

高位自卸汽车生产的另一个特点是零部件专业化生产，大部分专用汽车厂

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实际是一个总装厂。其产品按结构分工或组织专业化协作生产如自卸车油缸，副车架等均有个专业厂集中生产。

目前，高位自卸汽车的市场占有量还很小，但随着我国经济的发展，各种大型项目的实施，高位自卸汽车的市场需求量会逐渐增大，可以预见，在今后一段时间内市场需求将得不到满足。

随着国民经济的快速增长，加入WTO后市场的开放，西部大开发战略的实施，北京申奥的成功，东北三省的振兴等，无不在预示着专用汽车发展新机遇的来临。2001年北京申奥成功，北京就决定在5年内对城市基础设施建设投入1800亿元资金，重点项目达142个，因此，近几年，北京将是中国最大的专用汽车市场。西部大开发，将促进西部地区专用汽车市场的有效增长，西部地区基础设施建设投资达7000亿，10年内将修建公路35万公里。专用汽车有着较大的市场发展空间。诸如“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”、青藏铁路及国内几条高速公路建设等大型项目的正式启动，给专用汽车市场特别是重型专用汽车市场注入了巨大活力。任何大工程的启动都需要工程机械的参与，高位自卸汽车将会在这些大型舞台里扮演重要的角色。

为使高位自卸汽车能够在不同工况下圆满的完成工作的需求，经过调查、研究，我国高位自卸汽车的品种开发还应从以下方面努力：进一步发展和完善中型高位自卸汽车；进一步开发自装卸机构，以适应农业等部门的需求；进一步提高高位自卸汽车的技术含量以追求其高附加值等。

在以经济建设为中心的大环境里，在世界经济复苏的浪潮中。高位自卸汽车发展前景将是一片美好的，但是机遇与挑战是并成的，只有抓住机遇迎接挑战，才能实现我国专用汽车事业的真正腾飞。

第2章高位自卸车的结构设计

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高位自卸汽车是装备有车厢高位升高和倾卸两套机构（统称高位自卸汽车的举升机构）的专用汽车，它能将车厢平移举升到一定高度后倾卸货物。

2.1设计要求和有关数据

图2-1高位自卸车简图

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图2-2车厢打开示意图

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，见表1。

最大升程S

max

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

不位置时，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

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上图。

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。

序号车厢尺寸（L×W×H）S max a W（kg）L t H d

1 5400×2300×800 2000 300 8000 300 500 表1（尺寸单位：mm）

2.2举升机构方案设计

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，

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最大升程S

见表1。

max

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。

方案一：平行四边形举升机构

图2-3平行四边形举升机构

工作原理：

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

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厢的长度，在工程实际中不能实现。

方案二：L型举升机构

图2-4 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

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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。

方案三：剪式举升机构

图2-5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，并可在滑槽内移动；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：

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图2-6剪式举升机构

如上图，设AE=BE=a ，CE=DE=b ，举升前1?=∠CAB ，举升后2?=∠CAB ，则有

上移量：)sin )(sin (12??-+=b a S

后移量：[][]2211cos )(cos 2cos )(cos 2????b a a b a a d +--+-= 化简后得

)cos )(cos (21??--=b a d

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：

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图2-7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 12??-=l S 后移量：)cos (cos 21??-=l d 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2-8剪式举升机构

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。

为了解决以上矛盾，可以采用以下多级举升机构：

图2-9多级剪式举升机构

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，

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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左侧部位。

2.3翻转机构方案设计

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．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

图2-10单缸直推式

工作原理：

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。

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方案2：杠杆平衡式

图2-11杠杆平衡式

工作原理：

该机构优点是结构紧凑，横向刚度比较好，举升时转动比较圆滑，杆系受力比较小，举升过程中油缸的摆动角度很小，油缸的行程也比较短。

该机构缺点是机构集中在车后部，给车身的整体布局带来一定的困难，而且，在推杆推动车厢翻转时，车厢倾翻轴支架的水平间内力非常大，因此，对材料的要求比较高。

方案3：油缸前推连杆式

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图2-12油缸前推连杆式

工作原理：

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4：油缸后推连杆式

该机构的优点是比较紧凑，其他优点同方案3一样。其缺点为油缸推

动行程比较大，因此对油缸的要求较高。

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图2-13油缸后推连杆式方案5：油缸液动连杆式

图2-14油缸液动连杆式

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该机构的优点是机构紧凑，举升时转动圆滑，举升较平稳。

其缺点是该机构比较庞大，油缸固结在节点上，从而使杆件刚度要求较高。而且油缸转动角度过大，容易出现干涉。

方案6：前推杠杆组合式

图2-15前推杠杆组合式

其优点是结构紧凑，举升时转动平稳且圆滑，在举升过程中，油缸转动角度较小。

其缺点是油缸的行程比较大。

方案7：连杆放大式

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图2-16连杆放大式

机构的优点是横向刚度好，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方向反力较小。

缺点是该机构的三脚架比较大。

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。

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图2-17油缸前推连杆式

2.4后箱门打开机构方案设计

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：

图2-18后箱门打开示意图

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设计方案选择：

1.方案一

图2-19倒锁开门式

机构分析：

该种方案是最容易想到的，因为设计要求中提到在车厢倾斜卸货时，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。所以，在本设计中，当车厢翻转的时候，后箱门是完全依靠自重下垂的，在车厢倾斜卸货的时候，后箱门是可以随之打开的，当车厢恢复水平的时候，后箱门也可以自动的依靠重力而随之关闭。另外，为了保持在后箱门关闭后，不会因为其他的情况而再次打开，我们在车厢的底部设计了一个倒锁，它在后箱门关闭后会自动工作把后箱门锁死，所以，基本的设计要求还是达到的。

优点：

该设计机构最大的优点就是结构简单，思路也非常容易想到。

缺点：

该机构的缺点也是比较明显的：第一，该机构在箱门开启之后就不能对箱门的位置进行控制了，使得箱门在空中有比较大的晃动，没有实现与

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