高位自卸车课程设计—机械设计

机械设计课程设计说明书设计题目：高位自卸汽车工作机构综合班级：XXXXXXXXXXXXXXX姓名：XXXX学号：XXXXXXXXXXXXXXX指导教师：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XX年X月X日目录第一章问题提出 (2)1.1设计要求与相关数据 (2)第二章方案设计 (3)2.1举升机构 (3)机构运动分析 (3)液压缸的选取 (8)2.2翻转机构和后箱门打开机构 (12)液压缸的选取 (12)2.3控制油路的设计 (14)第三章机构综合 (15)3.1方案选择 (15)3.2机构总图 (17)第四章模拟仿真分析 (18)4.1举升时液压缸速度图像 (18)4.2举升时车厢速度图像 (18)4.3举升时车厢加速度图像 (19)4.4举升时车厢垂直方向位移图像 (19)4.5举升时车厢垂水平方向位移图像 (19)第五章总结 (24)附录 (24)实体建模效果图 (24)图2 高位自卸汽车卸货高位自卸汽车工作机构综合第一章：问题提出目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。

若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。

为此需设计一种高位自卸汽车（图1），它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货（图2, 图3）。

1.1设计要求和有关数据:1.具有一般自卸汽车的功能。

2.在比较水平的状态下,能将满载货物的车厢平稳地举升到一定的高度，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（图23）。

车厢处于最大升程位置时，其后移量a 见表18。

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。

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。

图1自卸汽车图3 自卸车厢倾斜角度表1 设计数据第二章：方案设计2.1举升机构设计要求：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Smax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amax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工作原理：随着液压杆的伸长，BF杆将顺时针旋转，由于平行四边形的特性，GF永远平行于BC，这样可使车厢水平上升一定高度，并且产生一定的后移量。

优点：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：1. 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2. 随着车厢的上升，C和G之间的距离逐渐变短，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。

方案二：异侧滑块剪式举升机构工作原理：由于E为两杆的中点，故在车厢上移过程中，A与C，E与F始终在一条直线上；同时由于A点向后移动，故车厢上的F点也随之后移，于是整个车厢就向后移动。

优点：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：油缸推程比较大，对油缸要求比较高。

方案三：剪式举升机构如上图所示，BD=CD=a ，DE=DF=b ，液压缸推动B 在固定的导轨中水平移动。

设举升前BF 与水平方向夹角为1α，举升后为2α 。

铅垂位移为S ，水平位移为X ，液压缸的推程为T得出：可以看出上升量S 与杆长（a+b ）有很大关系，杆越长，上升量S 越大。

后移量X 与a 、b 的差值有关，所以D 点不能为两杆的中点，否则将不能产生后移量。

液压缸推程与b 成正比，要想小的液压推程实现大的上升量，则b应该设计的很小。

可是根据后移量X 大于0，可知b 大于a 。

如果b 很小，则a 更小，于是杆长（a+b ）很小，与上升量要求杆长（a+b ）大相矛盾。

如果将b 设计的很大，除了将使液压缸推程增大，还会使EF 的距离较小，影响了车厢工作的稳定性，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D 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F 点换成滑动铰链，而E 点换成固定铰链1122S =(a+b)sin S =(a+b)sin αα⎧⎨⎩21()(sin sin )S a b αα=+-1122[2cos ()cos ][2cos ()cos ]X b a b b a b αααα=-+--+12()(cos cos )b a αα=--12(cos cos )T b αα=-12()(cos cos )b a αα=--由于此时D 为BF 、CE 的中点故在车厢上移过程中，E 与B,F 与C 始终在一条直线上；同时由于B 点向后移动，故车厢上的E 点也随之后移，于是整个车厢就向后移动。

设BF=CE=1，举升前C 、D 与水平的夹角为1α ，举升后为 2α，上移量S ，后移量D ，则有：上移量：21(sin sin )S l αα=-; 后移量：12(cos cos )D l αα=-这样车厢上移量和后移量就很好的协调了。

该机构有以下优点： 1.结构简单，紧凑；2.液压缸小的推程能实现大的上移量； 3机构的受力情况较好；4可靠性高，能满足工作要求。

下面对该设计进行具体数据计算： 设计要求的尺寸：如图所示，1B ,1E 为未举升BE 的位置，举升后为2B 2E 由l =l ==即：2222d S SH a x a+-=可知a 越大，x 越小。

设计要求max 1.20.336a a m ≤=在上式子中取a=0.336m,S=1m ，d H =0.45m ，代入式子，得x=2.66m 满足x+a=2.996≤L=3.7,符合设计要求，l =液压缸的行程T=0.336m举升前的水平的夹角为10.45arctan arctan 8.542.996d H x a α===+ 举升后的水平的夹角为2 1.45arctan arctan 28.602.66d S H x α+===假设固定铰链E 距车厢前段距离1n = 0.4m ，则在未举升时滑动铰链F 距车厢后端距离21()0.304n L n x a m =--+=，举升后，220.64n n a m =+=安装后如下图：综上可知：杆CE 长度：3.0296m 杆BF 长度：3.0296mEF 初始状态的距离为：2.996m 铰链E 距车厢前段距离：0.4m滑动铰链F 距车厢后端距离：0.304m举升后滑动铰链F 距车厢后端距离：0.64m液压缸的行程0.336m 举升前水平夹角18.54α=举升后水平夹角228.60α=机构运动分析： 速度分析：设油缸匀速运动，它的速度即B 的速度为0.05/b V m s =，由于四边形BCEF 在每个位置都为矩形，所以车厢E 点的水平分速度x bV V =,所以车厢的速度即E 点的绝对速度sin sin x b e V V V αα==，车厢的上升速度tan tan x by V VV αα==。

当车厢刚要上升时角度最小，上升到最高位置时角度最大。

根据举升前水平夹角18.54α=；举升后水平夹角228.60α=得：车厢初速度： 10.337/sin be V V m s α== 车厢上升初速度：10.333/tan b y VV m s α==车厢末速度： 20.104/sin b e V V m s α== 车厢上升末速度：20.092/tan by VV m s α==加速度分析：E 点的加速度由法向加速度t a 和切向加速度n a 合成，2e n V a l =,e t dV a dt =e a == arctannt a a α=举升液压缸的选择：根据设计方案三：剪式举升机构的要求，液压缸是固定在车底盘上，所以采用轴向脚架连接，便于与车底盘连接，且稳固性较高根据W=4000Kg ，需要液压缸的推力14000P Kg ≥ 查表一，得出较合适的缸径63D mm=速比 1.46ϕ= 杆径36d mm =，即推力为14980P Kg =再根据计算的出的行程336mm查表二，得出行程为400mm 较合适，再根据表三，即可选用尾部法兰安装，如下图一：其标准参数如下：根据表可以选用的液压缸参数：ZF=249mm 表一：表二：表三：选用缸径为63mm后可根据油口系列，如下表四：表四：可以得出油口通径以及油口螺纹的具体参数，能实现液压缸的安装。

控制油路的设计：2.2翻转机构和后厢门打开机构设计要求：1.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。

2.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。

翻转机构方案一说明：该机构安装在横梁上，液压缸和车厢都将会被举升到一定高度；优点：1、结构简单紧凑;采用单缸时，容易实现三面倾斜；2、油缸垂直下置时，油缸的推力可全部作为车厢的举升力，因而所需的液压缸功率较小；3、该翻转机构是安装在车中间的，故不会与举升机构发生干涉。

缺点：液压缸进程比较大，而且要求液压缸性能好翻转机构方案二说明：该机构同样安装在横梁上，液压缸和车厢都将会被举升到一定高度；优点：1.结构简单紧凑；2.缩短了液压缸的进程，且效率较高；3.该翻转机构是安装在车中间的，故不会与举升机构发生干涉。

缺点：要求精度比较高。

选取同步液压缸图5-38同步液压缸结构1—缸体2—外挡圈3—O形橡胶密封圈4—内挡圈5—大缸套6—小缸套7—孔用Y形密封圈8—防尘圈9—排气螺钉后厢门打开机构方案一机构分析：该机构采用的是自锁装置，当车厢翻转时，推动YZ杆使滑动块向前移动，从而使形状如爪子的X装置在弹簧由压缩到恢复的状态下，使后厢门的圆扣自动脱离爪子，也就达到开门状态。

当卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门依靠重力也随之可靠关闭。

优点:设计具有创意、巧妙性，且思路清晰缺点：1. 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，没有实现与车厢的联动；2. 该机构需要在箱体底部加装一个自动倒锁，而该倒锁就需要一套装置来进行控制，如果要实现自动锁死的话，就还需要设计一套机构或是加装传感器，而且还需精确设计，这样以来，成本将会提高。

后厢门打开机构方案二机构分析：该机构采用了一套平行四边形机构(图中的ABCD)，其中AB为机架，边CD与车厢尾部固定在一起，这样当车厢顺时针翻转时，CD边绕D点顺时针转，从而带动杆AC，BD运动，因为CD是和DE焊在一起的，且与CD垂直，这样就能保证DE永远垂直于水平面，这样就实现了后箱门的联动。