车辆工程毕业设计94东风尖头140自卸汽车改装设计

第1章绪论
1.1 课题的提出
自卸汽车又称翻斗车（tipper,dump car）,它是依靠自身动力驱动液压举升机构，使货箱具有自动倾卸货物的能力和复位功能的一种重要专用汽车。

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:
1、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。

2、按最大总质量级别分类：轻型自卸车（1.8-6吨）；中型自卸车（6吨-14吨）；重型自卸车（大于14吨）。

3、按传动类型分类：机械传动、液力机械传动和电力传动三种类型。

4、按卸货方式分类：有后倾式、侧倾卸式、三面卸式，以及货厢升高后倾式等多种形式。

其中以后倾式应用最广。

5、按倾卸机构分类：直推式与连杆举升式自卸车。

直推式又可细分为前置式、后置式等。

连杆式又可细分为液压缸前推连杆式、液压缸后推连杆式。

6、按车厢结构分类：一面开启式、三面开启式与无后栏板式。

自卸车在土木工程中，常与挖掘机、装载机、带式输送机等联合作业，构成装、运、卸生产线，进行土方，沙石、松散物料的装载运输。

由于自卸车的装载车厢能自动倾翻一定角度卸料，大大节省卸料时间和劳动力，缩短运输周期，提高生产效率、降低运输成本，并标明装载，是常用的运输机械。

自卸汽车自20世纪初出现以来，不断发展，日趋完善，已成为当今货物运输的主要车辆之一。

自卸汽车需求快速增长，销量超过载货汽车上升到第一位。

主要原因是固定资产投资强劲增长，巨大的投资规模奠定了自卸车市场需求基础；自卸汽车品种增加，不仅适应和满足施工需求，同时向运输市场发展；自卸汽车保持较快发展，已成为公路运输的主力车型。

随着国内基础设施建设需要不断增加，自卸汽车产量近年来一直保持较高产销量，在专用车综合产量中保持领先位置，但在种类、型式、材料运用方面与国外还有一定的差距。

中型自卸车是随着我国农村经济的不断发展，上世纪80年代末发展起来的自卸
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普通自卸汽车 倾卸装置 运输车辆，其最大总重量在6t-14t 之间。

国家和地方均出台专门的法规对商用车尺寸、排放、车速等各方面性能进行规范，从而促进了中型自卸车的健康发展。

自2001年11月10日起，中国正式成为WTO 成员国，国内市场逐渐开放。

同时，我国亦确立了以扩大内需为主的经济政策，实施西部大开发战略，加大对基建项目的投资力度，农林牧渔、采矿、水利、军工、环保、商业运输、交通、通讯、金融、机场、电力、城市建设和石油开采等行业均快速发展，使各种类型的专用车需求量大增。

在广大城乡的沙场、矿山、工地及般的十木工程等的运输作业中型自卸车以其灵活机动、价格低廉的优点得到了广泛的应用。

倾卸装置是自卸汽车的主要结构部分。

其主要组成如下：
普通自卸汽车机构组成图如下图1.1所示：
1-液压倾卸操纵装置；2-倾卸机构；3-液压油缸；4-拉杆；5-车厢；
6-后铰链支座；7-安全撑杆；8-油箱；9-油泵10-传动轴；11-取力器
图1.1 普通自卸汽车结构组成
在中型自卸车的设计当中，液压举升机构和车厢的设计一直处于重要的地位。

这是因为液压举升机构是自卸车的重要工作系统，其设计方案的优劣直接影响着汽车的多个主要性能指标;对提高液压举升机构的设计质量和效率具有重要的意义。

非公路运输自卸汽车主要应用于大型矿山、水利工地等场所，运输的货物通常是由与其配套的挖掘机械来完成装载的。

这类汽车也称为矿用自卸汽车。

这类自卸车辆在长度、宽度、高度以及轴荷等方面不受公路法规的限制，但同时它也只能在矿山、工地上使用，而不得用于公路运输。

另一类是公路运输用的轻、中、重型（装载质量在2～10t）普通自卸汽车。

这种自卸车主要承担着泥土、砂石、煤炭等松散货物的运输工作，它通常也是与装载机械配套使用的。

随着中国经济的不断发展，东风尖头140自卸汽车成为了公路运输的重要设备。

城市建筑的增加，运输道路的变化，铁路运输效率降低，曲率半径受到限制，爬坡能力低，很难适应短途运输的要求，从而为中型自卸车的发展提供了机遇。

其中东风尖头140自卸汽车更是应用广泛。

东风尖头140自卸汽车随着城市建筑规模的扩大，装载质量的增大，多数自卸汽车经常是满载连续行驶，又需要连续制动，发动机和传动系统满负荷运行时间长，因此东风尖头140自卸汽车的使用可靠性要求很高，这也是其售价适中，销售量很高的原因。

1.2 课题来源及研究意义
当今汽车工业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代速度的日益加快。

汽车产品开发的一个主要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持其基本结构和功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品。

自卸汽车是以发动机为动力，经过变速器的取力机构和液压倾卸装置，进行车厢自动倾卸，从而实现自动卸货的一种车辆。

因其短途卸载方便，动力性、机动性均较好，与装载机，带式输送机，吊车等其它吊装机具配合使生产效率明显提高，被广泛应用于建设工地、矿山、港口、码头等，用来搬运岩石，废土，煤，沙子等物资。

当今汽车工业面临的主要挑战是买方市场的形成和产品更新换代速度的日益加快。

汽车产品开发的一个主要手段就是变型设计，即以现有产品为基础，保持其基本
结构和功能不变，对其局部结构、尺寸或配置进行一定范围内的变动和调整，以此快速形成适应市场需求的新产品。

东风尖头140自卸汽车是一种专用汽车，技术要求适中，社会需求量高。

过去很长一段时间，国内卸汽车生产厂家主要靠引进国外车型，通过仿制和部分改造开发自己的新车型。

随着设计水平和生产能力逐渐提高，部分自卸汽车生产厂家开始与高校等科研机构合作，开发具有自主知识产权的自卸汽车。

如北京首钢重型汽车制造厂与北京科技大学合作，开发的SGA3550型矿用自卸汽车。

在SGA3550型自卸汽车样机装配过程中，发现了一些设计上的失误，造成部分零件的返工，延长了样机制作时间。

可见，有必要采用新的设计方法，如国外部分自卸汽车生产厂家采用的虚拟样机技术，保证整车一次装配成功，减少甚至避免零件的返工，缩短新车型的研制时间，降低研制成本，提高整车性能。

自卸汽车液压系统是自卸汽车重要组成部分，液压系统性能好坏直接影响整车的工作性能和可靠性。

本课题在满足设计要求下，对东风尖头140自卸车的车厢和举升机构进行合理的选择和设计，并为进一步研究整车的计算机辅助设计提供经验，进而提高自卸汽车产品的设计质量和设计效率。

同时，也希望能为推广虚拟样机等先进CAD技术的应用，以及为提高我国专用汽车的设计水平进行一些有益的探索。

1.3 自卸汽车国内外研究概况及发展趋势
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，甚至很多专用车已经被E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。

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[1]。

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；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。

目前, 各大自卸汽车生产企业生产的自卸车尾钩锁紧机构多数为拉杆式尾钩锁紧机构、链条式尾钩锁紧机构、液压手动控制式尾钩锁紧机构等, 这些机构各有特点, 在运输自卸车中被广泛使用。

国内使用的自卸车车箱大部分使用16Mn制造而成。

其特点是钢板厚, 车箱沉重, 截面一般呈方形, 边板和底板有很多的加强筋。

16Mn的屈服强度较低, 硬度较小, 且冲击性能较差。

这些特性决定了不适合用于制造轻量化的车箱。

在欧美, 很多车箱都使用HARDOX耐磨钢板材料, 与传统的方形车箱有着很大的区别, 其特点是横截面呈U形或半弧形, 而且车箱边板和底板几乎没有使用加强筋。

HARDOX是瑞典钢铁集团生产的一种耐磨钢板, 具有较高的屈服强度, 是16Mn的三倍以上, 并且具有较高的硬度和冲击韧性。

在设计装载量相同的情况下, 用HARDOX 钢板制造的车箱与16Mn用制造的车箱相比, 板材厚度更薄, 且不需要加强筋。

据国外的一些厂家反馈, 车箱使用HARDOX钢板后, 重量能减少很多。

作为专用车辆的东风尖头140自卸汽车，几十年来在国内获得迅速发展与普及，至今其保留量大约占专用汽车的25%，并且日趋完善，成为系列化多品种的产品。

东风尖头140自卸汽车有两个比较显著的发展趋势：稳定化和智能化。

对于自卸汽车，一般不专门作底盘设计，而是用具有相同装载质量的载货汽车底盘进行改装。

因此，自卸汽车的设计主要是举升机构的设计，举升机构的设计质量是影响自卸汽车使用性能的关键因素。

虽然举升机构是自卸汽车的关键部件，但是很多厂家在进行举升机构的设计时所采用的方法还比较落后，其主要方法是对于不同装载质量的自卸汽车举升机构，根据现有自卸汽车举升机构的大小，凭经验按照一定的比例加大或缩小相应构件的尺寸设计成的，这就是传统的经验类比法。

采用这种设计方法，由于举升机构的复杂性以及机构铰点位置布置的复杂性等问题，所以在决定实际结构时往往取较大的安全系数，结果是材料的潜力不能充分发挥，产品性能也难以发挥。

只能靠一次次的设计实验来改进，这样设计出的举升机构必然存在许多不合理的因素，影响自卸汽车举升性能的提高，也必然导致设计制造周期长，成本高。

因此，要先获得良好工作性能的举升机构，就必须从根本上改进设计手段和方法，提高举升机构的设计质量。

.电子计算机的发展为此提供了有利条件，以计算机为辅助手段的计算机辅助设计、优化设计软件及计算机图形学，使得自卸汽车举升机构的虚拟设计成为现实，这一设计上的巨大进步带来的经济效益是巨大的[1]。

中型专用汽车在专用汽车中所占的比例继续上升，与此同时，中型专用汽车在汽车市场中所占份额也将继续提高，预计几年内将超过普通重型车所占的市场份额；专用车需求进一步向专业化高技术含量发展，专用车生产向柔性化、自动化方向发展，产品配套国际化、模块化；市场竞争更趋激烈，具有较强市场应变能力的企业将不断发展壮大，而应变能力较差的企业将逐步被市场所淘汰；我国专用汽车企业的劳动力优势与国外专用汽车企业的资金优势将逐步弱化，竞争力主要体现在企业的创新能力和市场应变能力；重型专用汽车产量集中度相对提高，逐步形成行业内的知名企业。

随着计算机技术的发展和应用，50年代发展起来的以线性规划和非线性规划为主要内容的新的数学分支一数学规划被应用于解决工程设计问题，形成了工程设计的新理论和新方法，即工程优化设计理论与方法。

特别从60年代以来，最优化技术发展迅速，而且得到了广泛的应用。

在汽车工业发达的欧、美、日等国家，汽车优化设计理论和方法已应用于汽车诸多领域的很多环节，从汽车发动机、底盘、车身等主要总成的优化到整车动力传动系统的匹配，优化设计使他们的汽车工业保持了世界领先地位。

1.4 研究的内容
专用汽车与普通汽车的区别主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。

因此在设计上，除了要满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用功能的要求，这就形成了其自身特点，概括如下：
1、专用汽车设计多选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计
这首先就需要了解国内外汽车产品，特别是货车产品的生产情况、底盘规格、供货渠道、销售价格及相关资料等。

然后根据所设计的专用汽车的功能和性能指标要求，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。

能否选到一种好的汽车底盘，是能否设计出一种好的专用汽车的前提。

对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的专用汽车，也应尽量选用定型的汽车总成和部件进行设计，以缩短产品的开发周期和提高产品的可靠性。

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。

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。

4、对专用汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。

5、对专用汽车工作装置中的某些核心部件和总成
如各种水泵、油泵、气泵、空压机及各种阀等，要从专业生产厂家中优选。

因专用汽车专项作业性能的好坏，主要决定干这些部件的性能和可靠性。

6、在普通汽车底盘上改装的专用汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。

7、专用汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求
8、某些专用汽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，是要设安全性装置。

由于专用汽车种类繁多、结构复杂、使用面广、开发期短等待点，所以专用汽车设计人员既要具备汽车设计的知识相能力．向时也要掌握专用汽车各种不同工作装置的原理与设计计算。

此外专用汽车设计人员还需要对用户的要求，市场动态有充分的了解，这样设计的产品才能在性能上先进，在市场上适销对路，在使用上满足用户的要求。

随着中型自卸车变得越来越重要，则有关它的设计领域也变得日益重要起来。

它的总体设计程序与载货车基本相近。

在此基础上拟定设计原则，协调使用、制造与经济三方面矛盾，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。

综上所述，专用汽车的设计有其自身的特点和要求，既要满足汽车设计的一般要求。

同时又要获得好的专用性能。

这就要求汽车和专用工作装置合理匹配，构成一个协调的整体，使汽车的基本性能和专用功能都得到充分发挥[2]。

第2章整车参数的确定及校核
2.1二类底盘的选择及校核
目前，改装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类汽车底盘，也有为某些专用汽车设计的专用底盘。

汽车底盘的选择或设计专用底盘主要根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动力匹配等来决定。

我国对于常规的厢式车、罐式车、自卸车等通常是采用二类汽车底盘改装设计。

这是目前专用汽车设计中选用底盘型式最多的一种。

所谓二类汽车底盘，即在基本型整车的基础上去掉货箱。

在改装设计的总布置时，在没有货箱的汽车底盘上，加装所需的工作装置或特种车身。

采用二类汽车底盘进行改装设计工作的重点是整车总体布置和工作装置设计。

在设计时若严格控制了整车总质量、轴载质量分配、质心高度位置等，则基本上能保持原车型的主要性能。

但是，还要对改装后的整车重新作出性能分析和计算。

对客车、客货两用车、厢式货车等则通常采用三类汽车底盘改装设计。

所谓三类汽车底盘，—般是在基本型车的基础上，去掉货箱和驾驶室。

近年来，我国乘用车发展很快，对乘用车使用性能的要求也在不断提高，再用原来的三类汽车底盘改装的客车已越来越不受欢迎。

因此，各类专用客车底盘应运而生。

这些专用客车底盘的基本特点是利用基本型总成，按客车性能要求更新进行整车布置，更新设计悬架系统。

这种底盘不仅在质心位置、整车性能特别是平顺性方面有很大的变化，而且在传动系统和动力匹配、以及制动系统等总成方面也有较大的改装设计。

目前在用普通汽车底盘作改装设计时。

把更换了发动机的底盘，如将汽油发动机改换成柴油发动机．亦当作三类底盘处理[3]。

在专用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求：
1)适用性
对货运车用的总成应适应货运要求，保证货运安全无损；对乘用车用的总成应适于乘客的需要．达到乘座安全舒适；对各种专用改装车的总成应适于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装选型设计。

2)可靠性
所选用的各总成工作应可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命，且同一车型各总成零部件的寿命应趋于均衡
3)先进性
所选用的底盘或总成。

应使整车在动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平。

而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。

4)方便性
所选用的各总成要便于安装、检查、保养和维修。

处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。

在选用专用汽车底盘时，除了上述因素外，还有以下两个很重要的方面：一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本小很大约部分，一定要考虑到用户可以接受。

这也涉及到专用汽车产品能否很快地占有市场、企业能否增加效益等问题。

二是汽车底盘供货要有来源，要同生产汽车底盘的主机厂有明确的协议或合同，无论汽车底盘滞销或紧俏，一定要按时将底盘供货。

综上所述，本文改装的自卸车选择EQ3092FJ底盘。

2.1.1 整车尺寸参数的确定
承担公路运输的普通自卸车通常是由同种货车变型设计而成。

其总体设计程序与载货车相近。

首先，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。

东风尖头140自卸汽车是选择EQ3092FJ型自卸车底盘，利用该车发动机动力驱动液压举升机构取力器-传动轴-液压泵-举升油缸，将车厢举升到一定角度卸货，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车。

该车最大装载质量为4.3t，是适用于公路运输的中型自卸汽车。

倾卸机构采用油缸前推式举升机构。

该自卸汽车主要由车厢、副梁、液压举升机构、液压系统等部件组成，主要技术参数见表2.1。

表2.1整车参数。