T型自卸车举升机构的设计和计算软件开发

T型自卸车举升机构的设计和计算软件开发

1 前言

举升机构是自卸汽车的关键装置，它直接关系到自卸汽车的性能及整车布置。举升机构设计计算十分重要，其机构各点布置是否合理，直接影响自卸车使用性能。传统自卸机构设计多采用利用CAD制图软件绘制自卸机构从零度到最大举升角各角度下机构的运动状态，再测量机构尺寸手工计算各点受力，这种方法不仅要花费大量时间，而且要调整任何一各(各字是否该删去？)参数都需要重新绘图计算，极不方便容易出错效率低（不太通顺）。随着计算机的发展，如果利用程序语言开发出专业软件，将大大提高工作效率，降低设计成本和三包费用。市场有同类软件售价9800元，但其不能输出数据表和打印机构各点受力曲线。（这部分内容也不合适放在文章中）本软件能够计算出了（出了是否该删去？)举升机构各点在不同的举升角度下的坐标、受力等基本数据和举升机构的总体参数、液压缸的特性等等。调用EXCEL软件，利用其图表和光滑曲线等形式输出数据，更便于对机构运动的理解和相零（邻）部件选型设计。

2 举升机构设计[1]（此处[1]是否改为上标？）2.1 方案的选择

自卸汽车举升机构分为两大类，即：直推式举升机构和连杆组合式举升机构。它们均采用液体压力作为举升动力。

2.1.1 直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高，但液压油缸工作行程长，因此，一般要求采用单作用的2级或多级伸缩式套筒油缸。另外单缸系统其横向刚度不足，系统倾卸稳定性差，还存在工作寿命短（这句话是否该改一下？我觉得前顶自卸车不存在寿命短的问题）、成本高等缺点。

2.1.2 连杆组合式举升机构具有举升平顺、油缸活塞的工作行程短、机构布置灵活等优点。该机构又分油缸后推式和油缸前推式两种：油缸后推式机构举升力系数适中，结构紧凑，但各部件布置集中在后部，车厢底板受力大，适用于中型自卸汽车；油缸前推式又称“T”式举升机构，其举升力系数小、省力、油压特性好，适用于重型自卸汽车。

综合考虑以上因素，我们决定选用油缸前推式四连杆举升机构。该部分文章个人觉得多余，与文章的题目不相辅。

2.2 举升机构几何尺寸的确定

油缸前推式四连杆举升机构(见图1)，主要由三角臂ABC、拉杆AD和举升油缸BE构成。点O 是车厢与纵梁的铰接点。工作时油缸充油，使油缸EB伸长，三角臂ABC和拉杆AD随着O点转动，举升车厢使其绕点O倾翻，货物卸完后，车厢靠自重复位。举升机构在初始位置所占据的空间愈小愈好，以保证机构紧凑，各构件不发生运动干涉，运转灵活。用作图法初选各铰支点的位置及各构件的几何尺寸见图1。

图1 T型自卸举升机构受力分析

2.2.1 车厢与纵梁铰支点O的确定

车厢后铰支点O应尽量靠近车架大梁（建议改为底盘车架）的尾端。已知车厢纵梁高200 mm，长3690 mm，兼顾结构安排空间，取水平方向离车架纵梁尾端80mm、垂直方向离纵梁下沿250mm 处作为车厢后铰支点（此句说的不明白,纵梁下沿是指什么呢？）（该段内容表达的不太清晰），并以车厢后铰支点作为四连杆运动的坐标原点(0，0)。x 轴沿纵梁的上平面，指向汽车前方。

2.2.2 车厢放平时举升机构与车厢前铰支点C0的（C0是什么？）确定。

车厢前铰支点C0的坐标(X C0,Y C0)可按经验公式max

C0

X

θ

RL

计算。

式中：L——油缸最大工作行程，参考同类车型油缸型号，初选油缸自由长度L o =1 025 mm，最大有效工作行程L=700 mm；

θmax —车厢最大举升角，根据车厢倾卸动作要求和所运物料的安息角，选取θmax =50°；

R—经验系数，根据L尺寸，选取R=165。

因此可得：X C0=165×700／50＝2 310。考虑结构安排，取X C0=2 015mm。X C0点的垂直方向应尽量靠近车厢底面，充分利用车厢底部空间，减少

油缸下支点沉人（沉入）纵梁中的深度。确定C0距车厢底板的距离70mm，已知底板纵梁（和车厢纵梁是一个零件吗？有点乱）高260 mm，（第一页说车厢纵梁高200 mm，而此处说底板纵梁高260，不知是否指同一事物？）因此C0点坐标为(2 015，190) 。

2.2.3 液压油缸与纵梁铰支点E的确定

由于油缸具有相当大的尺寸，以及开始举升时，为减少油缸的工作压力，油缸初始必须具有一定数值的倾斜角，因此，E点相对O点的垂直距离Y E由结构允许的最小值确定，即Y E=－155mm。E 点x轴坐标由经验公式X E=X B0（X C0）－0.5L0－0.2L+400求得：

X E=2015－0.5×1025－0.2×700＋400=1762.5mm 根据结构安排，令X E=1650，则E点坐标为(1650，-155)。

2.2.4 车厢放平时三角臂中支点B0座标和B0C0长度的确定

B0点即油缸上支点。车厢放平时，B0点应尽量靠近车厢底面，要充分利用上部空间，从而减少油缸下支点E沉人（沉入）纵梁中的深度。过C0点作CB线与X轴夹角α=(9y D/y C)°，在以E为圆心，L0为半径画弧交C0B0线于B0点。又因车厢放平时，油缸长度应略大于油缸最小长度约15mm，以保证车厢确实能放平，油缸不会产生干涉。根据结构安排，定水平方（是否缺一个向字？）B0在C0点前660 mm，则B0点坐标为(2683.7，41.5) ，BC = B0 C0= 685 mm。

2.2.5 车厢放平时拉杆与三角臂铰接点A0的确定

连接OC0，并将OC0绕O点向上转50°角，C0转到C点。以C为圆心，C0B0为半径画弧，再以E为圆心，以1025+700=1725 mm为半径画弧，两弧交于B点，连接EB和BC，作∠EBA=8°；又以B0为顶点，C0B0为边，作∠C0B0A0 =∠CBA，根据结构允许尺寸，取AB=A0B0= 230 mm，连接A0C0、AC，调整A点位置，使AB、AC为整数，BC＝B0C0＝805mm由此确定A0点的坐标为(2727.7，-184.3)。△A0B0C0和△ABC为θ=0°和θ=50°时三角臂所处的位置。

2.2.6 拉杆与纵梁铰接点D及拉杆长度的确定

作A0A的垂直平分线交y＝y D水平线于D点，y D 为结构允许的连杆与纵梁铰支点的最高位置，取y D=120。调整D点位置使DA0为整数，最后确定D点坐标为(1505，120)。拉杆长度L AD=1260 mm。用作图法初选出各铰支点位置后，需要对不同举升角θ作运动轨迹校核。如果出现点B至车厢底板距离小于点C至车厢底板距离的情况，则应加大B0C0线与x轴平行线的夹角α的数值，重新计算各铰支点参数值。

3 举升机构力学分析

举升机构力学分析的目的就是要求得各构件在车厢任意举升角θ时的受力最大值，为液压系统参数确定和构件截面尺寸的计算提供依据。举升力系数K是体现举升机构动力性的指标，是指单位举升质量所需要的液压缸推力，K=F EC（是否为F EB）/G

式中：F EC（是否为F EB）——最大举升力；

G—满载时，车厢质量与货物质量之和。

已知G=20 000kg×9.8N/kg=196 000 N

K直接影响自卸汽车的经济性能，其值越小越好。随着车厢举升角的变化，K值是变化的。考虑到机构在初始位置时车厢内货物最多，阻力臂也最大，车厢启动时又有惯性阻力作用，此时油缸推力最大。因此，下面只对初始位置时各构件进行力学分析。

3.1 机构的坐标计算

A、G、

B、

C、F的坐标及D OFC、D ABE、D AFC、D CBE 的数值计算(见图3)：

图3 举升机构坐标简图

已知当举升角θ=0°时，三角臂A0、B0、C0点及车厢满载重心G0坐标值如下：

X C0=2015, Y C0=190，X A0=2727.7, Y A0=－183.4,

X B0=2683.7, Y B0=41.5, X G0=1500, Y G0=860

在举升角θ=0°时，A0D和B0E交点

F的坐标（X F0,Y F0）通过求解方程: