高位自卸汽车的设计.docx

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高位自卸汽车的设计

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高位自卸汽车的设计

高位自卸汽车设计说明书

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

时间：

年月号

绪论

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或者侧向卸下，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，它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。

为实现这个目的，先将车厢举升然后翻转车厢进行卸货，可以将车厢举升到任意高度后停止举升，然后车厢翻转以达到自动卸货。

高位自卸汽车的设计要求是具有一般自卸汽车的功能。

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。

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，车厢后移量为a。

为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过。

在举升过程中可在任意高度停留卸货。

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。

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。

结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。

为了实现高位自卸汽车的设计要求，再设计过程中主要考虑把工作分解，使用举升机构实现车厢的举升，在举升过程中通过关闭或打开液压缸的进出油路使举升机构稳定的停止在任意高度；使用翻转机构实现车厢翻转，车厢翻转只要实现最大翻转角度达到设计要求和结构在翻转过程中的平稳就可以了。

就机构设计要实现的目的来看，机构上的点没有要求具体的运动轨迹，只要实现指定位置的机构的综合就可以了，这个设计主要是通过四杆机构来实现。

机构选择和设计的过程中除了机构分析还要考虑到结构的受力和结构的稳定。

关键词：

高位举升翻转自卸

一背景资料

自卸汽车车厢配有自动倾卸装置的汽车。

俗称为翻斗车、工程车，由汽车底盘、液压举升机构和货厢组成。

在土木工程中，常同挖掘机、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、砂石、松散物料的装卸运输。

由于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，并标明装载容积，是常用的运输机械。

图1-1自卸汽车

图1-2一般自卸汽车的结构原理简图

发动机、底盘及驾驶室的构造和一般载重汽车相同。

车厢可以后向倾翻或侧向倾翻，通过操纵系统控制活塞杆运动，以后向倾翻较普遍，推动活塞杆使车厢倾翻。

少数双向倾翻。

高压油经分配阀、油管进入举升液压缸，车厢前端有驾驶室安全防护板。

发动机通过变速器、装置驱动液压泵，车厢液压倾翻机构由油箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。

车厢液压倾翻机构由油箱、液压泵、分配阀、举升液压缸、控制阀和油管等组成。

发动机通过变速器、取力装置驱动液压泵，高压油经分配阀、油管进入举升液压缸，推动活塞杆使车厢倾翻。

以后向倾翻较普遍，通过操纵系统控制活塞杆运动，可使车厢停止在任何需要的倾斜位置上，车厢利用自身重力和液压控制复位。

二设计题目

设计简介和目的

目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿着汽车大梁卸下或者侧向倾翻卸下，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，它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。

这样可以满足使货物堆积的更高的要求，在现在土地资源紧张，使用高位自卸汽车可以在相同的面积上更快的堆积更多的货物。

而不用其它机械配合作业，提高了工作效率。

设计条件和设计要求

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Smax见表。

3.为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移。

车厢处于最大升程位置时，车厢后移量a见表。

为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过。

4.在举升过程中可在任意高度停留卸货。

5.结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。

6.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。

7.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。

图2-1自卸汽车数据简图

图2-2自卸汽车厢工作状态图

表2-1机构要求数据表（单位：

mm）

方案号

车厢尺寸（L×W×H）

Smax

a

W

Lt

Hd

E

3700×1800×620

2000

280

4000

250

450

工作流程和运动循环图

工作流程：

将要卸货时。

首先举升机构将车厢举升到一定高度，在这期间车厢始终保持平行，车厢门始终保持关闭状态；等到举升机构将车厢举到将要卸货的高度时，举升机构停止工作，翻转机构开始工作，此时车厢门也开始打开，缓慢的讲货物卸到固定的地方。

工作的循环图如下图所示；

图23厢门工作过程循环图

三执行机构设计

举升机构的设计

机构的选择方案

举升机构的设计可以有多个方案来实现车厢举升和后移运动。

利用连杆机构实现车厢的举升，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。

结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。

并不是每个机构都能符合这种高要求，下面列举出三种方案和它们的特点，选择比较恰当的机构。

方案一：

平行四边形举升机构

图3-1平行四边形举升机构原理图

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：

1.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，甚至大大超过了车厢的长度，在工程实际中不能实现。

方案二双平行四边形联动举升机构

图3-2双平行四边形联动举升机构原理图

工作原理：

如上图所示，该举升机构是液压缸作为原动件推动绞点F,D和滑块E走动，从而使车厢平稳的上升，并且稳步的向后走。

优点：

1．结构紧凑，能满足车厢水平上升下降的功能，且在上升中可以稳步的后移；

2．该机构克服了平行四边形机构杆件过长的缺点；

3．机构的受力均衡，有助于延长机构的使用寿命。

缺点：

机构相对复杂，油缸的负载大，需要较大的液压系统。

方案三剪式举升机构

图3-3剪式机构举升机构原理图

工作原理：

如上图所示，该机构采用长度相等的AB和CD杆铰接于E点，C,D点处可以滑动。

当液压缸作用时，可以实现车厢的上升时并且能向后移。

优点：

1.机构简单，紧凑

2.受力状况良好，

缺点：

1.初始状态时液压缸和CD杆之间的传动角很小，需要较大的动力

2.举升到一定高度时，AC和BD两点之间的距离变短，车厢容易失稳。

翻转机构的设计

翻转机构的设计是为了实现车厢翻转的功能的机构，同车厢举升机构一样，翻转机构也是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。

结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。

既要结构简单，又要符合安装要求的机构是没有最好的，而且翻转机构和车厢的举升机构要搭配使用实现他们的综合功能，所以要考虑的因素很多，因此也列出几种方案，根据其结构说出这种方案的主要特点，然后选择使用。

机构的选择

方案一、普通直推式翻转机构

图3-4普通直推翻转机构

这种机构是油缸驱动的四杆机构，是目前一般的自卸汽车上面最常使用的机构，在普通自卸汽车上面得到了广泛的应用，时间说明这种机构具有很高的使用价值。

首先是机构简单，只需要使用一个液压油缸就可以实现车厢的翻转，维护快捷方便。

但是油缸的行程相对较大，选用举升力量较大的油缸把油缸安装在靠近旋转支座的地方或者利用汽车底盘间隙合理安装布局可以避免行程较大的缺点。

方案二、曲柄摇杆翻转机构

图3-5曲柄摇杆翻转机构

这个机构是有曲柄摇杆机构联想到的翻转机构，这个机构中油缸是提供动力的作用，油缸的的行程变小，在油缸匀速推进时，车厢的翻转不匀速，可以方便卸货。

厢门开合机构的设计

机构的选择方案

后厢门打开机构的要求是当车厢翻转卸货时，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。

图2-2中可以看出当车厢翻转一定角度时，厢门也打开相同的角度。

由此可以进行机构设计。

方案一、自开式机构

车厢

3-6自开式厢门打开机构

因为厢门和车厢翻转的角度相同，所以厢门在打开和关闭的时候都处于竖直状态，因此考虑利用厢门的重力使之自由打开。

在要卸货的时候打开锁住厢门的机构，厢门可以随车厢的翻转自由打开。

当卸货完毕的时候，在使用锁止机构吧厢门锁死，实现厢门可靠的关闭。

该机构设计简单，容易想到。

可以利用车厢底部空间，方便安装。

但是车门的开闭是自由的，不能精确实现车门打开角度与翻转角度之间的函数关系。

方案二、控制开合式机构。

车厢

图3-7控制开合式厢门打开机构

该机构通过控制杆控制厢门上面的铰实现厢门的开合。

把控制杆和车厢翻转控制机构恰当的联系在一起时，可以精确的实现翻转和厢门打开的联动控制。

但是这个机构的安装困难，这种结构或者类似结构安装在车厢侧面比较合适，设计题目中没有给车厢侧面的空间，如果安装在车厢底部，控制杆会影响卸货。

考虑到制造成本和实际应用，在组合设计中厢门开合机构我都是选择了自开式手动打开机构。

机构的组合设计

方案一：

图38方案一组合设计原理图

此方案中，举升机构我采用了双平行四边形联动机构，翻转机构采用了曲柄摇杆机构，后厢门打开机构我采用了手动式打开机构。

机构尺寸设计：

1，举升机构设计：

图39举升机构的计算图

首先假设杆AG的初始角度为X1，旋转后的角度为X2=800，杆AG的长度是L1,杆GH的长度是L2。

举升高度：

后移量：

安装所需空间：

假设X1=850，由上式计算可得：

X0=150，L1=1240，L2=790，

根据计算可以安排油缸的尺寸，油缸最短为480，伸长的长度为850，BL=400.

2，翻转机构尺寸设计：

图310翻转机构的计算图

翻转机构中B和H的竖直高度差H=400，偏转角X=550，

为了受力良好，E点安排在车厢的重心附近，因为车厢的长度是3700，设L3=1700，L1=L2，则，

2=（L1+L2）2-[L3（1-cos55）

sinL3

（sin55

L3+H）]2

计算得到L1=L2=960,L3=1800

根据计算可以安排油缸最短尺寸是700，AB=250，BC=900。

3，厢门开合机构尺寸设计：

厢门开合机构是基于实用的目的选择了厢门开合机构中的利用重力自由开合的机构，在这个简单的机构中，具体尺寸要求不高，但是必须要保证厢门的配合紧密，使厢门能够严密的关上，当厢门的锁止机构打开的时候，机构不能影响厢门自由的打开。

具体尺寸可以在模型建立的过程中根据模型选择适合的尺寸。

方案二：

图311方案二组合设计原理图

此方案中，举升机构我采用了平行四边形机构，翻转机构采用了普通翻转机构，后厢门打开机构我采用了手动式打开机构。

机构尺寸设计：

1，举升机构设计：

首先假设杆AB的初始角度为X1，旋转后的角度为X2=800，杆AB的长度是L1,杆CD的长度是L2。

且L1=L2。

举升高度：

后移量：

安装所需空间：

假设X1=850，由上式计算可得：

X0=200，L1=1265，L2=1265，

2，翻转机构设计：

翻转机构的尺寸和液压缸的倾斜程度有关，假设液压缸的倾斜角为600，车厢的长度为3700，则，可以安排油缸最短尺寸是800。

3，厢门开合机构尺寸设计：

厢门开合机构是基于实用的目的选择了厢门开合机构中的利用重力自由开合的机构，在这个简单的机构中，具体尺寸要求不高，但是必须要保证厢门的配合紧密，使厢门能够严密的关上，当厢门的锁止机构打开的时候，机构不能影响厢门自由的打开。

具体尺寸可以在模型建立的过程中根据模型选择适合的尺寸。

方案三:

图3012方案三组合设计原理图

此方案中，举升机构我采用了剪式举升机构，翻转机构采用了普通翻转机构，后厢门打开机构我采用了手动式打开机构。

机构尺寸设计：

1，举升机构设计：

首先假设杆CD的初始角度为X1，旋转后的角度为X2=800，杆CD的长度是L1,杆AB的长度是L2。

且L1=L2。

举升高度：

后移量：

安装所需空间：

假设X1=850，由上式计算可得：

X0=200，L1=1265，L2=1265，

2，翻转机构设计：

翻转机构的尺寸和液压缸的倾斜程度有关，假设液压缸的倾斜角为600，车厢的长度为3700，则，可以安排油缸最短尺寸是800。

3，厢门开合机构尺寸设计：

厢门开合机构是基于实用的目的选择了厢门开合机构中的利用重力自由开合的机构，在这个简单的机构中，具体尺寸要求不高，但是必须要保证厢门的配合紧密，使厢门能够严密的关上，当厢门的锁止机构打开的时候，机构不能影响厢门自由的打开。

具体尺寸可以在模型建立的过程中根据模型选择适合的尺寸。

四．设计总结

通过比较上面的3个组合方案的优缺点，我觉得最优方案应该是方案一，因为它跟方案二，三比较具有受力更加均衡，结构更加紧凑，同时机构中的构件不易损坏，损坏了更方便维修和更换等优点。

在整个课程设计的设计计算过程中，主要运用了本学期学习到的关于机械原理方面的知识。

我在设计分机构的时候，感到了自己知识的不足。

在设计的过程中我觉得自己的设计不完善，计算不够，这样虽然说明了给机构施加一定的荷载是可以实现机构的运动的，却不知道需要多大的力才可以推动机构运动，更没有分析进一步分析材料的性质和选定材料的截面尺寸和截面形状的设计是否符合受力要求。

机械设计的目的

1）培养综合运用所学的理论知识与实践技能，树立正确的设计思想，掌握机械设计的一般方法和规律，提高机械设计的能力。

2）通过设计实践，熟悉设计过程，学会准确使用资料，设计计算，分析设计结果，绘制图样，在机械设计基本技能的运用上得到训练。

3）在课余时间，提供一个较为充分的设计空间，使在巩固所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机械设计的内涵。

机械设计的步骤

1）设计准备：

明确设计任务，设计要求，工作条件，针对设计任务和要求进行分析调研，查阅有关资料，参观现场实物。

2）方案设计：

根据分析调研结果，选择原动机，传动装置，执行机构以及它们之间的连接方式，拟定若干可行的设计方案。

3）总体设计：

对所拟定的发难进行计算，分析，对执行机构和传动机构进行必要的初步设计，进行分析比较，选择一个正确合理的设计方案，绘制整体方案简图。

4）结构设计（本次没有用到这一步）：

针对某一部件，如部分传动装置或执行机构，进行详细设计，根据各个零部件的强度，刚度，使用寿命和结构要求，确定其结构尺寸和装配关系，完成装配图样设计和零件图样设计。

5）整理文档：

整理设计图样，编写设计说明书。

设计中需要注意的几个问题

1）循序渐进，逐步完善：

在设计过程中应该注意理论与实践的结合，要意识到，设计过程是一个复杂的系统工程，要从机械系统整体需要考虑，必须经过反复推敲和认真思考才能得到一个好的设计方案。

2）巩固机械设计基本技能，注重设计能力的培养和训练：

机械设计的内容繁多，有很多需要的知识课本上并没有，应该自觉加强理论与工程实践的而结合，掌握认识、分析、解决问的基本方法，提高设计能力。

3）汲取传统经验，勇于创新：

机械设计题目主要来自工程实际中的常见问题，设计中有很多前人的设计经验可以借鉴。

在学习的过程中，要注意了解学习，继承前人的经验，同时发挥主观能动性，勇于创新，在设计实践中培养创新能力，以及发现问题、分析问题、解决问题的能力。

4）整体着眼，提高综合设计素质：

在设计过程中，应该自居加强自主设计意识，注意先总体设计，后部分设计，先概要设计，后详细设计。

遇到设计难度时，要从设计目标出发，首先解决主要矛盾，逐渐解决次要矛盾。

机械设计的基本原则

1）创新原则：

设计是人们为达到某种目的所做的创造性工作，以内创新是设计的主要特征。

机械设计，首先应是创新的设计，其特点是理论与实践经验同直觉的结合。

现代设计的综合性越来越突出，子啊增加了设计的复杂性的同时，也给创新提供了更好的机会。

2）工艺性原则：

构件图样设计完成后，要力求使部件的结构工艺性合理，结构简单，易于加工。

3）安全原则：

产品安全可靠的工作是对设计的基本要求。

设计为了保障机械的安全可靠运行，必须在结构设计，材料性能，零部件强度，运动稳定性等多方面进行标准设计。

本次设计效果分析与改进意见

这个设计经过分析验证，达到了设计的运动要求。

这个设计当然还有许多不完善的地方，目前的机构根本不具有实际应用价值。

如果考虑到应用的问题，则需要很多的因素，针对这些设计要求进行改进。

首先是在机构上面，在这个采用的机构中还可以进行优化设计，主要是改动油缸和转动杆的铰接位置，通过改变油缸和铰接点的位置，可以避免初始传动角过小的问题。

针对铰点的位置调整也可以优化在油缸匀速运动时候的机构目标点的运动曲线，减小目标点在运动中的冲击。

设计心得体会

通过这次设计初步了解了机械原理理论设计的一般过程和方法，加深了对机械原理这门课程的理解，同时也知道了原来学习工程材料、理论力学等课程的应用。

在做机械设计的过程中首先要满足的条件是需要设计出符合运动要求的机构简图，计算出机构的尺寸，这些内容也是这次做设计的主要内容。

得到机构简图以后需要对机械构件进行尺寸综合，算出在符合承载要求的情况下需要的构件尺寸。

在设计构件尺寸的过程中，不仅仅要考虑材料力学的知识，也要了解材料的特点。

知道根据实际情况选择合适的材料。

通过这次课程设计，我知道了自己还需要学习很多知识，书到用时方恨少，在进行设计的过程中，需要应用到很多的知识。

要想完成机械设计的全部内容，从计算、设计，到得到实物的过程，是一个分成复杂的过程，仅仅知道设计原料是没有实际价值的，即使知道设计，加工和组装对机器的性能也会有很大的影响。

所以想要完成一个机器的设计过程，掌握设计制造机械的本领，我要继续学习，争取做的更好。

最后，我想感谢学校开设课程设计这门实训课。

通过这次实训极大地让我们认识到自身的不足以及机械所要求的严谨，在整个设计中，从项目规划到尺度综合到最后的设计说明书，这一系列环节都离不开李盛宇老师的细心指导。

因为是第一次撰写设计说明书，在许多细节方面考虑不周，对此，李老师都给予了耐心的解答与指正。

五参考

[1]刘会英,张明勤,徐宁.机械原理第三版.机械工业出版社,2013年

[2]机械工程手册[S],第十八篇,机构选型与运动设计.北京:

机械工业出版社,1978年

[3]裘建新等.机械原理课程设计.北京:

高等教育出版社,2010年

[4]朱新涛,许祖敏,徐峰等.CATIA机械设计从入门到精通.北京:

机械工业出版社,2011年7月

[5]刘朝儒等.机械制图[M].北京:

高等教育出版社,2001年

问题

1问:

所设计的组合结构中自由度的多少？

答：

方案一，如图3-8所示。

1举升机构中，n=9，PL=13，PH=0，则F=3n-2PL-PH=3

9-2

13-0=1，图中的液压缸作为原动件，所以原动件数对于自由度，机构具有确定的运动；2翻转机构中，n=5，PL=7，PH=0，则F=3n-2PL-PH=3

5-2

7-0=1，图中的液压缸作为原动件，所以原动件数对于自由度，机构具有确定的运动；方案二，如图3-11所示。

1举升机构中，n=3，PL=4，PH=0，则F=3n-2PL-PH=3

3-2

4-0=1，图中的液压缸作为原动件，所以原动件数对于自由度，机构具有确定的运动；2翻转机构中，由于采用了普通翻转机构，由液压缸提供动力，从动件随着液压缸的运动而运动，具有确定的运动；方案三，如图3-12所示。

1举升机构中，n=5，PL=7，PH=0，则F=3n-2PL-PH=3

5-2

7-0=1，图中的液压缸作为原动件，所以原动件数对于自由度，机构具有确定的运动；2翻转机构中，由于采用了普通翻转机构，由液压缸提供动力，从动件随着液压缸的运动而运动，具有确定的运动。

2问：

所设计的组合结构中有没有虚约束，复合铰链，局部自由度？

答：

方案一中，如图3-8示，GH,FI,DJ,与AG,BF,CD是虚约束，G是复合铰链；方案二中，AB,CD是虚约束，无复合铰链；方案三中，C和D处的铰链点的转动副和移动副属于虚约束，应该去掉其中的一个，无复合铰链。

三个组合结构均无局部自由度。

3问：

如何利用原有机构去打开车厢门？

答：

1）如（第8页）厢门开合机构的设计中的方案二所示，该机构通过控制杆控制厢门上面的铰点实现厢门的开合。

把控制杆和车厢翻转控制机构恰当的联系在一起时，可以精确的实现翻转和厢门打开的联动控制；2）在组合结构的举升机构加上一个平面凸轮，对它进行单独的手机，它满足举升机构在上升阶段一直保持车厢门的关闭，当举升结束翻转开始时，它能够将车厢门打开；3）在组合结构的举升机构和车厢门的绞点处加上一杆，利用机械原理所学的利用死点的位置一般，在举升机构举升时，所加的杆与举升机构形成死点位置，讲车厢门牢牢锁住，当举升结束时，死点解除，车厢门打开。