欄板起重運輸車機構的設計【含CATIA三維、說明書】

本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目： 欄板起重運輸車結構的設計學 院：  畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1. 論文（設計）題目及研究領域； 2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題； 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）； 2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰， 文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過； 3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5. 開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 9 一、選題依據(jù) 1、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 專用車一詞在國外大致起始于 20 世紀 50 年代。二戰(zhàn)結束后，歐美各國經(jīng)濟逐步發(fā)展，為了縮短作業(yè)時間，提高作業(yè)效率，出現(xiàn)了各類專項作業(yè)車輛。由此，相對于普通貨車來說，把以普通底 盤為基礎，加裝專用裝備，使其具有專項作業(yè)功能的汽車，統(tǒng)稱為專用汽車。欄板起重運輸車采用 汽車車廂的欄板或附加起重欄板為其重裝置并利用車身的動力源，驅動欄板進行升降以裝卸貨物。 近年來發(fā)達國家專用車市場十分巨大，就專用車品種而言，美國就有 5000 多個品種，專用底盤的專業(yè)化非常明顯，例如日本豐田等大汽車公司底盤系列化專業(yè)化生產(chǎn)，新材料、新技術的應用 越來越突出如高強度的合金和鋁合金材料的應用大大減輕的整車的整備質量、提高了車輛的使用壽 命。在專用車在功能、結構、外觀上進行科學、合理的設計，注重個性化和人性化設計。欄板起重 運輸車因其在商業(yè)運輸行業(yè)中突出的優(yōu)越性，正在國外發(fā)達國家的郵政、商業(yè)等行業(yè)中占據(jù)了巨大 的市場和競爭力。 但是目前，國產(chǎn)專用車從技術角度而言，雖經(jīng)過十多年的苦練內功與摔打磨練，不斷地汲取國外技術，取得了很大進步，但同國外著名品牌相比，仍然存在較大差距，仍基本停留在仿制階段， 開發(fā)設計雷同現(xiàn)象十分普遍，專用車的品種還較少，而且產(chǎn)品同質化現(xiàn)象十分嚴重。表現(xiàn)在核心技術缺失，重、中、輕，高、中、普、特、新比例嚴重失調，大多數(shù)企業(yè)只能生產(chǎn)中型普通專用車、其他類型的專用車產(chǎn)量仍較少且功能簡單。高技術含量、高附加值、高可靠性的國產(chǎn)專用車還不夠多，底盤企業(yè)與專用車企業(yè)嚴重脫節(jié)，這些都嚴重影響了我國專用車行業(yè)的結構調整和產(chǎn)業(yè)升級。確切地說，我國專用車市場最終是向多品種、高精尖的方向發(fā)展。我國汽車改裝企業(yè)和汽車制造一樣，存在著規(guī)模小、技術落后、生產(chǎn)點過多等問題。后欄板起重運輸車在國內的發(fā)展前景十分廣闊， 更是因為國家教育、輕工、物流等行業(yè)的飛速發(fā)展，其突出的運輸效率將會在這些行業(yè)中逐步取代普通貨車的位置。 近年來，跟著我國的高速公路的迅速發(fā)展，貨物的箱式運輸不斷增加，欄板起重運輸車是在箱 式車上的優(yōu)化改版，在專門運輸和專項功課中的優(yōu)勝性也越來越顯著，用戶對欄板起重運輸汽車優(yōu) 勝性的熟悉逐漸加深，對其需求也日益增加。在很多專門行業(yè)的公路運輸中以欄板起重運輸汽車取 代普通載貨汽車已經(jīng)成為汽車行業(yè)和公路運輸業(yè)的發(fā)展方向，欄板起重運輸車的市場逐漸擴大，產(chǎn) 品品種發(fā)展迅速，產(chǎn)量逐年上升。 在“十二五”期間，中央政府和各地方政府的重點投資城市化進程、新農村建沒、基礎設施建 設。特別是近幾年來，國家近年來持續(xù)擴大內需，郵政、商業(yè)和物流運輸?shù)刃袠I(yè)發(fā)展更加迅速對運 輸類專用車需求量巨大，欄板起重車在這種市場需求條件下?lián)碛姓邚V闊的發(fā)展前景。 由于專用汽車是一種在許多特征不同于本型汽車或經(jīng)過特殊改裝之后才用于運輸?shù)?，而我國? 用汽車的品種還比較單一、生產(chǎn)規(guī)模小、數(shù)量還遠遠不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。因此，不斷開 發(fā)新產(chǎn)品，增加產(chǎn)品和品種，提高產(chǎn)品質量是擺在專用汽車廠家一項迫切且艱巨的任務。后欄板起 重運輸車作為專用車的一種，在基于專用車原有的特點性能上，把降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質量等 作為此次設計的主要目的。 二、論文（設計）研究的內容 1、基本內容： （1） 研究后欄板起重運輸汽車的組成、結構與設計； （2） 進行后欄板起重運輸汽車的總體結構布置； （3） 進行二類底盤的選擇； （4） 進行后欄板起重機構、車廂設計、輔助裝置設計選型； （5） 整車性能計算分析。 2 擬解決的主要問題： （1） 車輛的總體布置； （2） 副車架設計、副車架和主車架的連接； （3） 舉升機構的詳細設計； （3） 液壓裝置進行選型； （4） 整車性能分析計算。主要解決的問題有： （1） 正確進行二類底盤的選擇、主要參數(shù)數(shù)據(jù)齊備、進行二類底盤選型分析、產(chǎn)生具有實踐意 義的選型總結； （2） 進行車輛的總體布置，用總布置草圖表達主要底盤部件的改動和重要工作裝置的布置； （3） 進行起重裝置的詳細設計，在正確計算的基礎上，完成部部件設計選型，要求工藝合理、 小批量加工容易、成本低、可靠性高； （4） 進行液壓裝置選型； （5） 分析整車改裝設計后的主要性能。 三、論文（設計）工作安排 進度安排 （1） 調研、資料收集，完成開題報告 第 1、2 周 （2） 研究專用車改裝設計步驟，進行方案設計與分析 第 3 周 （3） 二類底盤的選擇（調研與分析） 第 4 周 （4） 總體布置 第 5 周 （5） 后欄板起重機構、動力傳動機構的設計計算選型 第 6、7 周 （6） 管路系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)設計計算與選型 第 8 周 （7） 完成所設計裝配圖與零件圖圖紙 第 9～11 周 （8） 整車性能計算分析；整車設計修正；第 12 周 （9） 完成設計說明書的撰寫，指導教師審核 第 13 周 （10） 畢業(yè)設計（論文）修改、完善 第 14 周 （11） 畢業(yè)設計（論文）審核、預審 第 15 周 （12） 畢業(yè)設計（論文）修改、完善 第 15、16 周 （13） 畢業(yè)設計（論文）答辯準備及答辯 第 17 周 五、參考文獻 [1] 鄧亞東，陳森濤，易興初，竇傳威.一種廂式載貨汽車尾板舉升機構的設計[J]. 武漢理工大學學報，2015.27(7) [2] 楊建剛.欄板起重裝置的結構與設計[J].專用汽車,2012,12（2） [3] 徐達，蔣崇賢.專用汽車結構與設計[M].北京：北京大學出版社，2014.12 [4] 徐達，陸錦榮.專用汽車工作原理與設計計算[M].北京：北京理工大學出版社，2013.9 [5]許賢良，王傳禮.液壓傳動[M].北京：國防工業(yè)出版社，2016.9. 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[13]Nakayama T,Suda E.The present and future of electric power steering.Int.J.of Vehicle Design,2010,15(3,4,5):243~254. 附：文獻綜述 文獻綜述 1. 引言 隨著現(xiàn)代物流業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的運輸量迅速增長，貨物的裝卸量和頻率也隨之加大。對于大噸位的廂式載貨汽車而言，由于車廂地板離地較高,且貨物質量較大，裝卸困難,特別是在單人操作時，貨物裝卸很不方便，工作效率低?；诖耍S多廂式載貨汽車裝有舉升欄板。起重欄板可大幅度提高運輸及裝卸效率, 減輕操作人勞動強度, 廣泛用于郵政、金融、石化、商業(yè)、制造等行業(yè)。 欄板起重運輸汽車是在普通載貨汽車基礎上發(fā)展起來的，其因安裝在汽車尾部而得名。載貨類汽車最初都是完全人力化裝運，近年來，隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康的發(fā)展。中央政府和各地方政府重點投資城市化進程、新農村建設、基礎設施建設。特別是近幾年來，國家近年來持續(xù)擴大內需，迅速繁榮的商品運輸促使物流量成倍的增長，再加上各類型公路的建設速度加快，公路貨運發(fā)展得到迅猛的增長，專業(yè)運輸單位和個體運輸經(jīng)營者如雨后春筍般地多了起來。很多公司都有了自己的運輸車隊，僅靠手工作業(yè)，不能充分發(fā)揮車輛的效能以提高企業(yè)效率。同時由于汽車運輸量成倍增長，隨著貨物的裝卸量和頻率也隨之加大，大噸位載貨汽車比例逐漸增大。對于大噸位的廂式載貨汽車而言，由于車廂地板離地較高，且貨物質量較大，裝卸困難。這種分情況下?lián)碛袡C械化裝卸裝備， 特別是在單人操作時，能夠極大地提高裝卸貨物的工作效率?？梢?，實現(xiàn)貨車裝運的機械化是勢在必行的，為此迫切的需一種可實現(xiàn)自起重裝卸功能的專用載貨汽車。后欄板起重運輸汽車，僅利用一套后欄板起重裝置就可以實現(xiàn)貨物的機械化裝運，因而被逐漸重視。 2. 國外研究現(xiàn)狀 欄板起重裝置的發(fā)展 ,在國外大體上可分為四個時期。第一代產(chǎn)品產(chǎn)生于上個世紀 30 年代末 ,其特點主要是單缸舉升 ,而欄板翻轉靠手動 ,起升質量為500kg 左右 ,欄板 (又稱載物平臺 )觸地傾角 9°～ 10°。目前 ,這種產(chǎn)品在東南亞、日本仍在使用 , 上個世紀 90 年代 ,還在美國得到了新的發(fā)展。 第二代產(chǎn)品產(chǎn)生于上個世紀 50 年代初的歐洲市場 ,在第一代產(chǎn)品的基礎上增加了翻轉關門油缸。 舉升與翻轉分別由二個獨立油缸實現(xiàn)。 最常見的是四只油缸的型式 ,也有雙缸的。起升質量在 500 kg 以上 ,載物平臺觸地傾角 10 °,翻轉動作憑操作者經(jīng)驗控制。 該種產(chǎn)品目前主要用于美洲及東南亞地區(qū)。第三代產(chǎn)品產(chǎn)生于上個世紀 70 年代末的歐洲市場 ,是在第二代產(chǎn)品的基 礎上增加第五只油缸。 這只油缸在液壓系統(tǒng)中主要起相對位置的記憶功能 ,使載物平臺觸地、離地的翻轉動作不再由操作者控制而由液壓系統(tǒng)本身控制 ,從而使升降過程相對平穩(wěn)與安全。觸地傾角一般為 8°～ 10°。 若兼作廂門用 , 因平臺尺寸增大 ,傾角也可能小于 8°。 目前該類產(chǎn)品普遍用于歐美地區(qū)。 第四代產(chǎn)品產(chǎn)生于上個世紀 90 年代初 ,其液壓系統(tǒng)及功能原理同第三代產(chǎn)品 ,只增加了記憶油缸的尺寸 ,使記憶動作的范圍進一步增大。 它不同于第三代產(chǎn)品的關鍵在于其載物平臺增加特殊結構 ,由一體改為兩體活動聯(lián)接 ,使平臺觸地后不僅能自動翻轉 ,而且有一個下沉的動作 ,使觸地傾角達到 6°,甚至在 6°以下。目前該產(chǎn)品在荷蘭、南斯拉夫和中國已申請了實用新型發(fā)明專利。國內已有定型產(chǎn)品投放市場。從操作性能、安全可靠性等使用效果上 ,第四代產(chǎn)品將逐漸取代了第二、三代產(chǎn)品。 而第一代產(chǎn)品 ,由于其結構簡單 ,重量輕 , 雖然技術含量低 ,但具有便于維修等優(yōu)點 ,在發(fā)展中國家將仍有一定的市場。 盡管在產(chǎn)品結構形式上 ,國際上的四代產(chǎn)品均在國內都有生產(chǎn) ,但就其發(fā)展而言 ,仍處于起步階段。國內市場的擴展 ,還需要時間與機遇。從時間上講可能不會太久 ,從品種上講 ,短時期內將仍是以多種型式并存 ,但最終可能是單缸產(chǎn)品和五缸產(chǎn)品為主。 3. 國內研究現(xiàn)狀 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車工業(yè)已經(jīng)成為國家的支柱產(chǎn)業(yè)，并且發(fā)展勢頭迅猛。而專用汽車，作為汽車工業(yè)的一部分，近年來也取得了長足的進步。隨著國家工業(yè)的發(fā)展，專用汽車在產(chǎn)品線上也日趨豐富和合理，產(chǎn)品的質量以及相關技術都有很大提高。當前我國專用車已經(jīng)具備年產(chǎn)萬輛的能力，并且這一數(shù)字還在不斷地刷新，在數(shù)量增長的同時，專用汽車的質量也在同步前進，甚至部分專用汽車品牌已經(jīng)達到世界領先水平。 除了技術已經(jīng)成熟之外，當前一些產(chǎn)業(yè)政策和相關行業(yè)標準的進一步落實， 也在促進我國專用汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。再加上城市化建設大力進行、高鐵、高速公路以及道路運輸行業(yè)快速發(fā)展的社會背景，都使得我國當前專用汽車行業(yè)市場需求非常廣闊。就當前需求的專用汽車車型來書，主要聚集在三個方面：城市建設與服務、生產(chǎn)資料和能源服務、高級公路運輸與管理。除此之外，還有一些特殊用途的車輛，比如農村基礎設施建設中常用的自卸專用車，需求量也是十分廣闊。 雖然專用汽車發(fā)展前景以及發(fā)展勢頭都非常良好，然而依然能夠發(fā)現(xiàn)當前我國專用汽車行業(yè)發(fā)展存在的一些問題。 （1） 產(chǎn)業(yè)結構不夠合理。就載貨車市場而言，專用車僅占該類市場份額的40%左右，與發(fā)達國家的 70%之間存在很大的差距。國外專用車的 輕、中、重型比例是 3：4：3，而國內當前相同車型之間的占比是 3：5：2，中型車過多，而重型車有過少。 （2） 同質化問題比較嚴重。綜合分析當前專用車市場，除了自卸車、掛車、廂式貨車等批量比較大之外，其他一些技術要求較高的專用車基本都是小批量多品種，這些產(chǎn)品不僅開發(fā)周期長、投入多，而且見效十分緩慢。再加上部分企業(yè)缺乏充足的資金，研發(fā)能力欠佳，而選擇模仿國外車型，且用料簡單，因此同質化現(xiàn)象比較嚴重。 （3） 缺乏專用底盤。國內目前生產(chǎn)的專用車底盤多是直接改裝普通貨車的底盤，比如適當調整軸距等幅度較小的改動，缺乏特種車專用底盤技術生產(chǎn)能力。因此生產(chǎn)出來的專用車大多屬于技術含量低、銷售價格低的普通專用車，像罐車、郵政車等，與發(fā)達國家之間還存在很大的差距。 欄板起重裝置在國內的發(fā)展只是近十幾年的事情。 1985 年原郵電部從日本進口了一批裝有欄板起重裝置的廂式車。 此后 ,由漢陽專用汽車研究所、湖北汽車配件廠和郵電部明水通信機械廠三家合作進行了國產(chǎn)化研制開發(fā) ,歷時兩年多 ,卻因多種原因而未能投入使用。 1988 年初 ,郵電部明水通信機械廠組織技術人員 ,繼續(xù)研制。在北京市郵政局的大力協(xié)助下 ,經(jīng)過近四年的努力 ,產(chǎn)品質量日漸趨于穩(wěn)定。國產(chǎn)化產(chǎn)品早期用汽車發(fā)動機作為動力。 1992 年實現(xiàn)以汽車蓄電池作為液壓泵站的驅動力。 1992 年以后 ,欄板起重裝置因國內廂式車的發(fā)展而開始發(fā)展起來 ,技術水平也逐漸向國際靠近。據(jù)目前了解的情況 ,國內生產(chǎn)欄板起重裝置的企業(yè)包括明水郵電通信設備廠等至少有 5 家 ,產(chǎn)品結構型式有單缸、四缸、五缸及 90 年代初的美國技術及最新型的五缸技術。 4. 發(fā)展趨勢 隨著節(jié)能環(huán)保意識的深入人心以及科學技術的進步，電動汽車以無污染，逐漸成為將來汽車行業(yè)的發(fā)展重點。除了適當?shù)恼{整產(chǎn)業(yè)能源結構之外，一些新技術也被應用與燃料發(fā)動機中，提升能源的利用率、降低廢氣對環(huán)境的污染。目前， 北汽、陜汽等在這方面做的都很出色。隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，基礎設施建投入的力度不斷加大，道路運輸條件大善，為高速、集裝箱式公路運輸提供非常便利的條件。因此，大噸位、大型化的專用汽車已經(jīng)成為物流行業(yè)的首選汽車裝備。 （1） 在未來，高速公路專用汽車中，集裝箱運輸車、重型牽引車、保溫冷藏車、廂式車、廂式半掛車、專用半掛車等，將占據(jù)市場的主要份額。 （2） 減少能源消耗的重要措施就是減少汽車的總負載，因此減少汽車本身的重量也是一項非常重要的降低能源消耗的方法。當前比較常見的做法就是使用鋁合金、高強度的鋼等新型材料或者使用新工藝，有效的減輕汽車自身的重量， 將會有效應對我國道路超載、能源短缺、運輸效率低下等問題。 （3） 反觀國際社會，歐美專用車企業(yè)已經(jīng)有上百年使用鋁合金或不銹鋼材料車廂廂體的歷史，而我國專用汽車行業(yè)使用輕型材料的研究和做法才剛剛開始，接下來還有很長的一段路要走，不斷開發(fā)、研制更加輕型的新材料。 另一方面：（1）現(xiàn)如今的欄板起重車輛雖然已經(jīng)達到很成熟的地步，但是還存在一些可以優(yōu)化的地方。 （2）這些專業(yè)汽車的用途越來越明顯，越來越重要，越來越廣泛，因此優(yōu)化專業(yè)車輛并應用顯得尤為重要。 基于如上所述的理由，本課題擬采用的方法是減少能源消耗的方案，優(yōu)化設計欄板起重車輛。做到易加工，成本低，可靠性高。提高專用汽車（欄板起重車輛）能源的利用率，更有助于專用汽車的專業(yè)用途。 欄板起重運輸車結構設計 摘 要 本次設計的題目是欄板起重運輸車結構設計。其目的是根據(jù)特殊用途車輛的原始特性和性能來降低生產(chǎn)成本并提高生產(chǎn)質量。 此次設計的關鍵在于比較分析欄板起重運輸車的后欄板起重裝置可以采用的方案， 并一一列舉出各項方案的優(yōu)缺點，最終選擇最優(yōu)方案。 該設計在已經(jīng)翻閱許多關于欄板起重運輸車資料的基礎上，透徹的分析了欄板起重運輸車輛結構設計的總體方案，最主要的設計部分為底盤的選取，舉升機構的設計，液壓系統(tǒng)的選型以及后欄板裝置的設計。通過對底盤型號的的選擇，為確定整車性能參數(shù)打下基礎。在此基礎上，詳細分析了舉升機構的運動學，確定并且詳細的檢查了舉升機構各部分的尺寸和參數(shù)是否符合標準。液壓系統(tǒng)的用途則是用于控制每個可以活動的部件以實現(xiàn)貨物起升裝卸的功能。 通過計算和選擇各種液壓元件，為的是確定系統(tǒng)中使用的液壓元件的類型更為準確。確定了欄板起重運輸車的一般參數(shù)。對改裝車輛的性能進行分析和計算校核，確定其是否符合國家標準要求。 關鍵詞：；后欄板；起重裝置；升降機構；液壓系統(tǒng) V ABSTRACT The title of this design is the structural design of the lifting and transportation trucks. Its purpose is to reduce production costs and improve production quality based on the original characteristics and performance of special purpose vehicles. The key to this design is to compare and analyze the solutions that can be adopted for the tailgate lifting devices of the lifting trucks, and to list the advantages and disadvantages of each solution, and finally select the optimal solution. The design has been based on a lot of information on the lifting trucks of the corrugated plate. It thoroughly analyzes the overall design of the structure design of the corrugated lifting transport vehicles. The most important part of the design is the selection of the chassis and the design of the lifting mechanism. Selection of hydraulic system and design of the tailgate device. The selection of the chassis model lays the foundation for determining the performance parameters of the vehicle. On this basis, the kinematics of the lifting mechanism was analyzed in detail, and the dimensions and parameters of each part of the lifting mechanism were determined and checked in detail to meet the standards. The purpose of the hydraulic system is to control each movable part to achieve lifting and loading of the goods. By calculating and selecting various hydraulic components, it is more accurate to determine the type of hydraulic components used in the system. Determined the general parameters of the hoisting truck. Analyze and calculate the performance of modified vehicles to determine whether they meet the requirements of national standards. Keyword:Tailgate；Hauling-up device；Lifting mechanism；Hydraulic system 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1. 緒 論 1 1.1 課題研究的目的意義 1 1.2 后欄板起重運輸車國內外研究概況 1 1.3 設計的主要內容與技術路線 2 2 .后欄板起重運輸車方案設計與分析 3 2.1 后欄板起重運輸車的結構與分類 3 2.2 后欄板起重汽車舉升機構的分類與選型 5 2.2.1 單缸對中式升降機構 6 2.2.2 雙缸對稱式升降機構 7 2.3 后欄板起重裝置的液壓系統(tǒng) 10 2.3.1 單缸驅動欄板起重裝置的液壓系統(tǒng) 10 2.4 后欄板起重裝置動力源結構型式 12 根據(jù)小批量生產(chǎn)成本最小化的原則，本設計中的后軌提升裝置以力源為動力源，帶動四連桿機構的運動，使得承載平臺完成各種動作， 如上升和下降。 12 2.5 安全機構 12 2.6 本章小結 13 3. 后欄板起重運輸車底盤的選取 14 3.1 底盤的選取 14 3.1.1 汽車底盤選型要求 14 3.1.2 底盤選型 14 3.1.3 底盤的選取 14 3.2 選用的底盤主車架的主要尺寸 16 3.3 欄板起重車質量參數(shù)的估算 16 3.4 本章小結 17 4. 車廂的結構設計 18 4.1 車廂的結構設計 18 4.2 本章小結 21 5. 后欄板起重車結構設計 22 5.1 副車架的改裝設計 22 5.1.1 副車架設計 22 5.1.2 副車架選材 22 5.2 升降機構支架的設計 22 1、支架的外形設計 22 5.3 舉升機構各桿的初步設計計算 23 5.3.1 升降桿的長度計算 23 5.3.2 拐臂半徑 r 和液壓缸的初始長度 L1 24 5.3.3 擺動液壓缸的校核 25 5.4 本章小結 26 6. 液壓系統(tǒng)的設計與選型 27 6.1 液壓系統(tǒng)設計分析 27 6.1.1 液壓缸的選型與設計 27 6.1.2 液壓泵的選型計算 28 6.2 本章小結 30 7 . 整車性能計算 31 整車的性能計算需要包括最高車速，最大爬坡度，燃油經(jīng)濟性和穩(wěn)定性等。 31 7.1 汽車最高車速的計算 31 7.2 最大爬坡度計算 36 7.3 汽車燃油經(jīng)濟性的計算 37 7.4 后欄板起重運輸車裝卸時穩(wěn)定性計算 38 7.5 本章小結 39 結 論 40 參考文獻 41 致 謝 42 TAILGATE LIFTING DEVICE STRUCTURE AND DESIGN 43 1. 欄板起重裝置的發(fā)展 48 2. 欄板起重裝置的基本原理 49 3. 動力系統(tǒng) 49 4. 動力傳遞形式及作用點 49 5. CD 桿的轉動 50 6. 欄板起重裝置技術參數(shù)的確定 50 欄板起重運輸車結構設計 1. 緒 論 1.1 課題研究的目的意義 隨著現(xiàn)代物流業(yè)的快速發(fā)展，汽車運輸量迅速增加，貨物裝卸頻次和貨物頻率也有所增加。 對于大噸位運輸車來說，貨物搬運非常不方便，工作效率低，因為運輸?shù)匕遢^高，貨物質量較大，裝卸難度較大，尤其是單人操作。基于此，許多廂式載貨汽車裝有舉升欄板[1]。起吊欄板可以大大提高運輸和裝卸效率，降低操作人員的勞動強度。 它們廣泛用于郵政，金融，石化，商業(yè)，制造業(yè)和其他行業(yè)。 起重運輸車輛是在普通卡車的基礎上發(fā)展起來的，以其安裝在汽車后部的名稱命名。載貨類汽車最初都是完全人力化裝運，近年來，隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)健康的發(fā)展。中央政府和地方政府大力投資城鎮(zhèn)化，新農村建設和基礎設施建設。近年來，國內近年來不斷擴大內需，商品運輸快速繁榮促使物流業(yè)務成倍增長，各類公路建設快速增長，快速增長 在公路貨運發(fā)展中，專業(yè)運輸單位和個體運輸經(jīng)營者如雨后春筍般涌現(xiàn)。許多公司都有自己的運輸車隊，只能依靠人工操作。 他們不能充分發(fā)揮車輛的有效性來提高他們的效率。 與此同時，隨著車輛運輸量呈指數(shù)增長，大噸位卡車的比重也隨著裝載和卸載頻率的增加而增加。對于大噸位的貨車，由于車底距離地面較遠， 貨物質量較大，裝貨和卸貨都很困難。在這種情況下，通過機械化裝卸設備，特別是單獨作業(yè)時，可以大大提高裝貨和卸貨的效率。顯然，實現(xiàn)卡車裝載的機械化勢在必行。 因此，急需一輛能夠實現(xiàn)起重和裝載功能的專用卡車。欄板起重運輸車，僅利用一套欄板起重裝置就可以實現(xiàn)貨物的機械化裝運，因而被逐漸重視。 1.2 后欄板起重運輸車國內外研究概況 欄板起重裝置的發(fā)展, 在國外大體上可分為四個時期。第一代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀30 年代末, 其特點主要是單缸舉升, 而欄板翻轉靠手動, 起升質量為500kg左右, 欄板(又稱載物平臺) 觸地傾角9°～10°。目前, 這種產(chǎn)品在東南亞、日本仍在使用, 20世紀90年代, 還在美國得到了新的發(fā)展。第二代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀50年代初的歐洲市場, 在第一代產(chǎn)品的基礎上增加了翻轉關門油缸。舉升與翻轉分別由二個獨立油缸實現(xiàn)。最常見的是四只油缸的型式, 也有雙缸的。起升質量在500kg以上, 載物平臺觸地傾角10°, 翻轉動作憑操作者經(jīng)驗控制。該種產(chǎn)品目前主要用于美洲及東南亞地區(qū)。第三代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀70年代末的歐洲市場, 是在第二代產(chǎn)品的基礎上增加第五只油缸。這只油缸在液壓系統(tǒng)中主要起相對位置的記憶功能, 使載物平臺觸地、離地的翻轉動作不再由操作者控制而由液壓系統(tǒng)本身控制, 從而使升降過程相對平穩(wěn)與安全。觸地傾角一般為8°～10°。若兼作廂門用, 因平臺尺寸增大, 傾角也可能小于8°。目前該類 9 產(chǎn)品普遍用于歐美地區(qū)。第四代產(chǎn)品產(chǎn)生于29世紀90年代初, 其液壓系統(tǒng)及功能原理同第三代產(chǎn)品, 只增加了記憶油缸的尺寸, 使記憶動作的范圍進一步增大。它不同于第三代產(chǎn)品的關鍵在于其載物平臺增加特殊結構, 由一體改為兩體活動聯(lián)接, 使平臺觸地后不僅能自動翻轉, 而且有一個下沉的動作, 使觸地傾角達到6°, 甚至在6°以下。目前該產(chǎn)品在荷蘭、南斯拉夫和中國已申請了實用新型發(fā)明專利。國內已有定型產(chǎn)品投放市場。從操作性能、安全可靠性等使用效果上, 第四代產(chǎn)品將逐漸取代了第二、三代產(chǎn)品。而第一代產(chǎn)品,由于其結構簡單, 重量輕, 雖然技術含量低, 但具有便于維修等優(yōu)點在發(fā)展中國家將仍擁有巨大的市場。 欄板起重裝置在國內的發(fā)展只是近二十幾年的事情。國產(chǎn)化產(chǎn)品早期用汽車發(fā)動機作為動力。1992年實現(xiàn)以汽車蓄電池作為液壓泵站的驅動力。1992年以后, 欄板起重裝置因國內廂式車的發(fā)展而開始發(fā)展起來, 技術水平也逐漸向國際靠近。但就其發(fā)展而言, 仍處于起步階段。國內市場的擴展, 還需要時間與機遇。從時間上講可能不會太久, 從品種上講, 短時期內將仍是以多種型式并存, 但最終可能是單缸產(chǎn)品和五缸產(chǎn)品為主。 現(xiàn)代車輛的裝備技術必需與生態(tài)型、現(xiàn)代化國際大都市發(fā)展相適應，具有國際先進、技術創(chuàng)新的裝備特征,必需從滿足單一的普通作業(yè)需求，向滿足文明作業(yè)、環(huán)境保護、質量監(jiān)管、城市容貌等作業(yè)和管理需求方向發(fā)展[2]。 1.3 設計的主要內容與技術路線 本次設計的重點是對欄板起重運輸車的后欄板起重裝置采用的各種方案進行比較分析，并分別列出各方案的優(yōu)劣點，以便于選擇出最合適方案。 本次的設計目標是設計出一種整車總質量為 12t，起重質量大于 500kg 的后欄板起重運輸汽車的后欄板起重運輸汽車，其性能參數(shù)與原載貨車接近。后欄板起重運輸車是裝備有欄板起重裝置的載貨汽車，因此本設計的基本內容： （1） 研究后欄板起重運輸汽車的組成、結構與設計； （2） 進行后欄板起重運輸汽車的結構總體布置； （3） 進行二類底盤的選擇； （4） 進行后欄板起重機構、車廂設計、輔助裝置設計選型； （5） 整車性能計算分析。擬解決的主要問題： （1） 車輛的總體布置； （2） 副車架設計、副車架和主車架的連接； （3） 舉升機構的詳細設計； （3） 液壓裝置進行設計計算選型； （4） 整車性能分析計算。 技術路線如圖 1.1 所示。 圖 1.1 技術線路圖 2 .后欄板起重運輸車方案設計與分析 2.1 后欄板起重運輸車的結構與分類 本設計的車輛一般使用車廂本身附帶的欄板或者另外附加的欄板起重裝置來作為 車輛的起重裝置，而驅動起重裝置的動力源則為車體本身的發(fā)動機或者是蓄電池來完成驅動欄板運動從而達到裝卸貨物的目的。 蓄電池式和發(fā)動機式是本次設計的車輛的主要驅動方式。發(fā)動機式取決于取力器， 驅動欄板起重裝置來工作是通過發(fā)動機的驅動力來完成的；蓄電池式則是通過蓄電池對欄板起重裝置提供電力支持。另外一種劃分方式則是根據(jù)欄板起重裝置的功用來區(qū)分的，可以分為后欄板起重式和附加欄板起重式兩種方案。起重欄板在后欄板起重式方案中有兩種作用，一是當車廂的欄板，對車廂起到加固作用，二是充當舉升桿，可以舉升重物。而附加欄板起重式的作用相對來說就比較單一了，僅僅用來起重裝置來使用，不能用來充當欄板來實現(xiàn)運輸過程的貨物安全，它僅用于廂式汽車的后欄板起重裝置，如圖2.1所示。 圖 2.1 后欄板起重運輸車 二類底盤完成選型，后欄板起重裝置的設計計算是本次設計車輛最主要的兩個部分。在這兩部分中最為重要的還是后欄板起重裝置。其主要組成如下： ì二類底盤 ? ? ? 后欄板起重運輸車í ì升降機構 ? ?后起重欄板 ? ?后欄板起重裝置í液壓系統(tǒng) ? ? ?動力系統(tǒng) ? ?? ??后欄板鎖止機構 單缸對中式欄板起重裝置的結構如圖 2.2 所示。 1—取力器；2—齒輪液壓泵；3—液壓油箱；4—濾清器； 5—液壓控制箱；6—液壓缸；7—升降機構；8—起重欄板 圖 2.2 一種欄板起重裝置結構 欄板起重運輸車在進行裝卸作業(yè)工作時，其主要驅動力是由電力系統(tǒng)供給的動力驅動齒輪液壓泵進行工作，并且在驅動的同時向液壓系統(tǒng)內泵入液壓油，液壓缸中的液壓桿在液壓油壓力的推動下，舉升機構的舉升桿進行上下平動或者翻轉運動，最終起重欄板在舉升機構的帶動下進行相應的移動，從而完成起重、舉升、裝貨和卸貨的功能。 2.2 后欄板起重汽車舉升機構的分類與選型 后欄板起重運輸車改裝設計中對舉升機構的設計要求有以下幾點要求： 1. 可以上下移動，使起重裝置能夠完成不同形式的運動，如轉動，關閉和著陸。 2. 當液壓系統(tǒng)的液壓桿停止工作時，舉升機構不能有大幅度的自動沉降現(xiàn)象。 3. 舉升機構需要將最少重 500kg 的貨物平穩(wěn)地運送到可控范圍的高度，并且可以停留在任何位置不發(fā)生意外。 后欄板起重裝置的舉升機構的工作基本原理如下： 平行四桿機構的平行移動原理是這次欄板起重裝置的主要原理。 如圖 2.3 所示。 圖2.3 平行四連行四連 圖為四連桿機構，其中上下兩桿處于平行狀態(tài)，將 AB 桿固定住，給 BC 桿一個力矩，使 BC 桿繞著 B 桿做圓周運動，在此運動中CD 桿與 AB 桿一直都是平動。如果讓AB 桿處于豎直狀態(tài)， DC 桿擴展為 DCE 桿，此時， DE 桿就能一直保持成一個水平面完成上下運動，即 DCE 為后欄板，如圖 2.4 所示。 圖2.4 轉化后的后欄板起重裝置機構機 2.2.1 單缸對中式升降機構 單缸對中式升降機構如圖 2.5 所示，結構簡化后如圖 2.6 所示。欄板的運動形式 主要有三種，有上下平動，著地時的傾斜運動和翻轉運動。其中油缸 1 活塞的來回往復運動可以讓欄板完成上下平動和著地點的傾斜運動。而翻轉運動則是必須由彈簧助力的同時依靠人力手動完成來實現(xiàn)的。 D 、 A 兩點是固定住的，桿 3 由于受到推力和 F 點的限制，整個機構則可以看成以 DA 為固定邊的 DABC 四桿機構，從而來完成上下平行移動。D 、 A 兩支點是固定的，但鉸接點 E 的約束已經(jīng)解除，整個機構可以看成以 DA 為固定邊的 DAEBC 鉸鏈五桿機構，從而完成下止點位置的傾斜運動。 圖2.5 單缸對中式舉升機構 圖2.6 單缸對中式結構簡圖 單缸對中式的舉升機構最主要的優(yōu)點就是結構簡單，成本相對來說比較低廉，同時也可以規(guī)避雙缸工作時所出現(xiàn)的兩邊不同步的問題；缺點就是是舉升重力不夠大， 并且需要車架下有比較大的安裝空間，另一方面則是制造工藝相對來說比較復雜。 2.2.2 雙缸對稱式升降機構 圖 2.7 為雙缸對稱式舉升機構的結構圖，它的主要的特點是讓欄板完成平動，舉升，傾斜運動和翻轉運動是通過兩個液壓缸分別對稱布置的連桿機構來控制的。 圖2.7 雙缸對缸對稱式升降 該舉升機構實現(xiàn)欄板完成不同運動狀態(tài)的方式通過利用固定四桿機構不同的邊完成的。但是固定邊無法完成傾斜運動，需要將四桿機構變成五桿機構才可以完成。 圖 2.8 為欄板的翻轉運動簡圖。為了完成欄板的翻轉運動狀態(tài)，起重欄板的后端 D 點將固定，同時也需要將桿 3 變?yōu)楣潭U。當液壓缸的液壓桿伸長運動時，板 4 推動支座 1 以 O 點為圓心繞O 點順時針轉動。同時欄板 6 將做繞 D 點轉動。當OA 運動到豎直位置時，欄板也跟著旋轉到了水平位置，在圖上有所所示。 圖 2.9 為欄板的升降運動簡圖。此時，在此四桿機構當中， OA邊將被固定起來。D 點也被約束起來，此時的桿 3 從翻轉運動的固定桿變成了活動桿。當液壓缸的液壓桿收回時，機構在自身重力的作用下進行繞O 、A 兩個點的順時針運動，欄板 6 是四桿機構中 ACDO 的 DC 的邊，將平移運動到地面。反之，如果液壓桿伸長，推動板 4， 同時將帶動四桿機構中 ACDO 繞O 、 A 兩個點進行逆時針運動，欄板將進行平移上升運動一直運動到上止點位置。 圖2.8 欄板翻轉運動簡圖 圖2.9 欄板升降運動簡圖 圖 2.10 是欄板著地后傾斜運動的結構簡圖，C 點在欄板著地后只能完成沿著地面的平動，不能完成其他運動。于此同時地面對欄板前端的支反力繞 B 點逆時針轉動的力矩作用在桿 5 上。此時如果液壓缸的液壓桿開始收縮，使得板 4 繞 A 點作順時針運 動，桿 5 桿頭的約束將被解除，此時的四桿機構將變?yōu)槲鍡U機構；當板 4 作順時針轉動時，桿 3 將做繞O 點運動，桿 5 與欄板 6 則在平面內做復合運動。當C 移至C￠ 時， 欄板后端觸地，從而完成欄板著地的后傾運動。 圖2.10 欄板著地后傾的運動簡圖 此機構的缺點是安裝起來相對來說比較復雜，但是它的優(yōu)點是可減小液壓缸的直徑。 一般舉升重力不大時，例如 8kn，選用單缸舉升機構是最佳的選擇，它不僅結構簡潔、成本低廉，同時還可規(guī)避雙缸工作時所出現(xiàn)的不同步問題。雙缸對稱式由于安裝相對來說復雜，與本次設計的輕便快捷的理念不符合。綜上所述，此次設計主要選擇單缸對中式。 2.3 后欄板起重裝置的液壓系統(tǒng) 后欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)的改裝設計要求有以下幾點： （1） 升降機構應保證平穩(wěn)上下移動。 額定重量的負載在上升和下降的時間需要控制在 10?15s 之間。 （2） 在起吊或起吊過程中 5min 處于任何位置時，靜態(tài)沉降應小于 20mm。 （3） 液壓系統(tǒng)應具有液壓系統(tǒng)的一般要求，例如執(zhí)行器，安全裝置等一些部件。 2.3.1 單缸驅動欄板起重裝置的液壓系統(tǒng) 單缸對中式后欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)由液壓泵、油箱、濾清器、液壓控制箱及液壓缸組成，如圖 2.2 所示。其液壓系統(tǒng)的管路布置見圖 2.14。溢流閥 5 可以調節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力；節(jié)流閥的作用是調節(jié)液壓缸中液壓桿的移動速度；手動換向閥 7(手動， 19 P、O 連接三位四通)控制液壓桿的移動方向[5]。來自液壓泵的多余的油液經(jīng)溢流閥 1 流向油箱[5]。 1 2 雙向液壓鎖 8 能使液壓缸中的活塞在行程中任何位置停住，防止舉升機構出現(xiàn)自行沉降的現(xiàn)象。其鎖緊的可靠程度僅受液壓缸內部泄露的影響。雙向液壓鎖實際上是兩個液控單向閥的組合閥，其結構如圖 2.14 所示。兩個液控單向閥的油口 P1、P2 分別與換向閥的油口 A、B 相通；油口 T 、T 分別與液壓缸的無桿腔和有桿腔接通[5]。當手動換向閥手柄位于舉升位置時，壓力油從油口 P1 進入雙向液壓鎖，一方面頂開左端閥芯從油口 T1 流入液壓缸的無桿腔，另一方面壓力油推動活塞向右移動，頂開右端閥芯， 使油口 P2 與 T2 想通，于是液壓缸有桿腔的液壓油經(jīng)油口 T2 、P2 流向換向閥的開油口， 使得液壓缸的活塞桿向外伸出[5]。反之，則液壓缸的活塞桿向內收回[5]。當換向閥手柄處于中位時，雙向液壓鎖的兩油口 P1、P2 與換向閥的通路切斷，無液壓油通過，因此， 兩端閥芯在各自復位彈簧的作用下關閉閥口，使得液壓缸兩腔的壓力油處于封閉狀態(tài)， 從而起到鎖定活塞的作用[5]。 圖2.14 一種種單缸液壓控制系原理圖 單缸液壓系統(tǒng)因只有一個液壓缸，所以欄板的翻轉運動則必須依靠助力彈簧加上手翻轉來實現(xiàn)成為了其缺點。也正是因為只有一個液壓缸，所構成的液壓系統(tǒng)相對來說就比較簡單，價格也就會相應的便宜很多，這就成為了單缸液壓系統(tǒng)的一個優(yōu)點。 2.4 后欄板起重裝置動力源結構型式 起重裝置的動力源也是不可或缺的一個重要部分。 1、液壓油泵是由發(fā)動機變速箱通過集力器驅動來運動，并且液壓油泵旋轉以供應高壓油來推動液壓系統(tǒng)以致液壓缸運動。 優(yōu)點：可以根據(jù)機構的要求以便獲得不同功率和速度的電源，在此情況下滿足機構的工作要求。與此同時它有著長時間連續(xù)工作，功率其他的相比較大，結構可以滿足大部分的要求，成本也相對較低。 適用于眾多專用車輛，例如自卸車，汽車起重機， 壓縮式垃圾車，交通救援車等專用車輛。 缺點：安裝步驟相對比較復雜，結構也比較分散，液壓系統(tǒng)中的接頭也很多，同時液壓油的泄漏量偏大，維修也有一定的困難。 2、選取蓄電池作為電源，則液壓裝置的油缸的推動需要有液壓油箱和液壓油泵等來提供。 優(yōu)點：結構緊湊，方便安裝，液壓系統(tǒng)的管接頭數(shù)量較少，液壓油泄漏的情況很少出現(xiàn)，外形美觀，而且汽車發(fā)動機不需要啟動便可以工作。 缺點：蓄電池的功率較小，電機在工作時電流較大且發(fā)熱量大。 該設備適用于間歇性工作場所，但是成本相對來說比較高。 本次設計的原則為輕便簡潔，所以零件需要小批量生產(chǎn)，所以起重裝置的動力源選用力源，推動四桿機構的運動，這樣可以使主承載重量的平臺可以完成各種動作， 例如上升和下降，翻轉和傾斜運動。 2.5 安全機構 由于此次設計的起重裝置位于車輛后部，為了能更好的保障貨物的安全和行車安全，需要安裝一個安全裝置。 初步選用防震鎖機構，這個鎖止機構是通過四個螺釘與側門蒙皮共同定位的，鎖芯使用彈簧壓緊裝置，可以更好地使欄板保持關閉狀態(tài)，增加了行車安全，也保證了貨物的安全。 此次改裝設計中選取添加后欄板鎖止機構的安全裝置，因為后欄板鎖止機構能保持后欄板的關閉狀態(tài)，而且結構相對比較簡單，所以選取它。由于這次鎖止機構并非重點，所以選型就行。 2.6 本章小結 本章的主要任務是對液壓系統(tǒng)的各種形式進行簡單的分析，然后對液壓系統(tǒng)進行了選型；接著是對舉升機構的主要參數(shù)進行詳細的計算分析，最終決定使用單缸對中式升降機構和單缸液壓系統(tǒng)，動力源則是選取的取力器。 3. 后欄板起重運輸車底盤的選取 因為我國大部分的專用車輛都是在一定的特殊領域進行服務的，所以需要具體要求具體分析。車身和其他工作裝置的設計為了更好地適應工作要求就在已經(jīng)建立好的二類底盤的基礎上進行改裝。 改裝設計和合理匹配以達到理想的車輛性能以滿足需求。 3.1 底盤的選取 3.1.1 汽車底盤選型要求 汽車底盤選取使用通常需要滿足下面幾點要求： 1、適用性 特殊種類車輛的底盤應該適用于特殊種類車輛的特殊功能要求； 2、可靠性 底盤具有足夠的強度要求和剛度要求和使用壽命，出現(xiàn)故障的概率較低，最好是每個部件的使用壽命能趨于一致； 3、先進性 所選車型的底盤應該在動力性，燃油經(jīng)濟性，運行穩(wěn)定性，行駛穩(wěn)定性，通行能力等方面同時達到同類車型的先進水平，并且符合國家或行業(yè)使用標準； 4、方便性 底盤易于改裝，再出現(xiàn)問題時要易于維修，完成任務后易于維護。 結構緊湊，有合適的調試和組裝的空間。 3.1.2 底盤選型 貨車底盤主要分為二類底盤和三類底盤兩種類型。二類底盤，是以整車為基礎， 去掉了車輛廂體；三類底盤，也是以整車為基礎，去掉了貨箱和駕駛室。 特殊種類車輛的性能與二類底盤的性能好壞有著非常密切的聯(lián)系。在選擇汽車底盤時，重點關注的是特殊種類車輛的使用性能情況，裝載總質量，使用條件，性能指標，形狀尺寸以及特殊裝置或設備的功率匹配問題。到目前為止，市面上的特殊種類車輛基本都是使用二類底盤進行改裝設計的。 在選擇二類底盤后進行重新改裝設計，最主要需要考慮的是整車的整體布局和具有特殊工作要求的設備設計。性能分析和必要的強度檢查只需要對底盤參數(shù)計算完成即可。 改裝完成后的底盤性能需要與車輛要求的性能達到最合理的一致。 3.1.3 底盤的選取 根據(jù)上面提到的要求，此次設計的底盤主要從解放汽車中選擇。選用的底盤為： 解放牌 CA1127L5 載貨貨車圖 3.1，具體參數(shù)如表 3.1。 圖 3.1 底盤 表 3.1 型號為 CA1127L5 貨車的底盤相關參數(shù) 原來貨箱的尺寸： 6000 × 2300 × 550 mm 以原來貨箱鋼板厚度為 3mm，密度為 7.85kg/m3 來估量計算原貨箱的質量 原貨箱的質量 m=（650×230×0.3+2×650×60×0.3+2×230×60×0.3）×7.85=6007605g≈600kg 3.2 選用的底盤主車架的主要尺寸 選用的底盤為 CA1127L5 底盤,其主車架尺寸如下： 主車架的縱梁截面尺寸: 235× 75× 6 mm 主車架上面尺寸到地面高度: 860mm 3.3 欄板起重車質量參數(shù)的估算 額定載重質量是最基本性能的參數(shù)，這次設計的額定載質量初步定為 5900kg。整車整備質量在此次設計中占有著相當重要性能參數(shù)位置。在此次欄板起重車的 設計過程中，車輛設計的質量可以通過同類型的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)估算。整車整備質量車輛帶上所有部件和各種郵箱滿油的狀態(tài)，此次整車整備質量估算為 6100kg 。 裝載質量m1 ，選取 5900kg： 整車整備質量m2 ，估算為 6100kg： 駕駛員質量m3 ，按 65kg/人, 額定載員 2 人, 65kg× 2 = 130kg 車輛總質量是指車輛在滿負荷時的質量。即： M = m1 + m2 + m3 = 5900kg +130kg + 6100kg = 12130kg 3.4 本章小結 根據(jù)此次設計目標，本章主要任務是對二類底盤進行選型，并且給出了底盤選型的主要參數(shù)，最后計算了欄板起重運輸車需要考慮到的一些設計的主要參數(shù)。 4. 車廂的結構設計 4.1 車廂的結構設計 由于用戶對廂式貨車產(chǎn)品有不同的要求，有骨架式的車廂和無骨架式的車廂成為了市場上最主要的車廂骨架形式，這兩種形式也是顧客們最常見的要求。 1. 有骨架式 將1.2mm厚的鋼板制成貨車車廂，利用鉚釘進行連接。這種結構相對無骨架式車廂來說，雖然使用的材料要多一些，但是加工相對來說比較方便，售價也相對便宜，便于小規(guī)模生產(chǎn)，沒有設備的限制。 2. 無骨架式 垂直波紋型可以利用82 mm厚的鋼板加工成集裝箱，側板、頂和門的用材，因此不需要骨架。這種結構對加工和設備要求相對來說比較高，但是價格比較低廉，而且更受客戶的歡迎。 根據(jù)《改裝車輛產(chǎn)品名稱、型號編制方法》的相關規(guī)定。廂式車輛的總高和總寬度都不能超過GB 1589-79( (汽車外廓尺寸限界》的相關規(guī)定，即“總高度4m，總寬度2.5m"。如果有特殊需求的時候，總寬度最大不能超過2.6m。 根據(jù)本設計的目的和要求：技術合格、小批量易于加工、價格相對比較便宜、可靠性較高，所以選擇有骨架車廂作為本次設計的車廂。 3. 車廂骨架結構設計 骨架結構需要在滿足車架剛度和強度的要求的前提下，需要設計車輛的自身重量越小越好。從抗彎曲的角度來看，封閉截面稍稍比開放截面要好點。為了提高整個車身的剛度，所以選擇采用封閉截面。車架通常都設計為“井”字形狀的矩形框架結構。在制造過程中，車頂和底板的前六個部分，包括縱梁，副車架橫梁，前圍，后圍，左右兩側，將它們分別加工成骨架組件，然后將六個大骨架組件焊接成完整的車廂骨架。底板是整個車廂的基礎，它是整個車廂最主要的承重結構，所以車架的縱梁和橫梁都使用槽型截面，以用來提高車架結構的強度和剛度。車架的橫梁之間的距離和縱梁之間的距離應該相等，這樣有利于安裝。同時，每根橫梁的位置可以根據(jù)此次設計的車輛的后軸軸線的位置來確定。為了防止輪胎跳動產(chǎn)生的運動干涉現(xiàn)象，需要將后軸軸線相毗鄰的倆橫梁的距離需要較其余橫梁間距要稍大一些，一般選擇在1000mm左右， 其余橫梁之間的距離選取在500~700mm即可，這次設計底板如圖4.1所示。 圖4.1底板模型 根據(jù)標準JB 2320-84廂式車量，貨車的相關數(shù)據(jù)應符合表4.1。 表 4.1 車廂相關參數(shù) 在此次設計中，使用的材料為Q195，其尺寸為75x45x2的方形矩形管用來作為底梁，尺寸為30x40x1.5的方形矩形管則用來作為側柱和頂部骨架的使用材料，各骨架之間使用焊接的方式。由于主框架有寬度的要求，所以縱梁的寬度初步定為865mm。根據(jù)標準GB1589—79《汽車外廓尺寸界線》的有關規(guī)定，即“總高度4m，總寬度2.5m”。對于特殊需要的情況下，最大寬度不能超過2.6米。 所以此次設計選擇使用2500mm的汽車高度，依據(jù)表4.1確定閉式車廂定為5500mm的長度，800mm的側立柱跨度。車廂的側壁、前壁、上壁骨架可由圖4.2、圖4.3、圖4.4所示。 1——車廂頂壁橫梁；2——車廂底板橫梁 圖4.2頂板模型 圖4.3側板模型 29 圖4.4車廂上臂模型簡圖 4. 蒙皮設計選用 蒙皮是薄壁板件。通過一定的固定方式，如鉚釘連接，焊接，粘接等方法，它們都可以覆蓋在車廂骨架上，最終成為車廂的內外表面。蒙皮一般使用 0.8~1.5mm 厚的薄鋼板。非金屬蒙皮的厚度一般為 2~3mm。此次設計用為 1mm 或者 2mm 厚的 Q195 的鋼板作為內外表面蒙皮，本次設計用 3mm 厚的鋼板鋪在車輛內部的底板上，連接方式為鉚釘連接。用 1.2mm 厚的鋼板鋪設在車廂的外表面上作為外部的蒙皮，最后在車廂內部的底板上鋪一層毛氈即可。 估算 75x45x2 方形矩形管的質量大約為 30kg/m， 30x40x1.5 方形矩形管的質量大約為 10kg/m。 車廂質量為： m ≈ 5.5x10x12 + 2.5x10x18 + 2.45x30x9 + 2.45x10x10 = 1422kg ≈ 1500kg 4.2 本章小結 本章主要是針對車架結構進行選型和設計，選擇了有骨架式的車廂，另外還選了蒙皮的材料，并粗略的計算了需要運輸?shù)目傎|量。在車廂結構的設計中確定了橫梁和縱梁的位置關系和車架需要的高度。 5. 后欄板起重車結構設計 5.1 副車架的改裝設計 5.1.1 副車架設計 由于此次設計所選用的底盤沒有副車架，為了能夠提升主車架的使用壽命和剛度， 強度，需要增加一個副車架。副車架示意簡圖見圖 4.1。 圖 5.1 副車架模型圖 5.1.2 副車架選材 車架的大部分零件和車廂的大部分零件大多數(shù)都是用低合金高強度鋼板沖壓而成的，滿足提升汽車的承載能力、延長其使用壽命、降低汽車的車身重量、節(jié)約能源和安全駕駛的要求也是一種趨勢。 目前為止，我國的載重貨車車架的縱梁和橫梁都是使用低合金高強度鋼板沖壓制造而成的?？v梁可以用抗拉強度為 510MPa 的 16MnL 和 09SiVL、10TiL 和 B510L 鋼板生產(chǎn)。由此可以得出副車架橫縱梁一般選用 10TiL 作為生產(chǎn)材料,縱梁選用 16MnL 作為生產(chǎn)材料。 5.2 升降機構支架的設計 1、支架的外形設計 舉升機構的支架在舉升機構進行裝卸的過程中起著非常重要的作用，同時它也是連桿、液壓缸的主要固定零部件，所以可以根據(jù)車架的結構和舉升機構的結構來共同確定出支架所需要的結構參數(shù)。從舉升機構的支架和汽車底盤車架的連接方式可以看出，在確定支撐件的寬度時很有必要留出足夠的安裝空間來完成安裝。支架用螺栓連 接并用鉚釘連接在框架腹板梁上的連接角鐵上，因此需要根據(jù)所選用的螺栓的規(guī)格留出合適的扳手操作空間。 支架的長度數(shù)據(jù)可以依據(jù)車架的具體結構參數(shù)來確定。支架的長度與副車架上的兩根縱梁之間的距離 a0 接近，有利于支架和車架之間的連接。如圖 5.2 所示. 圖 5.2 支架結構示意圖 2、支架選材 在全面分析支架的工作狀態(tài)，應力狀態(tài)，工作環(huán)境和部件故障等各種因素的前提下，選擇使用焊接槽鋼的方式來進行連接。 5.3 舉升機構各桿的初步設計計算 5.3.1 升降桿的長度計算 升降桿理論長度是簡化了的平行四桿機構的兩個搖臂的長度，因此需要根據(jù)所選底盤的結構和改裝后的骨架的布置具體情況來確定。初步擬定時，這個長度不需要太大，因為由于負載的長度過長，欄桿軸上的載荷太大，并且所需液壓缸的推力很大。但它不應該太小。 通常，上部和下部桿的理論長度由上部和下部欄桿板的兩個限制位置確定，此時， 上、下桿的理論中線位置與水平線位置之間的夾角為 40°～ 50°，如圖 4.2 所示， 圖 5.3 欄板運動示意簡圖 從圖 5.2 可知，四桿機構需要的桿件長度 L0 為： L0 = H1 / sina (m) (5.1) 式中 H1 ——底板的水平面到上桿與支架鏈接點的垂直距離（m）; a——上極限位置時，上桿與水平線之間的夾角（°）。 設四桿機構的桿件在極限位置時與水平線之間的夾角均為 a，可得出： H = 1 (H - C) (m) (5.2) 1 2 式中 C——四桿機構中連桿的長度（m），通?？梢匀〉?C=0.15 L0。代入式(4.1)得： L = 1 (H - C) 1 （m） （5.3） 0 2 sina 即 L ＝ 0.5H （m） （5.4） 0 sina+ 0.075 當a取 40°～ 50°時， sina=0.64～0.77,則有： L0 =（0.7～0.6） H （m） （5.5） 車廂底板距離地面的高度為1170mm ，則可取得 L0 = 730mm . 5.3.2 拐臂半徑 r 和液壓缸的初始長度 L1 從圖 4.3 可以得出液壓缸、支架和中間拐臂等構件之間的幾何尺寸關系為： L = d 2 + r 2 - 2dr cosj （5.6） 1 1 式中 L1 ——液壓缸在初始狀態(tài)時，液壓桿頭部鉸接點到液壓缸鉸接點之間的長度 （m）； d ——支架OA 的長度（m）; r——拐臂劃過的曲柄半徑（m）； j1 ——初始角的度數(shù)（°）。 1 1 將上述等式兩端同除以d 2 ，并且假設液壓缸初始位置相對長度為r = L / d ，拐壁 的半徑相對長度為 s= r / d ，因此可以得到以相對長度所表示的構件尺寸關系為： 1 1 r2 = 1+s2 - 2scosj （5.7） 同理可得出，在液壓缸活塞位于終了位置的時候，各構件之間的尺寸關系為： 2 2 L2 = d 2 + r 2 - 2dr cosj （5.8） 式中 L2 ——液壓桿頭部鉸接點在液壓缸終了位置時到液壓缸鉸接帶點之間的距離(m); ——終止角（°）。 將上述等式兩端同時除以d 2 ，并且假設 L = lL ，其中l(wèi)為活塞伸出系數(shù)，通常 2 1 可取l= 1.5 ～1.7 ，從而可得出： s= r1 = = 0.2652 - 3.7699 2 A 取s=0.3 = 0.756 （5.9） （5.10） 式中 A = C = l2 - 1 1 2 B = -2(l2 cosj - cosj ) 確定了j1 、j2 倆角度后，便可以求出式中 A 、B 、 C 的值。根據(jù)統(tǒng)計，通常情況下j1 在 20°～30°之間，j2 則等于舉升機構轉角與j1 的和。取j1 =20，d=600。 從而得出 L1 =462mm，L2 =666mm ，所以取液壓缸的行程為 204mm，取 r=150mm。 5.3.3 擺動液壓缸的校核 圖 5.4 液壓缸的傳動角示意圖 擺動液壓缸的傳動角是其自身的軸線和自身的延長線和拐臂之間的夾角γ ，且γ≤90°。這個角度直接影響機制的力量效應。在初步選定擺動液壓缸的時候需要對主要參數(shù)進行確認，最主要的是對傳輸角度的檢查。如圖 5-28 所示，機構由初始位置運動至終了位置時，γ角由γ1 逐漸增大到了 90°，然后又逐漸減小到了γ2。由此可以得到一個結論，傳動角 r 的最小值必然出現(xiàn)在機構兩極限位置之一。按照△0AB1 的幾何關系可知： 1 cos（180°-γ1）=（d2-r2- L2 ）/2rL1 （5.11） 式中 γ1——初始位置傳動角。 將上面等式代入上面等式。且在等式的右邊除以 d2，則可以用拐臂半徑相對長度 σ表示初始位置傳動角γ1 的計算公式為： cosγ1= s- cosj1 1 1 + s2 - 2scosj  =-0.881865 所以 γ1=164° 同理可得出，終了位置傳動角γ2 的計算公式為： cosγ2= s- cosj2 2 1 + s2 - 2scosj  =.564128 所以 γ2=58° 傳動角γ 的最小許用值[γ]通常為 40°, 此機構傳動角需要滿足的條件是： γ ≥ [γ] γ1＞[γ] γ 2＞[γ] 所以擺動液壓缸傳動角滿足要求[2][13]。 如圖 5.5 所示 圖 5.5 設計結果工程圖 5.4 本章小結 本章主要任務是先通過對舉升機構的主要參數(shù)尺寸進行核算，驗算出舉升機構的相關參數(shù)符合自身需要的工作要求，也符合國家改裝要求。 6. 液壓系統(tǒng)的設計與選型 6.1 液壓系統(tǒng)設計分析 在本文的第 2 章中已經(jīng)對欄板起重運輸車的液壓系統(tǒng)的原理圖進行了必要的分析和設計確定，本章最主要的任務則是完成對液壓元件的計算和選型任務。由于取力器、液壓泵、舉升液壓油缸、液壓閥等常見液壓器件目前已經(jīng)實現(xiàn)了高度的標準化和通用化并且都是由專業(yè)的液壓件廠統(tǒng)一生產(chǎn)供應。所以這些液壓元件需要進行的是選型工作，其內容可以簡略的概括為液壓缸所需的直徑與工作行程等其他一些參數(shù)。 圖 6.1 其中一種單缸液壓系統(tǒng)的工作原理圖 6.1.1 液壓缸的選型與設計 完成液壓缸的選型需要知道車輛完成的起重和舉升時的最大作用力和液壓缸在實際工作時的工作行程長度可以完成。 1. 設計要求 l 欄板完成翻轉運動，傾斜運動和上下平動是需要依靠舉升機構所發(fā)出的驅動力。 l 工作時有較高的可靠性，液壓系統(tǒng)在停止工作時，舉升機構的舉升桿不得有明顯的自動沉降現(xiàn)象出現(xiàn)。 l 機構簡單而緊湊，易于安裝。 l 設計完成的起重欄板安裝完成后，不能改變原車的軸荷分布和其他一些相關的參數(shù)，這些參數(shù)依然要符合這次設計的要求。 2、液壓缸實際的工作行程擬定： 式中 ： S = lmax -lmin = 666- 462= 204mm lmax——液壓缸在工作時的兩鉸接點間的最長距離，mm； lmin——液壓缸在工作時的兩鉸接點間的最短距離，mm。  （6.1） 初步選定液壓缸為 DG J 110 C EE 車用重型液壓缸， 缸內徑為 D=110mm。 lmin=462mm 6.1.2 液壓泵的選型計算 1. 液壓系統(tǒng)需要的最大工作壓力。 （1） 起重裝置中的欄板四桿機構的受力分析 四桿機構的受力如圖 6.1 表示出來。整個裝置的起升重力為 5 kN。 CD桿處的最大工作阻力轉矩為 M = 0.5WL ，式中：L 欄板加上載荷后的質心位置到點 C 的距離； W 作用在欄板上的總載荷。 （2） 液壓缸的最大推力 圖6.1四桿機構加上外載時的示意圖 由圖 6.1 可得到液壓系統(tǒng)的油缸最大推力 F ，即 c F = W · LAB + M sing· LAG = 5′ 730 + 0.5′ 5′ 740 = 133KN sin16°′150  (6.2) 式中：LAB ——AB 之間的長度； LAD —— 液壓桿端到 A 點的長度； γ —— 傳動角 （3） 液壓系統(tǒng)能夠泵出的最大壓力： Pmax = 4FC pd 2 = 4 ′133 3.14 ′ 0.112  = 14MPa  (6.3) 式中：d—— 油缸的內徑。 將相關結構參數(shù)代入上面等式，如 LAB  =730 mm．L=150 mm ，d= 110 mm ，W =5 kN ，L=740mm，得到 P=14MPa。即溢流閥的限流壓力為 14MPa。 （4） 液壓缸排量的確定 該起重裝置的行程為 S=204mm ，則油泵通過計算的流量為： Q = K · A · S t ·h = 1.2 ′ 3.14 ′112 ′ 20.4 4 ′12 ′ 0.85 = 227.964L/s = 3.7994 = 3.8L/min  (6.4) 式中：K —— 系數(shù)，取 K—1．2； A —— 活塞的面積； t ——舉升時間，由設計要求可以取10 ￡ t ￡ 20 ，取 t=12s; h——液壓泵的容積效率，取 0.85。 代入計算得：Q=3.8L／min。 齒輪泵、柱塞泵、葉片泵是普通液壓泵的三種類型。齒輪泵具有結構簡單、便于制造、體積相對較小、重量比較輕、維護也相對方便，使用壽命長的優(yōu)點；葉片泵和柱塞泵的結構較為復雜、價格相對齒輪泵來說比較高。通過對比可得出，在欄板起重運輸車的液壓系統(tǒng)中使用齒輪泵便可以滿足工作的需求，常用的齒輪泵系列有 CB、CBX、CG、CN 等。由液壓系統(tǒng)的最大壓力排量選出油泵型號為 CB-32，其技術參數(shù)如下：額定轉速為 1500r/min； 額定功率為 8.7KW。. 從底盤型號可以確定取力器的型號為 CA6-80G，其連接方式為內花鍵連接，花鍵的尺寸為 6-25×20.6×6，最大的輸出扭轉力矩為 33kg/m ，輸出的轉速比為 0.95 ， 旋轉方向與發(fā)動機方向相反。. 6.1.3 油箱容積的計算 油箱尺寸的確定需要油缸在排空油時沒有溢出現(xiàn)象，同時也滿足系統(tǒng)供油要求。并且當系統(tǒng)在最大可能充滿油時，油箱的油位應該不低于最低油量限度。 油箱的容積一般可取為：V=(3～5)Qmin=11.4～19L 式中：q —— 液壓泵的最大排量 根據(jù)標準的欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)油箱可以選擇使用 AB40－01－060B，使用工作容積為 20L。 6.2 本章小結 本章主要對欄板裝置及液壓缸的受力情況進行了必要的分析，也計算了液壓系統(tǒng)中的各組成元件的主要參數(shù)，同時也對液壓缸、液壓泵、取力器、油箱進行了選型。 39 7 . 整車性能計算 整車的性能計算需要包括最高車速，最大爬坡度，燃油經(jīng)濟性，操縱穩(wěn)定性和通過性等相關參數(shù)。 7.1 汽車最高車速的計算 在外特性圖上，發(fā)動機的輸出轉矩和輸出功率是跟隨著發(fā)動機的轉速變化而變化的二條重要相關特性曲線，如圖 7.1 所示，并且是非線形曲線。實踐實驗結果表明， 可以使用二次三相式來描述這種汽車發(fā)動機的的外特性，即： e e e T = an 2 + bn + c （7.1） 式中 Te —發(fā)動機能夠輸出的輸出轉矩(N·m); ne —發(fā)動機能夠輸出的轉速 (r/min); a、b、c—待定系數(shù)，有具體的外特性曲線決定。 (n 已知外特性曲線的情況下，根據(jù)外特性數(shù)值建立的外特性曲線方程式，如果已知發(fā)動機的外特性，則可以利用拉格朗日三點插值法求出公式中的三個待定系數(shù)的 a、b、c。然后在外特性曲線上取三點，即Te1 、ne1 、Te 2 、ne 2 及Te3 、n3 ，依拉氏插值三項式有： T = T (ne - ne 2 )(ne - ne3 ) + T (ne - ne3 )(ne - ne1 ) + T (ne - ne1 )(ne - ne 2 )  （7.2） (n e e1 e1 - ne 2 )(ne1 - ne3 ) e 2 e 2 - ne3 )(ne 2 - ne1 ) e3 (n e3 - ne1 )(ne3 - ne 2 ) 圖7.1 發(fā)動機的外特性曲線 將上式展開，按冪次高低合并，然后和式（7. 1）比較系數(shù)，即可得三個待定系數(shù)為： a = Te1 + (ne1 - ne 2 )(ne1 - ne3 ) Te 2 + (ne 2 - ne1 )(ne 2 - ne3 ) Te3 (ne3 - ne1 )(ne3 - ne 2 ) （7.3） b = - (ne 2 + ne3 )Te1 + (ne1 - ne 2 )(ne1 - ne3 ) (ne1 + ne3 )Te 2 + (ne 2 - ne1 )(ne 2 - ne3 ) (ne1 + ne 2 )Te3 (ne3 - ne1 )(ne3 - ne 2 )  （7.4） c = ne 2 ne3Te