欄板起重運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)的題目是欄板起重運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其目的是根據(jù)特殊用途車輛的原始特性和性能來(lái)降低生產(chǎn)成本并提高生產(chǎn)質(zhì)量。
此次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于比較分析欄板起重運(yùn)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(xiàng)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇最優(yōu)方案。
該設(shè)計(jì)在已經(jīng)翻閱許多關(guān)于欄板起重運(yùn)輸車資料的基礎(chǔ)上，透徹的分析了欄板起重運(yùn)輸車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案，最主要的設(shè)計(jì)部分為底盤的選取，舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的選型以及后欄板裝置的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)底盤型號(hào)的的選擇，為確定整車性能參數(shù)打下基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了舉升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，確定并且詳細(xì)的檢查了舉升機(jī)構(gòu)各部分的尺寸和參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。液壓系統(tǒng)的用途則是用于控制每個(gè)可以活動(dòng)的部件以實(shí)現(xiàn)貨物起升裝卸的功能。 通過(guò)計(jì)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(zhǔn)確。確定了欄板起重運(yùn)輸車的一般參數(shù)。對(duì)改裝車輛的性能進(jìn)行分析和計(jì)算校核，確定其是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞：；后欄板；起重裝置；升降機(jī)構(gòu)；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(yùn)輸車國(guó)內(nèi)外研究概況 1
1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與技術(shù)路線 2
2 .后欄板起重運(yùn)輸車方案設(shè)計(jì)與分析 3
2.1 后欄板起重運(yùn)輸車的結(jié)構(gòu)與分類 3
2.2 后欄板起重汽車舉升機(jī)構(gòu)的分類與選型 5
2.2.1 單缸對(duì)中式升降機(jī)構(gòu) 6
2.2.2 雙缸對(duì)稱式升降機(jī)構(gòu) 7
2.3 后欄板起重裝置的液壓系統(tǒng) 10
2.3.1 單缸驅(qū)動(dòng)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng) 10
2.4 后欄板起重裝置動(dòng)力源結(jié)構(gòu)型式 12
根據(jù)小批量生產(chǎn)成本最小化的原則，本設(shè)計(jì)中的后軌提升裝置以力源為動(dòng)力源，帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，使得承載平臺(tái)完成各種動(dòng)作， 如上升和下降。 12
2.5 安全機(jī)構(gòu) 12
2.6 本章小結(jié) 13
3. 后欄板起重運(yùn)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(zhì)量參數(shù)的估算 16
3.4 本章小結(jié) 17
4. 車廂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
4.1 車廂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
4.2 本章小結(jié) 21
5. 后欄板起重車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
5.1 副車架的改裝設(shè)計(jì) 22
5.1.1 副車架設(shè)計(jì) 22
5.1.2 副車架選材 22
5.2 升降機(jī)構(gòu)支架的設(shè)計(jì) 22
1、支架的外形設(shè)計(jì) 22
5.3 舉升機(jī)構(gòu)各桿的初步設(shè)計(jì)計(jì)算 23
5.3.1 升降桿的長(zhǎng)度計(jì)算 23
5.3.2 拐臂半徑 r 和液壓缸的初始長(zhǎng)度 L1 24
5.3.3 擺動(dòng)液壓缸的校核 25
5.4 本章小結(jié) 26
6. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型 27
6.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 27
6.1.1 液壓缸的選型與設(shè)計(jì) 27
6.1.2 液壓泵的選型計(jì)算 28
6.2 本章小結(jié) 30
7 . 整車性能計(jì)算 31
整車的性能計(jì)算需要包括最高車速，最大爬坡度，燃油經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性等。 31
7.1 汽車最高車速的計(jì)算 31
7.2 最大爬坡度計(jì)算 36
7.3 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算 37
7.4 后欄板起重運(yùn)輸車裝卸時(shí)穩(wěn)定性計(jì)算 38
7.5 本章小結(jié) 39
結(jié) 論 40
參考文獻(xiàn) 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(dòng)力系統(tǒng) 49
4. 動(dòng)力傳遞形式及作用點(diǎn) 49
5. CD 桿的轉(zhuǎn)動(dòng) 50
6. 欄板起重裝置技術(shù)參數(shù)的確定 50
欄板起重運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(yùn)輸量迅速增加，貨物裝卸頻次和貨物頻率也有所增加。 對(duì)于大噸位運(yùn)輸車來(lái)說(shuō)，貨物搬運(yùn)非常不方便，工作效率低，因?yàn)檫\(yùn)輸?shù)匕遢^高，貨物質(zhì)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(yùn)輸和裝卸效率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)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(yùn)輸車輛是在普通卡車的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(yùn)，近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(nóng)村建設(shè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)近年來(lái)不斷擴(kuò)大內(nèi)需，商品運(yùn)輸快速繁榮促使物流業(yè)務(wù)成倍增長(zhǎng)，各類公路建設(shè)快速增長(zhǎng)，快速增長(zhǎng) 在公路貨運(yùn)發(fā)展中，專業(yè)運(yùn)輸單位和個(gè)體運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)者如雨后春筍般涌現(xiàn)。許多公司都有自己的運(yùn)輸車隊(duì)，只能依靠人工操作。 他們不能充分發(fā)揮車輛的有效性來(lái)提高他們的效率。 與此同時(shí)，隨著車輛運(yùn)輸量呈指數(shù)增長(zhǎng)，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(duì)于大噸位的貨車，由于車底距離地面較遠(yuǎn)， 貨物質(zhì)量較大，裝貨和卸貨都很困難。在這種情況下，通過(guò)機(jī)械化裝卸設(shè)備，特別是單獨(dú)作業(yè)時(shí)，可以大大提高裝貨和卸貨的效率。顯然，實(shí)現(xiàn)卡車裝載的機(jī)械化勢(shì)在必行。 因此，急需一輛能夠?qū)崿F(xiàn)起重和裝載功能的專用卡車。欄板起重運(yùn)輸車，僅利用一套欄板起重裝置就可以實(shí)現(xiàn)貨物的機(jī)械化裝運(yùn)，因而被逐漸重視。
1.2 后欄板起重運(yùn)輸車國(guó)內(nèi)外研究概況
欄板起重裝置的發(fā)展, 在國(guó)外大體上可分為四個(gè)時(shí)期。第一代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀(jì)30 年代末, 其特點(diǎn)主要是單缸舉升, 而欄板翻轉(zhuǎn)靠手動(dòng), 起升質(zhì)量為500kg左右, 欄板(又稱載物平臺(tái)) 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(jì)90年代, 還在美國(guó)得到了新的發(fā)展。第二代產(chǎn)品產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代初的歐洲市場(chǎng), 在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加了翻轉(zhuǎn)關(guān)門油缸。舉升與翻轉(zhuǎn)分別由二個(gè)獨(dú)立油缸實(shí)現(xiàn)。最常見(jiàn)的是四只油缸的型式, 也有雙缸的。起升質(zhì)量在500kg以上, 載物平臺(tái)觸地傾角10°, 翻轉(zhuǎn)動(dòng)作憑操作者經(jīng)驗(yàn)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(jì)70年代末的歐洲市場(chǎng), 是在第二代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加第五只油缸。這只油缸在液壓系統(tǒng)中主要起相對(duì)位置的記憶功能, 使載物平臺(tái)觸地、離地的翻轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)程相對(duì)平穩(wěn)與安全。觸地傾角一般為8°～10°。若兼作廂門用, 因平臺(tái)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(jì)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(dòng)作的范圍進(jìn)一步增大。它不同于第三代產(chǎn)品的關(guān)鍵在于其載物平臺(tái)增加特殊結(jié)構(gòu), 由一體改為兩體活動(dòng)聯(lián)接, 使平臺(tái)觸地后不僅能自動(dòng)翻轉(zhuǎn), 而且有一個(gè)下沉的動(dòng)作, 使觸地傾角達(dá)到6°, 甚至在6°以下。目前該產(chǎn)品在荷蘭、南斯拉夫和中國(guó)已申請(qǐng)了實(shí)用新型發(fā)明專利。國(guó)內(nèi)已有定型產(chǎn)品投放市場(chǎng)。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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 重量輕, 雖然技術(shù)含量低, 但具有便于維修等優(yōu)點(diǎn)在發(fā)展中國(guó)家將仍擁有巨大的市場(chǎng)。
欄板起重裝置在國(guó)內(nèi)的發(fā)展只是近二十幾年的事情。國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品早期用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。1992年實(shí)現(xiàn)以汽車蓄電池作為液壓泵站的驅(qū)動(dòng)力。1992年以后, 欄板起重裝置因國(guó)內(nèi)廂式車的發(fā)展而開始發(fā)展起來(lái), 技術(shù)水平也逐漸向國(guó)際靠近。但就其發(fā)展而言, 仍處于起步階段。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的擴(kuò)展, 還需要時(shí)間與機(jī)遇。從時(shí)間上講可能不會(huì)太久, 從品種上講, 短時(shí)期內(nèi)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(shù)必需與生態(tài)型、現(xiàn)代化國(guó)際大都市發(fā)展相適應(yīng)，具有國(guó)際先進(jìn)、技術(shù)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(hù)、質(zhì)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(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與技術(shù)路線
本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)欄板起重運(yùn)輸車的后欄板起重裝置采用的各種方案進(jìn)行比較分析，并分別列出各方案的優(yōu)劣點(diǎn)，以便于選擇出最合適方案。
本次的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一種整車總質(zhì)量為 12t，起重質(zhì)量大于 500kg 的后欄板起重運(yùn)輸汽車的后欄板起重運(yùn)輸汽車，其性能參數(shù)與原載貨車接近。后欄板起重運(yùn)輸車是裝備有欄板起重裝置的載貨汽車，因此本設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：
（1） 研究后欄板起重運(yùn)輸汽車的組成、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)；
（2） 進(jìn)行后欄板起重運(yùn)輸汽車的結(jié)構(gòu)總體布置；
（3） 進(jìn)行二類底盤的選擇；
（4） 進(jìn)行后欄板起重機(jī)構(gòu)、車廂設(shè)計(jì)、輔助裝置設(shè)計(jì)選型；
（5） 整車性能計(jì)算分析。擬解決的主要問(wèn)題：
（1） 車輛的總體布置；
（2） 副車架設(shè)計(jì)、副車架和主車架的連接；
（3） 舉升機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)；
（3） 液壓裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算選型；
（4） 整車性能分析計(jì)算。
技術(shù)路線如圖 1.1 所示。
圖 1.1 技術(shù)線路圖
2 .后欄板起重運(yùn)輸車方案設(shè)計(jì)與分析
2.1 后欄板起重運(yùn)輸車的結(jié)構(gòu)與分類
本設(shè)計(jì)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(lái)作為
車輛的起重裝置，而驅(qū)動(dòng)起重裝置的動(dòng)力源則為車體本身的發(fā)動(dòng)機(jī)或者是蓄電池來(lái)完成驅(qū)動(dòng)欄板運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到裝卸貨物的目的。
蓄電池式和發(fā)動(dòng)機(jī)式是本次設(shè)計(jì)的車輛的主要驅(qū)動(dòng)方式。發(fā)動(dòng)機(jī)式取決于取力器， 驅(qū)動(dòng)欄板起重裝置來(lái)工作是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)完成的；蓄電池式則是通過(guò)蓄電池對(duì)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(lái)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(dāng)車廂的欄板，對(duì)車廂起到加固作用，二是充當(dāng)舉升桿，可以舉升重物。而附加欄板起重式的作用相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較單一了，僅僅用來(lái)起重裝置來(lái)使用，不能用來(lái)充當(dāng)欄板來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過(guò)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(yùn)輸車
二類底盤完成選型，后欄板起重裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算是本次設(shè)計(jì)車輛最主要的兩個(gè)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(yùn)輸車í
ì升降機(jī)構(gòu)
?
?后起重欄板
?
?后欄板起重裝置í液壓系統(tǒng)
?
? ?動(dòng)力系統(tǒng)
?
?? ??后欄板鎖止機(jī)構(gòu)
單缸對(duì)中式欄板起重裝置的結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)；8—起重欄板
圖 2.2 一種欄板起重裝置結(jié)構(gòu)
欄板起重運(yùn)輸車在進(jìn)行裝卸作業(yè)工作時(shí)，其主要驅(qū)動(dòng)力是由電力系統(tǒng)供給的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)齒輪液壓泵進(jìn)行工作，并且在驅(qū)動(dòng)的同時(shí)向液壓系統(tǒng)內(nèi)泵入液壓油，液壓缸中的液壓桿在液壓油壓力的推動(dòng)下，舉升機(jī)構(gòu)的舉升桿進(jìn)行上下平動(dòng)或者翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最終起重欄板在舉升機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)，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(jī)構(gòu)的分類與選型
后欄板起重運(yùn)輸車改裝設(shè)計(jì)中對(duì)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求有以下幾點(diǎn)要求：
1. 可以上下移動(dòng)，使起重裝置能夠完成不同形式的運(yùn)動(dòng)，如轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉和著陸。
2. 當(dāng)液壓系統(tǒng)的液壓桿停止工作時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)不能有大幅度的自動(dòng)沉降現(xiàn)象。
3. 舉升機(jī)構(gòu)需要將最少重 500kg 的貨物平穩(wěn)地運(yùn)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(jī)構(gòu)的工作基本原理如下：
平行四桿機(jī)構(gòu)的平行移動(dòng)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(jī)構(gòu)，其中上下兩桿處于平行狀態(tài)，將 AB 桿固定住，給 BC 桿一個(gè)力矩，使 BC 桿繞著 B 桿做圓周運(yùn)動(dòng)，在此運(yùn)動(dòng)中CD 桿與 AB 桿一直都是平動(dòng)。如果讓AB 桿處于豎直狀態(tài)， DC 桿擴(kuò)展為 DCE 桿，此時(shí)， DE 桿就能一直保持成一個(gè)水平面完成上下運(yùn)動(dòng)，即 DCE 為后欄板，如圖 2.4 所示。
圖2.4 轉(zhuǎn)化后的后欄板起重裝置機(jī)構(gòu)機(jī)
2.2.1 單缸對(duì)中式升降機(jī)構(gòu)
單缸對(duì)中式升降機(jī)構(gòu)如圖 2.5 所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后如圖 2.6 所示。欄板的運(yùn)動(dòng)形式
主要有三種，有上下平動(dòng)，著地時(shí)的傾斜運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中油缸 1 活塞的來(lái)回往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以讓欄板完成上下平動(dòng)和著地點(diǎn)的傾斜運(yùn)動(dòng)。而翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則是必須由彈簧助力的同時(shí)依靠人力手動(dòng)完成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
D 、 A 兩點(diǎn)是固定住的，桿 3 由于受到推力和 F 點(diǎn)的限制，整個(gè)機(jī)構(gòu)則可以看成以 DA 為固定邊的 DABC 四桿機(jī)構(gòu)，從而來(lái)完成上下平行移動(dòng)。D 、 A 兩支點(diǎn)是固定的，但鉸接點(diǎn) E 的約束已經(jīng)解除，整個(gè)機(jī)構(gòu)可以看成以 DA 為固定邊的 DAEBC 鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)，從而完成下止點(diǎn)位置的傾斜運(yùn)動(dòng)。
圖2.5 單缸對(duì)中式舉升機(jī)構(gòu)
圖2.6 單缸對(duì)中式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
單缸對(duì)中式的舉升機(jī)構(gòu)最主要的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低廉，同時(shí)也可以規(guī)避雙缸工作時(shí)所出現(xiàn)的兩邊不同步的問(wèn)題；缺點(diǎn)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(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。
2.2.2 雙缸對(duì)稱式升降機(jī)構(gòu)
圖 2.7 為雙缸對(duì)稱式舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，它的主要的特點(diǎn)是讓欄板完成平動(dòng)，舉升，傾斜運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)兩個(gè)液壓缸分別對(duì)稱布置的連桿機(jī)構(gòu)來(lái)控制的。
圖2.7 雙缸對(duì)缸對(duì)稱式升降
該舉升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)欄板完成不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方式通過(guò)利用固定四桿機(jī)構(gòu)不同的邊完成的。但是固定邊無(wú)法完成傾斜運(yùn)動(dòng)，需要將四桿機(jī)構(gòu)變成五桿機(jī)構(gòu)才可以完成。
圖 2.8 為欄板的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。為了完成欄板的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，起重欄板的后端
D 點(diǎn)將固定，同時(shí)也需要將桿 3 變?yōu)楣潭U。當(dāng)液壓缸的液壓桿伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，板 4 推動(dòng)支座 1 以 O 點(diǎn)為圓心繞O 點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)欄板 6 將做繞 D 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)OA 運(yùn)動(dòng)到豎直位置時(shí)，欄板也跟著旋轉(zhuǎn)到了水平位置，在圖上有所所示。
圖 2.9 為欄板的升降運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。此時(shí)，在此四桿機(jī)構(gòu)當(dāng)中， OA邊將被固定起來(lái)。D 點(diǎn)也被約束起來(lái)，此時(shí)的桿 3 從翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的固定桿變成了活動(dòng)桿。當(dāng)液壓缸的液壓桿收回時(shí)，機(jī)構(gòu)在自身重力的作用下進(jìn)行繞O 、A 兩個(gè)點(diǎn)的順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，欄板 6 是四桿機(jī)構(gòu)中 ACDO 的 DC 的邊，將平移運(yùn)動(dòng)到地面。反之，如果液壓桿伸長(zhǎng)，推動(dòng)板 4， 同時(shí)將帶動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)中 ACDO 繞O 、 A 兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，欄板將進(jìn)行平移上升運(yùn)動(dòng)一直運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)位置。
圖2.8 欄板翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖2.9 欄板升降運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
圖 2.10 是欄板著地后傾斜運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，C 點(diǎn)在欄板著地后只能完成沿著地面的平動(dòng)，不能完成其他運(yùn)動(dòng)。于此同時(shí)地面對(duì)欄板前端的支反力繞 B 點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩作用在桿 5 上。此時(shí)如果液壓缸的液壓桿開始收縮，使得板 4 繞 A 點(diǎn)作順時(shí)針運(yùn)
動(dòng)，桿 5 桿頭的約束將被解除，此時(shí)的四桿機(jī)構(gòu)將變?yōu)槲鍡U機(jī)構(gòu)；當(dāng)板 4 作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，桿 3 將做繞O 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，桿 5 與欄板 6 則在平面內(nèi)做復(fù)合運(yùn)動(dòng)。當(dāng)C 移至C￠ 時(shí)， 欄板后端觸地，從而完成欄板著地的后傾運(yùn)動(dòng)。
圖2.10 欄板著地后傾的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
此機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是安裝起來(lái)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，但是它的優(yōu)點(diǎn)是可減小液壓缸的直徑。
一般舉升重力不大時(shí)，例如 8kn，選用單缸舉升機(jī)構(gòu)是最佳的選擇，它不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低廉，同時(shí)還可規(guī)避雙缸工作時(shí)所出現(xiàn)的不同步問(wèn)題。雙缸對(duì)稱式由于安裝相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)雜，與本次設(shè)計(jì)的輕便快捷的理念不符合。綜上所述，此次設(shè)計(jì)主要選擇單缸對(duì)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(shè)計(jì)要求有以下幾點(diǎn)：
（1） 升降機(jī)構(gòu)應(yīng)保證平穩(wěn)上下移動(dòng)。 額定重量的負(fù)載在上升和下降的時(shí)間需要控制在 10?15s 之間。
（2） 在起吊或起吊過(guò)程中 5min 處于任何位置時(shí)，靜態(tài)沉降應(yīng)小于 20mm。
（3） 液壓系統(tǒng)應(yīng)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(qū)動(dòng)欄板起重裝置的液壓系統(tǒng)
單缸對(duì)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(jiàn)圖 2.14。溢流閥 5 可以調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力；節(jié)流閥的作用是調(diào)節(jié)液壓缸中液壓桿的移動(dòng)速度；手動(dòng)換向閥 7(手動(dòng)，
19
P、O 連接三位四通)控制液壓桿的移動(dòng)方向[5]。來(lái)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(jī)構(gòu)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(nèi)部泄露的影響。雙向液壓鎖實(shí)際上是兩個(gè)液控單向閥的組合閥，其結(jié)構(gòu)如圖 2.14 所示。兩個(gè)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(wú)桿腔和有桿腔接通[5]。當(dāng)手動(dòng)換向閥手柄位于舉升位置時(shí)，壓力油從油口 P1 進(jìn)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(wú)桿腔，另一方面壓力油推動(dòng)活塞向右移動(dòng)，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(nèi)收回[5]。當(dāng)換向閥手柄處于中位時(shí)，雙向液壓鎖的兩油口 P1、P2 與換向閥的通路切斷，無(wú)液壓油通過(guò)，因此， 兩端閥芯在各自復(fù)位彈簧的作用下關(guān)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(gè)液壓缸，所以欄板的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則必須依靠助力彈簧加上手翻轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)成為了其缺點(diǎn)。也正是因?yàn)橹挥幸粋€(gè)液壓缸，所構(gòu)成的液壓系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較簡(jiǎn)單，價(jià)格也就會(huì)相應(yīng)的便宜很多，這就成為了單缸液壓系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
2.4 后欄板起重裝置動(dòng)力源結(jié)構(gòu)型式
起重裝置的動(dòng)力源也是不可或缺的一個(gè)重要部分。
1、液壓油泵是由發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱通過(guò)集力器驅(qū)動(dòng)來(lái)運(yùn)動(dòng)，并且液壓油泵旋轉(zhuǎn)以供應(yīng)高壓油來(lái)推動(dòng)液壓系統(tǒng)以致液壓缸運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)點(diǎn)：可以根據(jù)機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的工作要求。與此同時(shí)它有著長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，功率其他的相比較大，結(jié)構(gòu)可以滿足大部分的要求，成本也相對(duì)較低。 適用于眾多專用車輛，例如自卸車，汽車起重機(jī)， 壓縮式垃圾車，交通救援車等專用車輛。
缺點(diǎn)：安裝步驟相對(duì)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也比較分散，液壓系統(tǒng)中的接頭也很多，同時(shí)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(dòng)需要有液壓油箱和液壓油泵等來(lái)提供。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)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(dòng)機(jī)不需要啟動(dòng)便可以工作。
缺點(diǎn)：蓄電池的功率較小，電機(jī)在工作時(shí)電流較大且發(fā)熱量大。 該設(shè)備適用于間歇性工作場(chǎng)所，但是成本相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高。
本次設(shè)計(jì)的原則為輕便簡(jiǎn)潔，所以零件需要小批量生產(chǎn)，所以起重裝置的動(dòng)力源選用力源，推動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，這樣可以使主承載重量的平臺(tái)可以完成各種動(dòng)作， 例如上升和下降，翻轉(zhuǎn)和傾斜運(yùn)動(dòng)。
2.5 安全機(jī)構(gòu)
由于此次設(shè)計(jì)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(gè)安全裝置。
初步選用防震鎖機(jī)構(gòu)，這個(gè)鎖止機(jī)構(gòu)是通過(guò)四個(gè)螺釘與側(cè)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(guān)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(shè)計(jì)中選取添加后欄板鎖止機(jī)構(gòu)的安全裝置，因?yàn)楹髾诎彐i止機(jī)構(gòu)能保持后欄板的關(guān)閉狀態(tài)，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以選取它。由于這次鎖止機(jī)構(gòu)并非重點(diǎn)，所以選型就行。
2.6 本章小結(jié)
本章的主要任務(wù)是對(duì)液壓系統(tǒng)的各種形式進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，然后對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了選型；接著是對(duì)舉升機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，最終決定使用單缸對(duì)中式升降機(jī)構(gòu)和單缸液壓系統(tǒng)，動(dòng)力源則是選取的取力器。
3. 后欄板起重運(yùn)輸車底盤的選取
因?yàn)槲覈?guó)大部分的專用車輛都是在一定的特殊領(lǐng)域進(jìn)行服務(wù)的，所以需要具體要求具體分析。車身和其他工作裝置的設(shè)計(jì)為了更好地適應(yīng)工作要求就在已經(jīng)建立好的二類底盤的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝。 改裝設(shè)計(jì)和合理匹配以達(dá)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(diǎn)要求：
1、適用性
特殊種類車輛的底盤應(yīng)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(qiáng)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(gè)部件的使用壽命能趨于一致；
3、先進(jìn)性
所選車型的底盤應(yīng)該在動(dòng)力性，燃油經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)行穩(wěn)定性，行駛穩(wěn)定性，通行能力等方面同時(shí)達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平，并且符合國(guó)家或行業(yè)使用標(biāo)準(zhǔn)；
4、方便性
底盤易于改裝，再出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要易于維修，完成任務(wù)后易于維護(hù)。 結(jié)構(gòu)緊湊，有合適的調(diào)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(chǔ)， 去掉了車輛廂體；三類底盤，也是以整車為基礎(chǔ)，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(shí)，重點(diǎn)關(guān)注的是特殊種類車輛的使用性能情況，裝載總質(zhì)量，使用條件，性能指標(biāo)，形狀尺寸以及特殊裝置或設(shè)備的功率匹配問(wèn)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(jìn)行改裝設(shè)計(jì)的。
在選擇二類底盤后進(jìn)行重新改裝設(shè)計(jì)，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(shè)備設(shè)計(jì)。性能分析和必要的強(qiáng)度檢查只需要對(duì)底盤參數(shù)計(jì)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(dá)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(shè)計(jì)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(hào)為 CA1127L5 貨車的底盤相關(guān)參數(shù)
原來(lái)貨箱的尺寸：
6000 × 2300 × 550 mm
以原來(lái)貨箱鋼板厚度為 3mm，密度為 7.85kg/m3 來(lái)估量計(jì)算原貨箱的質(zhì)量
原貨箱的質(zhì)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(zhì)量參數(shù)的估算
額定載重質(zhì)量是最基本性能的參數(shù)，這次設(shè)計(jì)的額定載質(zhì)量初步定為 5900kg。整車整備質(zhì)量在此次設(shè)計(jì)中占有著相當(dāng)重要性能參數(shù)位置。在此次欄板起重車的
設(shè)計(jì)過(guò)程中，車輛設(shè)計(jì)的質(zhì)量可以通過(guò)同類型的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)估算。整車整備質(zhì)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(zhì)量估算為 6100kg 。
裝載質(zhì)量m1
，選取 5900kg：
整車整備質(zhì)量m2 ，估算為 6100kg：
駕駛員質(zhì)量m3 ，按 65kg/人, 額定載員 2 人,
65kg× 2 = 130kg
車輛總質(zhì)量是指車輛在滿負(fù)荷時(shí)的質(zhì)量。即：
M = m1 + m2 + m3 = 5900kg +130kg + 6100kg = 12130kg
3.4 本章小結(jié)
根據(jù)此次設(shè)計(jì)目標(biāo)，本章主要任務(wù)是對(duì)二類底盤進(jìn)行選型，并且給出了底盤選型的主要參數(shù)，最后計(jì)算了欄板起重運(yùn)輸車需要考慮到的一些設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。
4. 車廂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 車廂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于用戶對(duì)廂式貨車產(chǎn)品有不同的要求，有骨架式的車廂和無(wú)骨架式的車廂成為了市場(chǎng)上最主要的車廂骨架形式，這兩種形式也是顧客們最常見(jiàn)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(jìn)行連接。這種結(jié)構(gòu)相對(duì)無(wú)骨架式車廂來(lái)說(shuō)，雖然使用的材料要多一些，但是加工相對(duì)來(lái)說(shuō)比較方便，售價(jià)也相對(duì)便宜，便于小規(guī)模生產(chǎn)，沒(méi)有設(shè)備的限制。
2. 無(wú)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(cè)板、頂和門的用材，因此不需要骨架。這種結(jié)構(gòu)對(duì)加工和設(shè)備要求相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，但是價(jià)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(hào)編制方法》的相關(guān)規(guī)定。廂式車輛的總高和總寬度都不能超過(guò)GB 1589-79( (汽車外廓尺寸限界》的相關(guān)規(guī)定，即“總高度4m，總寬度2.5m"。如果有特殊需求的時(shí)候，總寬度最大不能超過(guò)2.6m。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的目的和要求：技術(shù)合格、小批量易于加工、價(jià)格相對(duì)比較便宜、可靠性較高，所以選擇有骨架車廂作為本次設(shè)計(jì)的車廂。
3. 車廂骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
骨架結(jié)構(gòu)需要在滿足車架剛度和強(qiáng)度的要求的前提下，需要設(shè)計(jì)車輛的自身重量越小越好。從抗彎曲的角度來(lái)看，封閉截面稍稍比開放截面要好點(diǎn)。為了提高整個(gè)車身的剛度，所以選擇采用封閉截面。車架通常都設(shè)計(jì)為“井”字形狀的矩形框架結(jié)構(gòu)。在制造過(guò)程中，車頂和底板的前六個(gè)部分，包括縱梁，副車架橫梁，前圍，后圍，左右兩側(cè)，將它們分別加工成骨架組件，然后將六個(gè)大骨架組件焊接成完整的車廂骨架。底板是整個(gè)車廂的基礎(chǔ)，它是整個(gè)車廂最主要的承重結(jié)構(gòu)，所以車架的縱梁和橫梁都使用槽型截面，以用來(lái)提高車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。車架的橫梁之間的距離和縱梁之間的距離應(yīng)該相等，這樣有利于安裝。同時(shí)，每根橫梁的位置可以根據(jù)此次設(shè)計(jì)的車輛的后軸軸線的位置來(lái)確定。為了防止輪胎跳動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)底板如圖4.1所示。
圖4.1底板模型
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB 2320-84廂式車量，貨車的相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)符合表4.1。
表 4.1 車廂相關(guān)參數(shù)
在此次設(shè)計(jì)中，使用的材料為Q195，其尺寸為75x45x2的方形矩形管用來(lái)作為底梁，尺寸為30x40x1.5的方形矩形管則用來(lái)作為側(cè)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(biāo)準(zhǔn)GB1589—79《汽車外廓尺寸界線》的有關(guān)規(guī)定，即“總高度4m，總寬度2.5m”。對(duì)于特殊需要的情況下，最大寬度不能超過(guò)2.6米。 所以此次設(shè)計(jì)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(zhǎng)度，800mm的側(cè)立柱跨度。車廂的側(cè)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(cè)板模型
29
圖4.4車廂上臂模型簡(jiǎn)圖
4. 蒙皮設(shè)計(jì)選用
蒙皮是薄壁板件。通過(guò)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(nèi)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(shè)計(jì)用為 1mm 或者 2mm 厚的 Q195 的鋼板作為內(nèi)外表面蒙皮，本次設(shè)計(jì)用 3mm 厚的鋼板鋪在車輛內(nèi)部的底板上，連接方式為鉚釘連接。用 1.2mm 厚的鋼板鋪設(shè)在車廂的外表面上作為外部的蒙皮，最后在車廂內(nèi)部的底板上鋪一層毛氈即可。
估算 75x45x2 方形矩形管的質(zhì)量大約為 30kg/m， 30x40x1.5 方形矩形管的質(zhì)量大約為 10kg/m。
車廂質(zhì)量為：
m ≈ 5.5x10x12 + 2.5x10x18 + 2.45x30x9 + 2.45x10x10 = 1422kg ≈ 1500kg
4.2 本章小結(jié)
本章主要是針對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)，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(jì)算了需要運(yùn)輸?shù)目傎|(zhì)量。在車廂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中確定了橫梁和縱梁的位置關(guān)系和車架需要的高度。
5. 后欄板起重車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 副車架的改裝設(shè)計(jì)
5.1.1 副車架設(shè)計(jì)
由于此次設(shè)計(jì)所選用的底盤沒(méi)有副車架，為了能夠提升主車架的使用壽命和剛度， 強(qiáng)度，需要增加一個(gè)副車架。副車架示意簡(jiǎn)圖見(jiàn)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(qiáng)度鋼板沖壓而成的，滿足提升汽車的承載能力、延長(zhǎng)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(shì)。
目前為止，我國(guó)的載重貨車車架的縱梁和橫梁都是使用低合金高強(qiáng)度鋼板沖壓制造而成的?？v梁可以用抗拉強(qiáng)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(jī)構(gòu)支架的設(shè)計(jì)
1、支架的外形設(shè)計(jì)
舉升機(jī)構(gòu)的支架在舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝卸的過(guò)程中起著非常重要的作用，同時(shí)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(jié)構(gòu)和舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來(lái)共同確定出支架所需要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。從舉升機(jī)構(gòu)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(shí)很有必要留出足夠的安裝空間來(lái)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(zhǎng)度數(shù)據(jù)可以依據(jù)車架的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)確定。支架的長(zhǎng)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(jié)構(gòu)示意圖
2、支架選材
在全面分析支架的工作狀態(tài)，應(yīng)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(lái)進(jìn)行連接。
5.3 舉升機(jī)構(gòu)各桿的初步設(shè)計(jì)計(jì)算
5.3.1 升降桿的長(zhǎng)度計(jì)算
升降桿理論長(zhǎng)度是簡(jiǎn)化了的平行四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)搖臂的長(zhǎng)度，因此需要根據(jù)所選底盤的結(jié)構(gòu)和改裝后的骨架的布置具體情況來(lái)確定。初步擬定時(shí)，這個(gè)長(zhǎng)度不需要太大，因?yàn)橛捎谪?fù)載的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，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(yīng)該太小。
通常，上部和下部桿的理論長(zhǎng)度由上部和下部欄桿板的兩個(gè)限制位置確定，此時(shí)， 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(yùn)動(dòng)示意簡(jiǎn)圖
從圖 5.2 可知，四桿機(jī)構(gòu)需要的桿件長(zhǎng)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(diǎn)的垂直距離（m）;
a——上極限位置時(shí)，上桿與水平線之間的夾角（°）。
設(shè)四桿機(jī)構(gòu)的桿件在極限位置時(shí)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(jī)構(gòu)中連桿的長(zhǎng)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(dāng)a取 40°～ 50°時(shí)， 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(zhǎng)度 L1
從圖 4.3 可以得出液壓缸、支架和中間拐臂等構(gòu)件之間的幾何尺寸關(guān)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(shí)，液壓桿頭部鉸接點(diǎn)到液壓缸鉸接點(diǎn)之間的長(zhǎng)度
（m）；
d ——支架OA 的長(zhǎng)度（m）;
r——拐臂劃過(guò)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(shè)液壓缸初始位置相對(duì)長(zhǎng)度為r = L
/ d ，拐壁
的半徑相對(duì)長(zhǎng)度為
s= r / d ，因此可以得到以相對(duì)長(zhǎng)度所表示的構(gòu)件尺寸關(guān)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(shí)候，各構(gòu)件之間的尺寸關(guān)系為：
2 2
L2 = d 2 + r 2 - 2dr cosj （5.8）
式中 L2 ——液壓桿頭部鉸接點(diǎn)在液壓缸終了位置時(shí)到液壓缸鉸接帶點(diǎn)之間的距離(m);
——終止角（°）。
將上述等式兩端同時(shí)除以d 2 ，并且假設(shè) 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(jì)，通常情況下j1 在 20°～30°之間，j2 則等于舉升機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)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(dòng)液壓缸的校核
圖 5.4 液壓缸的傳動(dòng)角示意圖
擺動(dòng)液壓缸的傳動(dòng)角是其自身的軸線和自身的延長(zhǎng)線和拐臂之間的夾角γ ，且γ≤90°。這個(gè)角度直接影響機(jī)制的力量效應(yīng)。在初步選定擺動(dòng)液壓缸的時(shí)候需要對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，最主要的是對(duì)傳輸角度的檢查。如圖 5-28 所示，機(jī)構(gòu)由初始位置運(yùn)動(dòng)至終了位置時(shí)，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(gè)結(jié)論，傳動(dòng)角 r 的最小值必然出現(xiàn)在機(jī)構(gòu)兩極限位置之一。按照△0AB1 的幾何關(guān)系可知：
1
cos（180°-γ1）=（d2-r2- L2 ）/2rL1 （5.11）
式中 γ1——初始位置傳動(dòng)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(duì)長(zhǎng)度
σ表示初始位置傳動(dòng)角γ1 的計(jì)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(dòng)角γ2 的計(jì)算公式為：
cosγ2=
s- cosj2
2
1 + s2 - 2scosj
=.564128
所以 γ2=58°
傳動(dòng)角γ 的最小許用值[γ]通常為 40°,
此機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角需要滿足的條件是：
γ ≥ [γ]
γ1＞[γ]
γ 2＞[γ]
所以擺動(dòng)液壓缸傳動(dòng)角滿足要求[2][13]。 如圖 5.5 所示
圖 5.5 設(shè)計(jì)結(jié)果工程圖
5.4 本章小結(jié)
本章主要任務(wù)是先通過(guò)對(duì)舉升機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)尺寸進(jìn)行核算，驗(yàn)算出舉升機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)符合自身需要的工作要求，也符合國(guó)家改裝要求。
6. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型
6.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析
在本文的第 2 章中已經(jīng)對(duì)欄板起重運(yùn)輸車的液壓系統(tǒng)的原理圖進(jìn)行了必要的分析和設(shè)計(jì)確定，本章最主要的任務(wù)則是完成對(duì)液壓元件的計(jì)算和選型任務(wù)。由于取力器、液壓泵、舉升液壓油缸、液壓閥等常見(jiàn)液壓器件目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)。所以這些液壓元件需要進(jìn)行的是選型工作，其內(nèi)容可以簡(jiǎn)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(shè)計(jì)
完成液壓缸的選型需要知道車輛完成的起重和舉升時(shí)的最大作用力和液壓缸在實(shí)際工作時(shí)的工作行程長(zhǎng)度可以完成。
1. 設(shè)計(jì)要求
l 欄板完成翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傾斜運(yùn)動(dòng)和上下平動(dòng)是需要依靠舉升機(jī)構(gòu)所發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力。
l 工作時(shí)有較高的可靠性，液壓系統(tǒng)在停止工作時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)的舉升桿不得有明顯的自動(dòng)沉降現(xiàn)象出現(xiàn)。
l 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，易于安裝。
l 設(shè)計(jì)完成的起重欄板安裝完成后，不能改變?cè)嚨妮S荷分布和其他一些相關(guān)的參數(shù)，這些參數(shù)依然要符合這次設(shè)計(jì)的要求。
2、液壓缸實(shí)際的工作行程擬定：
式中 ：
S = lmax -lmin = 666- 462= 204mm
lmax——液壓缸在工作時(shí)的兩鉸接點(diǎn)間的最長(zhǎng)距離，mm；
lmin——液壓缸在工作時(shí)的兩鉸接點(diǎn)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(nèi)徑為 D=110mm。
lmin=462mm
6.1.2 液壓泵的選型計(jì)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(jī)構(gòu)的受力分析
四桿機(jī)構(gòu)的受力如圖 6.1 表示出來(lái)。整個(gè)裝置的起升重力為 5 kN。 CD桿處的最大工作阻力轉(zhuǎn)矩為 M = 0.5WL ，式中：L 欄板加上載荷后的質(zhì)心位置到點(diǎn) 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(jī)構(gòu)加上外載時(shí)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(zhǎng)度；
LAD —— 液壓桿端到 A 點(diǎn)的長(zhǎng)度；
γ —— 傳動(dòng)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(nèi)徑。
將相關(guān)結(jié)構(gòu)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(guò)計(jì)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(shí)間，由設(shè)計(jì)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(jì)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造、體積相對(duì)較小、重量比較輕、維護(hù)也相對(duì)方便，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)；葉片泵和柱塞泵的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、價(jià)格相對(duì)齒輪泵來(lái)說(shuō)比較高。通過(guò)對(duì)比可得出，在欄板起重運(yùn)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(hào)為 CB-32，其技術(shù)參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min； 額定功率為 8.7KW。.
從底盤型號(hào)可以確定取力器的型號(hào)為 CA6-80G，其連接方式為內(nèi)花鍵連接，花鍵的尺寸為 6-25×20.6×6，最大的輸出扭轉(zhuǎn)力矩為 33kg/m ，輸出的轉(zhuǎn)速比為 0.95 ， 旋轉(zhuǎn)方向與發(fā)動(dòng)機(jī)方向相反。.
6.1.3 油箱容積的計(jì)算
油箱尺寸的確定需要油缸在排空油時(shí)沒(méi)有溢出現(xiàn)象，同時(shí)也滿足系統(tǒng)供油要求。并且當(dāng)系統(tǒng)在最大可能充滿油時(shí)，油箱的油位應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)
本章主要對(duì)欄板裝置及液壓缸的受力情況進(jìn)行了必要的分析，也計(jì)算了液壓系統(tǒng)中的各組成元件的主要參數(shù)，同時(shí)也對(duì)液壓缸、液壓泵、取力器、油箱進(jìn)行了選型。
39
7 . 整車性能計(jì)算
整車的性能計(jì)算需要包括最高車速，最大爬坡度，燃油經(jīng)濟(jì)性，操縱穩(wěn)定性和通過(guò)性等相關(guān)參數(shù)。
7.1 汽車最高車速的計(jì)算
在外特性圖上，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率是跟隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而變化的二條重要相關(guān)特性曲線，如圖 7.1 所示，并且是非線形曲線。實(shí)踐實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 可以使用二次三相式來(lái)描述這種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的的外特性，即：
e
e
e
T = an 2 + bn + c
（7.1）
式中 Te —發(fā)動(dòng)機(jī)能夠輸出的輸出轉(zhuǎn)矩(N·m);
ne —發(fā)動(dòng)機(jī)能夠輸出的轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的外特性，則可以利用拉格朗日三點(diǎn)插值法求出公式中的三個(gè)待定系數(shù)的 a、b、c。然后在外特性曲線上取三點(diǎn)，即Te1 、ne1 、Te 2 、ne 2 及Te3 、n3 ，依拉氏插值三項(xiàng)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(dòng)機(jī)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(gè)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