重型自卸車貨箱與舉升裝置設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

重型自卸車貨箱與舉升裝置設(shè)計(jì)

摘要

自卸汽車是利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將貨箱傾斜一定角度從

而達(dá)到自動(dòng)卸貨的目的，并依靠貨箱自重使其復(fù)位的。自卸機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)貨物的

舉升傾卸，卸貨時(shí)駕駛員操縱液壓閥的控制手柄，動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出經(jīng)變速

器再到取力器，取力器驅(qū)動(dòng)液壓泵給液壓缸提供動(dòng)力，液壓缸推動(dòng)貨箱實(shí)現(xiàn)

貨物的傾卸。液壓舉升機(jī)構(gòu)是自卸汽車的重要工作系統(tǒng)之一，其結(jié)構(gòu)形式、

性能好壞直接影響自卸汽車的使用性能和安全性能。

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容集中于自卸汽車液壓缸及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介

紹了液壓設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作：設(shè)計(jì)的依據(jù)、設(shè)計(jì)的一般原則和設(shè)計(jì)步驟。

通過對(duì)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)兒種方案的比較，確定該車的舉升機(jī)構(gòu)的方案，

并對(duì)該方案進(jìn)行了力學(xué)分析計(jì)算和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用直推式舉升機(jī)構(gòu),

具有結(jié)構(gòu)簡單，行程長,兼具經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。然后對(duì)液壓缸的剛度、強(qiáng)度、系

統(tǒng)壓力、升降時(shí)間進(jìn)行了驗(yàn)算和校核，最終確定了該方案的合理性和安全性。

另外，本說明書對(duì)取力器和貨箱也進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算。

關(guān)鍵詞：自卸汽車，液壓系統(tǒng)，舉升機(jī)構(gòu)，取力器

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HEAVYDUMPTRUCKPACKINGCASEANDTHE

DESIGNOFLIFTINGDEVICE

ABSTRACT

Thedumptruckusestheenginepoweractuationhydraulicpressurelifting

organization,packingcontainerinclinecertainangle,thusservesthepurpose

whichunloadscargoautomatically,anddependsuponthepackingcontainerdead

weighttocauseitsreplacement.Theauto-dumpingmechanismismainly

responsiblefortheliftinganddumpingofthegoods.Whenthegoodsareneeded

tobeunloaded,theoperatorwillcontrolthehandleofthehydraulicvalve,and

thenthegoodsaredumpedbytheseriesofenginesfromtheenginetothe

gearbox,andthentothepower-outdevicedrivingtheliquidpumptogivethe

powertoliquidtank,whichpushesthecompartmenttotiltthegoods.The

hydraulicpressureliftingorganizationisoneofdumptruck*simportantwork

systems,itsstructuralstyle,performancequalityimmediateinfluencedump

truck'soperationalperformanceandsafetyperformance.

Thecontentofthisgraduationdesignhasfocusedonthedesignofthedump

truckhydrauliccylinderandhydraulicsystems,introducingthedesignof

hydraulicdesignpreparationwork,andthedesignbasisgeneralprinciplesand

steps.Comparedwiththeseveralplansofliftingmechanism,wehavechosenone

planfinally,forwehavedesignedthecalculationofthemechanicalanalysisand

thehydraulicsystem.Thedesignputtousetokeepthepushtypelifting

mechanism,whichhassimplestructureJongrouteoftravel,andeconomic.

What'smore,wealsehavecheckeditsstiffness,strength,systematic

pressure,liftingupanddowntime,finallywedecidedthereasonablenessand

security.Inaddition,wealsemadethedesignandcalculationofthe

Power-Take-Offandthegoods7compartment.

Keywords:dumptruck,hydraulicpressureurndesign,hydraulicpressure

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system,Liftingmechanism,Power-Take-Off

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目錄

第一章前言...........................................1

第二章總體方案分析及確定3

§2.1自卸汽車的分類...............................3

§2.2總設(shè)計(jì)內(nèi)容分析..............................4

§2.3車廂設(shè)計(jì).....................................5

§2.3.1車廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).5

§2.3.2車廂選擇材料..........................6

§2.4舉升機(jī)構(gòu)分析................................6

§2.4.1液壓系統(tǒng)的組成部分及作用6

§2.4.2自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)現(xiàn)存方案及其優(yōu)缺點(diǎn)……7

第三章液壓舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)...........................10

*

§3.1舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題................10

§3.1.1爬行現(xiàn)象’10

§3.1.2車廂在最大舉升位置時(shí)一，車廂后地板離地面

的高度。..........................................11

§3.1.3液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下問題。

§3.2舉升參數(shù)的確定.............................

§3.3液壓缸舉升參數(shù)的計(jì)算......................

§3.3.1基本參數(shù)和計(jì)算方法的選擇............

§3.3.2舉升油缸直徑的計(jì)算...................

§3.3.3液壓性能參數(shù)計(jì)算.....................

舉升時(shí)間的校核...................11

§3.4液壓缸基本參數(shù)的校核......................12

第四章液壓系統(tǒng)主要元件的設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇.............12

§4.1系統(tǒng)工作壓力................................12

§4.2液壓油缸...................................13

§4.2.1舉升油缸的技術(shù)參數(shù).....................18

§4.2.2滿行程油缸充油量V....................19

19

22

22

22

22

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§4.2.3舉升時(shí)間..............................23

§4.3動(dòng)力元件——液壓泵的選型與計(jì)算..........23

§4.4閥類元件的確定............................24

§4.4.1選擇范類元件應(yīng)注意的問題............24

§4.4.2閥類元件的選擇.......................24

§4.5管路的選擇.................................26

第五章取力器的設(shè)計(jì)計(jì)算............................27

§5.1取力裝置概述................................27

§5.2取力裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算.........................27

§5.2.1已知條件..............................27

§5.2.2齒輪的參數(shù)選擇和強(qiáng)度計(jì)算............28

總結(jié)...............................................31

致謝...............................................32

參考文獻(xiàn).............................................33

vii

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第一章前言

本設(shè)計(jì)是專用汽車一一重型自卸車自卸機(jī)構(gòu)及貨箱的有關(guān)設(shè)計(jì)。參考

NXG5640DT重型自卸車，完成所要求條件的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

重型自卸車翻轉(zhuǎn)車廂是靠專用舉升機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，目前在大噸位的自卸

汽車上，廣泛采用液壓舉升機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)（變速器——

取力器-----液壓泵——分配器一舉升油缸），將車廂舉升到一定角度卸貨，

并依靠車廂自重使其復(fù)位。重型自卸車的設(shè)計(jì)當(dāng)中，液壓舉升機(jī)構(gòu)和貨廂的

設(shè)計(jì)一直處于重要地位，這是因?yàn)樗苯雨P(guān)系著自卸車使用性能和整體布置，

對(duì)提高重型自卸車的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率具有重要意義。

近年來，世界各國都大力發(fā)展專用汽車生產(chǎn)，致力于專用汽車的研究，

擴(kuò)大汽車使用范圍。自卸汽車的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)卸貨的機(jī)械化，從而提高卸貨效率，

減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力。自卸汽車作為專用汽車中一個(gè)分支，陸續(xù)出現(xiàn)

了多種多樣的型式，其中最常見的是后傾式自卸汽車，在當(dāng)今社會(huì)自卸車中

占絕大部分，其已經(jīng)具有了一定的規(guī)模和體系。國外主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家的專

用汽車社會(huì)保有量占載貨汽車保有量的比率都在50%以上（50虹70Q。隨著

國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，我國專用汽車市場亦進(jìn)入了快速成長時(shí)期，截至

2005年7月專用汽車生產(chǎn)企業(yè)已有628家，國內(nèi)專用汽車品種已達(dá)到4900

多個(gè)，2005年專用汽車產(chǎn)量達(dá)70萬輛，占載貨汽車總產(chǎn)量的40%。

我國自卸汽車經(jīng)過40多年的發(fā)展，形成以若干大型汽車制造廠為主體的

機(jī)械傳動(dòng)式自卸汽車生產(chǎn)企業(yè)集團(tuán)。公路用自卸汽車的裝載質(zhì)量從2~20t、

礦用自卸汽車裝載質(zhì)量從20、154t以下基本形成完整的專用汽車系列，為我

國自卸汽車的騰飛打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，除普通自卸汽車以外，專用自

卸汽車的生產(chǎn)也得到了一定的發(fā)展，尤其是新世紀(jì)以來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)

和交通環(huán)境的改善，各行業(yè)對(duì)專用汽車尤其是工程系列專用汽車的需求越來

越大。專用汽車將跟更加注重行業(yè)化、專用化、系列化。

縱觀國內(nèi)經(jīng)濟(jì)和世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家專用汽車發(fā)展趨勢，我國專用汽車的

發(fā)展程度還遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。因此，不斷開發(fā)新產(chǎn)品，增加產(chǎn)

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量和品種，提高產(chǎn)品品質(zhì)是擺在專用汽車廠家面前的一項(xiàng)緊迫而艱巨的任務(wù)。

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第二章總體方案分析及確定

§2.1自卸汽車的分類

自卸汽車的分類較多，一般按下述方法分類：

1）按用途分類：公路運(yùn)輸?shù)钠胀ㄗ孕盾?；非公路運(yùn)輸?shù)闹匦妥孕盾嚕?/p>

專用自卸汽車。

公路運(yùn)輸?shù)钠胀ㄗ孕盾嚰摧p、中、重型（裝載質(zhì)量在2—20t）的普通

自卸車，主要承擔(dān)沙石、泥土、煤炭等松散貨物運(yùn)輸，通常是與裝載機(jī)配套

使用。

非公路運(yùn)輸?shù)闹匦停ㄑb載質(zhì)量在20t以上）的自卸汽車，即礦用自卸車。

礦用自卸汽車是在礦山或大型工地使用的大噸位的自卸車；主要承擔(dān)大型礦

山、水利工地等運(yùn)輸任務(wù)，通常是與挖掘機(jī)配套使用。它的長、寬、高以及

軸荷等不受公路法規(guī)的限制，但它只能在礦山、工地上使用。

專用自卸汽車是指具有專用車廂，以滿足所裝運(yùn)貨物的特性或特殊要求

的自卸汽車；而一般用途的自卸汽車均為普通自卸車。某些自卸汽車是針對(duì)

專門用途設(shè)計(jì)的，故稱專用自卸車，如擺臂式自動(dòng)裝卸車、自裝卸垃圾汽車

等。

2）按裝載質(zhì)量級(jí)別分類：輕型自卸車；中型自卸車；重型自卸車。

按我國規(guī)定，最大總質(zhì)量L8t以上，6t及6t以下的為輕型自卸汽車；

最大總質(zhì)量6t以上，14t及14t以下的為中型自卸汽車；最大總質(zhì)量大于14t

的為重型自卸汽車。

3）按傳動(dòng)類型分類：機(jī)械傳動(dòng)；液力機(jī)械傳動(dòng)；電傳動(dòng)。

中型以下自卸汽車多為機(jī)械傳動(dòng)，重型汽車為了改善其使用性能往往采

用液力機(jī)械傳動(dòng)，而礦用超重型自卸汽車往往采用電力傳動(dòng)。

4）按卸貨方式分類：后傾式；側(cè)傾式；三面傾卸式；底卸式；貨箱升

高后傾式等。

后傾式自卸車的車廂向后翻傾卸貨。這類自卸汽車應(yīng)用廣泛。

側(cè)傾式自卸汽車的車廂向左或向右翻傾卸貨。這種自卸汽車適用于道路

狹窄、卸貨方向交換困難的地方。其結(jié)構(gòu)較后傾式自卸汽車復(fù)雜，造價(jià)高，

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運(yùn)載量少，生產(chǎn)效率低，使用較少。也有單側(cè)傾斜的自卸汽車，其車廂只能

向某一側(cè)翻傾。這種自卸汽車駛?cè)胴泩龅姆较蚝托敦浀奈恢镁艿较拗?，?/p>

此很少采用。

三面傾卸式自卸汽車的車廂可以向左右兩側(cè)和向后三個(gè)方向翻傾卸貨。

這種自卸汽車雖有三個(gè)方向卸貨的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較后傾式自卸汽車更復(fù)雜,

整備質(zhì)量增大，裝載質(zhì)量減少，造價(jià)高，汽車運(yùn)輸發(fā)達(dá)國家使用量逐漸減少。

底卸式用于少數(shù)特殊場合。

貨箱升高后傾式適用于貨物堆集、變換貨位和往高處卸貨的場合。

5）按傾卸機(jī)構(gòu)分類：直推式自卸車；杠桿舉升式自卸車。

直推式又可細(xì)分為單缸式、雙缸式、多級(jí)式等。杠桿式又可細(xì)分為杠桿

前置式、杠桿后置式、杠桿中置式等。

6）按車廂結(jié)構(gòu)分類：按欄板結(jié)構(gòu)分一面開啟式、三面開啟式、與無后

欄板式（簸箕式）；按底板橫斷面形狀分矩形式、船底式、弧底式。

§2.2總設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

1、自卸車的車廂，因?yàn)槭侨齻?cè)傾式的，所以設(shè)計(jì)的車廂要能達(dá)到三側(cè)翻

的目的，選擇的材料要滿足強(qiáng)度的需要，車廂的容積要符合我們載重量的要

求；

2、舉升機(jī)構(gòu)，舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要根據(jù)空間的大小、傾卸的方向和要達(dá)到

的傾卸角度來設(shè)計(jì)，充分考慮到結(jié)構(gòu)約束、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性約束和油壓特性約束；

3、較接機(jī)構(gòu)，較接機(jī)構(gòu)在運(yùn)輸和傾卸過程中要保證安全，在行駛過程中

不能意外打開，在傾卸過程中不能發(fā)生干涉，設(shè)計(jì)過程中要保證足夠的強(qiáng)度，

滿足傾卸的要求；

4、液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)要保證為車廂側(cè)翻提供足夠的舉升力，并且力不

能過大，不能對(duì)車廂底部造成破壞。液壓系統(tǒng)的動(dòng)力來源可以選用取力器。

取力器的取力來源有很多種，常見的是變速箱取力，還有發(fā)動(dòng)機(jī)取力、離合

器取力、傳動(dòng)軸取力等，根據(jù)需要在合適的位置取力。液壓系統(tǒng)還要有液壓

泵、液壓閥、油箱和液壓油缸等。液壓缸的選擇我們可以通過最大舉升力和

油缸行程來選取，在選取過程中還要考慮到空間結(jié)構(gòu)的影響，油缸活塞頭有

球頭式和鎖銷式兩種。當(dāng)選擇球頭式的時(shí)候我們還要設(shè)計(jì)球頭座，確定球頭

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的安裝位置。當(dāng)選擇鎖銷式活塞頭的時(shí)候，我們要設(shè)計(jì)錢接座和選擇銷軸。

在設(shè)計(jì)液壓油缸較支座時(shí)，要在副車架上裝有橫梁。然后將其安裝到橫梁上

去。具體位置在設(shè)計(jì)過程中決定；

5、附屬裝置，當(dāng)需要時(shí)還要有一些附屬的裝置。例如，需要高強(qiáng)度的部

分要安裝加強(qiáng)筋或者加強(qiáng)板。

§2.3車廂設(shè)計(jì)

§2.3.1車廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車廂是用于裝載和傾卸貨物。本設(shè)計(jì)采用后傾式貨箱。圖2-1為典型的

底板橫剖面呈矩形式后傾式結(jié)構(gòu)。為避免轉(zhuǎn)載時(shí)物料下落破壞駕駛室頂蓋，

通常前攔板加做向上延伸的防護(hù)攔板。車廂底板固定在車廂底架之上。車廂

的側(cè)攔板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋。

后傾式車廂廣泛用于輕、中和重型自卸汽車。它的左右側(cè)欄板固定，后

欄板左右兩端上部與側(cè)攔板較接，后欄板借此即可開啟或關(guān)閉；

圖2-1車廂結(jié)構(gòu)圖

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1—車廂總成；2—后攔板；3、4一較鏈座；5一車廂校,支座；6一側(cè)攔板；7—防護(hù)

欄板；8—底板

傾卸礦石舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式分為兩大類：直推式和連桿組合式，它們

均采用液體壓力作為舉升動(dòng)力。

§2.3.2車廂選擇材料

車廂材料的選擇比較重要，既要滿足剛度、強(qiáng)度方面的要求又要節(jié)省材

料，降低制造成本。

車廂底板主要受到貨物重力的作用，還有在裝卸時(shí)的慣性沖擊作用；車

廂側(cè)板主要是運(yùn)輸貨物過程中貨物對(duì)板的作用力比較大，相對(duì)受到力的作用

要稍小于車廂底板；車廂后板的受力情況和側(cè)板相似，但還要考慮安全防護(hù)

作用。

綜合以上因素考慮：車廂底板選熱軋鋼板(GB/T709—1988厚度4.0mm；

車廂側(cè)板和后板選熱軋鋼板(GB/T709—1988)厚度3.0mm；車廂的前板選

熱軋鋼板(GB/T709—1988)厚度10.0mm0

車廂立柱的作用是固定側(cè)板和后板使車廂成為一個(gè)廂式結(jié)構(gòu)。車廂立柱

選熱軋扁鋼(GB704—1988)：寬度為80mm,厚度為63mm。

車廂底架主要承受來自貨物以及廂板的重力和慣性力作用，為了避免拖

帶泥土及其它貨物再加上外觀美觀問題，皆選擇結(jié)構(gòu)用矩形冷彎空心型鋼

(GB/T6728—2002)

§2.4舉升機(jī)構(gòu)分析

§2.4.1液壓系統(tǒng)的組成部分及作用

由若干液壓元件和管路組成以完成一定動(dòng)作的整體稱液壓系統(tǒng)。如果液

壓系統(tǒng)中含有伺服控制元件(如伺服閥和伺服變量泵)則稱液壓伺服(控制)

系統(tǒng)。如果不使用或明確說明使用了伺服控制元件，則稱液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液

壓系統(tǒng)功能不一、形式各異，無論是簡單的液壓千斤頂，還是其他的復(fù)雜的

液壓系統(tǒng)，都包括如下部分(見圖2-2)。

6

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圖2-2液壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換及構(gòu)成元件示意圖

（1）動(dòng)力元件

動(dòng)力元件又稱液壓泵，其作用是利用密封的容積變化，將原動(dòng)機(jī)（如內(nèi)燃

機(jī)，電動(dòng)機(jī)）的輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的壓力能（即液壓能），是液壓系

統(tǒng)的能源（動(dòng)力）裝置。

（2）執(zhí)行元件

將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置稱為執(zhí)行元件。它是與液壓泵作用相反的

能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓缸和液壓馬達(dá)的總稱。前者是將液壓能轉(zhuǎn)成往復(fù)直線

運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，它輸出力和速度;后者是將液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)

行元件，它輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。擺動(dòng)液壓馬達(dá)（習(xí)慣稱擺動(dòng)液壓缸）不可連續(xù)

回轉(zhuǎn)，只能往復(fù)擺動(dòng)（擺動(dòng)角小于360。）。

（3）控制元件

液壓系統(tǒng)中控制液體壓力、流量和流動(dòng)方向的元件，總稱為控制元件，

通常稱為液壓控制閥，簡稱液壓閥，控制閥或閥。

（4）輔助元件

輔助元件包括油箱、管道、管接頭、濾油器、蓄能器、加熱器、冷卻器

等。它們雖然稱為輔助元件，但在液壓系統(tǒng)中是必不可少的。它們的功能是

多方面的，各不相同。

（5）工作介質(zhì)

液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)為液體，通常是液壓油，它是能量的載體，也是液

壓傳動(dòng)系統(tǒng)最本質(zhì)的組成部分。

§2.4.2自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)現(xiàn)存方案及其優(yōu)缺點(diǎn)

自卸汽車對(duì)舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求如下：

（1）利用舉升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車廂的翻轉(zhuǎn)，其安裝空間不能超過車廂底部與主

車架間的空間;

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（2）結(jié)構(gòu)要緊湊，可靠，具有很好的動(dòng)力傳遞性能；

（3）完成傾卸后，要能夠復(fù)位；

（4）在最大舉升角時(shí)，車廂后板下垂最低點(diǎn)與地面保持一定斜貨高度，

約300到400毫米。

根據(jù)舉升液壓缸與車廂的連接形式的不同，分為直推式舉升機(jī)構(gòu)和連桿

式舉升機(jī)構(gòu)兩大類：

1）、油缸直推式

直推式舉升機(jī)構(gòu)的舉升液壓缸直接作用在車廂底架上，這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡

單緊湊、舉升效率高、工藝簡單、成本較低。采用單缸時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)三面傾

斜。另外，若油缸垂直下置時(shí)，油缸的推力可以作為車廂的舉升力，因而所

需的油缸功率較小。但是采用單缸時(shí)機(jī)構(gòu)橫向強(qiáng)度差，而且油缸的推程較大;

采用多節(jié)伸縮時(shí)密封性也稍差。

2）、俯沖式

俯沖式桿系傾卸結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，橫向剛度好，舉升轉(zhuǎn)動(dòng)圓滑平順。

但油缸必須增大容量。

綜上，直推式和桿系傾卸式具有的共同特點(diǎn)是均采用液壓作為舉升動(dòng)力。

不同的是直推式是利用油缸直接舉升車廂實(shí)現(xiàn)起傾卸，油缸推動(dòng)力直接作用

在車廂上，不需要桿系作用；而桿系傾卸式的傾卸機(jī)構(gòu)由連桿、三角架或推

桿等組成。不同的傾卸機(jī)構(gòu)的布置和組成也不相同，但他們都具有舉升平順,

舉升剛度好，使油缸行程成倍增大，可采用結(jié)構(gòu)簡單、密封性好、易于加工

的單缸，布置靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)。

直推式與桿系組合式兩大類傾卸機(jī)構(gòu)各項(xiàng)性能比較詳見表2-1o

表2—1直推式與桿系傾卸式的比較

項(xiàng)目直推式桿系傾卸式

結(jié)構(gòu)布置筒便，易于布置比較復(fù)雜

系統(tǒng)質(zhì)量較小較大

建造高度較低較高

油缸加工工藝性多級(jí)缸，加工精度高，工藝性單級(jí)缸，制造簡便，工藝性好

差

油壓特性較差較好

8

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系統(tǒng)密封性密封環(huán)節(jié)多，易滲漏，密封性密封環(huán)節(jié)少，不易滲漏，密封性

差好

工作壽命磨損大，易損壞，工作壽命較不易損壞，工作壽命較長

短

制造成本較高較低

系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性較差較好

系統(tǒng)耐沖擊性較好較差

結(jié)合本設(shè)計(jì)，重型自卸汽車要求整車及其部件結(jié)構(gòu)簡單，有足夠的動(dòng)力

儲(chǔ)備以備在惡劣環(huán)境中使用。另外，直推式舉升機(jī)構(gòu)布置起來較為簡單，結(jié)

構(gòu)緊湊，舉升效率高，技術(shù)比較成熟。鑒于工作行程較長，所以該設(shè)計(jì)選用

直推式多級(jí)伸縮式套筒油缸。

9

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

第三章液壓舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)圖：

利用液壓缸實(shí)現(xiàn)車廂的舉升、中停、下降三過程液壓系統(tǒng)圖如下各圖所

示，分配閥從右向左依次控制舉升、中停、下降過程：

7—單向閥

8一過濾器

圖3-1舉升時(shí)自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖

§3.1舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題

§3.1.1爬行現(xiàn)象

液壓系統(tǒng)中，當(dāng)液壓油缸或液壓馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)部分在低速運(yùn)行時(shí)，有時(shí)會(huì)

產(chǎn)生時(shí)斷時(shí)續(xù)或時(shí)快時(shí)慢的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和動(dòng)物的爬行狀態(tài)相似,

因此我們稱這種現(xiàn)象為爬行現(xiàn)象。

L爬行現(xiàn)象與液壓油的彈性模量、摩擦力有關(guān)，主要原因有：

1）工作介質(zhì)中混入空氣是爬行現(xiàn)象的根本原因。對(duì)于理想液體，彈性模

量無窮大，活塞啟動(dòng)的滯后時(shí)間、爬行停頓時(shí)間和多級(jí)油缸間停頓時(shí)間均為

10

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

零，不發(fā)生爬行現(xiàn)象；當(dāng)油液中混入空氣時(shí)，油液的彈性模量急劇變小，發(fā)

生爬行現(xiàn)象。

2）舉升機(jī)構(gòu)的動(dòng)靜摩擦力差是爬行現(xiàn)象的主要誘因。舉升機(jī)構(gòu)的動(dòng)靜摩

擦力差越大，爬行停頓時(shí)間越長。

3）油泵流量越小，活塞啟動(dòng)的滯后時(shí)間越長，越容易發(fā)生爬行現(xiàn)象。

4）活塞面積越小，越容易發(fā)生爬行現(xiàn)象。活塞直徑越小，活塞啟動(dòng)的滯

后時(shí)間越長，爬行停頓時(shí)間越長。

5）油缸油路容積越大，活塞啟動(dòng)的滯后時(shí)間和多級(jí)油缸間停頓時(shí)間越長，

越容易發(fā)生爬行現(xiàn)象。

2.爬行現(xiàn)象的防止與避免

1）防止油液中混入空氣，防止氣穴現(xiàn)象

a.油泵吸管應(yīng)有足夠的流通面積和良好的密封性。

b.油缸應(yīng)設(shè)計(jì)排氣孔。

c.油缸吸油口距離油面應(yīng)有一定的距離，應(yīng)及時(shí)給油箱加油，保持必要

的油面高度，及時(shí)清洗濾清器。

2）舉升機(jī)構(gòu)各摩擦副應(yīng)有較小的摩擦阻力，因?yàn)閯?dòng)靜摩擦力差是爬行現(xiàn)

象的主要誘因。

a.凡是左右同軸支撐的地方，應(yīng)盡量保持較高的同軸度。如車廂和車架

的兩個(gè)錢接點(diǎn)等。

b.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使各支點(diǎn)的受力均勻。

c.各校接點(diǎn)的支撐應(yīng)有足夠的剛度。

3）油泵流量不宜過小，油缸油路容積盡可能小，油缸直徑盡量選大值。

§3.1.2車廂在最大舉升位置時(shí)，車廂后地板離地面的高度。

舉升時(shí)車廂后門距離地面的高度過低，將會(huì)使貨物不能完全傾卸，車廂

停留在一個(gè)非最高舉升位置，對(duì)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。一般該高度要大于

300~400毫米。后門開啟機(jī)構(gòu)應(yīng)在舉升到一定角度時(shí)開啟，一般為4°飛°。

§3.1.3液壓缸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下問題。

1）保證液壓缸的輸出力推力、拉力（或轉(zhuǎn)矩）、行程和往返運(yùn)動(dòng)速度滿足

要求。液壓缸的工作壓力（輸出力的折算值）以液壓泵的額定工作壓力的70%

為宜。

11

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

2）保證液壓缸的每個(gè)零件有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐用性（壽命）。

3）在保證上述兩個(gè)條件的前提下，盡量減小液壓缸的外形尺寸和重（質(zhì)）

量。-一般說來，在外負(fù)載一定的條件下，提高液壓缸的額定工作壓力可減小

液壓缸的外形尺寸。

4）在保證液壓缸性能的前提下，盡量減少零件數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)。

5）盡量避免液壓缸承受橫（側(cè)）向負(fù)載和偏心負(fù)載，活塞桿工作時(shí)最好

受拉力，以免產(chǎn)生縱向彎曲而引發(fā)穩(wěn)定問題。

6）液壓缸的安裝形式、活塞桿頭部與外負(fù)載的連接形式要合理，盡量減

小活塞桿伸出后的有效安裝長度，避免產(chǎn)生“憋勁”現(xiàn)象，增加液壓缸的穩(wěn)

定性。

7）密封部位的設(shè)計(jì)和密封件的選用要合理，保證性能可靠、泄漏量少、

摩擦力小、壽命長、更換方便。密封部位的設(shè)計(jì)是保證液壓缸性能的重要一

環(huán)，對(duì)所選用的密封件，應(yīng)使其壓縮量和壓縮率在合理范圍內(nèi)。

8）根據(jù)液壓缸的工作條件和具體情況設(shè)置適當(dāng)?shù)呐艢?、緩沖和防塵措

施。在工作條件惡劣的情況下應(yīng)考慮活塞桿的防護(hù)措施。

9）各種零件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)形式和規(guī)范系列尺

寸.，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。

10）液壓缸應(yīng)做到成本低、制造容易、維修方便。

§3.2舉升參數(shù)的確定

參考同類車液壓油缸的選用，初選額定油壓為25Mpa的油缸，考慮到液

壓油在油管中的壓力損失，實(shí)際有效壓力為21Mpa。液壓缸初始安裝角度為

90°o車廂兩錢接點(diǎn)間的距離為1000mm,液壓缸支點(diǎn)和車廂后交接點(diǎn)的距離

為5325mm.

§3.3液壓缸舉升參數(shù)的計(jì)算

§3.3.1基本參數(shù)和計(jì)算方法的選擇

估算貨箱2083kg，貨箱長度為5800mm,隨著貨箱舉升角。不斷增大，舉

升質(zhì)心位置c到后支撐錢接點(diǎn)。的水平位置Xc不斷減少，舉升阻力矩Mf也

12

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

隨之減小，故通常以每節(jié)伸縮油缸將要深處時(shí)的工況進(jìn)行受力分析，將其結(jié)

果作為舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)。

§3.3.2舉升油缸直徑的計(jì)算

首先確定伸縮油缸的單節(jié)仰縮工作行程L,通常各節(jié)工作行程相等。作

液壓缸的受力簡圖如下：

圖3-2液壓缸的受力簡圖

則:

AB=（4。）+（。）一?cosZAOB(3-1)

B

AO=5343mmOB=5370加z%

"AOB=e_+ZOBD-a(3-2)

vmax0n

=53°+7°-4。=56。

53432+5370-2x5343x5370xcos56°

2

=5029.51mm

油缸總行程為

L=AB"-AB(3-3)

=5029.51-281=4748.51〃"”

13

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

初選n=4,則：/=4

取/=1200加〃?,則L=4800mm

當(dāng)?shù)谝还?jié)油缸套筒將要伸出時(shí)，舉升力矩=Fi?OA?cosa0,

式中R——第一節(jié)油缸的推力（N）

---舉升力矩（N?mm）

Zi

a0——油缸較接點(diǎn)A與車廂后較接點(diǎn)O連線與水平方向的夾角

a。=4。

阻力矩

M=W?X（3-4）

FlCl

=43083x9.8x2180=920425212N

式中，W-一舉升質(zhì)量（kg）

Xci-一第一節(jié)油缸套筒將要伸出時(shí)W作用點(diǎn)的x坐標(biāo)值

MF\---阻力矩（N-mm）

考慮到舉升機(jī)構(gòu)初始階段各校接支點(diǎn)靜摩擦力矩較大（阻力矩較大），為

了使液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)，避免發(fā)生過大沖擊，通常取中=3?4,個(gè)=1?2;

取4=3.5,工作液壓力P=3.5MPa,則：

Mz\=MF\*r]i=3221488242A^*mm

由〃=b?OA?cosa,F=?%(d----第一節(jié)伸縮油缸的有效直

徑）得,(3-5)

表3-1

液壓缸的公稱壓力系列0.63>1.ON1.6、2.5、4、6.3>10、16>

（GB/T7938—1987）/MPa25、31.5、40.0

8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、

液壓缸直徑系列

100、110、125、160、200、250、320、400、

(GB/T2348—1993)/mm

500

14

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4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、

活塞桿直徑系列25、28、32、36、40、45、50、56、63、70、

(GB/T2348—1993)/mm80、90、100、110、125、140、160、180、200、

220、250、280、320、360

第一系列：25、50、80、100,125,160、200、…

活塞行程系列第二系列：40、63、90、11、140、180、220、

(GB/T2349—1980)/mm550…

第三系列:240、260、300-

所以選取第一節(jié)缸筒直徑*=200mm

2）當(dāng)?shù)诙?jié)油缸套筒將要伸出時(shí)，B點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，8點(diǎn)為第二節(jié)油缸

套筒將要伸出時(shí)時(shí)的上校支點(diǎn)。則:

AB=AB+l(3-6)

=281+1200=148bwm

△OA6中，根據(jù)余弦定理有

.2.2

/cCM+AB-。8—

NOAB=arccos2?OA??，(3-7)

53432+14812-53702

=arccos2x5342x1481=8o3o0nn9o

sinZOBAsinZOAB

在中，根據(jù)正弦定理,

AO48OAOB(3-8)

N08A=arcsin<9/4>S1^OAB=arcsin5343xs^^-09°=81.02°

：.NAOB=180°—NOAB^ZOBA，(3-9)

=180°-83.09°-81.02°=15.89°

舉升質(zhì)心。點(diǎn)的x軸坐標(biāo)

Xc2-OC?COS(Z/1OJB+ao)(3-10)

=2180xcos19.890=2050加加

車廂后較支點(diǎn)。至AB的距離:

b2=OA^smZOAB、(3-11)

=5343xsin83.09°=5304.2m/?i

15

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TT%

M=b2P=rM

Z22*d*\2*F2=V\2*W?XC2,取用=2，則：

4

(3-12)

兀.P

Vx2x2050x43083x9.8

=140.67機(jī)機(jī)

71x5304.2x21

查表并取D9=160mm；

3）當(dāng)?shù)谌?jié)油缸套筒將要伸出時(shí)，B點(diǎn)移動(dòng)到8點(diǎn)，B點(diǎn)為第三節(jié)油

缸套筒將要伸出時(shí)時(shí)的上校支點(diǎn)。則:

AB：=AB+2l(3-13)

=281+2x1200=2681〃?〃?

△OAB中，根據(jù)余弦定理有

22

OA+AB"-OB(3-14)

Z.OAB=arccos2?OA?AB■

53432+26812-53702,八°

=arccos2x5343x2681=7697°

sinZOBAsinZOAB"(3-15)

在AOA8中，根據(jù)正弦定理,OA=OB：

0A?sin/OA5(3-16)

NO8A=arcsin

OB、

,5343xsin76.06°…—

=arcsin5370=74.95

.?.ZA08=180°—/。"-NOBA(3-17)

=180。一76.06°—74.950=28.98。

舉升質(zhì)心C”點(diǎn)的x軸坐標(biāo)

Xci-OC"?cos(ZAOB+a)(3-18)

=2180xcos32.980=1828.7mm

車廂后錢支點(diǎn)O至4?”的距離：

hi-OA?sinZOAB(3-19)

=5343xsin76.07°=5185.9;wM

16

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

7C2

Mz33?尸=中F3=x]^W?XC3,取用=1.5,則:

4

，、=d4rp,Xc3?卬

(3-20)

兀，P

\4xl.5xl828.7x43083x9.8

=116.4mm

71x5185.9x21

查表并取。3=125機(jī)加

4）當(dāng)?shù)谒墓?jié)油缸套筒將要伸出時(shí)，B點(diǎn)移動(dòng)到8點(diǎn)，B點(diǎn)為第四節(jié)油

缸套筒將要伸出時(shí)時(shí)的上錢支點(diǎn)。則:

AB-=AB+3l(3-21)

=281+3x1200=3881;麗

△OAR中，根據(jù)余弦定理有

22

OA+AB-OB(3-22)

NOABarccos2?OA?AB...

5343,+3881,-537Q

=arccos=69.13°

2x5343x3881

sinNOBAsinZOAB

在AOA小中，根據(jù)正弦定理,(3-23)

OAOB

OA?sinNOA8

NOBA=arcsin(3-24)

OB

5343xsin69.13°

=arcsin=68.39。

5370

：.ZAOB=1800-NOA8-NOBA(3-25)

=180°-69.13°—68.39°=42.48°

舉升質(zhì)心C點(diǎn)的x軸坐標(biāo)

Xc4=OC?cos(NAOB+a0)(3-26)

=2180xcos46.48°=1501.2mm

車廂后錢支點(diǎn)O至4S"的距離：

b4=0A?sinN0A8(3-27)

=5343xsin68.39°=4967.5〃向

17

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

TT2

b4P=rM

MZ4=4*d*\4*F4=V\4*W?XC4,取中=1，則:

4

(3-28)

兀,/74.P

^4x1.5x1828.7x43083x9.8

=88/71/71

71x5185.9x21

查表并取。4=100m〃z

由此確定液壓缸的基本參數(shù)為:

-----夫---------

型號(hào)(mm)(mm)

D(mm)L(mm)L(mm)LL額定壓力總行程

參數(shù)14

Ovira;unm;

4TG-200x2001200120012001200214800

120()

§3.3.3液壓性能參數(shù)計(jì)算

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和任務(wù)書的要求，舉升時(shí)間選為25s。則:

(nd*1nd2,nd271cp}

舉升,1.(3-29)

(4444)

(22\22

=1200x|+++|

I4444)

=85978加

液壓泵額定流量Q應(yīng)滿足以下公式：

匕丁,?60

Q>舉升(3-30)

t舉升

式中，一一舉升時(shí)間⑸

舉升

n-----液壓系統(tǒng)容積效率，中=0.8?0.85

Q>6。聿瑾4〃“/min

25x0.8

已知發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速n=2434r/min,液壓缸工作壓強(qiáng)21MPa,查液壓工程

18

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

手冊(機(jī)械工業(yè)出版社)，選取軸向柱塞泵250*。丫14-16,其參數(shù):

表3-3軸向柱寒泵250*CY14-18參數(shù)表

額定壓力最高壓力排量(ml/r)額定轉(zhuǎn)速(r/min)Max轉(zhuǎn)速(r/min)

(MPa)(MPa)

324025410001500

§3.3.4貨箱舉升時(shí)間的校核

系統(tǒng)流量(3-31)

=1000x254=254000，”〃min

(nd2nd2兀2_i

舉升?2+〃3+d4=85978加

(44〃

44

V

舉升時(shí)間：，=舉升(3-32

Q

=8597.祗“5s

254000

所以舉升時(shí)間滿足要求。

§3.4液壓缸基本參數(shù)的校核

1)缸筒厚度強(qiáng)度校核

取第一節(jié)油缸壁厚31=30〃〃”；

第二節(jié)油缸壁厚BL"/：.”。-?！薄?/p>

第三節(jié)油缸壁厚3a=。2-。3=160-125=]75mm；

322

第四節(jié)油缸壁厚3=￡)3-￡)4=125-100=l25mm.

422

(1)第一節(jié)油缸壁厚

19

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

DA=2。%0=6.67<10則:

俗]+、_

0.4Pi(3-33)

[81-1.3F'

式中:

[5]db/=640/5=128MPa,

Py-----缸筒試驗(yàn)壓力，因額定壓力P>16MPa,則:

P,=1.25P=1.25x21=26MPa

rj28+0.4x261

8>100x=2i.2mm

[_128-1.3x26J

3=30加加，所以滿足不等式，符合條件。

(2)第二節(jié)油缸壁厚

16i

-20=8<10

52

0160\128+0.4x26

5>x=16.97mm

2J128-1.3x26J

1-I1

8=20mm,所以滿足不等式，符合條件。

(3)第三節(jié)油缸壁厚

=7.14<10

,125v128+0.4x26

O>X=13?26〃〃刀

2128-1.3x26

I-1

8=1"7.5mm,所以滿足不等式，符合條件。

20

車輛與動(dòng)力工程學(xué)院設(shè)計(jì)說明書

（4）第四節(jié)油缸壁厚

￡)4==8<1

40°/7.5°

8>100x「28+04x26一=]o61mm

2,1128-1.3x261J

3=12.5加加，所以滿足不等式，符合條件。

21

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