设计液压泵的选择等,还有举升机构中其他零件的设计,如三角臂的设计和校核,拉杆的设计和校核,还有各铰支点支座和销轴的设计和校核。
1.4.1 设计方案的选择
自卸汽车上,现在广泛采用液压举升机构。根据油缸与车厢底板的连接方式,常用的举升机构可以分为直接推动式和连杆组合式两大类。
举升机构的主要形式有:
直接推动式举升机构 是指油缸直接作用在车厢底版上的举升机构,简称直推式举升机构。按举升点在车厢底版下表面的位臵,该类举升机构又可分为油缸中臵和油缸前臵两中型式。前者油缸支在车厢中部,油缸行程较小,油缸举升力较大,多采用双缸双柱式油缸。后者的油缸支在车厢前部,油缸的举升力较小,油缸行程较大,一般用与重型自卸汽车上,油缸则通常采用多级伸缩油缸。 连杆组合式举升机构 是指油缸与车厢底版之间通过连杆机构连接的举升机构。生产实践表明,连杆组合式具有很大的优越性。近十几年来,这种类型的举升机构发展较快,已出现了多种形式。根据油缸的安装特点,连杆组合式举升机构又可分为油缸前推(后推)连杆放大式、油缸前推(后推)杠杆平衡式、油缸浮动等多种形式。
油缸前推连杆放大式(马勒里式)举升机构 该种举升机构通过三角臂与车厢底板相连,车厢的举升支点较靠近车厢的前部,故车厢受力状况好;当达到最大举升角度时,油缸几乎处于垂直状态,车厢上升到最高位臵不易倾下,稳定性好;油缸最大推力较小,油压特性好。但整个机构较庞大,油缸在举升过程中的摆角较大,工作行程也较大。
油缸前推杠杆平衡式举升机构 该种举升机构通过拉杆与车厢底板相连,举升支点较靠近车厢的前部,故车厢受力状况较好;初始时拉杆几乎是垂直顶起车厢,因此,机构启动性能好。但该机构三角形连杆的几何尺寸较大,结构不紧凑;油缸摆角较大,工作行程较大,液压管路不易布臵。
油缸后推连杆放大式(加伍德式)举升机构 该种举升机构通过三角臂与车厢底板相连推动车厢,启动性能较好,并能承受较大的偏臵载荷;举升支点在车厢几何中心附近,车厢受力状况较好。但该机构举升力系数大,工作效率较低。 油缸后推杠杆平衡式举升机构 该种举升机构的油缸下铰点、三角板的固定铰点、车厢翻转铰点几乎均匀分布在副车架上,减少了车架后部的集中载荷;同时,这种三点支撑方式有利于改善机构的整体横向刚性。举升过程中油缸摆角小,机构的工作效率也较高,但机构的举升力系数较大,使相同举升质量所需举升力较其他举升机构大。
油缸浮动式举升机构 这种机构油缸的一端直接与车厢底板相连,另一端不是固定在车架上,而是可以随着车厢的翻转而运动。该机构的拉杆也与车厢底板直接相连。举升支点较靠近车厢的前部,故车厢受力状况较好,工作效率较高。但该机构几何尺寸较大,机构不紧凑;举升过程中油缸摆角较大,使得液压管路难于布臵。
1.4.2 举升机构型式的选择
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从以上的分析可以看出,举升机构的每一种结构型式都各有利弊。在具体设计时,应因车制宜,合理选用。直推式举升机构结构简单,较易于设计。但由于是油缸直接顶起车厢,为了达到一定的举升角度,往往需采用多级油缸,而为了提高整车的稳定性,又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄露或双缸不同步,进而造成车厢举升受力不均。目前,该类举升机构主要用于重型自卸汽车。连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性,减小了油缸行程,同时还借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性,只需采用单级单缸的油缸型式就可满足要求。因此,该类举升机构制造工艺相对简单,在生产实际中获得了广泛的应用。油缸前推式举升机构具有举升力系数小的优点,较适用与中、重型自卸汽车,如青岛专用汽车制造厂生产的9吨级QD362型自卸汽车就采用了油缸前推连杆放大式中的杠杆平衡式举升机构。油缸前推式中的杠杆平衡式举升机构也常用10-20吨级的自卸汽车。油缸浮动式举升机构具有油缸行程短,机构效率高等优点,通常用于双后桥重型自卸汽车的改装。该机械已用在斯太尔QDZ332OS型20吨自卸汽车上。连杆组合式举升机构中,油缸后推式以结构紧凑、油缸摆角小等特点优于油缸前推式和油缸浮动式举升机构,而举升力较大的缺点则可通过减小举升质量得到一定程度的弥补,故较适用于中、轻型自卸汽车。而油缸后推杠杆平衡式举升机构也适用于中、轻型自卸汽车。
本设计综合各种因素,最后设计采用的举升方式是后推连杆组合式举升机构,又称“D”式(或加伍德式)举升机构, 它具备转轴反力小、举升力系数大、举升臂放大系数大、活塞行程短等优点,应用非常广泛。比较适用于中型自卸汽车。
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2 举升机构的设计
2.1 自卸汽车总体尺寸和主要零部件的确定
底盘的选择:经过选择,底盘选为东风汽车公司的EQ3092F190J,具体参数如下:
表1
质量参数:(kg) 整备质量 3990 空载前轴载荷 2230 空载后桥载荷 1760 列车总质量 9650 允许前轴载质量 2570 允许后桥载质量 7080 底盘尺寸参数(㎜) 外形尺寸 : 总长 A 5945 总宽 B 2364 总高 C 2400 轴距 D 3950 后悬长度 E 946 车架后端离地高度 980 前轮轮距N1 1810 后轮轮距N2 1800 后轮胎最外尺寸 N3 2364 车架外宽 N4 861 纵梁最大断面尺寸 231×75×6.5 车架可用长度 MO 3269 接近角(度) 33 离去角(度) 19 车厢尺寸的选择:
经过选择,确定车厢的长度为3250mm,宽度为2200mm,高为550mm..车厢的长度很短但有一定的高度,使车辆可以在多种道路条件下行驶,这也是现在中型载重汽车的发展趋势.
最大举升角度的确定: 举升机构的最大举升角就是为了保证可以使货物干净的卸出车厢,最大举升角的确定取决于货物的安息角,设计的最大举升角必须大于货物安息角,以保证把车厢内的货物卸净。此外,在最大举升角时,车厢后拦板与地面须保持一定的间距H,防止车厢倾卸时与底盘纵梁后端发生运动干涉,自卸车车厢的最大举升角可在50 °~60°之间选取。几种常见货物的安息角如下表所示:
表2 物料煤 焦碳 铁矿铜矿 细砂 粗砂 石灰粘土 水泥 名称 石 石 安息27°-45° 50° 40°-45° 35°-45° 30°-35° 50° 40°-45° 50° 40°-50° 角 所以,在这个机构中,可以取最大举升角为53°,可以保证大部分货物可以卸干净,这样就可以保证工作效率.
2.2 举升机构各铰链点位置及坐标的确定
这里,要利用作图法来确定各铰支点和各杆件的坐标参数,在这之前要初步确定一下所用液压缸的安装长度和行程,初步确定液压缸的缸径为160mm,行程选为较小的400mm,查阅<<机械设计手册>>确定液压缸的初始长度为600mm,那么它的安装长度为600+400=1000mm,为了保证车厢和副车架的接触,液压缸要有一定的予伸量,这里选为20mm,则它的安装长度就为1000+20=1020mm,最大工作行程为400-20=380mm,下面对各杆件和铰支点的坐标参数进行计算,具体步骤如下:
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(1) 建立坐标系 坐标原点一般选在车厢与副车架的铰支点O.
(2) 确定举升机构分别与车厢,副车架铰支点的坐标位臵 设举升机构与车厢铰支点为C0(xc,yc)。xc由经验公式xc=RL/?max确定。式中R=140mm~160mm.
0000当L较小时,R取下限。这里R取150mm,则有xc=150×380/53=1147mm, yc为
00车厢机构允许的最大值,这里取yc为260mm.举升机构与副车架的铰支点为
0E(xE,yE)。xE由经验公式xE=xc+0.5L0+0.2L-300确定,有xE=1147+0.5×
01020+0.2×380-300=1433mm. yE为机构允许的最小值,这里取yE为-196mm。
(3) 过C0点作C0B0线,使C0B0与X轴成夹角?0,令?0=0°-4°;以E点为圆心,L0为半径作圆弧交C0B0线于点B0,EB0即为初始位臵(θ=0)时的油缸中心线。
(4) 连接OC0,并将OC0绕O点顺时针旋转?max角,C0点转到C点;再以C为圆心,以C0B0为半径画弧;又以E点为圆心,以L0+L为半径画弧;两弧交于B点,EB即为θ=0时的油缸中心线。
(5)以B点为顶点,作?EBA=?2,?2=6°~8°,再以B0为顶点作
?C0B0A0=?CBA。若A0为通轴,则?2可适当加大。
的垂直平分线交于F点,连接EF设CB和C0B0的延
(6)作B0B,C0C
长线夹角为?3。以F点为顶点,作?A0FE=?AFE=?3/2,交B0A0于A点,则A0,
B0,C0和
A,B,C分别为θ=0°和θ=?max时三角臂的三个铰支点。
这样,经过不断的尝试和调整可以得出A0,B0,C0,E各铰支点的x,y向坐标值,进而获得拉杆EA0,三角臂的几何尺寸。所作图如下:
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图1 举升机构原理图
在图上可以量出举升机构在初始位臵和最大举升角位臵时各铰支点和杆件的坐标,具体数值如下:
初始位臵(θ=0)时:
XA0=452mm YA=-130mm XB=560mm YB=220mm
000XC0=1147mm YC0=260mm
最大举升角度(θ=?max)时:
XA=562mm YA=280mm XBXC=483mm YC=286mm YB=517mm
=1073mm
E点坐标为:XE=1433mm YE=-196mm
同时,还可以确定三角臂和拉杆的长度,具体数值如下: AC=797mm AB=365mm BC=590mm 拉杆AE=1041mm
2.3 举升机构受力分析
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