T型自卸车举升机构的设计和计算软件开发.docx

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1、T型自卸车举升机构的设计和计算软件开发1前言举升机构是自卸汽车的关键装置，它直接关系 到自卸汽车的性能及整车布置。举升机构设计计算 十分重要，其机构各点布置是否合理，直接影响自 卸车使用性能。传统自卸机构设计多采用利用 CAD制图软件绘制自卸机构从零度到最大举升角 各角度下机构的运动状态，再测量机构尺寸手工计 算各点受力，这种方法不仅要花费大量时间，而且 要调整任何一各各字是否该删去？）参数都需要重 新绘图计算，极不方便容易出错效率低（不太通 顺）。随着计算机的发展，如果利用程序语言开发 出专业软件，将大大提高工作效率，降低设计成本 和三包费用。市场有同类软件售价9800元，但其 不能输出数据

2、表和打印机构各点受力曲线。（这部 分内容也不合适放在文章中）本软件能够计算出了 （出了是否该删去？）举升机构各点在不同的举升 角度下的坐标、受力等基本数据和举升机构的总体 参数、液压缸的特性等等。调用EXCEL软件，利 用其图表和光滑曲线等形式输出数据，更便于对机 构运动的理解和相零（邻）部件选型设计。2举升机构设计1（此处1是否改为上标？） 2.1方案的选择自卸汽车举升机构分为两大类，即：直推式举 升机构和连杆组合式举升机构。它们均采用液体压 力作为举升动力。2.1.1直推式举升机构利用液压油缸直接举升车 厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高， 但液压油缸工作行程长，因此，一般要求采

3、用单作 用的2级或多级伸缩式套筒油缸。另外单缸系统其 横向刚度不足，系统倾卸稳定性差，还存在工作寿 命短（这句话是否该改一下？我觉得前顶自卸车不 存在寿命短的问题）、成本高等缺点。2.1.2连杆组合式举升机构具有举升平顺、油缸活 塞的工作行程短、机构布置灵活等优点。该机构又 分油缸后推式和油缸前推式两种：油缸后推式机构 举升力系数适中，结构紧凑，但各部件布置集中在 后部，车厢底板受力大，适用于中型自卸汽车；油 缸前推式又称叮”式举升机构，其举升力系数小、 省力、油压特性好，适用于重型自卸汽车。综合考虑以上因素，我们决定选用油缸前推式 四连杆举升机构。该部分文章个人觉得多余，与文 章的题目不相辅

4、。2.2举升机构几何尺寸的确定油缸前推式四连杆举升机构见图1），主要由 三角臂ABC、拉杆AD和举升油缸BE构成。点O 是车厢与纵梁的铰接点。工作时油缸充油，使油缸 EB伸长，三角臂ABC和拉杆AD随着O点转动， 举升车厢使其绕点O倾翻，货物卸完后，车厢靠 自重复位。举升机构在初始位置所占据的空间愈小 愈好，以保证机构紧凑，各构件不发生运动干涉， 运转灵活。用作图法初选各铰支点的位置及各构件 的几何尺寸见图1。图1 T型自卸举升机构受力分析2.2.1车厢与纵梁铰支点O的确定车厢后铰支点O应尽量靠近车架大梁（建议 改为底盘车架）的尾端。已知车厢纵梁高200 mm， 长3690 mm，兼顾结构安排

5、空间，取水平方向离车 架纵梁尾端80mm、垂直方向离纵梁下沿250mm 处作为车厢后铰支点（此句说的不明白，纵梁下沿 是指什么呢？）（该段内容表达的不太清晰），并以 车厢后铰支点作为四连杆运动的坐标原点（0, 0）。x 轴沿纵梁的上平面，指向汽车前方。2.2.2车厢放平时举升机构与车厢前铰支点C0的 （C0是什么？）确定。车厢前铰支点C。的坐标（XC0,YC0）可按经验公式 x RL计算。C0 拜。max式中：L油缸最大工作行程，参考同类车型油 缸型号，初选油缸自由长度L。=1 025 mm,最大有 效工作行程L=700 mm ;max 一车厢最大举升角，根据车厢倾卸动作 要求和所运物料的安息

6、角，选取max=50；R一经验系数，根据匚尺寸，选取R=165。因此可得：XC0=165 x 700/ 50 = 2 310。考虑 结构安排，取XC0=2 015mm。XC0点的垂直方向应 尽量靠近车厢底面，充分利用车厢底部空间，减少 油缸下支点沉人（沉入）纵梁中的深度。确定C0 距车厢底板的距离70mm，已知底板纵梁（和车厢 纵梁是一个零件吗？有点乱）高260 mm，（第一页 说车厢纵梁高200 mm，而此处说底板纵梁高260, 不知是否指同一事物？）因此C0点坐标为（2 015, 190）。2.2.3液压油缸与纵梁铰支点E的确定由于油缸具有相当大的尺寸，以及开始举升 时，为减少油缸的工作压

7、力，油缸初始必须具有一 定数值的倾斜角，因此，E点相对O点的垂直距离 Ye由结构允许的最小值确定，即Ye=155mm。E 点x轴坐标由经验公式XE =XB0 （XC0）0.5L0一 0.2L+400 求得：Xe=20150.5X1025 0.2X700+400=1762.5mm 根据结构安排，令Xe=1650，则E点坐标为（1650, -155）。2.2.4车厢放平时三角臂中支点B0座标和B0C0长 度的确定B0点即油缸上支点。车厢放平时，B0点应尽 量靠近车厢底面，要充分利用上部空间，从而减少 油缸下支点E沉人（沉入）纵梁中的深度。过C0 点作CB线与X轴夹角a =（9yD/yC），在以E为

8、圆 心，L0为半径画弧交C0B0线于B0点。又因车厢放 平时，油缸长度应略大于油缸最小长度约15mm， 以保证车厢确实能放平，油缸不会产生干涉。根据 结构安排，定水平方（是否缺一个向字？）B0在 C0 点前 660 mm，则0B 点坐标为（2683.7，41.5）， BC = B0 C0= 685 mm。2.2.5车厢放平时拉杆与三角臂铰接点A0的确定 连接OC0，并将OC0绕O点向上转50角，C0转到C点。以C为圆心，C0B0为半径画弧，再 以E为圆心，以1025+700=1725 mm为半径画弧， 两弧交于B点，连接EB和BC，作ZEBA=8； 又以B0为顶点，C0B0为边，作ZC0B0A

9、0 =ZCBA， 根据结构允许尺寸，取AB=A0B0= 230 mm，连接 A0C0、AC，调整A点位置，使AB、AC为整数， BC = B0C0 = 805mm由此确定A点的坐标为 （2727.7，-184.3）OAA0B0C0和 ABC 为。=0 和 0 =50时三角臂所处的位置。2.2.6拉杆与纵梁铰接点D及拉杆长度的确定 作A0A的垂直平分线交y=yD水平线于D点，yD 为结构允许的连杆与纵梁铰支点的最高位置，取 yD=120。调整D点位置使DA0为整数，最后确定 D点坐标为（1505, 120）o拉杆长度Lad=1260 mm。 用作图法初选出各铰支点位置后，需要对不同举升 角0作运

10、动轨迹校核。如果出现点B至车厢底板距 离小于点C至车厢底板距离的情况，则应加大B0C0 线与x轴平行线的夹角a的数值，重新计算各铰支 点参数值。3举升机构力学分析举升机构力学分析的目的就是要求得各构件 在车厢任意举升角0时的受力最大值，为液压系统 参数确定和构件截面尺寸的计算提供依据。举升力 系数K是体现举升机构动力性的指标，是指单位 举升质量所需要的液压缸推力，k=fec （是否为 Feb） /G式中：FEC （是否为feb）最大举升力；G满载时，车厢质量与货物质量之和。已知 G=20 000kg X9.8N/kg=196 000 NK直接影响自卸汽车的经济性能，其值越小越 好。随着车厢举升

11、角的变化，K值是变化的。考虑 到机构在初始位置时车厢内货物最多，阻力臂也最 大，车厢启动时又有惯性阻力作用，此时油缸推力 最大。因此，下面只对初始位置时各构件进行力学 分析。3.1 机构的坐标计算A、G、B、C、F 的坐标及 Dofc、Dabe、Dafc、Dcbe 的数值计算（见图3）：图3举升机构坐标简图已知当举升角0 =0时，三角臂A。、B0、C0 点及车厢满载重心G0坐标值如下：XC0=2015, Yc0=190, Xa0=2727.7, 丫期=183.4,Xb0=2683.7, Yb0=41.5, Xg0=1500, Yg0=860在举升角0 =0时，A0D和B0E交点F0的坐 标（x

12、f0,yf0）通过求解方程：yyyyFoBo-=-BoxxxxFoBoEBoyyyyFoAo-=DAo、xxxx、FoAoDAo可得 Xf0=2194.33, Yf0= 51.53在举升角。=o时，点o至直线f0c0的距离dofc:D =膈（占广- 疽占。广）=mo2OFC v（ y - y ） 2 + （%- x ） 2在举升角。=0时，点Ao至直线BoE和直线FCo 的距离 Dabe、Dafc：U_(yy-)y (x - x )十 y (x - x )-(y44D = AO BO E AO BO E BO BO E BO BO E = 230ABE、(y - y )2 + (x - x )

13、2D =嘴 yco FOAFC在举升角。=0一 y ) + y (x x ) + y (x x ) x (y y )1 _ 小 fO = 349- (y 一 y )2 + (x 一 x )2FO COFO CO时，点Co至直线BOE和AOD的距图5举升机构力学分析 由力矩平衡方程可知MA = 0即 FbeXDabeFfcXDafc=0 已知：Ffc= Fcf得油缸最大举升力Fbe= Ffc X Dafc/ Dabe又Mc = 0 即 FbeXDcbeFadXDcad=0得拉杆最大拉力 Fad=FbeXDcbe/ Dcad=41 005 可以求得举升力系数K=G/Fbe=1.35（此处公式我 觉

14、得用的不对，应按第二页0改臂从上述分析过程中可以看出，自卸汽车举升机构的 设计要综合考虑各项因素，既要结构紧凑又要具有 较大的举升力，更要安全可靠。如果运用计算机程 序开发专业的举升机构设计软件可以使繁琐的计 算简单化。离 Dcbe、DcadIx (y y ) y (x x ) + y (x x ) x (y y)lD =CO BO E CO BO E BO BO EBO BO E = 270CBE寸(y( y)2 + (x 0 一x )2I x (y_ y ) y (x_ x ) + y (x_ x ) x (y_ y )lD = CO AO D CO AOD AO AODAO AO D =

15、 191CAD(y y )2 + (x x )2以上数值也可以通过作图法直接测量，可以省 去大量繁琐的计算，在实际工作中应用比较广泛。两种方法各有所长，可根据个人习惯选择。 3.2机构受力分析取车厢为分离体（见图4）：图4举升机构力学分析 由力矩平衡方程可知 mo =o即 GXXgFfcXDofc=0，代人（入）已知数据得：Ffc= G X XGO/ DOFC=19063.23 N取三角架ABC为分离体（见图5）：4自卸设计计算软件的开发4.1.1软件说明本软件是采用面向对象程序设计语言VFP6.O编程 在Windows 2000中文环境下运行的自卸机构设计 和计算软件。该软件适用于T型自卸机

16、构设计计 算，可根据机构参数计算自卸机构各点在运动过程 中的受力及方向，并调用EXCEL2000软件生成模 拟运动受力曲线。设计时可依据受力曲线和数值对 自卸机构进行快速调整，大大提高了设计的效率和 精确度。格和图形曲线输出计算结果方便直观，且提高了工 作效率，降低设计成本。各点受力图7计算结果报表图84.1.2运行要求本软件是在Windows 2000中文环境下编译的，可 以在Windows 2000/XP系统下安装运行，因需调用 EXCEL软件生成数据和图形报表，所以系统需安 装EXCEL软件。程序安装完后直接点击文件管理 器中的程序图标就可以执行程序了。4.1.4程序软件使用说明程序界面

17、图6程序运行后在程序界面（图6）中初步输入机构受 力计算所需参数，用鼠标点击“计算分析”命令按 钮，程序会根据所输参数对公式方程进行预算，如 果方程无解，程序会弹出对话框提示检查修改数 据，如果方程有解，才进一步进行各点坐标和受力 计算。程序计算完毕后，“查看各点坐标”、“查看 各点受力”、“生成各曲线图”命令按钮才可使用。 依次点击相应按钮，即可查看计算结果和机构各受 力曲线，见图79。如果对机构受力计算结果不满 意，修改机构参数重新进行计算，直到对自卸机构 满意为止，保存机构参数及各点受力曲线，以便后 期使用。该软件界面友好，操作简单，利用数据表ABCDEFGHI1机构参数状态：DyE：!

18、EyCkcyGmGy215051201650-155201519015006003三诡皆边及拉杆长度：ABACBCAD4230005E0512605车厢支撑座到车 厢底板的距离：2E0油祖 直径：1606计算报告主要参数摘要：7举升机构型式:T型8最大举升角：50举升重量:20000最高举 升力：31056.29最高举升油压：15.140=13举升力 系数：1.55201110液压缸安装长度:1052.222最大长度:1710.9行程：658.711日点距车厢底板最小距离：135.820=7而机构参数及计算结果报表/各点坐标IB点距离曲线油览行程图,|举升合力曲线图9油缸行程曲线图10160

19、05101520253035404550举升角度L)4 ImZ各点坐标Ib点距离曲线I油缸行程图油压特性图房厢支座受刃I(Bdw)-K期出油缸压力曲线图114.1.5全文小结自卸机构是自卸汽车的重要组成部分，它对于 整车性能和相关零部件的选择有着举足轻重的作 用。“T”式举升机构具有举升平顺、油缸活塞的工 作行程短、机构布置灵活、成本低等优点，在中型 自卸车上得到广泛。因其设计计算过程复杂繁琐， 在设计时多凭借经验参考其他车型，从而使得机构 参数不合理，齿轮泵、油缸等零部件不匹配问题， 举机构(?)无法举升卸货，卸货后车厢无法回落以及 在举升过程中三角臂蹭底(建议修改一下，在文章 中不要用这中词句)，自卸油管爆管造成车架断裂 等问题。该自卸举升机构设计计算软件开发后，通 过软件输入机构参数自动计算，提高计算效率和精 度，改变了原先单纯依靠手工绘图计算的繁琐复 杂，工作量大耗费时间长，工作效率低容易出现差 错的缺点，降低了设计成本。依靠此软件我们对各 系列自卸车型举升机构进行了校核，调整不合适机 构参数，使得自卸机构设计逐步系列化、成熟化。 大大的减少了自卸系统故障，节约三包费用，取得 了很好的效果，自卸汽车产品得到市场的好评，为 企业带来了良好的市场效益。