毕业论文设计基于三维造型的自卸车举升装置机构分析与设计.docx
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毕业论文设计基于三维造型的自卸车举升装置机构分析与设计
诚信声明
本人郑重声明：
本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名：
年月日
毕业设计任务书
设计题目：
基于三维造型的自卸车机构分析及设计
系部：
机械工程系专业：
机械电子工程学号：
112012312
学生：
指导教师（含职称）：
（教授）、（助教）
专业负责人：
1．设计的主要任务及目标
自卸汽车又称翻斗车，它是依靠自身动力驱动液压举升机构，使货箱具有自动倾斜货物功能与复位功能的一种重要专用汽车，自卸汽车都起着十分重要的作用。
本课题主要是对自卸车的举升装置机构进行分析，并利用软件进行三维运动仿真，通过软件进行机构部分零部件进行受力分析。
2．设计的基本要求和内容
（1）通过广泛调研、查阅文献、参观实习，了解并掌握自卸车的相关知识。
（2）结合机械设计的有关知识，确定自卸车举升装置机构类型。
（3）学习仿真软件，建立自卸车三维模型并进行运动仿真。
（4）按时完成毕业论文。
要求论文论述清楚、文理通顺、图表规范、数据准确、内容完备。
（5）遵守纪律，以严谨的科学作风，按时完成各项任务。
3．主要参考文献
[1]徐达，蒋崇贤.专用汽车结构与设计[M].北京大学出版社.208～300.
[2]赵智林.自装卸式垃圾运输车举升机构的仿真与优化设计[D].武汉：
武汉理工大学.2010
4．进度安排
设计各阶段名称
起止日期
1
开题报告
2014-12-1至2014-3-10
2
完成自卸车的主体设计方案
2014-3-10至2014-4-10
3
中期报告——完成对自卸车举升装置主体建模
2014-4-10至2014-4-30
4
完成自卸车举升装置机构仿真毕业论文撰写
2014-5-1至2014-5-30
5
准备毕业答辩ppt
2014-6-1至2014-6-10
审核人：
年月日
基于三维造型的自卸车举升装置机构分析与设计
摘要：
重型自卸车是矿产资源开采及各种基础设施建设项目中最重要的运输设备之一，在矿山和水利工地的建设中发挥着巨大的作用。
液压举升机构是自卸车的重要组成部分，对其研究，为提高自卸车的作业效率和作业性能有着举足轻重的作用。
通过分析及比较中国重汽、中国一汽、福田汽车、陕汽重卡、上汽依维柯红岩、江淮格尔发的重要型号自卸车的液压系统结构，了解自卸车的整体造型及举升装置设计方法。
在获得一定的数据及设计资料的基础之上，进行液压缸结构设计，并运用SolidWorks建立举升机构各元件的三维模型，并进行运动仿真及受力分析，对SolidWorks设计技术在工程设计中有着积极的指导作用。
关键词：
重型自卸车，举升装置设计，液压缸结构设计，运动仿真，受力分析
AnalysisandDesignofLiftingMechanismBasedon3DModelingofDumpTruck
Abstract:
Heavydumptruckisoneofthemostimportanttransportequipmentintheexploitationofmineralresourcesandvariousinfrastructureconstructionprojects,andplaysahugeroleintheconstructionofminesandwaterconservancyconstructionsite.Thehydraulicliftingsystemisanimportantpartofthedumptruck,theresearch toit hasapivotalroleinimproving theoperationefficiencyand working performance ofthedumper.
Tringtoanalyzeandcom-pare thehydraulicsystem structuresof importantmodels of CNHTC, FAW, FOTONAutomobile,SCQC, Saic-ivecoHongyan and JACgalloptounderstandtheintegralshapeofdumperandthedesignapproachoftheliftingdevice. After gainingsomedataanddesigninformation,designingthehydrauliccylinderconstruction,andusingSolidWorksto construct the3-Dmodelofthewholevehicle and allcomponentsoftheliftingdeviceand carryingoutthe kinematicssimulationanalysis andforceanalysis,whichhasapositiveinstructivefunctioninthe application ofSolidWorksdesigntechnology inengineeringpractice.
Keywords:
Heavydumptruck,Designofliftingdevice,Hydrauliccylinderstructuredesign,Motionsimulation,Forceanalysis
摘要I
AbstractI
1绪论1
1.1引言1
1.2自卸车的发展概况1
1.2.1国内发展状况1
1.2.2国外研究状况2
1.3本文研究内容2
2自卸车主要参数的确定和举升机构方案的比较选择4
2.1自卸汽车类型选择4
2.2自卸车主要参数确定4
2.3自卸汽车举升机构方案确定6
2.3.1自卸车举升机构工作原理6
2.3.2举升机构类型比较7
2.4本章小结8
3自卸车三维造型9
3.1SolidWorks软件介绍9
3.2自卸车车厢三维建模10
3.2.1车厢底板总成设计11
3.2.2车厢边板总成设计14
3.2.3车厢前板总成设计17
3.2.4车厢后板总成设计19
3.3自卸车副车架三维建模21
3.3.1副车架纵梁设计21
3.3.2副车架横梁及后部对角线支撑的设计23
3.4自卸车液压缸三维建模24
3.5自卸车整体三维造型装配27
3.6本章小结28
4举升机构仿真和模拟分析29
4.1举升机构运动仿真29
4.1.1基本运动的建立29
4.1.2Motion模拟仿真30
4.2举升机构动力学分析32
4.2.1部件材料属性定义32
4.2.2载荷添加33
4.2.3动力学仿真分析35
4.2.3.1部分零部件仿真的受力分析结果36
4.2.3.1液压缸基于仿真的有限元分析39
4.3本章小结41
5总结与展望42
5.1全文总结42
5.2工作展望42
参考文献44
致谢45
1绪论
1.1引言
自卸车是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆，又称翻斗车；自卸车举升机构是由汽车车架、液压举升系统组成的液压举升机构、车厢和取力设备等部件组成。
自卸车各种工程项目建设中，和挖掘机、装载机、带式输送机等其他重型工程机械联合工作，组成装、运、卸生产线，进行土方、砂石、散料等建筑材料的装卸运输工作。
因为装载车厢能自动倾翻卸料，所以大大节省卸料时间和省去劳动力，缩短运输周期，提高生产效率，降低运输成本，是常用的运输建筑材料的专用车辆。
2015年重型卡车市场需求量明显会增加，由于当前我国的一些基建项目动工，自卸车的需求量也出现由负转正的情况，同时出口量也表现出有所晋升。
2014年我国入口原油已跨越60%，展望2020年将到达70%，中国能源危机再次拉响了警报，另外加上我国政绩型的排放环保的压力日益渐紧，重型卡车节能和替换性能源的任务已摆在面前；更严厉的淘汰黄标车可能在2015年全面展开，此情况将会拉动部分重型卡车的开发及更新换代[1]。
为了进步提高自卸汽车举升液压系统的综合性能及工作效率，本论文提出了一种适合于某一吨位的自卸汽车的举升机构的方案设计，并对其进行了参数化建模和运动仿真的研究[1]。
1.2自卸车的发展概况
1.2.1国内发展状况
随着我国基础设施建设项目的大力发展，各类市政工程、建筑工程和成市环境肥料的运输量不竭增加，也增大了对自卸汽车产品的需求，以满足工程运输的高效、快捷、经济和安全的请求。
自卸车在重型卡车市场的有着举足轻重的地位，任何重型卡车厂家都没法轻视自卸车在满足用户体验需求、并确保实现年度产销量方针政策的重要性。
在自卸汽车生产设计过程当中，自卸车自卸的功效非常重要，在我国自卸汽车设计生产的早期，因为对自卸车的生产设计理念不够完善，使得车辆在使用过程当中，常常会存在一些问题。
自卸汽车在现实的使用中，自动卸货功能模块的质量和机能获得重视，为了到达这个目标，必需从传动轴的材料及动力系统等计划方面动身，最大程度上保证和设计自卸车功能模块，同时又根据我国机械制造加工能力的现实情况，针对性的选择加工工艺，生产出出合适我国现实情况的自卸车，在自卸车生产的早期，我国自卸车行业生产能力的程度有限，固然可以出产一些质量很差的自卸车，可是无论是质量上还是在机能上，与西方发达国家出产的车辆比拟，都存在相当巨大的差距，而且我国使用的大多数自卸车，都是从外国引进，由于这些车辆的生产和设计都是采取外国的生产设计方法，在现实的使用过程中如果出现严重问题，我国的维修人员很难进行及时的维修，这种情况一旦发生，会对生产及安全造成很严重的影响；在这类背景下，我国意识到了自卸车设计生产的重要性，而且投入了大量的人力和物力，对自卸车的计划和出产进行钻研，经过了多年的成长与钻研，我国此刻自行出产的自卸车，已具备了很高的功能和质量，可以很好的满足实际使用的要求，可是自卸车可以按照运输货物的环境，针对性的选择货物装卸方法，从而提高货物装卸的效力[2]。
1.2.2国外研究状况
对于自卸车举升机构性能和整车稳定安全性等方面的探究，外国发达国家的研究起步比较早，国外学者也做了大量的研究工作。
外国研究方向以稳定运行为主要研究方向，尤其是液压传动、液压操纵和液压控制的零部件占有很大的比重，而这些零件的制造需要的材料及制造技术都比较苛刻，在国内产品大多说引自国外早期产品。
为了提高整车性能和工作可靠性，目前国内外许多厂家已将大量先进的设计方法和成熟的分析软件应用在汽车行业的设计中，尤其是利用虚拟样机进行车体外型的设计，SolidWorks软件也在部分公司得到广泛的应用，许多工程师对该软件的使用，使其在设计方面的作用显得尤为突出。
虚拟样机技术在国外不仅许多汽车设计制造行业得到应用，而且许多的机械设计行业也正在应用虚拟样机设计技术。
随着自卸汽车使用范围的不断扩大，用户要求的不断提高，国外自卸汽车正朝着大吨位、轻量化、多样化、系列化等方向发展，更多地利用计算机研究手段开发新车型，以提高设计质量和缩短研制周期。
1.3本文研究内容
本文以某公司开发的某一款型自卸车为参考，采用三维软件的建模技术，虚拟仿真技术进行设计研究，具体完成以下几项任务：
1、参考整车数据，了解和确定自卸汽车的设计方案；2、通过SW的建模设计方法，完成举升机构的三维建模，建立仿真机构；3、对举升机构进行运动仿真和进行部分零部件的受力分析，并对此内容进行分析；4、通过运动仿真获得部分零部件的最大载荷，并将结果输入到有限元模块进行简单的分析；5、对SW在整个设计研究过程中的作用进行总结。
2自卸车主要参数的确定和举升机构方案的比较选择
2.1自卸汽车类型选择
根据市场调查情况分析，2014年我国入口原油已跨越60%，展望2020年将到达70%，中国能源危机再次拉响了警报，另外加上我国政绩型的排放环保的压力日益渐紧，重型卡车节能和替换性能源的任务已摆在面前；更严厉的黄标车的淘汰政策可能在2015年全面展开，此情况将会拉动部分重型卡车的开发及更新换代。
市场对自卸汽车的需求也越来越高，主要从以下几个方面考虑：
载荷吨位越来越大；整车重心尽可能低；性能可靠、操作方便；价格低廉；乘座舒适；使用成本低，以图2.1所示为例。
由于自卸车常年在工地、矿区作业，工况恶劣、路面情况复杂，并且液压倾卸机构是自卸车的核心，是判别自卸车优劣的首要指标，尤其是重型自卸车的设计显得更为重要。
因此为了满足使用要求，为了提高自卸车举升液压系统的综合性能及工作效率，本论文以重型自卸车为研究对象，并进行自卸车的整体结构分析，同时进行液压举升机构设计与分析。
图2.1重型自卸车例图
2.2自卸车主要参数确定
随着我国基础设施建设事业的大力发展，各种市政工程、建筑工程以及城市环卫事业的物料运输量不断增加，也增大了对自卸汽车产品的需求，以满足工程运输的高效、快捷、经济和安全的要求。
根据市场调查情况了解到解放J6P将是解放2015的目标，并且J6P大马力，换油周期长，保养周期长等特点，深受群众喜爱；中国重汽的曼·T/C系列产品一直是重点研发生产系列，并且曼型号的技术产品达到国际先进生产水平；在综合比较中国重汽、中国一汽、福田汽车、陕汽重卡、上汽依维柯红岩、江淮格尔发的重要车型之后，决定以具有代表性的某牌牌某车型参数为研究参数，以下为该车型主要性能参数：
表2.1自卸车主要结构参数（解放J6P重卡350马力6X4自卸车）
整体参数
驱动形式
6X4
轴距
4300+1350mm
车身长度
9.09m
车身宽度
2.5m
轮距
前2050mm后1830mm
整车重量
11.95吨
额定载重
22.92吨
最大总质量
35吨
接近/离去角
24º/21º
货箱参数
货箱（斗）长度
6.2m
货箱（斗）宽度
2.3m
货箱（斗）高度
1.1m
发动机
发动机
锡柴CA6DL2-35E4U2
汽缸数
6
燃料种类
柴油
排量
8.6L
最大马力
350马力
最大输出功率
361kw
扭矩
1500N·M
最大扭矩转速
1300-1500RPM
额定转速
2100RPM
轮胎
轮胎数
10
轮胎规格
12.00R20型18层级
底盘
后桥描述
车桥Ф300铸造轮减桥（手动调整臂、8孔V杆）
后桥允许载荷
18000kg
后桥速比
5.921
弹簧片数
12/12
2.3自卸汽车举升机构方案确定
2.3.1自卸车举升机构工作原理
（1）直推式
直推式举升机构是通过铰链和车厢相连，并将车厢与副车架连在一起，液压缸伸出将车厢举起。
直推式结构，结构简单，安装方便，举升效率高，但是直推式液压缸的行程问题只能靠使用多级伸缩缸来解决行程长的问题。
直推式液压举升机构按照液压油缸和车厢不同位置连接点连接也可分为前置式和后置式两种，如图2.1所示；依照举升油缸的级数不同可分为单级式和多级式两种[3] ；
前置式液压举升机构大多采用单缸形式，也有为了提升举升力而是用双缸结构。
在一样的举升载荷下，前置式举升机构在最开始时需要的举升力最大，车箱横向刚度需求比中置式举升机构需求大，但需求的油缸活塞行程较长，后置也就是中置直推式举升机构虽然不具有前置式优点，但是具有布置方法简便、结构紧凑、油缸活塞行程小、举升效率高并且举升稳定性好、易于加工等众多优点，故应用较为广泛，但举升时横向刚度较差。
采用多级伸缩式油缸制造成本较高、密封性要求也高[3]。
图2.1直推式机构分布
连杆组合式举升机构和直推式一样也有副车架和车厢构成的，不同的是连杆式在车厢和液压缸之间加了三角板，顾名思义组合式机构。
举升平顺，油缸活塞的工作行程短、铰链行程却可成倍增大，举升刚度好，稳定性强，油缸选择短行程，密封效果好，所以广泛应用于现代中、轻型自卸汽车。
常用的连杆组合式举升机构如图2-2所示，其布置方法有两种，即油缸前推式和油缸后推式，油缸前推式又称为马勒里式举升机构，也就是T式；油缸后推式又称为加伍德式举升机构，常被称为D式。
以油缸前推式油缸后推式连杆组合式举升机构为基础，还能演变为油缸前推杠杆组合式、油
缸后推杠杆组合式、油缸浮动连杆组合式等。
图2.2连杆组合式举升机构
2.3.2举升机构类型比较
举升机构在自卸车改装中的有着举足轻重的地位，关系着使用性能和整车的作业稳定性，还有液压缸的性能影响自卸车稳定性、安全性的因素有很多，同样影响液压缸安全问题的因素也影响着液压举升机构，在举升机构的设计过程中，这些因素都是不可避免的需要考虑，液压油缸的质量的不断提高同样影响着自卸车自身机构的不断优化对提升举升机构优化起到了推动作用。
目前国内常见的自卸车举升机构分类方式来分主要有：
有F式三角架放大举升机构、T式三角架放大举升机构、双缸举升、前顶举升、双面侧翻等举升机构的型式，其中三角架放大式举升机构是目前国内使用最多的也是最常见的一种举升方式之一，适用于载重量在8-40吨，车厢长度在4.4-6米之间的自卸车。
优点是结构设计成熟、举升平稳、造价低；缺点为车厢底板与主车架上平面的闭合高度较大。
双缸举升形式大多用在6X4自卸车上，是在第二桥前方两侧各安装一支多级缸（一般为3-4级），液压缸上支点直接作用在车厢底板上。
双缸举升的缺点为车厢底板与主车架上平面的闭合高度较小并且容易发生力不平衡导致侧翻等情况的发生。
前顶举升方式结构简单、车厢底板与主车架上平面的闭合高度可以很小，整车稳定性好，液压系统压力较小，但前顶多级缸行程较大，造价很高。
此中F式三角架放大举升机构、T式三角架放自卸车比拟，具备重心低、车辆行驶不变和液压体系压力低等特色，也就是所谓的中顶式机构；在这些举升机构中前顶式自卸车与中顶式自卸车相比，具有重心低、车辆行驶稳定以及液压系统压力低等特点，并且前顶式自卸车翻车与中顶式自卸车相比故障发生率低，随着车厢的市场需求量对长车厢要求不断地提高，前顶式自卸车的优势愈加凸显，市场所占比例也越来越大；前顶式油缸的利用，推动力自卸车的研发，而且经由过程布局优化和质料的改良，油缸的举升力得到了很大的进步，同时因为采用了新质料和新工艺，缩小了各缸筒的级差，举升进程压力颠簸安稳，减小冲击力，延长了液压体系的使用寿命。
所以本文以前顶式自卸车车型为研究对象，以前顶举升机构设计及优化做研究。
2.4本章小结
本章主要针对举升机构进行了选型，分别针对几种常见的举升机构类型进行了比较分析，根据分析的结果，确定各种举升机构的优缺点，又根据市场调查情况及近两年的自卸车市场发展情况的分析，发现重型自卸车在自卸车市场有着举足轻重的地位，所以根据举升机构的选型情况和自卸车市场的分析情况，确定了车型以某公司的某一车型为参考，获得整车的详细的数据参数，这些数据将会为举升机构的三维模型的建立提供强有力的支持与依据。
3自卸车三维造型
3.1SolidWorks软件介绍
SolidWorks3DCAD制图软件提供了一套综合的软件工具，包含了3D设计、产品仿真、PDM产品数据管理、可持续化设计等诸多功能。
通过无缝、集成的工作流程—设计、验证、可持续设计、交流和数据管理，SolidWorks解决方案可满足您产品开发过程的所有需求。
设计师和工程师可以轻松跨越多个专业，从而缩短设计周期、提高生产效率并更快向市场推出创新产品[4]。
由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的ParaSolid内核，以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大的软件。
据调查显示，SW软件的设计已经涉及到航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通信、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
SW的内容非常丰富，运用领域特别广泛，涉及的行业有汽车行业、航空航天、机械、国防、交通、模具等等。
SolidWorks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，能够提供多套设计方案让用户可以比较选择，能够让设计的过程更加快速准确，进而提高设计的产品的质量。
SW设计使用的功能很强并且操作过程十分方便，使用SW的对产品进行编辑十分便利。
SW具有多个模块，主要包括：
①零件建模
SW提供了很好的基于特征的建立实体模型的功能。
通过拉伸、切除、旋转、薄壁特征、抽壳、特征阵列等操作可以轻松实现对产品的设计；通过拖拽移动的方式可以实现对特征或者草图的实时设计修改；三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径等提供了方便快捷的方法。
②曲面建模
SW具有很好的曲面建模方法，首先建立控制线，再经过扫描、放样、填充以及拖动等相关操作便可建立得到复杂的曲面，其次用简单的方法对曲面进行修饰、拉伸、倒角以及缝合等操作。
③钣金设计
SW的钣金设计可以是相互关联的，用户还可以直接调用SW中不同类型的法兰、薄片等。
，对钣金操作可以有以下几种方式即正交切除、角处理以及边线切口等。
④数据转换
SW提供了大部分CAD软件的各种输入输出格式转换器；有些格式，还提供了多种不同的转换版本。
⑤焊件
使用SolidWorks3D进行焊件的设计，可以简化焊接结构设计（使用点线的方式进行结构设计）、框架和基体的设计及制造，只需要进行基本框架的草图绘制，使用一组草图线段创建结构构件，并添加要素（如角撑板和顶端盖）来完成该结构。
⑥塑料与铸造零件设计
SolidWorks3D设计软件，可以快速开发能够满足产品性能和可制造性要求的塑料与铸造零件设计。
借助广泛的设计工具，可以创建简单或复杂的塑料和铸造零件，利用模具设计零部件会得到更快速高效的设计结果。
⑦模具设计
借助SolidWorks3DCAD，产品设计师和模具制作师能够在整个开发过程中方便地合并设计更改，使更改立即在最终制造中生效。
该软件可用于塑料、铸造、冲压、成形和锻造设计，与产品设计、模具设计和验证完全集成在一个软件包中，可节省时间，降低成本，加快产品开发过程和提高生产效率。
3.2自卸车车厢三维建模
车厢由底板、边板、前板、后板组成，因此以各个部件为单位，而各个单位部件又是焊接而成，所以先做出各个单位部件的焊接零件，然后以焊接件的形式装配，各单位部件焊接完成以后，再进行车厢的整体总装配。
车厢的各个重要组成部分都是梁结构，因此首先做边梁结构或者纵梁结构零件，然后做中间的梁或者横梁结构零件，待各个结构零件做出来以后进行焊件装配。
SolidWorks的零件设计是以草图的基础，通过实体生成命令生成实体，然后在实体的基础之上进行修改或者修饰，达到自己所需要的三维模型；也可以通生成曲面，然后在曲面的加厚等命令生成实体，然后再通过特征命令进行修改以达到预期目的，后面的小结会对三维建模的过程进行简单的介绍。
根据所选自卸车的主要性能（结构）参数，以解放J6P自卸车车厢主要的结构为参考，车厢总成的三维模型的建立以该结构尺寸参数为主要参考.详细参数如表3.1所示。
表3.1车厢参数
货箱参数
货箱（斗）长度
6.2m
货箱（斗）
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