课程设计高位自卸车.docx
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课程设计高位自卸车
18届机械课程设计
高位自卸汽车的研究
学生姓名：
熊非
学号：
8011214214
所属学院：
机械电气化工程学院
专业：
机械设计
班级：
18-2
指导老师：
张涵
日期：
2016.06
塔里木大学机械电气化工程学院制
前言
随着国家基础建设的全面展开，自卸汽车也发挥着越来越重要的作用。
目前国内生产的自卸汽车，其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下。
卸货高度都是固定的。
若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，只能先卸载后再靠人力或起重机构进行提升搬运到较高处。
这样不仅耗费人力物力，还浪费很多时间，给卸载该来了很多不便。
由于目前的自卸汽车就难以满足要求，为此需设计一种高位自卸汽车，使它不仅能具有一般自卸汽车的功能，而且能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货。
为实现这个目的，先将车厢举升然后翻转车厢进行卸货，可以将车厢举升到任意高度后停止举升，然后车厢翻转以达到自动卸货。
为了实现高位自卸汽车的设计要求，再设计过程中主要考虑把工作分解，使用举升机构实现车厢的举升，在举升过程中通过关闭或打开液压缸的进出油路使举升机构稳定的停止在任意高度；使用翻转机构实现车厢翻转，车厢翻转只要实现最大翻转角度达到设计要求和结构在翻转过程中的平稳就可以了。
就机构设计要实现的目的来看，机构上的点没有要求具体的运动轨迹，只要实现指定位置的机构的综合就可以了，这个设计主要是通过四杆机构来实现。
就机构选择和设计的过程中除了机构分析还要考虑到结构的受力和结构的稳定即使用过程中维护的方便。
关键词：
高位举升翻转自卸
一、设计题目简介
目前国内生产的自卸汽车其卸货方式为散装货物沿汽车大梁卸下，卸货高度都是固定的。
若需要将货物卸到较高处或使货物堆积得较高些，目前的自卸汽车就难以满足要求。
为此需设计一种高位自卸汽车，它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货）。
二、设计数据与要求
1.具有一般自卸汽车的功能。
2.在比较水平的状态下,能将满载货物的车厢平稳地举升到一定的高度，最大升程Smax见表。
3.为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移。
车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表。
为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a。
4.在举升过程中可在任意高度停留卸货。
5.在车厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开；卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭。
6.举升和翻转机构的安装空间不超过车厢底部与大梁间的空间，后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面。
7.结构尽量紧凑、简单、可靠，具有良好的动力传递性能。
方案号
车厢尺寸（LxWxH）
Smax
a
/mm
W
/kg
L
/mm
H
/mm
F
3600x1800x610
2050
250
3900
250
450
尺寸单位：
mm
三、设计任务
1.设计高位自卸汽车相关机构，应包括起升机构，翻转机构和后厢门打开机构。
2.提出2、3个方案。
主要考虑满足运动要求、动力性能、制造与维修方便、结构紧凑等方面的因素，对方案进行论证，确定最优方案。
3.画出最优方案的机构运动方案简图和运动循环图。
4.对高位自卸汽车的起升机构，翻转机构和后厢门打开机构，进行尺度综合及运动分析，求出各机构的输出件的位移、速度、加速度，绘制机构运动线图。
5.编写设计计算说明书。
6.完成高位自卸汽车的模型实验验证。
四、机构提示
高位自卸汽车中的起升机构、翻转机构和后厢门打开机构都具有行程较大，做往复运动及承受较大载荷的共同特点。
齿轮机构比较适合连续的回转运动，凸轮机构适合行程和受力都不太大的场合。
所以齿轮机构与凸轮机构都不太合适用在此场合。
连杆机构比较适合在这里的应用。
下面用连杆机构分别设计高位自卸车的起升机构、翻转机构和后想打开机构。
4.1、举升机构的设计
举升机构的的设计在首先必须满足比较水平的状态下,能将满载货物的车厢平稳地举升到一定的高度，最大升程Smax，为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移。
车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表。
为保证车厢的稳定性，其最大后移量amax不得超过1.2a，并且在举升过程中可在任意高度停留卸货。
利用连杆机构实现车厢的举升，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。
结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。
下面列举出几种方案以及它们的特点，进行比较选择恰当的机构：
方案一：
平行四边形举升机构
如上图所示平行四边形举升机构，ABCD形成一平行四边形，杆AD在液压油缸的带动下绕A轴转动，从而完成车厢的举升和下降。
该机构结构简单，易于加工、安装和维修。
能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好。
液压油缸较小的推程能够完成车厢较大的上移量。
但是车厢上移时，其后移量很大，满足不了技术要求.为了保证车厢举升到最大高度时，其最大后移量不超过设计要求，需将杆AD、BC做得很长，甚至大大超过了车厢的长度，在工程实际中不能实现。
方案二：
两级剪式举升机构
如上图所示两级剪式举升机构，EF代表车厢，机架代表车底座。
在液压缸MN的推动下，滑块A向右移动，同时滑块F向左运动，双剪式机构向中间靠拢，由于杆长不变，使得车厢向上运动，且同时向右运动，这样就实现了车厢的举升动作。
该机构不但能够保证车厢在举升和下降过程中保持水平，稳定性好，卸货方便，并且结构简单、紧凑，能够协调举升和后移间存在的函数关系，同时该机构的受力状况良好，将液压缸布置在机构的中间部位，很好的解决了退成要求很大的缺点。
但是该结构复杂，不易加工、安装和维修。
4.2、翻转机构的设计
翻转机构是自卸汽车的关键部分，其性能直接影响车辆的性能。
利用连杆机构实现车厢的翻转，其安装空间不能超过车厢底部与大梁间的空间。
结构尽量紧凑，可靠，具有良好的动力传递性能。
方案一：
单缸前置直推式翻转机构
直推式倾斜机构的液压缸直接作用在车厢上，不需要通过杆系作用，机构布置简单，结构紧凑，举升效率高，在相同的举升载荷下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大。
但是液压缸活塞的工作行程长，故一般采用多级伸缩式套筒液压缸，使液压缸制造工艺复杂，密封性稍差，并且该机构横向强度差。
方案二：
滑块倾斜机构
RS代表车厢，PR杆一端铰接在车厢的R点上，另一端与滑块P铰接，当要翻转车厢时，只需要推动液压缸OP，带动滑块P向右移动，就能使车厢PS绕S点转动。
该机构比较简单，需要的零件比较少，易于加工和安装。
液压缸一直处于水平，比较容易控制。
但是初始时传动角较小，需要液压缸较大的推力；并且对PR杆强度要求较高。
4.3、后箱门打开机构的设计
后箱门打开机构是高位卸货的重要环节，后箱门打开机构的设计要满足以下几个基本要求：
（1）厢倾斜卸货时，后厢门随之联动打开；
（2）卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门也随之可靠关闭，因此后厢门的输入机构和倾斜机构相同，即由同一个液压缸带动；（3）后厢门打开机构的安装面不超过车厢侧面，即要求结构紧凑。
方案一：
导杆滑块后箱门启闭机构
该机构就是一个简单的4连杆机构，其中连杆1是和后箱门固连在一起的，3是一个可以绕车厢体转动的移动副。
在车厢翻转时，通过联动机构使连杆2在3内滑动，从而推动1绕C旋转，从而使后厢门开启。
该机构结构简单、紧凑、成本低，能够保证车厢门打开和关闭的准确位置，比较容易实现和车厢的联动关系，另外，计算也比较的简单。
但是该机构中2杆在转动的同时还要在移动副中进行滑动，所以，如果稍微有个地方润滑不好的话，就很有可能造成机构的自锁，使得后车厢门不能正常的打开。
方案二：
双四杆机构后箱门启闭架构
该机构完全由四杆机构构成，其中的一根杆2就是车厢的后门。
另外两根杆1和3都是铰接在车厢体上的。
当车厢翻转时，通过联动机构使杆3转动，从而带动后厢门2转动，完成其开启和关闭动作。
该机构利用曲柄摇杆机构，以摇杆作为输入构件，结构简单紧凑，传动可靠，成本低。
较易实现与其他机构的联动，能够确保车厢门的打开和关闭的时候的准确位置。
但是该机构由摇杆作为主动件，易出现死点，因此该机构对尺寸要求比较高。
4.4、组合机构的设计
经过前面的各个机构优缺点比较，最终确定的第方案的三个部分分别选择：
双剪式举升机构、滑块倾斜机构、重力直接打开机构来进行设计分析
4.4.1、机构尺寸的设计：
1、举升机构的计算
根据设计要求，举升机构需要满足：
方案号
车厢尺寸（LxWxH）
Smax
a
/mm
W
/kg
L
/mm
H
/mm
F
3600x1800x610
2050
250
3900
250
450
（1）计算杆长及其在机构中的位置
举升机构的结构简图，建立直角坐标系，如下图所示：
根据以上数据综合出各杆的长度，设AD=BC=CF=DE=
，初始位置∠HAB=
，到达最大升程时∠HAB=
，由几何关系可得
另外,需满足整个举升机构不超过车厢底部安装空间，此时还需考虑夹层厚度d，得
取
则
取
由上式联立可以求解，
得
即
（2）计算液压杆的位置及其相关尺寸，机构简图如图所示，建立相应的直角坐标系：
图5-3
设油缸的推力为F，推程为S，车厢重力为G，上升高度为H，则FS=GH。
欲使液压缸受力最小，则推程应该尽量的大。
各点的坐标分别为C（0,200）H（864.58,300）G（864.58,100）
。
所以
=0.1157
（1）
令HM=400，根据对称性的NG=HM=400。
过点H做
，此时
（2）
（3）
初始状态时，杆与水平面夹角为
，举升到最大高度时，杆与水平面的夹角为
所以
初始状态时,
（4）
举升到最大高度时，
（5）
在
CM’G之中，根据公式：
（6）
将
（2）（3）（4）（5）带入到（6）中，求解
可得，初始状态下，M’G=802.02
举升到最大高度时，M’G=858.87
综上可得，油杆的初始长度为802.02，举升到最大高度后长度为858.87。
由
（1）且NG=400可得N点的坐标
得N（1261.94,145.96）
同理可得，M（467.22,254.04）
2、滑块倾斜翻转机构的尺寸计算
机构简图如下图所示，并且建立相应的直角坐标系：
各点的坐标分别为
（1）
（2）
（3）
最大翻转角为
，即
取RS=1000，带入式
（2）中可得
PR=1428.15
此时，液压杆伸长量可以根据公式：
（4）
（5）
将PR=1428.15，RS=1000代入（5）式，
得PS=1743.45
将PS=1743.45PR=1428.15RS=1000带入（4）式中
得
=2760.40
所以各点的坐标分别为O（0,0）、P（1428.15,0）、R（2760.40,1009.85）、S（3500,0）
初始状态时，取OS=3500,所以OP=OS-PR-RS，代入数据到上式，可得OP=1071.85
翻转完成后OP=0S-PS则OP=3500-1743.45=1756.55
所以液压杆的初始长度要小于OP，取合适的尺寸。
3、重力开启后厢门打开机构设计
翻转原理：
在车厢翻转后，后厢门在重力的作用下自动打开，开始卸货，卸货完成后，货车恢复水平位置，后厢门随之自动关闭，易于实现。
4.4.2、组合机构总图如下：
五、结束语
通过将近一个学期的努力，从“高位自卸汽车”项目方案的提出，到汽车零部件的设计、校核，再到高位自卸汽车的运动分析，动力设计以及AMAMS仿真，我们小组经历了一次又一次的讨论研究和分析比较，高位自卸汽车的设计已基本完成。
在整个课程设计的设计计算过程中，主要用到了学习到的关于机械设计方面的知识和三维建模软件的应用。
在机构设计和选择中，我设想了很多的机构，通过对比他们的主要优缺点我采用了最佳的机构进行杆长的计算和设计。
然后开始对结构进行建模和仿真并进行了运动分析。
通过这次实习，我们大家了解了一个项目从规划到完成的主要阶段和各个阶段要解决的主要问题，提高了自己对项目题目的提出和对项目的设计方面的能力。
通过高位自卸汽车的UG建模和ADAMS运动仿真，我的计算机三维建模及与运动仿真软件和技术的集成、应用的能力也得到了相应的训练。
通过这次综合设计，并且综合应用数学、力学、机械原理、机械设计等课程知识，提高了我对学科的综合能力。
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