直推式自卸汽车举升机构的建模与仿真毕业论文.docx

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直推式自卸汽车举升机构的建模与仿真毕业论文

工程大学本科

毕业设计（论文）

专业：

车辆工程

题目：

直推式自卸汽车举升机构

的建模与仿真

作者姓名：

导师与职称：

导师所在单位：

工程大学

2013年6月

直推式自卸汽车举升机构的建模与仿真

摘要

本次设计是以直推式自卸车为设计平台，对其举升机构的建模与仿真，那么首先我要对其举升机构进行建模，采用UG软件进行整车的车架与车厢与其举升机构的建模，在建模之前对已经选定的汽车参数进行其余一系列的参数设计，包括举升机构的与液压机构设计，最终设计出与参数匹配的模型，对其模型进行修改，在建立模型以后，在运用UG的运动仿真项目得到模型的仿真文件。

同时得到直推式前置式举升机构具有省力的效果，不利的是其行程过长。

对于直推式前置式自卸车主要应用在重型货车上面巨多，因为重型载货汽车，承载的质量较大，在举升时必须考虑到省力情况，相信会找到自卸车举升机构的一个平衡点，使得省力同时行程也比较短。

关键词：

自卸车;举升机构;液压机构UG;建模;UG仿真

ModelingandSimulationofStraightPushLiftingMechanismofDumpTruck

ABSTRACT

Thisdesignisbasedondirectpushdumptruckplatform,themodelingandsimulationoftheliftingmechanism,sofirstofallIwantfortheliftingmechanismmodeling,usingUGsoftwaretothevehicleframeandthecarriageandthemodelingoftheliftingmechanismofalreadyselectedinthecarbeforemodelingparametersfortherestoftheseriesofdesignparameters,includinghydraulicpressdesign,finaldesignandparametermatchingmodel,themodelismodified,afterthemodel,theuseofUGsimulationprojectgetmovementmodelofthesimulationfile.Atthesametimegetstraightpushsuperposedliftingmechanismhastheenergysavingeffect,disadvantageistheadultstoolong.Forstraightpushsuperposedonthedumptruckismainlyusedinheavydutytruckgiant,becauseoftheheavydutytruck,bearingqualityisbigger,andeffortmustbetakenintoaccountwhenlifting,believethatwillfindabalancepointofliftingmechanismoftipper,makestheenergyatthesametimealsoshorter.

Keywords:

dumptruck;Theliftingmechanism;Hydraulicunit;UGmodeling；UGsimulation

插图清单

图1-1直推式举升机构……………………………………………………………….…..-2-

图1-2单击与多级举升机构………………………………………………………….…..-2-

图1-3连杆组合式举升机构………………………………………………………….…..-3-

图4-1车架的二维模型………………………………………………………………..….-8-

图4-2车架主模型……………………………………………………………………...........................-9-

图4-3车厢模型……………………………………………………………………...........-9-

图4-4车架吊耳…………………………………………………………………….........-10-

图4-5镜像的车架吊耳………………………………………………………………….-10-

图4-6车架支架…………………………………………………………………….........-11-

图4-7车厢吊耳…………………………………………………………………….........-11-

图4-8长螺栓…………………………………………………………………….............-12-

图4-9短螺栓…………………………………………………………………….............-12-

图4-10螺帽……………………………………………………………………...............-12-

图4-11建模界面…………………………………………………………………….......-13-

图4-12第一级液压缸顶部……………………………………………………………...-14-

图4-13第一级液压缸…………………………………………………………………...-14-

图4-14第二级液压缸…………………………………………………………………...-14-

图4-15第三级液压缸…………………………………………………………………...-15-

图4-16最后一级液压缸………………………………………………………………...-15-

图4-17最后一级液压缸底座…………………………………………………………...-16-

图5-1装配界面…………………………………………………………………….........-17-

图5-2液压缸装配…………………………………………………………………….....-17-

图5-3移动组件界面…………………………………………………………………….-18-

图5-4车架装配…………………………………………………………………….........-18-

图5-5支架装配细节…………………………………………………………………….-19-

图5-6车厢与车架的装配……………………………………………………………….-19-

图5-7车厢吊耳的装配………………………………………………………………….-19-

图5-8整体装配…………………………………………………………………….........-20-

图5-9举升时整体装配………………………………………………………………….-20-

图6-1连杆选定界面…………………………………………………………………….-21-

图6-2添加运动副…………………………………………………………………….....-22-

图6-3添加共线副…………………………………………………………………….....-23-

图6-4解算…………………………………………………………………….................-24-

图6-5模型仿真…………………………………………………………………….........-24-

图6-6仿真位移曲线…………………………………………………………………….-25-

图6-7仿真速度曲线…………………………………………………………………….-25-

插表清单

表2-1各种性能的比较………………………………………………………………...…-5-

表2-2货物的安息角……………………………………………………….…………..…-5-

引言

现在汽车主要都是通过举升机构对车厢进行翻转，从而达到货车卸货的目的，目前直推式自卸车主要是通过以前的设计结果，来满足货车自卸。

目前汽车工业发展的经济效益不只是汽车本身，而集中表现在汽车的使用全过程中。

随着汽车运输的效益以与各种功能和性能的要求越来越高，作为专用汽车的车辆品种之一的直推式自卸车，几十年来在国外迅速获得发展与普与，至今其拥有量约占汽车的28%，并且日趋完善。

举升机构主要是通过货车自身承载的情况，以与工作工况，从而确定采用怎么样的形式的液压缸，从而设计出液压举升机构，此次设计采用中国重汽中的一款自卸货车进行设计。

主要是通过软件对其参数进行建模，得到模型后，对其模型进行仿真，从而得到此次设计的可行性，为载货汽车举升机构今后进一步设计运用提供一定设计基础。

绪论

1直推式自卸车举升机构的介绍与作用

1.1举升机构的分类

依据举升机构的结构形式，举升机构分为两大类：

直推式和组合连杆式，他们均采用液体压力作为举升动力，从而实现车厢的举升。

本次设计采用直推式举升机构。

（1）直推式举升机构

直推式自卸车举升机构的举升油缸直接作用在汽车车厢底部，由液压缸直接推动车厢倾斜运动。

因此根据液压缸所在的车厢底部位置不同分为前置式和中置式，如图1-1所示。

图1-1直推式举升机构

然而同时根据液压缸的形式又分为单级液压缸和多级液压缸的直推式，如图1-2所示。

图1-2单级与多级举升机构

在一样的举升载荷条件下，前置式需要的举升力较中置式举升力小，但是举升行程较长。

然而中置式举升机构举升力较大，其举升行程较短。

（2）组合连杆式举升机构

由于本次设计不采用组合连杆式设计，采用直推式举升机构，故在这里不在详细介绍组合连杆举升机构。

组合连杆式举升机构就是借助于机械连杆组合，从而实现举升，使得车厢得到倾斜，得到卸货的目的。

如图1-3所示。

图1-3连杆组合式举升机构

从能量角度上来说各有各的优点，各有各的缺点，举升力小则行程长，举升力大则行程短。

1.2自卸车的作用

随着时代进步，科技越来越先进，搬运工作已经是人力不可解决的事情之一，故自卸型汽车问世，使得人们的劳动强度大大减小，效率大大提升。

自卸汽车又称为“翻斗车”，他是依靠发动机来驱动自卸车自带的举升机构的液压机构，从而实现汽车的货厢倾斜一定的角度，使其得到自动卸货的目的，并且依靠货厢自重使得其复位的一种专用汽车。

从而实现了机械化卸货，卸货效率得到大大提高，节约劳动力。

2直推式自卸汽车举升机构的研究现状和发展趋势

2.1研究现状

汽车已经是推动现代文明的交通工具，随着人们的生活水平不断提高，

在社会商品和信息交流中，汽车作用日趋重要。

汽车工业发展的经济效益不只是汽车本身，而集中表现在汽车的使用全过程中。

随着汽车运输的效益以与各种功能和性能的要求越来越高，作为专用汽车的车辆品种之一的直推式自卸车，几十年来在国外迅速获得发展与普与，至今其拥有量约占汽车的28%，并且日趋完善。

自卸汽车是一种由举升机构操作能将货物自动卸载的运输汽车，在多种领域中得到广泛应用。

自20世纪出现以来，不断不发展，日益完善，已经成为当今货物运输的主要车辆之一。

自卸汽车具有高度的机动性和卸货机械化的特点，从而可以大大缩短装卸时间，提高运输效率，节省劳动力，减轻劳动强度。

随着汽车发展，自卸车不断被采用新材料，新工艺，提高其质量，具有较高的传动效率，控制和操作更为完善，更方便。

2.2发展趋势

各国十分注重在自卸汽车上采用先进技术，全面提高自卸汽车的在质量和使用性能。

随着使用围的不断扩大，用户要求不断提高，自卸汽车正朝着多品种，系列化，小批量的发展方向，并且广泛采用计算机辅助设计，以提高设计质量和缩短研制周期。

3直推式自卸汽车举升机构的研究意义

直推式自卸汽车在现代化工业生产中起着相当重要的作用，包括：

可以大幅提高劳动生产率；可以降低劳动强度，改善劳动条件。

自卸车大多使用于条件比较恶劣的矿山和建设工地，举升机构是自卸车的核心机构，举升机构的设计既要考虑其运动学问题，又要考虑其强度问题。

因此，对其研究具有重要的理论意义和实用价值。

第二章自卸车举升机构的设计

2.1本车型的主要尺寸，与其参数

本次设计选用中国重汽HOWO重卡336马力6X4自卸车

整车参数：

轴距:

3625+1350mm车身长度:

8.214m车身宽度：

2.496m车身高度：

3.17m整车重量：

12.11t额定载重12.76t最大总质量：

25t

车厢参数：

长度：

5.6m高度：

2.3m高度：

1.2m

2.2举升机构的选择

2.2.1举升机构的结构形式

前面绪论已经提与到了，举升机构分为两大类：

直推式和组合连杆式，他们均采用液体压力作为举升的动力源。

2.2.2各个举升机构的性能比较

举升机构是自卸车的重要装置，他直接关系到自卸汽车的结构与举升机构，如表2-1所示。

表2-1各种性能的比较

直推式

结构紧凑，升效率高，工艺简单，成本较低，用单缸是时容易刚度不足，采用多节缸时密封性较差。

组合连杆式

举升力系数小，省力，横向刚度好。

2.2.3举升结构形式的确定

由于举升机构的重要性，所以在选着举升机构时一定要全面考虑，合理选用，以便能够达到设计要求。

由于本次设计题目要求采用直推式，所以考虑采用是前置式还是后置式，综合各个方面采用前置式直推式举升机构设计。

2.3最大举升角的确定

车厢的最大举升角，就是车厢的最大倾斜角，是指车厢举升到极限的位置，车厢地板与底部车架平面的夹角。

确定车厢最大举升角的依据是货物的安息角，它表明货物摩擦所能维持的堆积角度，部摩擦越小，安息角就越小。

本车型为直推式自卸货车，下表为一般货物的安息角，如表2-2所示。

设计的车厢最大举升角必须要大于货物的安息角。

自卸车的最大举升角可在45-70之间选取。

举升角越大越容易将货厢的货物卸净。

但是过大的倾斜角会导致货车的稳定性较差，货厢不容易复位。

本次设计考虑到时载重型货车，故选取50为最大举升角。

表2-2货物安息角单位：

度

物料名称

煤

焦炭

铁矿石

铜矿

细砂

粗砂

石灰石

黏土

水泥

安息角

27~45

50

40~45

35~45

30~35

50

40~45

50

40~50

第三章自卸车举升机构的运动与受力分析

3.1举升机构的运动分析

根据车型选定的参数，本次设计采用直推式前置式举升机构，如图表1-1所示，分析其运动情况，对于这次设计的举升机构，它是通过液压缸与车架的底部相连接然后另一端与车厢的前围板相连接，再通过液压缸的收到液压力的作用，从而使得多级缸依次举升，使得车厢围绕车车架的后端进行运动，从而使得车厢举升达到一定的角度，使得达到货物卸载的目的。

3.2举升机构的受力分析与参数的选定

3.2.1油缸的总行程L

根据车厢的总体长度以与车厢与车架铰接的位置分析，本次设计车厢的总体长度为5.6而车厢与车架铰接处距离车厢尾端为0.6米，故得到车厢被举升的总体长度为4.5米，又有本次设计车厢被举升的最大角度为50。

故根据公式余弦定理得到油缸总的行程为4.2米，根据行程确定本次设计采用三级液压缸举升机构。

通过查阅资料得到选定，本次三级液压缸的行程分别为第一级缸为1.2米，第二级液压缸行程为1.4米，第三级液压缸行程为1.6米。

3.2.2油缸的举升力大小P

油缸的举升力大小计算是为了后来对液压缸的缸径设计提供数据参数。

油缸推理是根据货车载重情况确定的，本次设计选定的车型整车质量为12.11吨，额定载重质量12.76吨，最大总质量为25吨。

根据力矩平衡的原则，刚开始油缸的举升力矩假设为货车额定装载时的最大力矩，假设质量中心在车厢出去与车架铰接处的几何中心。

得到最大的举升力为5.62吨。

因此得到第三级缸的举升力为5.62吨，再根据运动的实际情况的第二级缸的举升力大小，当第一级液压缸被举升结束时，第二级液压缸被举升，此时根据计算车厢已经被举升一部分，此时车厢与车架的夹角为18.4。

得到余弦值大小为0.9488，假设货物没有被倾倒，所以得到第二级缸的举升力大小为5.326吨。

再次按照上述方法的第三级缸的举升力大小为4.603吨。

3.2.3油缸额定压力的选定

根据油缸举升力的大小和油缸行程，前顶举多级油缸产品特点1）缸筒材料采用45#或强度相当的材料，安全余量大；2）密封圈采用日本华尔卡产品；3）零部件采用数控机床加工，精度易于得到有效保证，生产质量一致性好；4）采用高端的三维设计与仿真软件进行油缸的设计，校核油缸关键部位的强度，进行液压系统与流场的仿真； 5）具有大规模的液压缸试验室，前顶举自卸车油缸生产后，每根油缸均进行出厂试验。

新研制的自卸车油缸进行空、满载性能实验和寿命试验，保证自卸车油缸研制和批产的质量；前顶举自卸车多级液压缸分为：

三级、四级液压缸；额定工作压力19MPa；行程3880～6200mm；最大伸出套筒直径为195mm；油缸推力20-56吨，适用车载40-85吨。

同时当液压缸的额定压力过大时，要求液压缸的密封性较强，使得成本较大，但是如果选定的液压缸额定压力较低时，会使得液压缸的效率较低，综合以上所述，本次液压缸设计选定额定压力为10Mpa。

3.2.4液压缸径的设计与确定

液压缸直径主要是根据收到举升力的大小以与油缸部额定压力所决定的，上面我们已经确定油缸采用10Mpa的压力，再根据各级液压缸所需要的举升力的大小，第一级液压缸第二级液压缸第三级液压缸分别为4.603吨5.326吨5.620吨。

然后根据压力公式以与液压系统的知识，即考虑到缸筒与伸出杆之间的关系得到液压缸的缸径，第一级液压缸第二级液压缸第三级缸的缸径分别为6CM，9CM，13CM。

所有液压缸均采用1厘米导向定位。

第四章举升机构的建模

4.1基本结构的建模

本次设计建模采用UG进行建立模型，通过上述已知，本次采用参数为中国重汽中国重汽HOWO重卡336马力6X4自卸车以下为其车型参数的建模。

4.1.1对车架进行建模

已知车辆参数整车参数：

轴距:

3625+1350mm车身长度:

8.214m车身宽度：

2.496m车身高度：

3.17m整车重量：

12.11t额定载重12.76t最大总质量：

25t

车厢参数：

长度：

5.6m高度：

2.3m高度：

1.2m

在建立三维模型前，在AUTOCAD建立二维模型，以便可以得到尺寸匹配情况，建立二维图，如图4-1所示。

打开UG，建立文件为车架，通过软件中的快捷键，在合适的位置建立长方体，圆柱体，再通过线框的拉伸得到，车门以与车窗，在通过阵列得到车轮上的环形阵列螺钉，再通过镜像体得到另一部分车架，以与车轮，然后按照上述方法建立车架的框架后，建立车头，以与车轮和车轮的挡泥板的基本结构，然后通过软件对其进行一系列的修改，对车架的各个地方进行倒圆角。

建立基本悬架，因为本次设计主要是对液压缸的设计，所以悬架就模糊设计，再在车头后端的车架上设计上螺丝孔，以便固定住液压缸的最后一节缸的尾部，使得其安装车架液压缸支架，通过上述对软件的操作就会得到，车架的主模型。

图4-1车架的二维模型

建立模型后的车架主模型，如图4-2所示。

图4-2车架主模型

4.1.2与车架匹配的车厢的建立

通过上述已知，车厢后端伸出车架60厘米，又由于车厢总长为5.6米，故车厢加载在车架上为5米，下面进行建模，打开UG软件，建立为车厢的文件，首先创建车厢基本模型，建立厚度为0.5厘米的四块薄板，组合成一个车架，再根据尺寸，建立车厢的加强筋，此时应考虑车架上各个框架的位置，目的是建立车厢加强筋时，使得车厢加强筋的位置恰好在车架的框架上，目的使得在货车车厢承载重量时，车厢有足够的强度承受。

初步模型建立以后，在车厢的前围板上，同时打入八个螺丝孔洞，螺丝孔洞必须打在车厢的加强筋上，同时在加强筋上端加上挡板以保证有足够的强度，使得货厢得到举升，然后在车厢尾部相距60厘米的地方，在加强筋上建立两个与车架相连的两个车厢旋转的铰链。

建立车厢模型如图4-3所示。

图4-3车厢模型

4.1.3与车架匹配的车架吊耳建模

建立过程选取文件，然后新建文件弹出“新建”对话框，首先建立一个2厘米长方体，然后在依靠长方体建立一个三角形夹板，在长方体上打入圆孔，方便安装螺栓，同时在三角形夹板上也打入一个5厘米的圆孔，将其圆孔两边进行拉伸，得到一个通孔的圆柱，此圆柱目的是为安装车厢后与车架铰接的转轴。

从而得到车架支架如图4-4所示。

按照同样的方法得到另一个镜像支架。

如图4-5所示。

图4-4车架吊耳

图4-5镜像的车架吊耳

4.1.4与车架匹配车架支架建模

选取文件，选着建模，单击确定，得到建立模型的界面，新建一个2厘米厚的长方体，在建立一样厚度的长方体一个，将两个长方体粘结起来，在一个长方体上打入四个2厘米直径的圆孔，在另一个长方体的中心位置打入一个四个厘米的圆孔，将圆孔拉伸至4.5厘米的厚度，为了插入液压缸最后一节缸的圆柱轴，再将带有大圆孔长方体未连接的两端倒角，从而得到如图4-6所示的车架支架。

图4-6车架支架

4.1.5与车相匹配的车厢吊耳的建模

新建文件模型，建立一个长方体，在长方体上一侧加上一块三角形的加强板，同时在长方体上均布四个2厘米的圆孔，便于安装短螺栓进行车厢吊耳与车厢之间进行固定，在三角形的加强板上一端打入4厘米的圆孔，将其拉伸到4.5厘米，安装液压缸顶部一级缸的转轴，然后在长方体与加强板之间建立一个加强筋，保证货厢足以举升。

建立模型如图4-7所示。

图4-7车厢吊耳

4.1.6所需要的长短螺栓螺帽的建模

打开UG桌面，建立正六方体，在六方体中间位置建立一个直径为2厘米的长圆柱体，点击螺纹按钮，进行倒螺纹，得到长螺栓如图4-8所示，用同样的方法得到短螺栓，如图4-9所示。

图4-8长螺栓

图4-9短螺栓

打开UG创建正六方体厚度为2厘米，在六方体中心位置创建一个圆，再将圆拉伸至通孔，在圆柱孔中就、导入螺纹使得与螺栓配合，得到如图4-10所示。

图4-10螺帽

首先单击第一级液压缸所在的连杆，选择点为第一级液压缸外端圆柱转轴外端圆的圆心，选择转轴为X轴。

单击啮合连杆，选择啮合连杆为车厢所在的连杆中，为保证举升时位置正确，选择点还为上述所说的点，选择转轴为X轴，然后单击应用添加运动副成功。

首先单击第一级液压缸所在的连杆，选择点为第一级液压缸外端圆柱转轴外端圆的圆心，选择转轴为X轴。

单击啮合连杆，选择啮合连杆为车厢所在的连杆中，为保证举升时位置正确，选择点还为上述所说的点，选择转轴为X轴，然后单击应用添加运动副成功。

4.2举升机构的建模

首先单击第一级液压缸所在的连杆，选择点为第一级液压缸外端圆柱转轴外端圆的圆心，选择转轴为X轴。

单击啮合连杆，选择啮合连杆为车厢所在的连杆中，为保证举升时位置正确，选择点还为上述所说的点，选择转轴为X轴，然后单击应用添加运动副成功。

首先单击第一级液压缸所在的连杆，选择点为第一级液压缸外端圆柱转轴外端圆的圆心，选择转轴为X轴。

单击啮合连杆，选择啮合连杆为车厢所在的连杆中，为保证举升时位置正确，选择点还为上述所说的点，选择转轴为X轴，然后单击应用添加运动副成功。

4.2.1液压缸顶部的建模