高位自卸车

12第一章:问题提出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（图1），它能将车厢举升到一定高度后再倾斜车厢卸货（图2,图3）。1.1设计要求和有关数据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1。3.为方便卸货，要求车厢在举升过程中逐步后移（图23）。车厢处于最大升程位置时，其后移量a见表18。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。图1自卸汽车图2高位自卸汽车卸货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，后厢门打开机构图3自卸车厢倾斜角度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。3第二章：方案设计2.1举升机构2.1.1设计要求：1．能将满载货物的车厢在比较水平的状态下平稳地举升到一定高度，最大升程Smax见表1。2．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a3．在举升过程中可在任意高度停留卸货。2.1.2方案一：平行四边形举升机构图2.2平行四边形举升机构原理分析：如图2.2所示，ABCD刚好构成一个平行四边形机构，AB杆在液压缸EF的推动下，可以绕A点转动，CD杆绕C点转动，在整个转动过程中BD（即车厢）始终保持在同一高度，从而实现了车厢平稳举升且逐渐后移的动作。如表2.1为平行四边形举升机构的优缺点比较。优点：1.在举升或下降过程中能够保证车厢一直处于比较水平状态；2.机构简单，易于加工和安装。缺点：1.要实现设计要求的举升量和后移量，需要把CD、AB杆做的比较长，经计算，至少要5、6m长才能实现要求，这已经超过车厢长度，不可能实现；2.液压缸的行程太长。42.1.3方案二：液压缸直推举升机构2.3液压缸直推举升机构原理分析：如图2.2所示，液压缸CD、EF安装在一个与车底座具有相对滑动功能的装置上，该装置在液压缸AB的推动作用下就能实现相对滑动。同时车厢的上升动作由CD、EF液压缸的共同推动来实现。这样在液压缸AB、CD、EF的共同作用下就能够实现车厢举升同时逐步后移的动作。如表2.2为液压缸直推举升机构的优缺点比较优点：1.在举升过程中能够保证车厢处于比较水平的状态；2.机构比较简单，只需要液压缸就能实现举升。缺点：1、需要液压缸的数量比较多，不易控制；2、由于车厢上升是由液压缸直接推动的，而根据设计要求，需要液压缸的推程是1800mm，这会使得液压缸的长度很长，不利于实际生产。2.1.4方案三：剪式举升机构5如上图所示，BD=CD=a，DE=DF=b，液压缸推动B在固定的导轨中水平移动。设举升前BF与水平方向夹角为1，举升后为2。铅垂位移为S，水平位移为X，液压缸的推程为TS2=(a+b)sin2得出：S(ab)(sin2sin1)可以看出上升量S与杆长（a+b）有很大关系，杆越长，上升量S越大。X[2bcos1(ab)cos1][2bcos2(ab)cos2](ba)(cos1cos2)后移量X与a、b的差值有关，所以D点不能为两杆的中点，否则将不能产生后移量。大于0，可知b大于a。如果b很小，则a更小，于是杆长（a+b）很小，与上升量要求杆长（a+b）大相矛盾。如果将b设计的很大，除了将使液压缸推程增大，还会使EF的距离较小，影响了车厢工作的稳定性，特别是在车厢翻转卸货时，这种影响尤为显著。为了消除这种影响，可将D取为两杆的中点，同时，为了使车厢在上移时能够逐渐后移，需要将F点换成滑动铰链，而E点换成固定铰链S=(a+b)sin11液压缸推程与b成正比，要想小的液压推程实现大的上升量，则bTb(coscos)应该设计的很小。可是根据后移量X=(ba)(cos1cos2)6由于此时D为BF、CE的中点故在车厢上移过程中，E与B,F与C始终在一条直线上；同时由于B点向后移动，故车厢上的E点也随之后移，于是整个车厢就向后移动。设BF=CE=1，举升前C、D与水平的夹角为1，举升后为2，上移量S，后移量D，则有：上移量：Sl(sin2sin1);后移量：Dl(cos1cos2)7这样车厢上移量和后移量就很好的协调了。该机构有以下优点：1.结构简单，紧凑；2.液压缸小的推程能实现大的上移量；3机构的受力情况较好；4可靠性高，能满足工作要求。下面对该设计进行具体数据计算：如图所示，B1,E1为未举升BE的位置，举升后为B2,E2由l22)(dHax22)(xHSd得：x=aSHaS2222可知a越大，x越小。设计要求amax1.2a0.336m在上式子中取a=0.336m,S=1m，Hd=0.45m，代入式子，得x=2.66m满足x+a=2.996L=3.7,符合设计要求，l22)(dHaxm液压缸的行程T=0.336m举升前的水平的夹角a1=arctan(Hd)/(x+a)=arctan0.45/2.996=8.54举升后的水平的夹角为a2=arctan(S+Hd)/(x)=arctan1.45/2.66=28.60假设固定铰链E距车厢前段距离n1=0.4m，则在未举升时滑动铰链F距车厢后端距离车厢尺寸（L×W×H）mmSmaxmmammWkgLtmmHdmm3700×1800×620200028040002504508n2=L-n1-(x+a)=0.304m,举起后n2=n2+a=0.64m.2.1.5安装图如下：综上可知：杆CE长度：3.0296m杆BF长度：3.0296mEF初始状态的距离为：2.996m铰链E距车厢前段距离：0.4m滑动铰链F距车厢后端距离：0.304m举升后滑动铰链F距车厢后端距离：0.64m液压缸的行程0.336m举升前水平夹角18.54举升后水平夹角228.6092.1.6机构运动分析：(1)速度分析：设油缸匀速运动，它的速度即B的速度为bV=0.005m/s，由于四边形BCEF在每个位置都为矩形，所以车厢E点的水平分速度bV=xV，所以车厢的速度即为E点的绝对速度sinsinexeVVV,车厢上升的速度tantanbxyVVV。当车厢刚要上升时角度最小，上升到最高位置时角度最大。根据举升前水平夹角1=8.54；举升后水平夹角2=28.60得：10车厢初速度：eV=1sinbV=0.337m/s,车厢上升初速度sinsinexeVVV=0.333m/s车厢末速度：2sinbeVV=0.104m/s,车厢上升末速度2tanbyVV=0.092m/s(2)加速度分析：E的加速度由切向加速度和法ta相加速度na合成，na=lVe2,ta=dtdVe222222)()(lVdtdVaaaeentetnaaarctan2.2翻转机构2.2.1设计要求：111.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。2.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。2.2.2翻转机构方案一说明：该机构安装在横梁上，液压缸和车厢都将会被举升到一定高度；优点：1、结构简单紧凑;采用单缸时，容易实现三面倾斜；2、油缸垂直下置时，油缸的推力可全部作为车厢的举升力，因而所需的液压缸功率较小；3、该翻转机构是安装在车中间的，故不会与举升机构发生干涉。缺点：液压缸进程比较大，而且要求液压缸性能好2.2.3翻转机构方案二说明：该机构同样安装在横梁上，液压缸和车厢都将会被举升到一定高度；优点：121.结构简单紧凑；2.缩短了液压缸的进程，且效率较高；3.该翻转机构是安装在车中间的，故不会与举升机构发生干涉。缺点：要求精度比较高。方案二的机构分析倾斜机构如图（1）和图（2），图（3）所示。以点E为坐标原点，竖直向上为y轴正向，水平向右为x轴正向建立直角坐标系。图一中E(0,0),A(700,0),B(1500,50),C(1100,0),D(500,150),有原始坐标可以求出杆长AB=802,BC=412,CD=600,DB=1001,EC1=1110,EC2=1382,EC3=1670,液压的最大变换长度560，满足以较小的伸长长度达到所需的30度倾角和55度倾角。图（1）13图（2）图（3）142.3后厢门打开机构2.3.1后厢门打开机构方案一机构分析：该机构采用的是自锁装置，当车厢翻转时，推动YZ杆使滑动块向前移动，从而使形状如爪子的X装置在弹簧由压缩到恢复的状态下，使后厢门的圆扣自动脱离爪子，也就达到开门状态。当卸货完毕，车厢恢复水平状态，后厢门依靠重力也随之可靠关闭。优点:设计具有创意、巧妙性，且思路清晰缺点：1.该机构在箱门开启之后就不能对箱门的位置进行控制了，使得箱门在空中有比较大的晃动，没有实现与车厢的联动；2.该机构需要在箱体底部加装一个自动倒锁，而该倒锁就需要一套装置来进行控制，如果要实现自动锁死的话，就还需要设计一套机构或是加装传感器，而且还需精确设计，这样以来，成本将会提高。2.3.2后厢门打开机构方案二15机构分析：该机构采用了一套平行四边形机构(图中的ABCD)，其中AB为机架，边CD与车厢尾部固定在一起，这样当车厢顺时针翻转时，CD边绕D点顺时针转，从而带动杆AC，BD运动，因为CD是和DE焊在一起的，且与CD垂直，这样就能保证DE永远垂直于水平面，这样就实现了后箱门的联动。优点1．该方案的结构比较简单、紧凑；2．能够确保车厢门的打开和关闭的时候的准确位置；3．尺寸易于计算，加工装配简单。第三章：机构综合根据以上各机构方案设计与比较，最后确定各机构方案如下3.1.1举升机构163.1.2翻转机构3.1.3后厢门打开机构173.2机构总图18第四章：结束语由于在货物运输中，有大量的散货（如煤、沙等）是由汽车、火车等运输工具运送，在卸载时，不需要担心货物的破损，但是，却需要大量的人力，而且，由于作业现场会出现大量的粉尘，工人的工作条件极其恶劣，因此我们小组综合机械原理和机械设计所学的知识，提出了“高位自卸汽车”的设想，并进行立项。经过最初的讨论研究们我们小组提出了整体设计方案，主要对卸货箱的运动方式进行设计、研究，巧妙的利用《机械原理》课程中所学的知识，设计出符合要求的方案。通过这次机械综合设计，我们发现了很多问题，看到了自身的不足，同时也收获了很多东西：1.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。2.通过对相关问题的检索，我们对相关文献和资料的收集和分析的能力有了一定的提高。3.从团队组建到成员分工，我们合理的分配任务，相互帮助，相互协调，共同合作把团队任务做好。在这个过程中，我们学到了处理工程实际问题的能力，并很好的提高了自己的团队精神。4.通过这次综合设计，我们综合应用数学、力学、机械原理等课程知识，提高了我们对学科的综合能力。5.我们还发现自身对机械原理的理论知识存在一定的误区，看到了理论和实际的区别，建立了从实际问题入手按照设计要求进行机构设计的能力。6.通过经历从产品构思到设计的全过程，使我们了解和掌握工程问题的定义（功能和性能）的过程和方法；提高了将工程设计问题转化为数学、力学分析模型的能力。致谢感谢学校，感谢机电工程学院给我们这次设计的机会，让我在学习之外，积累了更多的经验，体验了设计的乐趣，给我的校园生活增添了更多色彩。感谢我们的陈凤腾老师。本课题在选题及研究过程中得到陈老师的悉心指导。他严肃的科学态度，严谨