过控 1201
3201Z型自卸车
举升机构设计
YAN Tao-ping
交通工程大学
淮阴工学院
淮安,中国
邮箱: ytp709803816@sohu.com
摘要:举升机构是自卸车结构的重要组成部
1)直升式
分。它直接关系到自卸车的使用性能和整体布
局。它是决定自卸车设计最重要的因素。3201Z
型自卸车使用EQ3208GJ型卡车底盘,其技术特性参
数是已知的。通过分析和比较多种方案,最终
确定使用油缸前推式四连杆升降机构作为3201Z
型自卸车的举升机构。同时文中分析了举升机构
的工作原理,起重装置的几何尺寸及材料和其它
结构参数的选取;并使用图形法,对机械起升
机构进行了力学 分析和强度校核。包括杆的强
度校核以及销轴的强度校核。
自卸车举升机构中的直升式举升机构。
图1显示了前端直升类型的升降机构。直升
式的,没有联动机制,采用两段或三段式升
降伸缩油缸。工作时,前端车厢升起,ACK
端的货物被倾倒下。这一机构经常用于散装
货物的卡车。
关键词:自卸车 举升机构 方案选择
设计 强度计算 校核
I.引言
随着我国基础建设的加快,对自卸车的需求
量大大增加。各种场地的自卸车随处可见,如
公路施工现场,大型建筑工地。它的优点是装
卸迅速,而且卸载劳动强度小。
图1直升式
2)组合连杆式
图2显示的结构具有举升平滑,横向刚度好的
优势。起 重时,连杆升降,连杆轴支架的水平
反力较小,对车厢底 部骨架应力均匀。缺陷是
机构的“三角臂”较大。
3201Z型自卸车是由EQ3208GJ型卡车底盘改
造而成的,其技术特性参数是已知的。采用汽
车发动机驱动液压升降机构(取力器-传动轴
液压泵-举升油缸),它将货厢升到一定角度
卸货,并依靠车厢的重量进行复位。它的最大
举升重量是151312 N。车的发动机型号
是EQB210-10。发动机最高转速2500r/min,
用于大型公路运输车辆[1]。
II.对自卸汽车举升机构的设计
举升机构是自卸车结构的重要组成部分。它
直接关系到自卸车的使用性能和整体布局
图2连杆组合式
考虑车的工作条件,决定选择连杆组合式举
升机构。接下来将提出这种连杆组合式举升机
构的设计方案[2]。
A.方案选择。
目前,自卸车的自卸机构大多采用液压驱动
系统。液压泵驱动机构工作。举升机构一般可
分为2类:
`Igrave;i`Ecirc;Uuml;Igrave; Ecirc;Igrave; iEcirc;`iEcirc;Ucirc;iAgrave;Atilde;Ecirc;vEcirc;
vYacute;Ecirc;*Agrave;Ecirc;*Ecirc;`Igrave;Agrave;Ecirc;
978-1-4244-9439-2/11/$26.00 copy;2011 IEEE
1165
/Ecirc;Agrave;iUcirc;iEcirc;Igrave; Atilde;Ecirc;Igrave;Vi]Ecirc;Ucirc;Atilde;Igrave;Ecirc;
Uuml;Uuml;Uuml;°Vi°VEacute;Otilde;V° Igrave;
B.连杆组合式举升机构的工作原理
连杆组合式举升机构(见图3),主要由举升油
L = 1165mm
0
缸EC,拉杆BD和三角臂ABC构成,D点连接副车 最大有效工作行程
架车厢铰链,点E是升降油缸与车架连接点,O点
L= 780mm
是车后副车架的连接点, 即连接翻斗车厢。
工作时油缸充油,使油缸EC拉长,随着三角
臂ABC拉 杆BD旋转上升,举起车厢,绕着O点旋
转卸货后,依靠车厢自身的重量使其复位。
theta;max——车厢最大的举升角度,指的是升降机构
可以现车厢相对水平线倾斜的最大角度。一般
举升角50 ̚60 ,和车辆最大的运输量有关。
O
O
举升的角度 theta; max = 50
O
R——经验系数,根据油缸最大工作行程L选定
R= 175
x = 175times; 780= 2730mm
因此有:
A0
50
图3连杆组合式机构的设计方案
x = 2725mm
A0
考虑结构安排,选取
C.确定提升装置的几何尺寸
举升机构在初始位置所占据的空间愈小愈好,
以保证结构紧凑。各部件运动不相互干涉,能
协调运行。
用作图法来初步确定每个铰链支点的位置和
每个组件 的几何尺寸,如图3所示。
A垂直方向应尽可能充分利用靠近车厢底部
O
减少油缸陷入副梁的深度。确定A 到车厢底板
O
的距离是83,已知底板纵梁高180,所以
y = 205minus;118 180minus; 83=184
A0
mm因此A点
O
的坐标是(2725,184)
1)对车厢和车架铰支点的确定
3)液压油缸与副梁铰链支点E的确定
车厢后铰支点O应尽量靠近车架大梁的尾
端。已知车厢副梁高205,长4505,考虑结构
布置的空间,取水平方向距离副车架的尾
部146,垂直方向离梁下沿118作为车厢后
铰支点。并以车厢的后铰支点为坐标原点
(0,0)描述四连杆运动。x轴平行于车架平
面指向前方。
由于油缸具有相当大的尺寸, 以及开始举升
时,为了减少油缸的工作压力,油缸必须具有
一定的数值初始倾斜角度。因此,E点相对于O点
的垂直距离,由结构决定的最小值确定,取y =
-14。用经验公式得到E的x轴坐标:
E
xE = x minus; 0.5L minus; 0.2L 400
A0
0
2)车厢放平时举升机构与A 确定
Ow
=
= 2387mm
minus;
times;
minus;
times;
2725 0.5 1165 0.2 780 400 (2)
车厢前铰支点A 坐标˄xAO ,y ˅可以通过
O
AO
经验公式计算
RL
=
theta;max
考虑到结构布置的安排,取Ex为2378,所
以E点的坐标(2378,14)。
公式
x 0
a
(1)
在这个公式中:
4)车厢放平时三角臂的中支点C 坐标和长
0
度A C
L:最大工作行程是气缸的最大工作行程,是
指当车厢复位时小车的行程在最大角度和长度
的状态。它既反映了液压油缸的结构参数,
也表达了举升机构的使用性能参数。参考类
似型号的油缸,该车有最初的油缸自由长度
0 0
C 是油缸上支点。车厢放平时C点应尽量靠
0
0
近车厢的底部,要充分利用上部空间,从而减
少油缸 BDCE沉入副梁中的深度。
令C点在A垂直方向下90
0
O
yC0 = 184minus; 90= 94mm
`Igrave;i`Ecirc;Uuml;Igrave; Ecirc;Igrave; iEcirc;`iEcirc;Ucirc;iAgrave;Atilde;Ecirc;vEcirc;
vYacute;Ecirc;*Agrave;Ecirc;*Ecirc;`Igrave;Agrave;Ecirc;
1166
/Ecirc;Agrave;iUcirc;iEcirc;Igrave; Atilde;Ecirc;Igrave;Vi]Ecirc;Ucirc;Atilde;Igrave;Ecirc;
Uuml;Uuml;Uuml;°Vi°VEacute;Otilde;V° Igrave;
数据代入为:
F = Gtimes; x
车厢放平时油缸长度应略大于油缸最小长度
约15,保证车厢能放平,油缸不会干涉。根
据结构布置,设置水平方向C 在A之前805
151312times;1664= 104004N
GO
=
FA
LOFA
2420.9
0
O
xC0= 2725 805= 3530mm ,
C点坐标(3530,94)
0
AC= A C = 80
2
805
= 810mm
2
0
0
5)车厢放平时拉杆BD与三角臂铰接点B 确定
图4 举升机构力学分析图
0
连接OA ,并将OA绕点O向上转50角,
O
A
0
0
0
B.以三角臂做受力分析(见图5):
转到A点。以A为圆心,A C为半径画圆弧,再
0
0
以E为圆心, 考虑液压油缸工作中的误差,
取1165 780-10=1935 为半径画圆弧,两个
圆弧交点C,连接EC和AC作ang; EC˃B˃=5 嘙
。 又以 C为顶点 , C B为边 , 作
ang; A B C =ang; A˃B˃C˃,根
据结构允许尺寸
0 0 0
取BC=C B =260,连接A B ,A B,调
0
0 0
0
0
0
0
整 B 点位置 ,使得 A B , B C 为整
数,AB=A B = 950,BC= B C =260,
图5举升机构力学分析图
0
0
0
0
然后由此确定的 B坐标 (3615,-152)。Delta;A B C 力矩平衡方程brvbar; M = 0
0
0
0
嘙
B
和Delta;ABC为theta;=0
置。
0
和theta;=50三角臂所处的位
o
F times; LBECminus; F times; LBAF = 0 (4)
即
EC
AF
已知: F = F
6)拉杆与副梁铰接点D及拉杆长度的确定
作B B˃的垂直平分线y=y 于点D,y 为
AF
得到最大的气缸提升力
FA
0
D
D
结构允许的连杆与副梁铰支点的最高位置,
取y = 175。调整D点位置使DB 为整数,最后
确定D点坐标为(2170,175)。拉杆长
F times; LBAF = 104004times;582.7= 239538.06N
F = FA
EC
D
0
LBEC
253
度L =1480。
brvbar;
DB
M A = 0
同时
当机构升降的角度theta;=0
O
,L 是O点到直
OFA
线F A 的距离,L 是点B 到直线EC 的距
FBD
times; LABDminus; FECtimes; LAEC = 0 (5)
即
0
0
BEC
0
0
杆上最大拉力
= FEC
times; LAEC = 239538.06times;164.7
LABD 131.5
离,L 是点B 到直线 A F 的距离,L 是
BAF
0
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