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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1專用汽車的概念和分類
專用車輛是為了實(shí)現(xiàn)各類專項(xiàng)作業(yè)的車輛。
我國(guó)對(duì)“專用汽車”定義為：裝置有專用設(shè)備，具備有專用功能，用于承擔(dān)專門運(yùn)輸任務(wù)或?qū)ｍ?xiàng)作業(yè)的汽車和汽車列車。
我國(guó)的專用汽車劃分為：廂式汽車、罐式汽車、專用自卸汽車、起重舉升起車、倉柵汽車和特種結(jié)構(gòu)汽車等六大類。其中專用自卸汽車的定義為：裝有由本身發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓舉升機(jī)構(gòu)，能將車箱卸下或使車箱傾斜一定角度，貨物依靠自重能自行卸下的專用汽車。
1.2擺臂式自卸車的概念
擺臂式自卸汽車是自卸汽車中的一種，以其顯著的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。擺臂式自卸汽車擺臂可以平移起落貨箱，它同時(shí)具有貨物和箱體自動(dòng)裝卸的功能，而且兩種功能由同一個(gè)車載工作裝置完成。由于它具備自動(dòng)裝卸箱體功能，裝貨時(shí)一般均將箱體卸下降低裝貨高度，裝滿貨后，則將箱體自動(dòng)裝車并運(yùn)輸。該車使用方便，運(yùn)輸效率高，擺臂式自卸汽車又依其特有的機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于小噸位貨物的運(yùn)輸。如今經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大,城市人口快速增長(zhǎng),導(dǎo)致了城市垃圾量也急劇上升,隨之而來的是固體生活垃圾的處理越來越受到人們的重視。城市固體生活垃圾的處理大體有3種形式：分類回收、焚燒、和填埋。而不論采用哪種處理方式,其最終的處理場(chǎng)所均需遠(yuǎn)離城市居民區(qū)。而垃圾從城市到處理場(chǎng)所的運(yùn)輸就需要方便、快捷的交通運(yùn)輸工具，垃圾車就擔(dān)當(dāng)了每天上千噸（中等城市）的固體生活垃圾的運(yùn)輸?shù)闹厝?。擺臂式垃圾汽車以其顯著的特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于城市垃圾的運(yùn)輸，并且方便。所以為了更好的滿足城市固體垃圾運(yùn)輸?shù)男枨?擺臂式垃圾車的改裝技術(shù)需要快速的發(fā)展，這就需要我們?cè)O(shè)計(jì)人員的不斷努力來實(shí)現(xiàn)。
1.3擺臂式自卸車的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和內(nèi)容
擺臂式自裝卸汽車有后裝卸式和側(cè)裝卸式兩種。后裝卸式被廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)擺臂式自裝卸汽車時(shí)，首先要選擇合適的底盤。選擇底盤的主要依據(jù)是：裝載質(zhì)量、道路條件、運(yùn)輸貨物的特性（如密度、安息角等）、運(yùn)距等。在沒有專用汽車底盤的情況下，通常選用短后懸的普通自卸汽車底盤，這有利于擺臂布置、結(jié)構(gòu)緊湊。
汽車底盤選定后，擺臂式自裝卸汽車的主要尺寸參數(shù)如軸距、輪距等也就隨之確定了。車輛的外廓尺寸（長(zhǎng)、寬、高）原則上不應(yīng)超過選用汽車的外廓尺寸，若因布置困難略有突破，但也要控制在法規(guī)允許的尺寸界限以內(nèi)。
擺臂式自裝卸汽車的轉(zhuǎn)載質(zhì)量m隨車輛用途而異。用于一般運(yùn)輸?shù)臄[臂式自裝卸汽車，多采用中、輕型貨車底盤改裝而成；而工地礦山專用擺臂式自裝卸汽車采用重型貨車底盤改裝而成。目前，國(guó)產(chǎn)擺臂式自裝卸汽車裝載質(zhì)量m有2t、4.5t、8t、9t和12t幾種。
擺臂式自裝卸汽車的質(zhì)量利用系數(shù)比所選原車的低，通常=0.9左右。擺臂式自裝卸汽車的軸載質(zhì)量及其分配，原則上應(yīng)該與原選的車輛相接近。但是，由于增加了主要部件，例如油缸支腿、擺臂、副車架等均布置在汽車后部，容易導(dǎo)致后軸軸載質(zhì)量超限。因此，總布置設(shè)計(jì)是應(yīng)將車廂適當(dāng)前移，以滿足軸載質(zhì)量及其分配比例符合原車要求。
擺臂式自裝卸汽車的離去角最小值不能小于17。擺臂的最大擺角是指擺臂從初始位置繞擺臂軸旋轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)擺臂所轉(zhuǎn)過的角度。值決定了車廂傾卸角的大小，同時(shí)也決定了車廂起吊的深度h。因此是擺臂式自裝卸汽車設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)車輛用途，并參考同類型汽車來選取。
設(shè)計(jì)時(shí)，車廂的滿載吊裝時(shí)間不應(yīng)該超過60s。而滿載吊卸時(shí)間可縮短為50s左右，吊裝、吊卸時(shí)間相對(duì)整個(gè)運(yùn)輸過程來說是相當(dāng)短的，故對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)率的影響不會(huì)很大，沒有必要追求過快的吊裝、吊卸速度。此外，過快的吊裝、吊卸還會(huì)造成沖擊，對(duì)液壓元件提出較高的要求。
1.4擺臂式自卸車的設(shè)計(jì)線路
本設(shè)計(jì)技術(shù)路線如圖1.1所示。
方案選擇
選擇二類底盤
滿足專用汽車相關(guān)設(shè)計(jì)要求
車輛的總體布置，舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
傾卸裝置、液壓裝置的設(shè)計(jì)計(jì)
完成總裝配圖
整車性能分析計(jì)算
技術(shù)路線圖1.1
第2章 總布置方案的設(shè)計(jì)及分析
2.1 底盤選擇
專用汽車底盤選型的好壞對(duì)專用汽車性能影響很大。目前，改裝專用汽車選用的底盤主要是二類或三類汽車底盤，也有為某些專用汽車設(shè)計(jì)的專用底盤。汽車底盤的選擇或設(shè)計(jì)專用底盤主要根據(jù)專用汽車的類型、用途、裝載質(zhì)量、使用條件、專用汽車的性能指標(biāo)、專用設(shè)備或裝置的外形尺寸、動(dòng)力匹配等來決定。
所謂的二類底盤就是在原車的基礎(chǔ)上去掉貨廂剩下的部分就是我們所要選用的二類底盤。車輛的改裝就是在二類底盤的基礎(chǔ)上加裝專用裝置或者所需要的特種車身。而改裝設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)就是整車的總體布置和專用裝置的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)若嚴(yán)格控制了整車總質(zhì)量、軸載質(zhì)量分配、質(zhì)心高度位置等，則基本上能保持原車型的主要性能。但是，還要對(duì)改裝后的整車重新作出性能分析和計(jì)算[1]。
2.1.1二類底盤的選擇原則
1、適用性[2]
對(duì)貨運(yùn)車輛的總成應(yīng)適應(yīng)貨運(yùn)的要求。保證貨運(yùn)的安全無損。
2、可靠性
所選用的總成應(yīng)該工作可靠，出現(xiàn)故障的幾率要小，零部件要有足夠的強(qiáng)度和壽命，而且同一車型總成的零部件的壽命要趨于均衡。
3、先進(jìn)性
所選用的底盤或總成，應(yīng)使整車在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性、通過性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平.而且在專用性能上要滿足國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
除了以上的原則外底盤的選擇還有兩個(gè)不可忽略的因素，一是汽車底盤價(jià)格，它是專用汽車購置成本中很大的部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產(chǎn)品能否很快地占有市場(chǎng)、企業(yè)能否增加效益等問題。二是汽車底盤供貨要有來源，要同生產(chǎn)汽車底盤的主機(jī)廠有明確的協(xié)議或合同，無論汽車底盤滯銷或緊俏，一定要按時(shí)將底盤供貨。
2.1.2底盤選擇
EQ1040型平頭柴油載貨汽車主要性能參數(shù)如表2.1：
表2.1 EQ1040底盤參數(shù)
車型
EQ1040TJ20D3
裝載質(zhì)量(kg)
1000
整車整備質(zhì)量(kg)
3365
總質(zhì)量(kg)
4495
底盤型號(hào)
EQ1040TJ20D3
車廂尺寸(長(zhǎng)*寬*高)mm
5995×2000×2900
軸距(mm)
3300
最小離地間隙(mm)
240
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
YC4F90-30
最高車速(km/h)
90
最小轉(zhuǎn)彎半徑(m)
14
最大爬坡度
30%
百公里油耗
8.2
制動(dòng)距離(m/30km/h)
8
車胎類型與規(guī)格
7.00R16
2.2車架的設(shè)計(jì)
為了是汽車主車架承受盡可能均衡的載荷，在專用車廂或?qū)Ｓ醚b置與車架之間多采用副車架過度。
1、副梁的截面尺寸及形狀
圖2.1 副梁截面形狀
專用車輛副車架的縱梁（副梁）多采用如圖2.1所示的槽形截面。其截面主要尺寸取決于專用車輛的種類及其所受載荷的大小[3。
由于本設(shè)計(jì)是擺臂式自卸汽車，所以選擇了如圖2.1的形狀，其中是標(biāo)準(zhǔn)的槽鋼，其中的型號(hào)是。
2、副梁的前端形狀及其位置
(a) (b)
(c)
(a)U行(b)角行(c)L行
圖2.2 副梁的前端形式
（a) 鋼質(zhì)副梁 （b) 硬木質(zhì)副梁
圖2.3副梁形式
為了避免由于副梁剛度的突然變化而引起汽車車架縱梁的應(yīng)力集中，副梁前端形式應(yīng)該采用逐步過渡的方式。例如采用如圖2.2的三種過渡形式。
圖2.2中，對(duì)于U形前端形狀：
對(duì)于角形前端形狀：
對(duì)于L形前端形狀： ，
對(duì)于這三種不同形式的副梁前端，在其與車架縱梁相接觸的翼面上都加工有局部斜面，斜面尺寸如下：
mm, mm
如果加工成這類形狀有困難時(shí)，可以采用如圖2.3所示的副梁前端簡(jiǎn)易形狀。此時(shí)斜面尺寸較大，如：
對(duì)于鋼質(zhì)副梁：mmmm mmmm
對(duì)于硬木質(zhì)副梁：mmmm
3、副梁的前端簡(jiǎn)易形狀
副梁在車架上安裝的時(shí)候，其前端應(yīng)該盡量靠近駕駛室越近越好。
以上的三種形式中角形端面的副梁被廣泛的應(yīng)用，考慮到本設(shè)計(jì)的需要和車輛的負(fù)載情況，本設(shè)計(jì)中選擇了角形截面的副梁作為擺臂式自裝卸汽車的副梁。
4、副車架與車架的連接
典型專用車設(shè)計(jì)中，副車架與主車架的連接方式主要有三種分別是：止推板連接、連接支架連接、U形夾緊螺栓連接。
綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用止推板連接。因?yàn)橹雇瓢暹B接止的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對(duì)水平位移。
5、副車架的形狀
本設(shè)計(jì)最初的方案中副車架形式有兩種，如圖2.4 和圖2.5，圖2.4所示的副車架是最常見的形式，其副梁和橫梁均采用標(biāo)準(zhǔn)的槽鋼，副梁采用的是碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235型號(hào)是12.6，橫梁采用的是同樣的材料型號(hào)是18a，但是這種車架需要在副車架上裝有托架才能滿足該專用車的工作要求，這樣就增加了專用車的重心高度，穩(wěn)定性降低，而且還增加了整車的質(zhì)量，主車架受力增加，另外成本也增加了。圖2.5所示的副車架是根據(jù)本設(shè)計(jì)中的需要而設(shè)計(jì)的，它安裝在主車架上，重心高度降低了，其橫梁和縱梁焊接在一起，主副車架之間裝有橡膠墊板，而且能夠滿足專用車的工作要求，此方案簡(jiǎn)單實(shí)用。綜上所述，本設(shè)計(jì)中選擇了方案一種的設(shè)計(jì)，即圖2.4中的結(jié)構(gòu)。
a）副車架 b）副梁斷面
圖2.4 副車架的形式
圖2.5副車架的形式
2.3 托架的設(shè)計(jì)
托架布置在副車架上，它的上面可以布置專用裝置，例如：液壓缸、擺臂、貨廂等。托架通過副車架將車上的承載傳遞給主車架。托架的形式也有很多種，本設(shè)計(jì)初設(shè)計(jì)的托架的形式有三種，現(xiàn)介紹如下：
2.3.1方案一
如圖2.7所示，本方案中的托架有四根縱梁，其中中間的兩根縱梁采用的形式和副車架的相同，外邊的兩根縱梁采用同樣的材料，主要布置液壓缸，其中尾部是布置擺臂軸的，托架的橫梁采用的是與副車架的橫梁同樣的材料同樣的型號(hào)，中間的縱梁是用來與副車架的連接的，本方案最初設(shè)計(jì)時(shí)是沒有副車架的，直接用托架的中縱梁與主車架連接，但是考慮到載荷的均布，和托架的承載，還有對(duì)本設(shè)計(jì)中的車輛，如果將托架及其上的專用裝置一起去掉，剩下的二類底盤及副車架還可以進(jìn)行其他的改裝設(shè)計(jì)，即再次應(yīng)用，所以還是選擇了有副車架的方案[4]。
圖2.6 托架
2.3.2方案二
本方案中的托架形式基本與上一方案相同，主要區(qū)別在于沒有中間的縱梁，其橫梁直接與副車架相連接，連接采用擋塊和U形螺栓相結(jié)合的方法，擋快是用于控制托架相對(duì)于副車架的縱向竄動(dòng)，但是此方案的連接機(jī)構(gòu)過于繁瑣，增加了制造成本。所以本設(shè)計(jì)中舍棄了此方案[5]。
2.3.3方案三
如圖2.8所示，此方案中托架的形式也是在沒有副車架的情況下應(yīng)用的，如果有副車架增加了整車的高度，同時(shí)也提高重心的位置，這樣將對(duì)本設(shè)計(jì)中的車輛的性能有很大影響。
圖2.7托架
綜上所述，考慮到以上的各種特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中選擇了最合適的托架形式，就是方案一中的托架的形式，即圖2.6所示的形式。
2.4 總布置方案分析與選擇
2.4.1總布置的原則
專用汽車總體布置的任務(wù)是正確選定整車參數(shù)，合理布置工作裝置和附件，使取力裝置、專用工作裝置、其它附件與所選定的汽車底盤構(gòu)成相互協(xié)調(diào)和匹配的整體，達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書所提出的整車基本性能和專用性能的要求[6]。
1、盡量避免對(duì)汽車底盤各總成位置的變動(dòng)，因?yàn)橐恍┛偝刹考恢玫淖儎?dòng)，不僅會(huì)增加成本，而且也可能影響到整車性能。但有時(shí)為了滿足專用工作裝置的性能要求，也需要作一些改動(dòng)，如截短原汽車底盤的后懸、燃油箱和備胎架的位置作適當(dāng)調(diào)整等。但改變的原則是不影響整車性能。
2、應(yīng)滿足專用工作裝置性能的要求，使專用功能得到充分發(fā)揮。
3、裝載質(zhì)量、軸載質(zhì)量分配等參數(shù)的估算和校核為適應(yīng)汽車底盤或總成件的承載能力和整車性能要求，在總布置初步完成后應(yīng)對(duì)某些參數(shù)其中最主要涉及的是裝載質(zhì)量的定和軸載質(zhì)量的分配進(jìn)行估算和校核，這些參數(shù)對(duì)整車性能有很大影響。若不滿足要求.應(yīng)修改總體布置方案[7]。
4、減少整備質(zhì)量，提高裝載質(zhì)量由于專用汽車工作裝置的增加，使得專用汽車的整備質(zhì)量比同類底盤的普通貨車要增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般自卸車要增加耗材5%～10%，一般罐式車要增加耗材15%～25%，因此，減少整備質(zhì)量，充分利用底盤的裝載質(zhì)量，增大裝載質(zhì)量，是專用汽車總布置的一個(gè)重要的原則。
5、應(yīng)符合有關(guān)法規(guī)的要求例如對(duì)整車的長(zhǎng)、寬、高、后懸等尺寸在相關(guān)法規(guī)中都有明確的規(guī)定，一定不能超出標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2.4.2總布置方案的確定
本設(shè)計(jì)中考慮到以上總布置的原則，做出了以下的布置方案：
1、 尺寸參數(shù)參數(shù)的選用和計(jì)算
尺寸參數(shù)主要是指汽車的車輛長(zhǎng)、車輛寬、車廂尺寸、前懸和后懸[8]。
(1)車輛長(zhǎng)、寬、高
外廓尺寸直接影響汽車的總體布置和結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)量分配和各種使用性能。一般情況下，在保證基本性能和結(jié)構(gòu)布置允許時(shí)，應(yīng)該盡可能地減小軸距。汽車軸距減小，將可以減輕汽車的自身質(zhì)量，提高質(zhì)量利用率，充分發(fā)揮汽車的動(dòng)力性和通過能力。但過小的軸距將會(huì)影響運(yùn)動(dòng)中的質(zhì)量分配，使汽車的制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞。軸距的選定有一個(gè)認(rèn)識(shí)的過程，一般是通過類比的方法，考慮到專用設(shè)備的安裝和使用，初選一個(gè)數(shù)值，再對(duì)汽車的各種使用性能進(jìn)行計(jì)算以及其他相關(guān)尺寸的確定后，在綜合選定一個(gè)滿意的數(shù)值。對(duì)于專用汽車特殊性，選取汽車軸距時(shí)，也一定考慮所設(shè)計(jì)汽車的使用性。
一般說來，在標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定極限尺寸下，降低汽車的的高度，將降低汽車的質(zhì)心，對(duì)汽車的各種使用性能都有好處。
本設(shè)計(jì)中車輛的長(zhǎng)、寬、高的尺寸是：5995mm2000m2900mm。
(2)車廂尺寸
汽車的車廂尺寸主要指的是車廂的內(nèi)部尺寸，即車廂內(nèi)部有效裝載容積。車廂尺寸對(duì)汽車的質(zhì)量分配而帶來的汽車使用性能的變化十分顯著。設(shè)計(jì)時(shí)必須引起足夠的重視?？紤]車廂的裝載能力，對(duì)于貨車必須根據(jù)所載貨物的平均容積質(zhì)量以及所設(shè)計(jì)汽車的裝載能力，對(duì)于客車則依據(jù)人體的平均質(zhì)量以及由人體工程學(xué)做推薦的乘坐空間[9]。
本設(shè)計(jì)中的車廂根據(jù)所裝載貨物的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了半封閉的車廂，為了防止所裝載的貨物會(huì)對(duì)環(huán)境進(jìn)行二次污染。內(nèi)部尺寸是 （2400+1500）mm1600mm900mm，外部尺寸是（2700+1800）mm1900mm1200mm。
其中計(jì)算過程如下：
城市垃圾密度:（0.2-0.4）kg/m
裝載質(zhì)量：1000kg
可得貨箱容積：
內(nèi)部尺寸可以設(shè)計(jì)為（2400+1500）mm1600mm900mm
外部尺寸為（2460+1560）mm1660mm960mm，其中貨箱壁厚為30mm。
（3）前懸和后懸
多數(shù)專用汽車在改裝設(shè)計(jì)中，一般都沿用所選底盤的前懸和后懸尺寸，因此，影響汽車的總體尺寸和有質(zhì)量分配所帶來的各種使用性能的變化主要是汽車后懸與軸距的選取。軸距初定后，后懸增長(zhǎng)將會(huì)減少汽車的前軸的軸載質(zhì)量，從而影響汽車的操縱性，甚至導(dǎo)致后軸的超載。同時(shí)，過長(zhǎng)的后懸將使汽車的機(jī)動(dòng)性能和通過性，還有行駛安全性破壞。因此，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)許可的范圍內(nèi)盡可能地縮短汽車的后懸尺寸。
本設(shè)計(jì)中的車輛的前后懸的具體尺寸是前懸：1032mm 后懸：1663mm
根據(jù)結(jié)構(gòu)布置的可能，以及汽車的各種使用性能的要求，綜合選定了合理的數(shù)值。
2、質(zhì)量參數(shù)的選用
專用汽車的質(zhì)量參數(shù)包括汽車的最大總質(zhì)量、最大整備質(zhì)量、裝載質(zhì)量以及以及汽車的軸載質(zhì)量分配。汽車最大總質(zhì)量以及軸間分配，直接影響汽車的各種性能。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該參考原來底盤對(duì)汽車質(zhì)量參數(shù)的要求，合理的加以選取[10]。
(1)車輛的最大總質(zhì)量
最大總質(zhì)量指汽車裝備齊全，并按照規(guī)定裝滿貨物的總質(zhì)量，其大小對(duì)貨車為總質(zhì)量與貨物質(zhì)量之和，對(duì)于乘用汽車為整車整背質(zhì)量與所有乘員質(zhì)量之和。專用汽車設(shè)計(jì)時(shí)，一般根據(jù)所選擇底盤的承載能力，首先確定汽車的最大總質(zhì)量，以便依據(jù)該數(shù)據(jù)對(duì)汽車各種性能進(jìn)行全面估算。對(duì)于貨車國(guó)內(nèi)外汽車廠家現(xiàn)今大都是以汽車的最大總質(zhì)量作為不同級(jí)別汽車的分類標(biāo)準(zhǔn)。因此，所選擇汽車的最大總質(zhì)量一定要符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定。本設(shè)計(jì)中的車輛的最大總質(zhì)量是4494kg。
(2)車輛的整車整備質(zhì)量
整車整備質(zhì)量指帶有全部裝備、加滿油料和冷卻水時(shí)空車總質(zhì)量。這一參數(shù)是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，它必須不可以少的。當(dāng)汽車處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，則希望該值越小越好。設(shè)計(jì)時(shí)的原則是既要考慮減少整被質(zhì)量對(duì)汽車的使用性能的好處，以及充分利用好材料，又要充分充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的可能，在滿足結(jié)構(gòu)和功能的前提下，盡可能地減小它。
本設(shè)計(jì)中車輛的整車整備質(zhì)量是4500kg。
(3)車輛的裝載質(zhì)量
汽車的裝載質(zhì)量是汽車的一個(gè)和重要的參數(shù)。它直直接決定汽車的運(yùn)輸效率。專用汽車設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合整車最大總質(zhì)量，整車整備質(zhì)量的選取，盡可能的增大汽車的裝載能力。
本設(shè)計(jì)中車輛的裝載質(zhì)量是1000kg。
(4)汽車的軸載質(zhì)量
軸載質(zhì)量是整車總質(zhì)量在汽車的各個(gè)軸上的分配值。軸載質(zhì)量分配值直接影響汽車的各種性能以及各軸輪胎的磨損狀況。我國(guó)公路工程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，總質(zhì)量20t的汽車，單后軸軸載質(zhì)量不得超過13t，總質(zhì)量為30t的汽車雙后軸軸載質(zhì)量不得超過26t。這一原則主要是從公路設(shè)施安全角度來規(guī)定的。
專用汽車設(shè)計(jì)時(shí)，由于考慮裝載質(zhì)量布置以及專用裝置布置得可能性，往往很難使軸載質(zhì)量分配符合輪胎均勻磨損的原則，加之還要考慮軸載質(zhì)量分配對(duì)其它性能的影響。為了使輪胎均勻磨損，一般希望滿載時(shí)每個(gè)輪胎的負(fù)荷大致相等。例如，對(duì)后軸為單胎的 4 × 2 汽車，則希望前后軸的軸荷各為 50% ，而后軸為雙胎的汽車，則希望后軸的軸荷按? 1/3? 和? 2/3? 比例來分配。實(shí)際上，這些只能近似滿足要求，例如，一般載貨汽車，其前軸荷分配在 28%～ 30%左右。
本設(shè)計(jì)中車輛的滿載時(shí)前后軸軸栽質(zhì)量分別是：1500kg和3000kg。
綜上所述，在專用汽車的設(shè)計(jì)中，汽車設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)選取的時(shí)候一定要遵循有關(guān)的規(guī)定。在規(guī)定的范圍內(nèi)，根據(jù)結(jié)構(gòu)布置得可能性要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)的最優(yōu)化的選擇。
2.5本章小結(jié)
本章設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是對(duì)對(duì)二類底盤進(jìn)行選型，在已選的二類底盤的基礎(chǔ)上進(jìn)行了副車架的設(shè)計(jì)。通過了三種設(shè)計(jì)方案的分析篩選，最終確定了托架的形式，為后續(xù)的設(shè)計(jì)打了下良好的基礎(chǔ)。
第3章 液壓系統(tǒng)的計(jì)算與分析
3.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1.1 液壓系統(tǒng)的組成及工作原理
液壓系統(tǒng)是擺臂式自卸汽車的重要組成部分，一般液壓系統(tǒng)包括取力器、油泵、液壓控制閥油缸、限位閥、油箱、操縱系統(tǒng)以及油管系統(tǒng)等組成。其工作原理如下：
1、準(zhǔn)備:先使擺臂自卸汽車處于駐車狀態(tài)，并將變速器處于空擋然后起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，踩離合器結(jié)合取力器是液壓泵開始工作。此時(shí)液壓油經(jīng)過溢流閥流回油箱。
2、舉升:將手動(dòng)開關(guān)打到舉升的位置，此時(shí)從油泵出來的高壓油，經(jīng)分流體后分別進(jìn)入左、右油缸到達(dá)最大行程的時(shí)候，將電磁閥達(dá)到停止的位置。此時(shí)舉升停止。
3、保持:當(dāng)切斷取力器的時(shí)候，液壓油鎖死在油缸內(nèi)?？梢詫?shí)現(xiàn)貨物的傾卸和裝載[11]。
3.1.2 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置
自卸汽車液壓系統(tǒng)由液壓能產(chǎn)生件、工作部件和操縱控制部件三大部分組成。
1、液壓能產(chǎn)生件:包括取力器、油泵及單向閥、油箱以及油泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。取力器通常均與變速器直接安裝成一體。本設(shè)計(jì)中采用的是直接與變速器中間軸連接。
2、工作部件:主要指油缸與翻傾杠桿系統(tǒng)。
3、控制部件:包括液壓分配閥、限位閥以及操縱系統(tǒng)?？刂撇考喟惭b在汽車前部的駕駛室內(nèi)或者后部，既要方便操縱與維護(hù)；又要減少管路迂回。
液壓分配閥是控制系統(tǒng)的核心，分配閥分為常開式和常壓式。常開式分配閥在車廂不舉升的時(shí)候，油泵的壓力油經(jīng)分配閥后返回油箱，在系統(tǒng)中不產(chǎn)生高壓，因此可減輕油泵磨損，并可防止自卸汽車在行駛中意外的舉升貨箱而造成事故，故常開式分配閥在汽車應(yīng)用最廣泛。分配閥選擇型號(hào)的時(shí)候主要考慮額定工作壓力、流量以及操縱方式。本設(shè)計(jì)中采用的是常開式。
分配閥的操縱方式由機(jī)械式，氣壓式和液壓式；氣動(dòng)的應(yīng)用最為廣泛。
機(jī)械操縱式機(jī)構(gòu)的形式有機(jī)械杠桿或者鋼絲軟軸直接撥動(dòng)液壓分配閥實(shí)現(xiàn)換向。
液壓操縱式通過手動(dòng)液壓操縱閥建立油壓來打開或者關(guān)閉液動(dòng)舉升閥實(shí)現(xiàn)換向。此種閥沒有中停位置，故必須切斷油泵動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)中停。
氣動(dòng)操縱方式是利用儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣，通過氣動(dòng)操縱閥控制操縱氣管，驅(qū)動(dòng)分配閥上的氣缸工作，來實(shí)現(xiàn)分配閥換向。
機(jī)械操縱式的優(yōu)點(diǎn)是可靠性好、通用性強(qiáng)、維修方便；缺點(diǎn)是杠桿布置比較麻煩，不適合可翻轉(zhuǎn)的駕駛室采用。
液壓操縱的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，操縱可靠，我國(guó)引進(jìn)生產(chǎn)的斯太爾重型自卸汽車就是采用了這樣的操縱方式。其中不足的地方是反應(yīng)慢，沒有中停位置。
氣動(dòng)操縱式的優(yōu)點(diǎn)是功能齊全、操縱簡(jiǎn)便、反應(yīng)靈敏、就夠先進(jìn)，因此被廣泛應(yīng)用于中、重型具備氣源的自卸汽車。它的缺點(diǎn)是需要同時(shí)具備液、氣兩套管路系統(tǒng)、維修麻煩。
鑒于以上的比較本設(shè)計(jì)中采用了機(jī)械式的操縱方式。
3.1.3液壓系統(tǒng)的計(jì)算與選擇
1、液壓缸的選擇
據(jù)初定的系統(tǒng)的額定工作壓力，同時(shí)可按照公式（2.1）和（2.2）求出和，在參考油缸標(biāo)準(zhǔn)系列選擇合適的油缸。油缸活塞直徑必須滿足吊裝工況的要求，即：
（3.1）
公式中 —活塞桿直徑（m）；
—為；等。
按照公式（3.1）選取的油缸直徑D還應(yīng)該滿足吊卸工況要求，即：
（3.2）
如果不滿足公式（3.2）的要求就需要重新選取油缸直徑。
計(jì)算結(jié)果如下：
初定系統(tǒng)的額定工作壓力為16，取
所以取=160mm（GB/T2348—1993）
驗(yàn)證:由公式（3.2）得
所以選擇的油缸是DG-J160C-E1*。
2、液壓泵的選用
選用前應(yīng)該計(jì)算系統(tǒng)的最大流量，一般按吊裝時(shí)間小于50s計(jì)算。擺臂油缸最大行程為，應(yīng)由擺臂式自卸汽車總體布置確定。那么系統(tǒng)的最大流量為：
（3.3）
有總布置得：
公式中的單位為mm。
計(jì)算結(jié)果如下：
知道了最大流量，在按照液壓泵工作轉(zhuǎn)速可計(jì)算液壓泵排量，結(jié)合給定的系統(tǒng)額定壓力，選擇合適的齒輪泵即可。擺臂自裝卸汽車多采用高壓、高速齒輪泵。
本設(shè)計(jì)中選用的是CBF-E5型的液壓泵。
各種閥類的選用：
液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中的油液的流動(dòng)方向或者調(diào)節(jié)其壓力和流量的，因此它可以分為方向閥、壓力閥和流量閥三大類。一個(gè)形狀相同的閥，可以因?yàn)樽饔脵C(jī)制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用通流截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流道的更換控制著油液的流動(dòng)方向。這就是說 ，盡管液壓閥存在著各種各樣的不同類型，它們之間還是保持著一些基本的共同之點(diǎn)的。譬如在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥心和驅(qū)使閥心動(dòng)作的元、部件組成。在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進(jìn)、出的壓差以及流過閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。
借用工程機(jī)械使用的多路多用閥，本設(shè)計(jì)中支腿油缸配用的雙向液壓鎖的型號(hào)是DDFY-1.8H-O。擺臂工作回路中設(shè)置的單向平衡閥的型號(hào)為BQ223。
3.2 取力器的選用
各種類型的專用汽車的專用裝置主要都是由汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的。取力器就是汽車的一種專用的動(dòng)力輸出裝置。它從發(fā)動(dòng)機(jī)取出部分功率，用于驅(qū)動(dòng)各類液壓泵、真空泵、空壓機(jī)以及各種專用汽車工作機(jī)械。
3.2.1 專用汽車取力器的總布置方案選擇
專用車取力器總布置方案決定于取力方式。常用的取力方式分類如下：
主要分為發(fā)動(dòng)機(jī)取力、變速器取力、傳動(dòng)軸取力和分動(dòng)器取力
其中發(fā)動(dòng)機(jī)取力又分為從前端取力和從飛輪取力，變速器取力又分為從I軸取力、從中間軸取力、從中間軸末端取力、叢Ⅱ軸取力和從倒檔齒輪取力。
1、發(fā)動(dòng)機(jī)前端取力方案
其特點(diǎn)是采用液壓傳動(dòng)，適合于遠(yuǎn)距離輸出動(dòng)力。故此種取力方式常用于由長(zhǎng)頭式汽車底盤改裝的大型混凝土攪拌運(yùn)輸車。
2、飛輪后端取力方案
此方案特點(diǎn)是取力器不受主離合器影響，傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)直接相連，取力器到工作裝置距離短、傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、取出的功率大、傳動(dòng)效率高。這種方案應(yīng)用較廣，如由平頭式汽車改裝的大、中型混凝土攪拌車等。
3、變速器Ⅰ軸取力方案（上置式）
圖3.1是從變速器Ⅰ軸取力的布置方案。該方案又稱變速器上置式方案，此種方案將取力器跌置于變速器之上，用一惰輪與Ⅰ軸常嚙合齒輪嚙合獲得動(dòng)力，故需改制原變速器頂蓋。此方案應(yīng)用很廣，如自卸車、液罐車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。
1-齒輪軸；2-離合嚙合；3-花鍵軸；4-蝸桿；5-蝸輪；6-離合手柄；7-輸出凸緣；
8-變速器Ⅰ軸；9-撥叉；10-拉桿；11-取力器殼體；12-惰輪；13-小齒輪
圖3.1 變速器Ⅰ軸取力布置方案
4、從變速器取力的其它各種方案
從變速器取力還有多種結(jié)構(gòu)形式，圖3.2是從Ⅱ軸取力方案。最常見的是中間軸齒輪取力，稱為側(cè)置式取力器，又可分為左側(cè)與右側(cè)布置方案，如CA1091系列汽車取力器、EQ1091系列汽車取力器均為側(cè)置取力器。
1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-離合器；3-變速器；4-取力器；5-水泵
圖3.2 變速器Ⅱ軸取力方案
5、傳動(dòng)軸取力方案
圖3.3是將取力器設(shè)計(jì)成一獨(dú)立結(jié)構(gòu)，設(shè)置于變速器輸出軸與汽車萬向傳動(dòng)軸之間，該獨(dú)立的專用取力裝置固定汽車車架上不隨傳動(dòng)軸擺動(dòng)，也不可伸縮。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使用可伸縮的附加傳動(dòng)軸與其相連，并注意動(dòng)平衡與隔振消振。
1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-離合器；3-變速器；4-取力器；5-水泵
圖3.3 傳動(dòng)軸取力布置方案
6、分動(dòng)器取力布置方案
此方案主要用于全輪驅(qū)動(dòng)的牽引車、汽車起重機(jī)等來驅(qū)動(dòng)絞盤或起重機(jī)構(gòu)。
3.2.2取力器的基本參數(shù)與基本結(jié)構(gòu)
1、取力器的基本參數(shù)
取力器實(shí)質(zhì)上是一種單級(jí)變速器。其基本參數(shù)有取力器總速比、額定輸出轉(zhuǎn)矩、輸出軸旋向以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量等。以CA1091系列汽車取力器為例，該系列有PT012/252、PT012/263、PT012/264、PT012/273等30多多種型號(hào)。其總速比（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與取力器輸出轉(zhuǎn)速之比）有1.06、0.892、1.253、1.199等多種配比。其額定輸出扭矩有210Nm、170Nm、100Nm和392Nm 等。輸出軸旋向均與發(fā)動(dòng)機(jī)旋向相反。
本設(shè)計(jì)中選用的是哈齒生產(chǎn)的CA5-48型取力器，取力器總速比：1.044，因?yàn)榇巳×ζ鬟m合本設(shè)計(jì)中車輛的變速器。
2、取力器基本結(jié)構(gòu)
取力器的典型的工作原理：當(dāng)壓縮空氣通過管接頭進(jìn)入氣缸時(shí)，使活塞和撥叉軸移動(dòng)，安裝在撥叉軸上的撥叉撥動(dòng)從動(dòng)齒輪與主動(dòng)輪嚙合，帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)氣缸內(nèi)無壓縮空氣時(shí)，活塞與復(fù)位彈簧作用下回位，撥叉使從動(dòng)齒輪與齒輪脫開，油停轉(zhuǎn)。
取力器通過8個(gè)連接螺栓與變速器殼體相連，其中有兩個(gè)是專供定位用的鉸制孔螺栓，以保證取力器的可靠定位與齒輪正確嚙合。在變速器取力孔面應(yīng)安裝以1mm襯墊并涂以密封膠。按照取力器在變速器上的安裝位置可分為左側(cè)式取力器與右側(cè)式取力器。在取力器換檔操作方式上，除了上述氣動(dòng)操縱結(jié)構(gòu)外，還常采用手動(dòng)操動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有換檔可靠、靈活適應(yīng)用戶操作習(xí)慣等特點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)中采用的是變速器中間軸齒輪取力。
3.3 本章小結(jié)
本章設(shè)計(jì)主要并進(jìn)行液壓裝置的計(jì)算和選型。本設(shè)計(jì)選擇了EQ1040型長(zhǎng)頭載貨汽車作為待改裝車型?？偛贾弥饕ㄘ浵?、擺臂機(jī)構(gòu)、液壓機(jī)構(gòu)等主要工作裝置的位置確定。液壓裝置的選擇需要根據(jù)下一章的擺臂的計(jì)算才能選出。
第4章 擺臂機(jī)構(gòu)計(jì)算與分析
4.1擺臂和吊鏈的受力分析及計(jì)算
4.1吊裝，吊卸工況擺臂受力簡(jiǎn)圖
（如圖4.1所示），o點(diǎn)為油缸與托架的鉸接點(diǎn)，點(diǎn)為油缸與擺臂的鉸接點(diǎn)；雙作用油缸作用力 的大小和方向隨擺臂的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變，并為擺臂轉(zhuǎn)角(為擺臂與x軸的正向夾角)的單值函數(shù)；點(diǎn)為吊鏈位置，為吊卸初始狀態(tài)的吊鏈軸位置； 為吊鏈軸在吊裝工況初始狀態(tài)的位置。為油缸軸線與x軸的正向夾角。
擺臂式自裝卸汽車的吊裝和吊卸過程中，擺臂受力的兩個(gè)典型工況：當(dāng)點(diǎn)位于點(diǎn)時(shí)，擺臂可以從下極限位置吊裝貨廂；當(dāng)點(diǎn)位于 點(diǎn)時(shí)擺臂可以從托架上吊卸貨廂。
4.2吊裝和吊卸工況擺臂受力的計(jì)算
當(dāng)?shù)跹b貨廂時(shí)，計(jì)算公式如（4.1）取擺臂為分離體：
由 （4.1）
式中 、—油缸作用力在軸、軸上的投影（N）；
、—油缸上鉸支點(diǎn)的、坐標(biāo)值（）；
—吊裝重力（）；
—點(diǎn)的坐標(biāo)值（）。
上式可以進(jìn)一步整理成公式（4.2）：
（4.2）
繼續(xù)整理后得到公式（4.3）：
（4.3）
由公式（4.3）計(jì)算出來的值為油缸提供負(fù)載依據(jù)，同時(shí)它也為擺臂強(qiáng)度和剛度計(jì)算提供依據(jù)。
有知道擺臂在下限位置時(shí)，擺臂轉(zhuǎn)角為，，，，式中為與的夾角。將上三公式代入式（4.3）得：
（4.4）
式中、、、為結(jié)構(gòu)幾何尺寸，均可通過計(jì)算獲得。
當(dāng)擺臂處于吊卸初始位置時(shí)，點(diǎn)位于，，根據(jù)上述分析同理可得：
（4.5）
式（4.4）和（4.5）分別給出了和時(shí)油缸所受到的推力和拉力。通常情況下，以和作為選用油缸和擺臂強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。
具體數(shù)據(jù)如下：
PB= PA=643
β=21 β=113 r=9 r=8
當(dāng)擺臂在下極限位置時(shí)：
當(dāng)擺臂在吊卸位置時(shí)：
4.3吊卸工況吊鏈?zhǔn)芰Φ挠?jì)算
由于傾卸工況所需油缸的推力和拉力遠(yuǎn)小于吊裝、吊卸工況所需的油缸作用力，故對(duì)油缸作用力和擺臂受力不予討論。通過分析計(jì)算，求出吊鏈所受到的最大拉力，以便對(duì)吊鏈進(jìn)行強(qiáng)度校核。傾卸工況受力分析如圖4.2所示：
圖4.2 傾卸工況吊鏈?zhǔn)芰?jiǎn)圖
傾翻初始，左吊鏈?zhǔn)芰椋?
（4.6）
公式中的和由本身的結(jié)構(gòu)尺寸決定。
當(dāng)貨廂傾卸到最大傾翻角時(shí)，右吊鏈?zhǔn)芰椋?
（4.7）
同理公式中和也有自身的結(jié)構(gòu)決定。通常的情況下左、右吊鏈尺寸、規(guī)格均相同，故設(shè)計(jì)時(shí)只取和中較大值作為選取吊鏈的依據(jù)。事實(shí)上，當(dāng)貨廂傾卸到最大角度時(shí)，貨廂內(nèi)的貨物所剩不多了，故一般情況下，。
計(jì)算結(jié)果如下：
由公式（4.6）得：
4.4本章小結(jié)
本章設(shè)計(jì)分別對(duì)擺臂自卸車的擺臂在吊裝、吊斜工況和傾斜工況下進(jìn)行了受力分析和計(jì)算，結(jié)果表明擺臂符合設(shè)計(jì)需求。通過擺臂的受力計(jì)算，便于前一章液壓缸的計(jì)算選擇。
第5章 擺臂式自卸汽車的總體性能的計(jì)算
5.1 性能參數(shù)和動(dòng)力性計(jì)算
專用汽車性能參數(shù)計(jì)算是總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，其目的是檢驗(yàn)整車參數(shù)選擇是否合理，使用性能參數(shù)能否滿足要求。最基本的性能參數(shù)計(jì)算包括動(dòng)力性計(jì)算、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性計(jì)算。
本設(shè)計(jì)中的擺臂式自卸汽車總體性能參數(shù)如表5.1
表5.1 擺臂式自卸汽車的性能參數(shù)
名稱
符號(hào)
數(shù)值與單位
發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率
66
發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速
3200
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩
220
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速
2000
車輪動(dòng)力半徑
0.375
車輪滾動(dòng)半徑
0.375
主減速比
5.857
汽車列車迎風(fēng)面積
5.8
汽車列車總質(zhì)量(滿載)
4500
5.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性
發(fā)動(dòng)機(jī)外特性是專用發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)油門全開時(shí)的速度特性，是汽車動(dòng)力性計(jì)算的主要依據(jù)。
如果沒有所要的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性，但從發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上知道該發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速和該發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)公式來描述發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性:
（5.1）
公式中——發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩；
——發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩,。
（5.2）
由公式（5.1）和公式（5.2）得出
（5.3）
應(yīng)該指出的是發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線是在室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)量出來的。臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)未帶空氣濾清器、水泵、風(fēng)扇、消聲器、發(fā)電機(jī)等附件，且試驗(yàn)工況相對(duì)穩(wěn)定，即能保持試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的水、機(jī)油溫度在規(guī)定的數(shù)值內(nèi)。帶上全部附件設(shè)備時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)恃性曲線稱為使用外特性曲線。使用外特性的功率小于外特性的功率。因此應(yīng)對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)用修正系數(shù)μ進(jìn)行修正，才能得到發(fā)動(dòng)機(jī)的使用外特性。
5.1.2 汽車行駛方程式
擺臂式自卸汽車在直線行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力之間存在如公式（5.4）的平衡關(guān)系，
（5.4）
式中：——驅(qū)動(dòng)力，（）； ——滾動(dòng)阻力，（）；
——坡道阻力，（）； ——空氣阻力，（）
——加速阻力，（）。
其中每項(xiàng)的計(jì)算公式如下：
1、驅(qū)動(dòng)力計(jì)算如式（5.5）
（5.5）
2、 行駛阻力的計(jì)算公式如（5.6）
（5.6）
3、根據(jù)力的平衡方程（3.14）
（5.7）
4、驅(qū)動(dòng)平衡圖
如果按上面的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式作曲線，并且按汽車在平路上等速行駛時(shí)的阻力公式作曲線，則得汽車的驅(qū)動(dòng)平衡圖。圖5.1是自卸汽車的驅(qū)動(dòng)力平衡圖。利用該圖可以分析汽車的動(dòng)力性。如果圖中上述兩種曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的車速 ，就是該汽車的最高車速。
對(duì)以上公式進(jìn)行整理得：
（5.8）
又 （5.9）
圖5.1驅(qū)動(dòng)力衡圖
（5.10）
式中
A =
B =
C =
C = -mg
5.1.3 動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)
衡量汽車動(dòng)力性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有三個(gè)。即最高車速、最大爬坡度和加速性能。
1、 最高車速
根據(jù)最高車速的定義，
（5.11）
將滾動(dòng)阻力方程式代入上式，可得：
所以令 （5.12）
又因 , ，可確定專用汽車的最高車速為：
（5.13）
2、 最大爬坡度
當(dāng)汽車以最第擋穩(wěn)定速度爬起時(shí)，可得：
（5.14）
將上式兩邊以為自變量求導(dǎo)，可得：
（5.15）
當(dāng)時(shí)，a取最大值，此時(shí)：
代入式（5.15），可得：
令 （5.16）
對(duì)上兩式整理可得：
（5.17）
因?yàn)閷?shí)際上滾動(dòng)阻力總是存在，并且滾動(dòng)阻力系數(shù)愈大，汽車爬坡能力愈小，所以上式中應(yīng)取負(fù)號(hào)，又因，上式可簡(jiǎn)化為
或 （5.18）
式中：——專用車輛的最大爬坡度，%。
3、 加速度
專用車輛在平坦路面上的加速度的計(jì)算公式如下：
（5.19）
專用車輛在某一擋位加速過程中最大加速度可由的極值點(diǎn)求出，令：
但可得擺臂自卸汽車在該擋加速時(shí)的最大加速度(m/s2)如下：
（5.20）
5.1.4整車動(dòng)力性計(jì)算
1、 確定動(dòng)力性計(jì)算所需的有關(guān)系數(shù)
系數(shù)、、、和的確定結(jié)果如表3.2所列，回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)如表5.1所列。
可按下述經(jīng)驗(yàn)公式估算值：
=1++i
式中=0.03 ~ 0.05。低檔時(shí)取上線，高檔時(shí)取上限。
表5.2各檔傳動(dòng)比如下
擋位
1
2
3
4
5
倒擋
i
5.057
2.609
1.565
1.000
0.764
4.575
計(jì)算得：
一檔 ：=1+0.03+0.03(5.057)=1.80
二檔 ：=1+0.03+0.03(2.609)=1.23
三檔 ：=1+0.04+0.04(1.565)=1.14
四檔 ：=1+0.05+0.05(1.000)=1.1
五檔 ：=1+0.05+0.05(0.764)=1.00
倒檔 ：=1+0.03+0.03(4.575)=2.10
表5.3動(dòng)力性計(jì)算需確定的有關(guān)系數(shù)
名稱
符號(hào)
數(shù)值
發(fā)動(dòng)機(jī)外特性修正系數(shù)
0.90
直接擋時(shí)傳動(dòng)系效率
0.95
其它擋時(shí)傳動(dòng)系效率
0.9
空氣阻力系數(shù)
0.564
滾動(dòng)阻力系數(shù)
0.0086
f
0.017
0.000148
2、確定發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線的數(shù)學(xué)方程
采用前面介紹的拉氏三點(diǎn)插值法來擬合該發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線。
即得發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的數(shù)學(xué)方程如下：
3、計(jì)算擺臂自卸汽車的最高車速
將直接檔（第五檔位）、、、和值代入式（5.13），可得該擺臂自卸汽車的最高車速為
88
其中五檔的、、、計(jì)算分別為：（主減速比為i=5.857）
=
=41.86
4、計(jì)算最大坡度
將最低檔（第一檔位）、、、的值代入式（5.18），可得：
其中一檔的、、、為
=
=2743959.12
將E代入式（3.14），可得：
擺臂自卸汽車的最大爬坡度為：
5、最大加速度
將各檔的、、的值代入式（5.20）有：
二檔的、、、、分別為
=
=157450.24
三檔的、、、、分別為
=
=24423.44
四檔的、、、、分別為
=
=4386.41
倒檔的、、、、分別為
=
=1844571.42
表5.4各檔、、的值
一檔
-47.62
2743959.12
1.80
二檔
-6.51
157450.24
1.23
三檔
-1.56
24423.43
1.14
四檔
-0.52
4386.41
1.1
五檔
-0.32
1752.25
1.0
倒檔
-35.62
1844571.42
2.1
所以，各檔加速度分別為
表5.5各檔的最大加速度
檔位
1
2
3
4
5
倒檔
1.78
1.09
0.76
0.43
0.30
1.37
5.2 燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算
擺臂自卸汽車的等速百公里油耗可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性或萬有特性來計(jì)算。
首先根據(jù)擺臂自卸汽車的行駛車速計(jì)算出相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
(r/min) （5.21）
然后由擺臂自卸汽車在該車速時(shí)的行駛阻力計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩（平坦路面上勻速行駛時(shí)，=0，=0）
（5.22）
根據(jù)和的計(jì)算值，在萬有特性圖上查出有效燃油消耗率=310（g/kW·h），在利用下式計(jì)算百公里燃油消耗量（L/100km）：
(5.23)
式中：——燃油的重度，N/L。
柴油可取=7.94N/L~8.13N/L,取ρ=8.00 N/L。
隨著車速的不同，各檔位燃油消耗量也不同，下面來計(jì)算一下擺臂自卸汽車在直接檔時(shí)經(jīng)濟(jì)速度（40~50km/h）下的燃油消耗量，代入式（5.21）得
(r/min)
由式（5.22）得
N·m
1
由式（5.23）得
L/100km
5.3穩(wěn)定性計(jì)算
由普通汽車底盤改裝成的專用汽車，其質(zhì)心位置均較普通貨車為高，其原因是由于副車架或工作裝置的布置，使裝載部分的位置提高了，因此需對(duì)整車的靜態(tài)穩(wěn)定性重新進(jìn)行計(jì)算。
對(duì)擺臂自卸汽車，不僅要對(duì)運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，對(duì)作業(yè)狀態(tài)的穩(wěn)定性也應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，如汽車在舉升卸貨時(shí)，就有縱向或側(cè)向失穩(wěn)的可能性。
5.3.1擺臂自卸汽車運(yùn)輸狀態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算
分析專用汽車的靜態(tài)穩(wěn)定性，首先應(yīng)計(jì)算出整車的質(zhì)心位置。當(dāng)擺臂自卸汽車的總布置基本完成后（見總裝配圖），即可對(duì)該車的質(zhì)心位置進(jìn)行計(jì)算。
計(jì)算時(shí)可根據(jù)已有的資料，或利用試驗(yàn)結(jié)果，也可用計(jì)算方法來確定專用車各總成的質(zhì)量及其質(zhì)心位置坐標(biāo)，然后按照力矩平衡方程式，求出整車的質(zhì)心位置。
軸矩為3300mm，整車重心離前軸長(zhǎng)為2400mm，離后軸長(zhǎng)為900mm。重心離地高度估算為h=1120mm。
車輛的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性是指車輛停放或等速行駛在坡道上，當(dāng)整車的重力作用線越過車輪的支承點(diǎn)(接地點(diǎn))，則車輛會(huì)發(fā)生翻傾。若整車的重力作用線正好通過支承點(diǎn)，則車輛處于臨界的傾翻狀態(tài)，此時(shí)的坡度角稱為最大傾翻穩(wěn)定角。
另一方面，當(dāng)車輛停放在坡道或在坡道行駛時(shí)，若坡道阻力大于附著力時(shí)車輛由于附著力不足而向下滑移，同樣也會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)，其最大滑移角僅取決于車輪和路面間的附著系數(shù)，有：
（5.24）
由于側(cè)翻是一種危險(xiǎn)的失穩(wěn)工況，因此，為避免側(cè)翻，依據(jù)測(cè)滑先于側(cè)翻的條件有：
取擺臂自卸汽車輪胎和普通混凝土路面間的橫向附著系數(shù)=0.7，則專用汽車的最大側(cè)傾穩(wěn)定角不小于。
圖5.2為側(cè)向穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，有：
圖5.2側(cè)向定性計(jì)算圖
式中：B——輪距（m）
所以擺臂自卸汽車的橫向穩(wěn)定性能夠保證。
5.3.2擺臂自卸汽車卸貨時(shí)穩(wěn)定性計(jì)算
在橫向坡道擺臂傾卸時(shí)側(cè)向穩(wěn)定性，可按下式計(jì)算：
（5.32）
式中 、——分別為擺臂自卸車底盤和貨箱及貨物舉升后的質(zhì)心高度(m) ;
——分別為擺臂自卸車底盤和貨箱及貨物的質(zhì)量(kg);
——擺臂自卸車的總質(zhì)量〔kg)。
滿載卸貨時(shí)，橫向最大側(cè)傾穩(wěn)定角為：
空載卸貨時(shí)，橫向最大側(cè)傾穩(wěn)定角為：
所以，本設(shè)計(jì)中的擺臂自卸汽車滿載卸貨時(shí)，最大側(cè)傾穩(wěn)定角，此時(shí)能夠保證擺臂自卸汽車卸貨不會(huì)發(fā)生橫向側(cè)傾。
5.4本章小結(jié)
本章設(shè)計(jì)分別從整車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、行駛及卸貨的穩(wěn)定性等幾個(gè)方面，對(duì)改裝后的擺臂自卸汽車進(jìn)行了合理性的性能計(jì)算分析。從計(jì)算分析的結(jié)果可以看出，該設(shè)計(jì)方案滿足各方面的性能要求。
結(jié) 論
本設(shè)計(jì)為擺臂式自卸車改裝設(shè)計(jì)，擺臂式自卸汽車是自卸汽車一種，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠使貨物和貨箱同時(shí)的起落，它可以實(shí)現(xiàn)貨物的自卸也可以實(shí)現(xiàn)貨物的自裝，與其它不同種類的自卸汽車相比，擺臂式自卸汽車的貨箱可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)貨物自裝和自卸的功能。
本設(shè)計(jì)主要結(jié)合國(guó)內(nèi)外擺臂式自卸車的研究現(xiàn)狀，基于已選取的二類底盤，加裝液壓系統(tǒng)、擺臂裝置、和其他輔助系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)貨物的自裝卸功能。主要的設(shè)計(jì)過程如下：
1. 底盤的選型
2. 整車總布置
3. 舉升機(jī)構(gòu)、傾斜系統(tǒng)、液壓裝置設(shè)計(jì)計(jì)算與選型
4. 輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型
5. 圖紙的繪制
6. 整車性能的計(jì)算
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