【正文】 鉸接式卡車設(shè)計與計算畢業(yè)論文目　　錄摘　　要 1Abstract 21 緒論 1 課題背景 1 鉸接式卡車的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 2 2 2 鉸接式卡車車架 3 型鉸接式卡車車架簡介 3 車架研究現(xiàn)狀 5本課題研究內(nèi)容和意義 6 本章小結(jié) 72機械結(jié)構(gòu)力學分析方法 9 理論力學分析 9 9 動力學分析 10 材料力學分析 103 鉸接式卡車受力分析 11 AJK20 型自卸車的新特點 11 整車受力模型簡化 11 滿載勻速行駛工況 13 后車架受力分析 16 中央擺動架與回轉(zhuǎn)支承受力分析 17 前車架受力分析 30 滿載勻速運行計算結(jié)果 30 滿載勻速振動沖擊工況 31 緊急制動工況 33 本章小結(jié) 364擺動架部件的重新選型與優(yōu)化 37 擺動架結(jié)構(gòu)形式的認識和確定 37 回轉(zhuǎn)支承的選型 37 40 擺動架各項參數(shù)校核 40結(jié) 論 43參 考 文 獻 45附 錄A 46附 錄B 66在 學 取 得 成 果 80致　　謝 8121 緒論 課題背景隨著現(xiàn)代工業(yè)及科學技術(shù)的迅速發(fā)展，用于工業(yè)生產(chǎn)的各種生產(chǎn)設(shè)備也在不斷發(fā)展，這不僅表現(xiàn)在設(shè)備本身功能的不斷完善上，更表現(xiàn)在設(shè)備的自動化程度上，因此，目前工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備正朝著高自動化集成的方向發(fā)展。作為采礦業(yè)重要生產(chǎn)設(shè)備的礦運卡車在礦物運輸過程中發(fā)揮著重要的作用，尤其是對于地下礦物的運輸，地下無軌礦運卡車的作用更是無可非議。地下卡車是實現(xiàn)無軌開采的主要運輸設(shè)備，它具有機動、靈活、多能、經(jīng)濟的優(yōu)點，廣泛地用于條件適宜的各類地下礦山進行強化開采。地下卡車的應(yīng)用不但可以提高地下礦山的勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)能，促進生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，而且還改變該類礦山的回采工藝、采礦方法和掘進運輸系統(tǒng)，促進地下礦山朝著無軌開采的綜合機械化方向發(fā)展。地下無軌礦運卡車的工作環(huán)境及工作條件非常惡劣。為了使地下無軌礦運卡車適應(yīng)采場路面不平的情況，增加機器在裝礦或運輸工作中的穩(wěn)定性，一般都設(shè)計有稱為擺動架的擺動機構(gòu)。擺動架是鉸接式卡車的一個關(guān)鍵部件，是保證前車后架在一定角度內(nèi)作相對擺動的機構(gòu)。既保證前后機架的鏈接，還要保證前后機架之間的縱向擺動。擺動架內(nèi)部安裝一盤滾動回轉(zhuǎn)支撐，整個結(jié)構(gòu)承受多種應(yīng)力。擺動架設(shè)置在后橋上，稱為后橋擺動架。這種擺動架的特點是，后車架通過擺動架的樞軸裝置與擺動架鉸接，并使后車架與后橋之間保證有足夠的擺動空間，使機器在不平路面通過時，后橋通過擺動架能夠相對后機架擺動，而后機架在后橋擺動時仍能保持正常位置，其擺動角度在正負一定范圍之間。當?shù)叵聼o軌礦運卡車在平坦的路面上運輸時，由于四個車輪子同時著地，這時擺動架不工作。當?shù)叵聼o軌礦運卡車在凹凸不平的地面上運輸時，假設(shè)此時后橋左輪著地，右輪騰空，左輪此時受到地面對它的作用力N并延伸到擺動架上，加上后機架作用在后橋上的重力G作用在擺動架上，使得擺動架產(chǎn)生一力矩M，這個力矩使得擺動架繞著擺動架回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并且?guī)雍髽蛴逸喼?。同樣后橋右輪著地，左輪騰空時，通過擺動架后橋左輪也能著地。所以，通過后橋擺動架可保持前、后橋車輪始終著地。因此，有了擺動架的地下無軌礦運卡車，在不平的路面上行駛時，兩側(cè)車輪可以保證能同時接觸地面，改善車輪的附著條件，充分利用整機的黏著重量，增大卡車的牽引力，同時確保整體的穩(wěn)定性、通過性和最大生產(chǎn)率。 鉸接式卡車的發(fā)展及研究現(xiàn)狀礦運卡車作為采礦運輸?shù)闹匾ぞ?，在采礦生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。國外早在上世紀60年代就開始采用地下無軌采礦運輸設(shè)備，近30年來，隨著采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，無軌化采礦方式已被越來越多的礦山所采用。由于無軌礦運卡車機動靈活、安全可靠、性能卓越等特點，近年來，無軌礦運卡車得到了國外采礦工業(yè)比較發(fā)達的國家，如瑞典、美國、加拿大、德國等國家的廣泛應(yīng)用。國外對無軌礦運設(shè)備的研究也比較早，到目前已取得顯著成就，其中對無軌礦運卡車研究較有名氣的公司主要有芬蘭的Tamrock公司、美國Wagner公司、德國G．H．H公司等，這些公司在不斷的研究開發(fā)后都形成了自己的系列產(chǎn)品。這些公司地下汽車技術(shù)發(fā)展快、品種多、規(guī)格全、技術(shù)先進，這對國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)帶來巨大的競爭壓力。ADT 是1970 年代才發(fā)展起來的，國際上主要有卡特比勒、特雷克斯、沃爾沃、摩克西和比爾等五大生產(chǎn)廠商，其中前四位是生產(chǎn)ADT 產(chǎn)品的四大老牌公司，其產(chǎn)品目前約占世界ADT 市場的90%份額，對世界ADT 市場起主導作用，ADT 極佳的性能使其成為國際上20 噸～40 噸自卸車的主流和發(fā)展趨勢，1980 年代以來特別是1990年代后期，國外ADT 作為一種非公路載重運輸車輛越來越受到重視，在北美、歐洲及南非等一些工業(yè)發(fā)達的國家已開始大批量生產(chǎn)。我國無軌采礦技術(shù)和設(shè)備幾十年來也得到了迅速發(fā)展，國家“八五”期間有色金屬工業(yè)總公司組織了地下鏟運機、通用底盤、輔助車輛、錨噴支護設(shè)備、地下汽車、地下大孔徑鉆機、天井鉆機、液壓鑿巖設(shè)備及地下連續(xù)開采設(shè)備等礦山采掘設(shè)備項目共33個課題的科研攻關(guān)。經(jīng)過十幾年的工作，各攻關(guān)項目和課題已取得很大進展，這些課題都通過了鑒定或驗收，大部分項目已推廣并取得較大的經(jīng)濟效益和社會效益。通過先進技術(shù)引進和聯(lián)合攻關(guān)，我國礦山機械的研制開發(fā)技術(shù)有了長足的進步，關(guān)鍵部件的進口和重大技術(shù)裝備的國產(chǎn)化攻關(guān)研究取得了一批科研成果，大大提高了有色礦山的技術(shù)裝備水平，已成功地研制了多種型號的柴油及電動鏟運機、井下自卸汽車以及無軌輔助設(shè)備等產(chǎn)品，并得到了應(yīng)用。1970年代，我國先后從美國Wagner公司、德國G．H．H公司等引進了無軌礦運設(shè)備，在引進的同時，國內(nèi)部分廠家也開始自行研制開發(fā)，但是由于技術(shù)和配置方面的原因，80年代中期這些研制設(shè)備已經(jīng)基本停止使用。80年代末90年代初期，長沙礦山研究院、北京礦冶研究院、北京科技大學、金川有色金屬公司第二機械廠、衡陽冶金機械總廠、南昌通用機械廠等單位分別引進技術(shù)，重新擬定總體研制方案，相繼研制出wJ和CY兩大系列的鏟運機。90年代中期，北京科技大學、金川有色金屬公司第二機械廠、太原礦山機器廠、長沙礦山研究院、北京礦冶研究院等單位在引進國外礦用汽車設(shè)計技術(shù)的條件下，分別研制開發(fā)出符合我國礦山實際的JKQ一2JKQ一jzclo、UK12礦運卡車。這些研制產(chǎn)品整體品質(zhì)較好，性能穩(wěn)定可靠，且價格僅為國外同類產(chǎn)品的l／2～2／3，已經(jīng)逐步占領(lǐng)了國內(nèi)市場。在經(jīng)過了近30年的發(fā)展后我國無軌礦運卡車的生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，接近或達到世界當代水平。按照國外的經(jīng)驗，要使無軌礦山發(fā)揮綜合經(jīng)濟效益，不僅要使用鏟運機，還要發(fā)展與其配套使用的自卸卡車等輔助設(shè)備。主要設(shè)備與輔助設(shè)備臺數(shù)之比，一般為1∶4 左右。顯然，我國與此比例相差甚遠，由于礦山無軌設(shè)備不配套，使鏟運機難以發(fā)揮其生產(chǎn)能力。自卸卡車研制生產(chǎn)對我國無軌采礦事業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。 鉸接式卡車車架 型鉸接式卡車車架簡介AJK20 型鉸接式自卸車，在井下與鏟運機、漏斗、溜井等設(shè)備配合的自行式運輸車輛，能夠適應(yīng)地下礦山和巷道有限的運輸條件，進行礦石和廢石運輸作業(yè)。也可以在鐵路、公路以及水利工程的隧道內(nèi)進行運輸作業(yè)，可實現(xiàn)運載、自卸、牽引等功能，是井下無軌開采的主要設(shè)備。整車結(jié)構(gòu)由前車體、后車體與車箱組成。前后車體聯(lián)結(jié)采用中央鉸接式結(jié)構(gòu)，左右兩側(cè)轉(zhuǎn)向角分別達到42176。，優(yōu)點是質(zhì)心低、轉(zhuǎn)向半徑小、機動性好、通過性好。在鉸接處的前車架上設(shè)計的相對擺動結(jié)構(gòu)，可以使卡車在路面不平時前后車架之間產(chǎn)生橫向擺動，使車輛四輪始終著地，整車質(zhì)量均是附著質(zhì)量，保證了車輪與地面之間的附著牽引性能，同時避免車架產(chǎn)生附加載荷。前、后橋都采用剛性懸掛結(jié)構(gòu)，目的是有效減少整車高度。料斗進行了特殊設(shè)計，除保證料斗容積外，還保證物料傾卸干凈。舉升油缸采用雙缸結(jié)構(gòu)，可以選用標準工程油缸，有效降低整車成本。圖 AJK20型自卸卡車外形圖 AJK20型自卸卡車視圖一 AJK20型自卸卡車視圖二 車架研究現(xiàn)狀自卸車是現(xiàn)代礦山的重要運輸設(shè)備，它結(jié)構(gòu)復雜，使用條件惡劣。中央擺動架是車架的關(guān)鍵部件，而車架在裝載、運輸和卸載中承受主要的載荷。車架的優(yōu)劣直接影響整車的使用壽命，同時也反映了整車的技術(shù)水平?？ㄜ嚱Y(jié)構(gòu)分析在工程中占有重要的地位，它不僅能為新結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供合理的數(shù)據(jù)，而且可以判定原始結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理。車架是整個卡車的基礎(chǔ)，在它上面安裝著發(fā)動機、傳動系、行駛系和車身等主要裝置。當卡車在崎嶇不平的道路上行駛時，車架可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形以及在垂直平面內(nèi)的彎曲變形，因而，將會改變各機構(gòu)之間的相對位置，破壞其正常工作，并引起各部分的磨損加劇。車架的剛度、強度及動力性能對整車的振動舒適性、行駛平順性、安全性及壽命有著很大的影響。因此，車架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析在現(xiàn)代車架結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有十分重要的意義。五六十年代，我國對于一般車架的設(shè)計及強度校核是依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗及方法，即依靠經(jīng)典的材料力學、彈性力學、結(jié)構(gòu)力學的經(jīng)驗公式，對車架的結(jié)構(gòu)作大量的簡化進行分析設(shè)計，設(shè)計的結(jié)果依靠試驗來驗證，該法具有一定的可靠性和科學性。并且傳統(tǒng)的經(jīng)驗分析設(shè)計方法，具有簡單易行的優(yōu)點。這也使得本科生可在能力范圍內(nèi)按課題需要對各類結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)分析。本課題研究內(nèi)容和意義無軌采礦技術(shù)與裝備是提高采礦技術(shù)與生產(chǎn)效率的重要手段，以地下無軌礦運設(shè)備和自卸式運礦卡車為代表的無軌礦運設(shè)備，在國內(nèi)外已成為采礦技術(shù)發(fā)展的主流。近年來，我國地下礦山以地下無軌礦運設(shè)備和礦運卡車為核心的采礦裝備得到了極大的發(fā)展，先后研制成功20多種規(guī)格的地下無軌礦運設(shè)備，其斗容從0．38m 3發(fā)展到6m 3，礦運卡車從8T發(fā)展到25T。地下無軌礦運設(shè)備的發(fā)展和廣泛運用，加速了鑿巖臺車和自卸式運礦卡車等各種無軌礦運設(shè)備的推廣應(yīng)用，并推動地下采礦工藝也發(fā)生了深刻的變革，極大地提高了井下作業(yè)的安全性和生產(chǎn)效率。擺動架是鉸接式卡車的一個關(guān)鍵部件，是保證前車后架在一定角度內(nèi)作相對擺動的機構(gòu)。既保證前后機架的鏈接，還要保證前后機架之間的縱向擺動。對AJK20K井下礦運卡車擺動架的優(yōu)化設(shè)計，可以使其在滿足強度應(yīng)力和安全要求的情況下，使得其對于整車布置更加合理，外觀更加和諧。節(jié)省了不必要的材料，讓整車在結(jié)構(gòu)上更加完善。如下圖所示AJK20K井下礦運卡車擺動架與同類產(chǎn)品此結(jié)構(gòu)的對比，可意識到本課題的研究的實際意義和可行性。 AJK20K井下礦運卡車及擺動架 MKA20地下卡車及其擺動架并且通過整個分析和研究過程，不但能鞏固理論力學和材料力學的基礎(chǔ)知識，還可適當探究虛擬樣機技術(shù)和工程分析軟件的使用。通過三維軟件對擺動架進行建模，體會三維軟件在實際工作中的用途。本課題的研究具體說來分以下幾個步驟進行：（1）研究卡車的結(jié)構(gòu)，合理地將整車簡化成由前車架，后車架和中央擺動架三個基本組件連接而成，畫出簡化受力圖。（2）原始計算數(shù)據(jù)的采集：包各組件所用的材料參數(shù)，各組件質(zhì)心的計算，前、后橋載荷分配計算，傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等轉(zhuǎn)換成載荷值的大小等。（3）在簡化受力圖的和各數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行整體受力計算，畫出各個組件的受力圖，并計算出各關(guān)鍵部位的受力。（4）按照理論計算得出，主銷、回轉(zhuǎn)支承、固定螺栓組的最大應(yīng)力。（5）由所求得的結(jié)果，對中央擺動架的相應(yīng)零件進行合適的重新選型，按照相關(guān)要求和規(guī)定確定優(yōu)化結(jié)構(gòu)和優(yōu)化尺寸。（6）驗證優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，求證優(yōu)化方案的可行性。（7）對優(yōu)化后的擺動架結(jié)構(gòu)進行3D建模以及2D標準圖紙繪制。 本章小結(jié)鉸接式自卸車是非公路用車輛，工作在礦山或隧道土建工地進行短距離運輸，由于礦山環(huán)境復雜、路況惡劣，車架是其中的關(guān)鍵部件，在裝載、運輸和卸載中承受主要的載荷，而中央擺動架的受力情況復雜，因而也是最容易損壞的關(guān)鍵部件之一。為盡量避免卡車在服役期內(nèi)發(fā)生破壞失效，減少經(jīng)濟損失，在優(yōu)化擺動架的結(jié)構(gòu)和尺寸的同時，非常有必要對卡車前后車架、整車強度尤其是擺動架部件進行應(yīng)力分析。本章總結(jié)了選題背景、鉸接式自卸車的發(fā)展現(xiàn)狀、車架研究現(xiàn)狀及具體研究方法，以及闡述了本文所做工作及其意義。2機械結(jié)構(gòu)力學分析方法 理論力學分析理論力學是研究物體機械運動一般規(guī)律的科學，一般簡單的工程問題都可以直接應(yīng)用理論力學的基本理論得到解決。而一些復雜的工程問題則常常需要以理論力學分析為基礎(chǔ)，或者與理論力學相結(jié)合才能更好的進行分析求解。生產(chǎn)實踐中的問題是復雜的，不是一些零散的感性知識能解決的，理論力學成功地運用邏輯推理和數(shù)學演繹的方法，由少量最基本得規(guī)律出發(fā)，得到了從多方面揭示機械運動規(guī)律的定理、定律和公式，建立了嚴密而完整的理論體系。在對事物的觀察和實驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過抽象化建立力學模型，形成概念，在基本規(guī)律的基礎(chǔ)上，有效分析物體所受各種力。一般在分析一個機械結(jié)構(gòu)的受力情況時，常常先考慮分析它的靜力學狀態(tài)。靜力學分析是研究結(jié)構(gòu)在力系作用下的平衡條件的科學。這里所指的結(jié)構(gòu)，主要指由許多單元（例如桿件、板或?qū)嶓w等）所組成的整體，或起承載作用，或承受、傳送外部載荷。實際構(gòu)件形狀各種各樣，按構(gòu)件形狀不同，大致可分為以下幾類：（1）桿系結(jié)構(gòu)。主要由細長桿、角鋼、槽鋼等型鋼組成的結(jié)構(gòu)，如履帶式起重機的主臂、翻臂等。（2）板架結(jié)構(gòu)。以大型型鋼作為骨架再覆以鋼板而成的結(jié)構(gòu)?；蛘呷渴怯娩摪搴附佣傻慕Y(jié)構(gòu)，如車輛底架等。（3）板殼結(jié)構(gòu)。以薄板板殼為主的結(jié)構(gòu)，如轎車的底架、車身等。靜力分析計算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)受隨時間變化載荷的情況，它可以計算那些固定不變的慣性載荷對結(jié)構(gòu)的影響，以及那些可以近似為等價靜力作用的隨時間變化載荷。靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的。靜力分析用于計算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時間的變化非常緩慢。靜力分析所施加的載荷包括：外部施加的作用力和壓力，穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和離心力），位移載荷，溫度載荷。 動力學分析動載荷是與時間有關(guān)的載荷，動載荷作用下，結(jié)構(gòu)上相應(yīng)的位移、應(yīng)力和應(yīng)變不僅隨空