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正文內(nèi)容

直推式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的建模與仿真_畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-10-05 14:17 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 依靠貨廂自重使得其復(fù)位的一種專用汽車。從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化卸貨,卸貨效率得到大大提高,節(jié)約勞動(dòng)力。 2 直推式自卸汽車 舉升機(jī)構(gòu) 的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 研究現(xiàn)狀 汽車已經(jīng)是推動(dòng)現(xiàn)代文明的交通工具,隨著人們的生活水平不斷提高, 在社會(huì)商品和信息交流中,汽車作用日趨重要。汽車工業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益不只是汽車本身,而集中表現(xiàn)在 汽車的使用全過程中。隨著汽車運(yùn)輸?shù)男б嬉约案鞣N功能和性能的要求越來越高,作為專用汽車的車輛品種之一的直推式自卸車,幾十年來在國內(nèi)外迅速獲得發(fā)展與普及,至今其擁有量約占汽車的 28%,并且日趨完善。 自卸汽車是一種由舉升機(jī)構(gòu)操作能將貨物自動(dòng)卸載的運(yùn)輸汽車,在多種領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。自 20世紀(jì)出現(xiàn)以來,不斷不發(fā)展,日益完善,已經(jīng)成為當(dāng)今貨物運(yùn)輸?shù)闹饕囕v之一。自卸汽車具有高度的機(jī)動(dòng)性和卸貨機(jī)械化的特點(diǎn),從而可以大大縮短裝卸時(shí)間,提高運(yùn)輸效率,節(jié)省勞動(dòng)力,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著汽車發(fā)展,自卸車不斷被采用新材料, 新工藝,提高其質(zhì)量,具有較高的傳動(dòng)效率,控制和操作更為完善,更方便。 發(fā)展趨勢(shì) 各國十分注重在自卸汽車上采用先進(jìn)技術(shù),全面提高自卸汽車的內(nèi)在質(zhì)量和使用性能。隨著使用范圍的不斷擴(kuò)大,用戶要求不斷提高,自卸汽車正朝著多品種,系列化,小批量的發(fā)展方向,并且廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短研制周期。 3 直推式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的研究意義 直推式自卸汽車在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用,包括:可以大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率;可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件。自卸車大多使用于條件比較惡劣的礦山和 建設(shè)工地,舉升機(jī)構(gòu)是自卸車的核心機(jī)構(gòu),舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)既要考慮其運(yùn)動(dòng)學(xué)吳兵兵:直推式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的建模與仿真 4 問題,又要考慮其強(qiáng)度問題。因此,對(duì)其研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 第二章 自卸車舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本車型的主要尺寸,及其參數(shù) 本次設(shè)計(jì)選用中國重汽 HOWO重卡 336馬力 6X4自卸車 整車參數(shù):軸距 :3625+1350mm 車身長度 : 車身寬度: 車身高度: 整車重量: 額定載重 最大總質(zhì)量: 25t 車廂參數(shù):長度: 高度: 高度: 舉升機(jī)構(gòu)的選擇 舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 前面緒論已經(jīng)提及到了, 舉升機(jī)構(gòu)分為兩大類:直推式和組合連桿式,他們均采用液體壓力作為舉升的動(dòng)力源。 各個(gè)舉升機(jī)構(gòu)的性能比較 舉升機(jī)構(gòu)是 自卸車的重要裝置,他直接關(guān)系到自卸汽車的結(jié)構(gòu)與舉升機(jī)構(gòu),如表21所示 。 表 21各種性能的比較 直推式 結(jié)構(gòu)緊湊,升效率高,工藝簡單,成本較低, 用單缸是時(shí)容易剛度不足,采用多節(jié)缸時(shí)密封性較差。 組合連桿式 舉升力系數(shù)小,省力 ,橫向剛度好。 舉升結(jié)構(gòu)形式的確定 由于舉升機(jī)構(gòu)的重要性,所以在選著舉升機(jī)構(gòu)時(shí)一定要全面考慮,合理選用,以便能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于本次設(shè)計(jì)題目要求采用直推式,所以考慮采用是前置式還是后置式 ,綜合各個(gè)方面采用前置式直推式舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 最大舉升角的確定 車廂的最大舉升角,就是車廂的最大傾斜角,是指車廂舉升到極限的位置,車廂地板與底部車架平面的夾角。確定車廂最大舉升角的依據(jù)是貨物的安息角,它表明貨物內(nèi)摩擦所能維持的堆積角度,內(nèi)部摩擦越小,安息角就越小。本車型為直推式自卸貨車,下表為一般貨物的安息角,如表 22所示。 設(shè) 計(jì)的車廂最大舉升角必須要大于貨物的安息角。自卸車的最大舉升角可在 4570之間選取。舉升角越大越容易將貨廂內(nèi)的貨物卸凈。 但是過大的傾斜角會(huì)導(dǎo)致貨車的穩(wěn)定性較差,貨廂不容易復(fù)位。 本次設(shè)計(jì)考慮到時(shí)載重型貨車,故選取 50 為最大舉升角。 表 22 貨物安息角 單位:度 物料名稱 煤 焦炭 鐵礦石 銅礦 細(xì)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 吳兵兵:直推式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的建模與仿真 6 第三章 自卸車舉升 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與受力分析 舉升機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 根據(jù)車型選定的參數(shù),本次設(shè)計(jì)采用直推式前置式舉升機(jī)構(gòu),如圖表 11 所示,分析其運(yùn)動(dòng)情況,對(duì)于這次設(shè)計(jì)的舉升機(jī)構(gòu),它是通過液壓缸與車架的底部相連接然后另一端與車廂的 前圍板相連接,再通過液壓缸的收到液壓力的作用,從而使得多級(jí)缸依次 舉升,使得車廂圍繞車車架的后端進(jìn)行運(yùn)動(dòng),從而使得車廂舉升達(dá)到一定的角度,使得 達(dá)到 貨物卸載的目的。 舉升機(jī)構(gòu)的受力分析與參數(shù)的選定 油缸的總行程 L 根據(jù)車廂的總體長度以及車廂與車架鉸接的位置分析,本次設(shè)計(jì)車廂的總體長度為 而車廂與車架鉸接處距離車廂尾端為 米, 故得到車廂被舉升的總體長度為,又有本次設(shè)計(jì)車廂被舉升的最大角度為 50。故根據(jù)公式余弦定理 得到油缸總的行程為 ,根據(jù)行程確定本次設(shè)計(jì)采用三級(jí)液壓缸舉升機(jī)構(gòu)。通過查閱資料得到選定,本次三級(jí)液壓缸的行程分別為第一級(jí)缸為 米,第二級(jí) 液壓 缸行程為 米,第三級(jí) 液壓 缸行程為 。 油缸的舉升力大小 P 油缸的舉升力大小計(jì)算是為了后來對(duì)液壓缸的缸徑設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參數(shù)。油缸推理是根據(jù)貨車載重情況確定的,本次設(shè)計(jì)選定的車型整車質(zhì)量為 噸 , 額定載重質(zhì)量 , 最大總質(zhì)量為 25噸。 根據(jù)力矩平衡的原則,剛開始油缸的舉升力矩假設(shè)為貨車額定裝載時(shí)的最大力矩, 假設(shè)質(zhì)量中心在車廂出去與車架鉸接處的幾何中心。得到最大的舉升力為 噸。 因此得到第三級(jí)缸的舉升力為 噸,再根據(jù)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況的第二級(jí)缸的舉升力大小,當(dāng)?shù)谝患?jí) 液壓 缸被舉升結(jié)束時(shí),第二級(jí) 液壓 缸被舉升,此時(shí)根據(jù)計(jì)算車廂已經(jīng)被舉升一部分,此時(shí)車廂與車架的夾角為 。得到余弦值大小為 ,假設(shè)貨物沒有被傾倒,所以得到第二級(jí)缸的舉升力大小為 。再次按照上述方法的第三級(jí)缸的舉升力大小為 。 油缸 額定壓力的選定 根據(jù)油缸舉升力的大小和油缸行程 ,前頂舉多級(jí)油缸產(chǎn)品特點(diǎn) 1)缸筒材料采用45或強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牟牧?,安全余量大?2)密封圈采用日本華爾卡產(chǎn)品; 3)零部件采用數(shù)控機(jī)床加工,精度易于得到有效保證,生產(chǎn)質(zhì)量一致性好; 4)采用高端的三維設(shè)計(jì)及仿真軟件進(jìn)行油缸的設(shè)計(jì),校核油缸關(guān)鍵部位的強(qiáng)度,進(jìn)行液壓系統(tǒng)及流場的仿真; 5)具有大規(guī)模的液壓缸試驗(yàn)室,前頂舉自卸車油缸生產(chǎn)后,每根油缸均進(jìn)行出廠試驗(yàn)。新研制的自卸車油缸進(jìn)行空、滿載性能實(shí)驗(yàn)和壽命試驗(yàn),保證自卸車油缸研制和批產(chǎn)的質(zhì)量;前頂舉自卸車多級(jí)液壓缸分為:三 級(jí)、四級(jí)液壓缸;額定工作壓力19MPa;行程 3880~ 6200mm;最大伸出套筒直徑為 195mm;油缸推力 2056 噸,適用車載 4085 噸。同時(shí)當(dāng)液壓缸的額定壓力過大時(shí),要求液壓缸的密封性較強(qiáng),使得成本較大,但是如果選定的液壓缸額定壓力較低時(shí),會(huì)使得液壓缸的效率較低,綜合以上所述,本次液壓缸設(shè)計(jì)選定額定壓力為 10Mpa。 液壓缸直徑主要是根據(jù)收到舉升力的大小以及油缸內(nèi)部額定壓力所決定的,上面我們已經(jīng)確定油缸采用 10Mpa 的壓力,再根據(jù)各級(jí) 液壓 缸所需要的舉升力的大小,第安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 一級(jí) 液 壓 缸第二級(jí) 液壓 缸第三級(jí) 液壓 缸分別為 噸 噸 噸。然后根據(jù)壓力公式 以及液壓系統(tǒng)的知識(shí),即考慮到缸筒與伸出桿之間的關(guān)系 得到液壓缸的缸徑,第一級(jí) 液壓 缸第二級(jí) 液壓 缸第三級(jí)缸的缸徑分別為 6CM, 9CM, 13CM。所有液壓缸均采用 1厘米導(dǎo)向定位。 吳兵兵:直推式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的建模與仿真 8 第 四 章 舉升機(jī)構(gòu)的建模 基本結(jié)構(gòu) 的建模 本次設(shè)計(jì)建模采用 UG 進(jìn)行建立模型,通過上述已知,本次采用參數(shù)為中國重汽中國重汽 HOWO重卡 336馬力 6X4自卸車以下為其車型參數(shù)的建模。 對(duì)車架進(jìn)行建 模 已知車輛參數(shù)整車參數(shù): 軸距 :3625+1350mm 車身長度 : 車身寬度: 車身高度: 整車重量: 額定載重 最大總質(zhì)量: 25t 車廂參數(shù):長度: 高度: 高度: 在建立三維模型前,在 AUTO CAD建立二維模型,以便可以得到尺寸匹配情況,建立二維圖,如 圖 41所示 。 打開 UG,建立文件為車架,通過 軟件中的快捷鍵,在合適的位置建立長方體,圓柱體,再通過線框的拉伸得到,車門以及車窗,在通過陣列得到車輪上的環(huán)形陣列螺釘 ,再通過鏡像體得到另一部分車架,以及車輪,然后按照上述方法 建立 車架的框架后, 建立車頭,以及車輪和車輪的擋泥板的基本結(jié)構(gòu),然后通過軟件對(duì)其進(jìn)行一系列的修改,對(duì)車架的各個(gè)地方進(jìn)行倒圓角 。 建立基本懸架,因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)主要是對(duì)液壓缸的設(shè)計(jì),所以懸架就模糊設(shè)計(jì),再在車頭后端的車架上設(shè)計(jì)上螺絲孔,以便固定住液壓缸的最后一節(jié)缸的尾部,使得其安裝車架液壓缸支架,通過上述對(duì)軟件的操作就會(huì)得到,車架的主模型 。 圖 41車架的二維模型 建立模型后的車架主模型 ,如圖 42所示。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 圖 42車架主模 型 與車架匹配的車廂的建立 通過上述已知,車廂后端伸出車架 60 厘米,又由于車廂總長為 米,故車廂加載在車架上為 5 米,下面進(jìn)行建模,打開 UG 軟件,建立為車廂的文件,首先創(chuàng)建車廂基本模型,建立厚度為 ,組合成一個(gè)車架,再根據(jù)尺寸,建立車廂的加強(qiáng)筋,此時(shí)應(yīng)考慮車架上各個(gè)框架的位置,目的是建立車廂加強(qiáng)筋時(shí),使得車廂加強(qiáng)筋的位置恰好在車架的框架上,目的使得在貨車車廂承載重量時(shí),車廂有足夠的強(qiáng)度承受。 初步模型建立以后,在車廂的前圍板上,同時(shí)打入八個(gè)螺絲孔洞,螺絲孔洞必須打在車廂的加強(qiáng)筋 上,同時(shí)在加強(qiáng)筋上端加上擋板以保證有足夠的強(qiáng)度,使得貨廂得到舉升 ,然后在車廂尾部相距 60 厘米的地方,在加強(qiáng)筋上建立兩個(gè)與車架相連的兩個(gè)車廂旋轉(zhuǎn)的鉸鏈 。 建立車廂模型如 圖 43所示 。 圖 43車廂模型 與車架匹配的車架 吊耳 建模 建立過程 選取 文件,然后新建文件彈出 “新建 ”對(duì)話框,首先建立一個(gè) 2 厘米 長方體,然后在依靠長方體建立一個(gè)三角形夾板,在長方體上打入圓孔,方便安裝螺栓,同時(shí)在三角形夾板上也打入一個(gè) 5 厘米的圓孔,將其圓孔兩邊進(jìn)行拉伸,得到一個(gè)通孔的圓柱,此圓柱目的是為安裝車廂后與 車架鉸接的轉(zhuǎn)軸。從而得到車架支架如 圖 44所示。 按照同樣的方法得到另一個(gè)鏡像支架。如 圖 45所示。 吳兵兵:直推式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的建模與仿真 10 圖 44車架吊耳 圖 45鏡像的車架吊耳 與車 架 匹配車架支架建模 選取文件,選著建模,單擊 確定,得到建立模型的界面,新建一個(gè) 2厘米厚的長方體,在建立一樣厚度的長方體一個(gè),將兩個(gè)長方體粘結(jié)起來,在一個(gè)長方體上打入四個(gè) 2厘米直徑的圓孔,在另一個(gè)長方體的中心位置打入一個(gè)四個(gè)厘米的圓孔,將圓孔拉伸至 ,為了插入液壓缸最后一節(jié)缸的圓柱軸,再將帶有大圓孔長方體未連接 的兩端倒角,從而得到如 圖 46所示的車架支架。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 46車架支架 與車相匹配的車廂吊耳的建模 新建文件模型,建立一個(gè)長方體,在長方體上一側(cè)加上一塊三角形的加強(qiáng)板,同時(shí)在長方體上均布四個(gè) 2厘米的圓孔,便于安裝短螺栓進(jìn)行車廂吊耳與車廂之間進(jìn)行固定,在三角形的加強(qiáng)板上一端打入 4厘米的圓孔,將其拉伸到 ,安裝液壓缸頂部一級(jí)缸的轉(zhuǎn)軸,然后在長方體與加強(qiáng)板之間建立一個(gè)加強(qiáng)筋,保證貨廂足以舉升。建立模型如 圖 47所示。 圖 47車廂吊耳 吳兵兵:直推式自卸汽車舉升機(jī)構(gòu)的建模與仿真 12 所需要的 長短螺栓螺帽的建模 打開 UG 桌面,建立正六方體,在六方體中間位置建立一個(gè)直徑為 2厘米的長圓柱體,點(diǎn)擊螺紋按鈕,進(jìn)行倒螺紋, 得到長螺栓如 圖 48所示,用同樣的方法得到短螺栓 ,如 圖 49所示。 圖 48長螺栓 圖 49短螺栓 打開 UG 創(chuàng)建正六方體厚度為 2 厘米,在六方體中心位置創(chuàng)建一個(gè)圓,再將圓拉伸至通孔,在圓柱孔中就、導(dǎo)入螺紋使得與螺栓配合,得到如 圖 410所示。 圖 410螺帽 首先單擊第一級(jí) 液壓 缸所在的連桿,選擇點(diǎn)為第一級(jí) 液壓 缸外端圓 柱轉(zhuǎn)軸外端圓安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 的圓心,選擇轉(zhuǎn)軸為 X 軸。單擊嚙合連桿,選擇嚙合連桿為車廂所在的連桿中,為保證舉升時(shí)位置正確,選擇點(diǎn)還為上述所說的點(diǎn),選擇轉(zhuǎn)軸為 X 軸,然后單擊應(yīng)用添加運(yùn)動(dòng)副成功。 首先單擊第一級(jí) 液壓 缸所在的連桿,選擇點(diǎn)為第一級(jí) 液壓 缸外端圓柱轉(zhuǎn)軸外端圓的圓心,選擇轉(zhuǎn)軸為 X 軸。單擊嚙合連桿,選擇嚙合連桿為車廂所
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