【文章內(nèi)容簡介】 154t、 170t、 190t、 220t、 280t 等多個(gè)系列。在年開采量千萬噸級以上大型露天礦山的運(yùn)輸設(shè)備中， 礦用自卸車已占據(jù)近 2/3 的市場，承擔(dān)著世界上 40%的煤、 90%的鐵礦的開采運(yùn)輸 量。 重型礦用自卸車在我國大型露天礦山的使用始于 70 年代中期，到目前為止使用單位已達(dá) 10 個(gè) ,主要分布在煤炭、冶金等行業(yè)，總購車量達(dá) 543 臺(tái)，其裝載質(zhì)量主要為 108t 、 154t 兩種。目前仍然在礦山使用的 471 臺(tái)電動(dòng)輪自卸車中 (已報(bào)廢 72 臺(tái) ) ， 進(jìn)口自卸車 219 臺(tái)， %，中外合作生產(chǎn)車 87 臺(tái)，占 %，國產(chǎn)車 165 臺(tái)，占35%。我國重型礦用自卸車的生產(chǎn)大約經(jīng)歷了獨(dú)立開發(fā)、合作生產(chǎn)、國產(chǎn)化三個(gè)階段，生產(chǎn)廠家主要有三家 : 湖南湘潭電機(jī)廠、遼寧本溪重型汽車廠、江蘇常州冶金機(jī)械廠。湘潭電機(jī) 廠于 1977 年 5 月研制出國產(chǎn)第一臺(tái) SF3100 型 108t 自卸車樣車 ,以后經(jīng)過20 余年的不斷改進(jìn)和完善，已形成了 SF3102 、 SF3103 、 SF3102C、 SF3102D 型四個(gè)系列，并具備年產(chǎn) 100 余臺(tái)車的生產(chǎn)能力。遼寧本溪重型汽車廠生產(chǎn)礦用自卸車的歷史與湘潭電機(jī)廠類似 ,亦起步于 70 年代。該廠于 80 年代曾生產(chǎn)了 10 余臺(tái) LN3101 型108t 自卸車，其后由于多種原因已停產(chǎn)。江蘇常州冶金機(jī)械廠主要與美國 UnitRig 公司合作生產(chǎn) Mark36 型 154t 礦用自卸車，其產(chǎn)品在南芬鐵礦使用。 汽車問 世百余年來，特別是從汽車產(chǎn)品的大批生產(chǎn)以及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來，汽車己經(jīng)為世界經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活，產(chǎn)生了無法估量的巨大影響，為人類社會(huì)的進(jìn)步做出了不可磨滅的巨大貢獻(xiàn)，掀起了時(shí)代的革命。汽車的作用對國際化的發(fā)展起著不可磨滅的作用，首先，以美國為例 :美國汽車工業(yè)早己經(jīng)發(fā)展成為與鋼鐵、建筑并列的三個(gè)最大的行業(yè)之一如今美國的信息產(chǎn)業(yè)與高薪技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但汽車工業(yè)仍不失為美國產(chǎn)業(yè)最主要的支柱之一，在全球的汽車保有量中美國生產(chǎn)的汽車占 %。日本汽車工業(yè)在 1941 年己經(jīng)有 5 萬輛的年產(chǎn)能力， 1955 年就能達(dá)到15 萬輛。 研究的意義目的 針對目前的大量的土建和水利等工程的建設(shè)，自卸車得到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為了建筑過程中的不可或缺的重要因素。因此，我選擇了“ 北方奔馳前四后八自卸 3 車改裝設(shè)計(jì)”為自己的設(shè)計(jì)題目。主要目的是針對目前對自卸車的廣闊的市場需求來進(jìn)行設(shè)計(jì)及改裝，以北方奔馳前四后八自卸車為例來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 專用汽車市場愈來愈要求高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品。 目前，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速的增長，尤其在金融危機(jī)到來的時(shí)候，在國家的大力扶植下，很好的發(fā)展了道橋、測繪及房地產(chǎn)等相關(guān)行業(yè)，基于此，為自卸車的 發(fā)展提供了極大的空間。 20 世紀(jì) 80 年代，我國完成了工業(yè)化進(jìn)程中的清華工業(yè)化階段。經(jīng)過多年的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等方面的積累和 1998 年以后擴(kuò)大內(nèi)需政策的支持，以汽車和住宅需求啟動(dòng)為突破口，我國的工業(yè)化過程進(jìn)入資本技術(shù)密集的重化工業(yè)化階段，而重工化的中國為專用車帶來了廣闊的市場，尤其是重型自卸車。 近幾十年來它在國內(nèi)外獲得迅速的發(fā)展與普及 ,它最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了卸貨的機(jī)械化，從而提高卸貨效率。 自卸車的研究和設(shè)計(jì)不僅可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以促進(jìn)國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度， 關(guān)系到國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)和發(fā)展。同時(shí)在自卸車研究和生 產(chǎn)過程中，也帶動(dòng)了鋼鐵，化工等其它很多行業(yè)，又提供了大量的工作崗位，減輕就業(yè)壓力， 并日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。 因此，自卸車的發(fā)展是很有必要的。 4 第 2 章 自卸車主要性能計(jì)算 概述 自卸車的主要性能對于整車在實(shí)際運(yùn)用過程中有著很重要的影響，他直接決定了自卸車完成任務(wù)的能力， 所以，在這一章中要對自卸車的各項(xiàng)主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證設(shè)計(jì)能夠滿足使用要求。 主要性能計(jì)算 專用汽車與普通汽車的區(qū)別主要是改裝了具有專用功能的上裝部分，能完成某些特殊的運(yùn)輸和作業(yè)功能。因此在設(shè)計(jì)上，除了滿足 基本型汽車的性能要求外，還要滿足專用功能要求，這就形成了其自身的特點(diǎn)。專用汽車設(shè)計(jì)多選用定型的基本型汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。在根據(jù)所設(shè)計(jì)的專用汽車的功能和性能指標(biāo)要求，在功率匹配、動(dòng)力輸出、傳動(dòng)方式、外形尺寸、軸載質(zhì)量、購置成本等方面進(jìn)行分析比較，優(yōu)選出一種基本型汽車底盤作為專用汽車改裝設(shè)計(jì)的底盤。能否選到一種好的汽車底盤，是能否設(shè)計(jì)出一種好的專用汽車的前提。 如上所述，專用汽車底盤選型的好壞對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 。目前我國對于常規(guī)的自卸汽車通常是采用二類汽車底盤改裝設(shè)計(jì)。這是目前專用汽車設(shè)計(jì)中選用底盤型式最多的一種。所謂 二類底盤，即在基本型整車的基礎(chǔ)上，去掉貨箱。在改裝設(shè)計(jì)的總布置時(shí)，在沒有貨箱的汽車底盤上，加裝所需的工作裝置或特種車身。 在專用汽車底盤或總成選型方面，一般應(yīng)滿足下述 要 求 : 對貨運(yùn)車用的總成應(yīng)適應(yīng)貨運(yùn)要求，保證貨運(yùn)安全無損 。對各種專用改裝車的總成 適于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標(biāo)進(jìn)行改裝選型設(shè)計(jì) 所選用的各總成工作應(yīng)可靠，出現(xiàn)故障的機(jī)率少， 零部件耍有足夠的強(qiáng)度和壽命，且同一車型各總成零部件的壽命應(yīng)趨 于均衡。 5 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、行駛平順性及通過性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同等車型的先進(jìn)水平。而且在專用性能上 要 滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 要 求。 所選用的各總成要 便于安裝、檢查、保養(yǎng)和維修。處理好結(jié)構(gòu)緊湊與裝配調(diào)試空間合理的矛盾 。 由上條件考慮，此次設(shè)計(jì)我所選用的汽車底盤為北方奔馳ND1312D50J 型汽車，其底盤為二類底盤，數(shù)據(jù)如下： 根據(jù)任務(wù)書的要 求，底盤型號為 ND1312D50J ，整備質(zhì)量為 15495kg，額定載質(zhì)量為 15375kg，質(zhì)量利用系數(shù)為 1， 其主要技術(shù)參數(shù)如下表所示： 表 自卸車的主要技術(shù)參數(shù) 汽車總長 /mm 11180 汽車總寬 /mm 2500 汽車總高 /mm 3180 車廂 總長 / mm 8500 車廂總寬 /mm 2300 車廂總高 /mm 950 最大總質(zhì)量 /kg 20900 整車整備質(zhì)量 /kg 15495 最大裝載質(zhì)量 /kg 15375 車廂后傾角度 /176。 50 軸距 /mm 1500+5050+1450 前輪輪距 /mm 1995/1995 后 輪 輪距 /mm 1800/1800 輪胎數(shù) 12 輪胎規(guī)格 , 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇： 6 表 發(fā)動(dòng)機(jī) 的主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī) 型號 系列 WP10 國 Ⅲ 機(jī) 生產(chǎn)廠家 濰柴 發(fā)動(dòng)機(jī)型號 濰柴 汽缸數(shù) 6 燃油種類 柴油 氣缸排列形式 直列 排量 排放標(biāo)準(zhǔn) 國 Ⅲ 最大輸出功率 247kw 最大馬力 336 馬力 最大扭 矩 1250Nm 最大扭距轉(zhuǎn)數(shù) 12001600r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)形式 水冷，四沖程，帶排氣門制動(dòng)，直噴，增壓中 冷 發(fā)動(dòng)機(jī)凈重 875kg 一米外噪音 104dB 額定轉(zhuǎn)數(shù) 2200RPM 發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸 1525 730 1063mm 氣缸行程 130mm 汽缸缸徑 126mm 每缸氣門數(shù) 2 進(jìn)氣形式 增壓中冷 發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性： 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和輸出功率隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化的二條重要特性曲線，為非 7 線形曲線。工程實(shí)踐表明，可用而次三相式來描述汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的的外特性，即 cbnanT eee ??? 2 （ ） 式中 eT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 (Nm)。 en —— 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速 (r/min)。 a、 b、 c—— 待定系數(shù)，有具體的外特性曲線決定。 根據(jù)外特性數(shù)值建立外特性方程式 如果已知發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性，則可利用拉格朗日三點(diǎn)插值法求出公式中的三個(gè)待定系數(shù)的 a、 b、 c。在外特性曲線上取三點(diǎn)，即 1eT 、 1en 、 2eT 、 2en 及 3eT 、 3n ，依拉氏插值三項(xiàng)式有 ))(( ))(())(( ))(())(( ))(( 2313 2131232 1323121 321 eeee eeeeeeeee eeeeeeeee eeeeee nnnn nnnnTnnnn nnnnTnnnn nnnnTT ?? ????? ????? ??? （ ） 將上式展開，按冪次高低合并，即可得三個(gè)三個(gè)待定系數(shù)為： ))(())(())(( 2313 33212 23121 1 eeee eeeee eeeee e nnnn Tnnnn Tnnnn Ta ????????? （ ） ))(( )())(( )())(( )( 2313 3213212 2313121 132 eeee eeeeeee eeeeeee eee nnnn Tnnnnnn Tnnnnnn Tnnb ?? ???? ???? ??? （ ） ))(())(())(( 2313 3213212 2313121 132 eeee eeeeeee eeeeeee eee nnnn Tnnnnnn Tnnnnnn Tnnc ????????? （ ） 因?yàn)椴恢劳馓匦郧€圖，故按經(jīng)驗(yàn)公式擬合外特性方程式。 如果沒有所要發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性，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)，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式來描述發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性： 22 )()( etpt pememe nnnnTTTT ????? （ ） 式中 emT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； tn —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速（ r/min）； pn —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)速（ r/min）； pT —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩（ Nm）。 pemp nPT 9550? （ ） 由公式（ ）和公式（ ）可得 8 ??????????????????????2222)()()()(2)(pttpememptpemtptpemnnnTTTcnnTTnbnnTTa （ ） 對臺(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。按 GB標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)中 μ=～ 。 圖 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線 變速器的 選擇： 表 變速器的主要參數(shù)選擇 型號 CA10TA160m 直接擋變速器 系列 CA10TA(X)160/190/210m 生產(chǎn)廠家 一汽 9 變速箱形式 雙中間軸，主副箱結(jié)構(gòu)，副箱帶同步器 油 容量 13/（帶取力器） L 重量 342kg 倒檔 2 傳動(dòng)比 倒檔 1 傳動(dòng)比 10 檔傳動(dòng)比 1 9 檔傳動(dòng)比 8 檔傳動(dòng)比 7 檔傳動(dòng)比 6 檔傳動(dòng)比 5 檔傳動(dòng)比 4 檔傳動(dòng)比 3 檔傳動(dòng)比 2 檔傳動(dòng)比 11 1 檔傳動(dòng)比 最大輸出轉(zhuǎn)矩 1600Nm 換擋方式 手動(dòng) 操縱方式 直接操縱，遠(yuǎn)距離單、雙桿操縱 汽車的行駛方程式 自卸車 在直線行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)力 和行駛阻力之間的關(guān)系式如下： t f w i jF F F F F? ? ? ? （ ） 式中 tF—— 驅(qū)動(dòng)力； fF —— 滾動(dòng)阻力； wF —— 空氣阻力； iF —— 坡度阻力； jF —— 加速阻力。 10 驅(qū)動(dòng)力 tF 的計(jì)算 液化石油氣汽車在地面行駛時(shí)受到發(fā)動(dòng)機(jī)限制所能產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力 tF 與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 eT 的關(guān)系為： dget riiTF ημ0= （ ） 式中 gi —— 變速器某一擋的傳動(dòng)比； 0i —— 主減速器傳動(dòng)比； ?—— 傳動(dòng)系統(tǒng)某一擋的機(jī)械效率； dr —— 驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑； ? —— 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性修正系數(shù)。 一檔傳動(dòng)比 ig1=； 主減速器傳動(dòng)比 i0=； 一檔傳動(dòng)效率 ? =； 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性修正系數(shù) ? =； 驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑 dr =。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，驅(qū)動(dòng)力最大，此時(shí)Te=1250Nm 所以求的 tF = 滾動(dòng)阻力 fF 的計(jì)算 液化石油氣汽車的滾動(dòng)阻力 fF 的計(jì)算公式為： ?c osgfmF af ? （ ） 式中 am —— 整車整備質(zhì)量 ； ? —— 道路坡度角； f —— 滾動(dòng)阻力系數(shù)。 整車整備質(zhì)量 am =30870kg； 道路坡度角，按照國家規(guī)定取 30%，約為 176。； 滾動(dòng)阻力系數(shù) f的取值范圍是：良好的瀝青或混凝土路面 ~。 f=f0+kv= 所以空氣阻力 fF = 坡道阻 力 iF 的計(jì)算 11 汽車上坡行駛時(shí)，整車重力沿坡道的分力為坡道阻力，其計(jì)算公式為： ?s ingmF ai ? （ ） =30870 sin 176。 = 空氣阻力 wF 的計(jì)算 汽車的空氣阻力與車速 v 的平方成反比，即 20 4 vACF DDw ? （ ） 式中 DC —— 空氣阻力系數(shù)可取為 ～ ； DA —— 迎風(fēng)面積（ m2），可按 BHA? 估算，輪距 B 為 2500mm，整車高度 H 為3180mm，所以求得 DA =。 所以 20 . 0 4 7 0 . 6 7 . 9 5 5 0 5 6 . 0 4 7 5wF ? ? ? ? ?N 加速阻力 jF 的計(jì)算 加速阻力是汽車加速行駛時(shí)所需克服的慣性阻力計(jì)算公式為 jmF aj ?? （ ） 式中 j —— 汽車加速度（ m/s2）； am —— 汽車整備質(zhì)量（ kg）； ? —— 傳統(tǒng)系統(tǒng)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。 可按下述經(jīng)驗(yàn)公式估算 ? 值： 2211 gi??? ??? （ ） 代入得： )s inc o s(212 ??? ????? fCCBvAvjm aaa 求解得： jmF aj ?? = 綜上，發(fā)動(dòng)機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)力能夠克服各種阻力驅(qū)使汽車行駛。 汽車最高車速的確定 汽車最高車速的計(jì)算（其它參數(shù)見表 ） 。 1769 5 5 0 9 5 5 0 7 0 02400emppPT n? ? ? ? ? 0. 0013450 15001900/2479549)( T 22em ===pte nnTa 12 222472 1 4 5 0 ( 1 5 0 0 9 5 4 9 )2 ( )1900 3 . 7 0 3 8( ) ( 1 4 5 0 1 9 0 0 )t e m ptpn T Tbnn? ? ??? ? ??? 2 222() ( 1 5 0 0 1 2 4 1 .3 7 ) 1 4 5 01 5 0 0 1 1 8 5 .2 8( ) ( 1 4 5 0 1 9 0