0046-清障車改裝設計【全套8張CAD圖+說明書+文獻翻譯】,全套8張CAD圖+說明書+文獻翻譯,清障車,改裝,設計,全套,cad,說明書,仿單,文獻,翻譯
ST5063TQZ清障車改裝設計
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Design of the ST5063TQZ Wrecker Truck
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
第1章 緒 論 3
1.1 課題研究的目的和意義 3
1.2 國內外清障車的發(fā)展現狀 4
1.3 設計的主要內容 5
第2章 清障車的分類及總體布置 6
2.1 清障車的分類 6
2.2 工作原理 7
2.3 二類底盤的選擇 8
2.4 總體布置 10
2.5本章小結 10
第3章 清障車的結構與設計 11
3.1基本尺寸參數的確定 11
3.2質量參數的確定 11
3.2.1額定裝載質量 11
3.2.2整車整備質量 12
3.2.3總質量 12
3.3道路清障汽車副車架的設計與分析 12
3.3.1副車架的截面形狀及尺寸 12
3.3.2副車架的前端形狀及安裝位置 13
3.4 本章小結 15
第4章 液壓系統(tǒng)設計 16
4.1舉升機構形式的選擇 16
4.2 液壓系統(tǒng)的類型和特點 18
4.3 液壓系統(tǒng)的組成 19
4.3.1 液壓系統(tǒng)的組成 19
4.3.2 液壓缸的組成 19
4.4 油缸的選型與計算 21
4.4.1 油缸直徑及行程確定 21
4.4.2 活塞桿直徑d的確定 23
4.4.3 液壓缸壁厚和外徑的計算 23
4.4.4 缸體長度的確定 24
4.5 油泵的計算與選型 24
4.5.1 油泵工作壓力的計算 25
4.5.2 油泵理論流量的計算 25
4.5.3油泵排量的計算 25
4.5.4 油泵功率的計算 26
4.6液壓絞盤的設計 26
4.6.1系纜部分 26
4.6.2液壓馬達部分 26
4.6.3絞盤性能參數計算 27
4.6.4液壓馬達的性能計算 27
4.7油箱與油管的計算與選型 27
4.7.1油箱容積的計算 27
4.8.2油管內徑的計算 27
4.8取力器設計 28
4.9 本章小結 29
第5章 整車性能計算分析 30
5.1道路清障車整車參數 30
5.2動力性計算 31
5.2.1發(fā)動機外特性 31
5.2.2汽車的行駛方程式 32
5.2.3動力性評價指標的計算 36
5.2.4道路清障車整車動力性計算 錯誤！未定義書簽。
5.3燃油經濟性計算 37
5.4道路清障車穩(wěn)定性計算 38
5.4.1道路清障車運輸狀態(tài)穩(wěn)定性計算 39
5.4.2道路清障汽車載運時穩(wěn)定性計算 40
5.5本章小結. 41
結論 42
參考文獻 43
致謝 44
附錄 45
摘 要
隨著經濟的發(fā)展，我們國家道路上的汽車不斷地增長，而相應的則是越來越頻發(fā)的交通事故，為了避免車輛的二次損壞，道路清障車在作業(yè)時應十分注意對事故車輛的保護，特別對一些新車、高檔轎車，應必免因為作業(yè)中捆綁、擠壓以及運輸對事故車輛的損壞，特別對一些高檔轎車，應避免因為作業(yè)中的捆綁、擠壓、以及運輸中的碰撞造成對事故車輛機件及外觀上的進一步損傷了改。ST5063TQZ平板清障車作為專用清障車的一種，它利用附加的液壓絞盤、液壓舉升裝置、托板能夠對事故車輛施行裝載運輸，實現對事故車輛的快速處理，并且不受事故車輛車速的限制。
在查閱大量相關資料的基礎上，深入分析了平板清障汽車設計的總體方案，對底盤、舉升機構、液壓系統(tǒng)、液壓絞盤以及相關附件等進行了合理選擇。并通過對底盤型號的選取，確定了整車性能參數。確定了對背式清障汽車的總體參數。此外，對改裝后的整車性能也進行了分析和計算，以確定是否能滿足國家標準。
關鍵詞：清障車；平板；液壓絞盤；升降機構；液壓系統(tǒng)
ABSTRACT
With the rapid development of the modern logistics dustry, More and more cars continue to grow in our country, the corresponding is more and more frequent traffic accident, in order to avoid the damage again. The wrecker truck is considered as a kind of the special lorry for carrying goods. By making use of an additional rear gate, the vehicle completes the self-lifting and self-unloading of the goods to make the loading and unloading operations achieve mechanization, thereby brings out the fast freight on some degree.
The article makes in-depth analysis of the program of the overall design on the basis of searching for a large number of relevant information, make a reasonable choice for chassis,the tailgate lift, hydraulic system, rear gate and the related accessories. And also through the selection of the chassis, the article determines the performance parameters of the vehicle. On this basis, adding to the kinematics and mechanical analysis of the tailgate lift mechanism, it makes the identification and verification of the size of the tailgate lift’s movements. Meanwhile, adopting a hydraulic control system to controll each component, it carrys on the function of rising goods, lifting, and unloading goods, and though the design of hydraulic components, it determines the components of the hydraulic models. At this point, the article determines the overall parameters of the whole vechile. In addition, it makes the analysis and calculation for the whole after repacking to test whether it can meet the national standard.
Key word: Wrecker truck；Rear gate；Hauling-up device；Tailgate lift mechanism；Hydraulic system
第1章 緒 論
1.1 課題研究的目的和意義
現代汽車工業(yè)具有全球性，是開放性的綜合產業(yè)。汽車工業(yè)的發(fā)展是社會經濟發(fā)展的必然，而經濟社會的發(fā)展對汽車使用功能不斷提出新的要求，是汽車更好的為經濟發(fā)展服務，在社會經濟不斷發(fā)展和人民生活水平不斷提高的雙重要求下，專用車的出現更好的滿足了客戶的專業(yè)需求。
2002年我國公路通車里程已達175.8萬公里，其中高速公路達2.5萬公里，躍居世界第二。隨著京沈、京滬、西南出海通道等高速公路的開通，我國以五縱七橫國道主干線為重點的國家公路主骨架已初步建成。這為清障車的突飛發(fā)展孕育了廣闊市場，作為“讓大地的脈絡更暢通”的使者——清障車，要使其更能發(fā)揮安全快捷、強而有力的道路清障優(yōu)勢，那么清障車底盤專用化、重型化、智能化、作業(yè)附件實用性是清障車技術發(fā)展的必然趨勢。
清障車底盤專用化，是國內清障車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前，國內的清障車全部是利用二類底盤來改裝的。二類底盤的軸荷分布是按載貨車來設計的，這與清障車托舉作業(yè)時的所要求軸荷分布是不同的。往往會出現清障的托舉機構還有潛力，清障車的總質量也小于其最大總質量，但其后軸卻已經超載了。二類底盤的軸荷分布對清障車是不適用的。由于清障車是種作業(yè)車，其需隨車攜帶許多作業(yè)附件工具。現在國內的二類底盤兩大梁外側已被燃油箱、電瓶、氣罐占住了空間，這樣就很難再布置工具箱來安放清障車所需的眾多作業(yè)附件。若清障車底盤專用化，就能很好地來解決這些問題。
? 清障車重型化也是清障車技術發(fā)展的一個顯著特點。隨著我國汽車噸位重型化的調整，國家西部開發(fā)、南水北調和西氣東輸的建設，加上奧運會、上海世博會和廣州亞運會的成功舉辦，道路條件的改善，交通運輸業(yè)的發(fā)展，公路運輸向高速化、集約化、專用化、集裝箱化發(fā)展，必將引起重型汽車業(yè)（包括專用重型汽車）的崛起。作為保證道路暢通的清障車，無凝也必須重型化，才能滿足重型車輛的清障需要?，F在國內最大噸位的清障車為48噸。
? ? 清障車智能化，就是從安全、方便、人性化考慮，在系統(tǒng)中裝配一些智能設備，如遙控系統(tǒng)，機構安全報警系統(tǒng)，緊急拯救系統(tǒng)。
? ?作業(yè)安全、快速是道路清障拯救的兩項重要指標。而專用作業(yè)輔件是作業(yè)安全快速重要的保證。隨著車輛的種類和款式的不斷增多，道路上造成事故與故障的模式也千變萬化，因此，只有不斷地開發(fā)安全、實用、高效的作業(yè)輔件才能滿足各類清障作業(yè)的需要。
道路清障汽車自上世紀初誕生以來，不斷發(fā)展，日趨完善。已經是專用車中一個大家族，根據其中作業(yè)能力，清障汽車可分為輕型，重中型及超重型；根據結構形式區(qū)分，道路清障汽車可分為臂架起重機型清障汽車，門架叉式清障汽車，簡單叉式清障汽車和背式清障汽車四個基本類型；從吊臂的作業(yè)功能來分，清障汽車有吊臂旋轉型清障汽車，托臂負載折疊型，吊臂滑動型及吊臂固定型。從托臂的作業(yè)功能來分清障汽車有托臂負載折疊型，托臂折疊型，及托臂不折疊型；從整車結構來分，清障汽車有單功能型，雙功能型及多功能混合型。典型清障車結構如圖1.1。
圖1.1 臂架起重機型清障車
1.2 國內外清障車的發(fā)展現狀
清障車創(chuàng)始于公路交通非常發(fā)達的國家，早在20世紀50年代美國就生產出第一輛清障車。當時這種車還比較簡單，靠機械傳動帶動卷揚機，拉桿支撐，故障車一端被吊起拖離現場；往往采用自制底盤，功能較單一，這是清障車發(fā)展的第一階段。第二階段，以引入液壓傳動與控制技術為標志，20世紀70年代第一批采用全液壓傳動的清障車生產出來，涌現了一批著名的清障車企業(yè)，如美國的ENTURY，CHALLENGER，JERR-DAN，WRECKER，澳地利的EMPL,日本的TOKYU，加拿大的NRC。這一階段的清障車技術和生產得到很大的發(fā)展，首先是系列品種、規(guī)模增多，結構形式多樣化，其次是所用專用底盤、二類底盤多樣化。大型清障車最大為4橋。第三階段，結構多樣、功能齊全，具有托舉、起吊、拖曳、牽引、背拖、破折、清潔、維修等功能。第四階段。工作能力更大，拖舉能力最大達25噸，拖牽能力達48噸，起吊能力達40噸。第五階段，操作方式更先進，工作環(huán)境更舒適。
我國清障車產業(yè)起步于20世紀80年代未。近20年來，我國清障車行業(yè)經歷了整車引進、吸收仿制到自主研發(fā)的過程。隨著我國城市交通與高速公路的快速發(fā)展，國產清障車的技術水平、制造工藝已取得突破性進展，形成了產品多功能化、智能化、人性化的技術特點，上裝（專用機構）具有采用新材料、模塊化設計和專用設備制造的工藝特點。我國一些企業(yè)通過采用專用設備和模塊化設計，實現了清障車的流水生產線生產，產量提高，成本下降，并有一定上裝產品出口。
包括國有企業(yè)，目前我國清障車生產企業(yè)有10家左右，生產2—60噸100余個不同型號和規(guī)格的清障車產品。據悉，國內目前最大噸位的清障車為48噸，產品投入市場后很受歡迎。我國自主開發(fā)的60噸級清障車也已實現銷售，80噸級清障車的開發(fā)已開始籌劃?？梢哉f，國內清障車的設計與市場開發(fā)已進入一個新的時代。
1.3 設計的主要內容
設計主要承擔的任務是設計舉升機構，初步選定采取全液壓操縱，取力器從變速箱窗口取力，發(fā)動機的輸出動力通過傳動軸到達齒輪泵，油泵輸出高壓油，流經多路換向閥、液壓閥，然后到達各執(zhí)行原件。
設計總體分為三個方面：機械舉升部分（包括舉升臂的選材、外形尺寸的確定等）；液壓控制部分（包括液壓缸的計算和型號確定、液壓控制系統(tǒng)的設計和輔助元件的選擇等）；相關輔助系統(tǒng)部分。
第2章 清障車的分類及總體布置
清障車總體設計的主要任務是：正確確定清障車的性能指標，正確選擇汽車底盤，為各部件設計提供控制參數和設計要求，對各部件進行合理布置和運動校核，并對車輛性能進行準確計算和控制。
對道路清障車進行改裝設計，一般應滿足以下設計要求：
1、具有一般清障汽車的功能；
2、能將滿載貨物的車廂在比較水平的狀態(tài)下平穩(wěn)地舉升到一定高度；
3、拖拽功能；
4、牽引功能。
2.1 清障車的分類
按類別主要分為：拖吊連體型、拖吊分離型、平板一拖二型、360度旋轉吊型、液壓自動夾緊型。
按牽引噸位分為:2噸、3噸、5噸、8噸、10噸、15噸、25噸、30噸、50噸、80噸。
按品牌分為：江淮清障車、五十鈴清障車、東風小霸王平板清障車、東風多利卡托吊型清障車、東風平頭道路清障車、紅巖重型清障車、斯太爾重型清障車、平板清障車、依維柯清障車。
按作業(yè)能力分為：輕型，中重型及超重型。輕型清障國作業(yè)對象是輕型載貨汽車，微型客車及轎車等，中重型清障車的清障作業(yè)對象是中重型載貨汽車，大中型客車等，超重型清障車作業(yè)對象是重型載貨汽車及超重型半掛汽車系列等。
清障車按其使用特點可分為運載類、起吊牽引類。運載類是將損壞的車輛牽引到運載車上運走；起吊牽引類是用車上安裝的起吊牽引裝置把損壞汽車的一端托起(或吊起)離開地面，另一端仍然著地，然后由起吊牽引式清障車拖離現場。
清障車基本上都是采用載貨汽車的二類底盤改裝的，按清障車結構型式可分為拖運、裝運、吊運、救援(單臂式和雙臂式)式清障車。
2.2 工作原理
平板型清障車不具備的工作臺翻轉能力，運動形式類似翻斗卡車。清障車在工作平臺前部裝有液壓傳動緊繩機構，是裝車卸車的動力來源。工作原理：在二類通用汽車底盤上裝有用油缸、連桿和底盤相聯接的工作平臺，工作平臺、汽車底盤、翻轉油缸及連桿共同構成在汽車縱向垂直平面內的四桿機構。當翻轉油缸伸出時，工作平臺平緩地后移和翻轉，平臺末端落地，與地面成1l°～22°角，位于事故車正前方。
圖2.1清障車工作過程及原理
裝車作業(yè)過程：清障車以車尾接近事故車，翻轉油缸工作使工作平臺后翻落地。開動液壓卷揚機構，用鋼絲繩連接事故車輛的前橋(也可連接事故車輛后橋，以倒拉方式裝車，開動緊繩器，事故車被緩慢地拉上平臺，驅動翻轉油缸，工作平臺復位，固定事故車輛后即可實現無損輸送。為了便于曳引事故車輛，可在工作平臺上設置兩條縱向由排列緊密的多支平行滾子組成滑道，使牽引阻力降低，即使前后橋均已損壞，車輪不能轉動的車輛也能輕松裝卸。到達目的地，卸車過程是裝車過程的逆過程。
動力來源為發(fā)動機，取力器從變速箱窗口取力，發(fā)動機的輸出動力通過傳動軸到達齒輪泵，油泵輸出高壓油，流經多路換向閥、液壓閥，然后到達各執(zhí)行原件。
工作原理示意圖：
液 壓 多 路 閥 控 制
液壓油泵
取力器
發(fā)動機
鋼絲繩收放
液壓絞盤
平臺傾斜升降
平臺前后伸縮
托臂升降、伸縮
功能油缸、馬達
圖2.2液壓工作原理示意圖
2.3 二類底盤的選擇
清障車是一種專項作業(yè)的汽車。汽車底盤的性能決定了清障車的基本性能，最大限度地發(fā)揮底盤的能力及底盤能夠滿足專用裝置的要求是底盤選擇的關鍵。根據我國目前生產的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足國民經濟某一服務領域的特定使用要求，主要是在已定型的基本車型底盤的基礎上，進行車身及工作裝置的設計，與此同時對底盤各總成的結構與性能進行局部的更改設計與合理匹配，以達到滿足使用需求的較為理想的整車性能。汽車底盤的選擇主要是根據專用汽車的類型、用途、裝載質量、使用條件、專用汽車的性能指標、專用設備或裝置的外形、尺寸、動力匹配等決定，清障車是以路面作業(yè)為主的專用車，故底盤的選擇以二類貨車底盤為主。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作重點是整車總體布置和工作裝置設計，對底盤僅作性能適應性分析和必要的強度校核，以確保改裝后的整車性能基本與原車接近。
在專用汽車底盤或總成選型方面，一般應滿足下述要求：
1、 適用性
對貨運車用的總成應適應貨運要求，保證貨運安全無損；對乘用車用的總成應適于乘客的需要。達到乘座安全舒適；對各種專用改裝車的總成應適于專用汽車特殊功能的要求，并以此為主要目標進行改裝選型設計，例如各種取力器的輸出接口等。
2、可靠性
所選用的各總成工作應可靠，出現故障的幾率少，零部件要有足夠的強度和壽命，且同一車型各總成零部件的壽命應趨于均衡。
3、先進性
所選用的底盤或總成。應使整車在動力性、經濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平。而且在專用性能上要滿足國家或行業(yè)標準的要求。
4、方便性
所選用的各總成要便于安裝、檢查、保養(yǎng)和維修。處理好結構緊湊與裝配調試空間合理的矛盾。在選用專用汽車底盤時，除了上述因素外，還有以下兩個很重要的方面：一是汽車底盤價格，它是專用汽車購置成本小很大約部分，一定要考慮到用戶可以接受。這也涉及到專用汽車產品能否很快地占有市場、企業(yè)能否增加效益等問題。二是汽車底盤供貨要有來源，要同生產汽車底盤的主機廠有明確的協(xié)議或合同，無論汽車底盤滯銷或緊俏，一定要按時將底盤供貨。
目前國內市場上底盤的種類多、品種全，國產底盤可供選擇的品種很多，如東風、解放、慶鈴、江鈴、依維柯、江淮、黃河、躍進、斯太爾、北方奔馳等知名品牌均可做為清障車的底盤，因為江淮貨車價格便宜，市場保有量大，維修方便，所以選取江淮汽車廠的HFC1061k93型的二類底盤。
表2.1 HFC1061k93底盤參數
底盤型號
HFC1061K93 詳細參數
軸數
2
軸距（mm）
3815
輪胎數
6
輪胎規(guī)格
7.05-16
前輪距（mm）
1665
后輪距（mm）
1525
燃料種類
柴油
彈簧片數
9/12
乘駕人數
3
軸荷
3815
2.4 總體布置
本次設計的清障車為平板式清障車，其主要由底盤、副車架、托盤、托臂、液壓系統(tǒng)、工具箱等組成。
平板清障車各部分結構的功能：
1、副車架是各個上裝部件的安裝基礎，能夠將各部件的集中載荷均勻地分布到底盤車架上，改善底盤受力狀況。
2、托架是托盤滑動，托臂托舉等作業(yè)的支撐骨架。托盤在托架軌道上被油缸推著前后滑動；托架油缸推動托架實現托盤傾斜；托架后部安裝托臂來完成各種托舉作業(yè)。
3、托盤是清障車參與救援工作的主要部件。托盤向后滑移，并傾斜合適角度，尾部支腿靠地。此時絞盤可將故障車輛順利牽引到托盤上來,借助各液壓油缸的伸縮動作，托盤收回原位，完成馱載作業(yè)。
4、托臂是清障車參與救援工作的關鍵部件，對故障車輛的托舉牽引工作主要通過托臂來實現。借助于各液壓油缸的伸縮動作，托臂能夠實現折疊、舉升、傾斜及伸縮等運動，從而完成各項清障救援任務。
5、配置一個大工具箱。用于存放清障車的各種作業(yè)附件及其備件。在車身后部兩側有兩個操縱箱，是安裝液壓操縱手柄的空間，可始終處于安全的一側操縱。
2.5本章小結
本章主要介紹了清障車的分類以及清障車工作原理，對本設計中的清障車進行了總體布置，確定了本設計所使用的二類底盤的型號。
第3章 清障車的結構與設計
3.1基本尺寸參數的確定
道路清障汽車與普通專用汽車一樣，都是在二類底盤的基礎上進行改裝而成，主要尺寸參數原則上應于原車底盤尺寸相同，從而保證其整車性能參數與原車基本保持不變。常見二類底盤機構如圖3.1所示。
圖3 .1 常見二類底盤
3.2質量參數的確定
3.2.1額定裝載質量
道路清障汽車m是在二類地盤的基礎上多加了一套舉升和傾卸裝置，所以其裝載質量差不多，而且道路清障汽車不需要太高的速度，根據初定額定裝載質量為m=3 000kg，所以選擇底盤最大承載質量為3500kg。
3.2.2整車整備質量
整車整備質量m0是指汽車完全裝備好的質量，包括潤滑油、燃料、隨車工具、備胎等所有裝置的質量。參考同類普通專用汽車的整車整備質量，在此基礎上在增加裝備質量，便可估算道路清障汽車整車整備質量。
所選HFC1061k93車底盤的整備質量為5100kg,因為在本次設計選用的裝備較多，因此整車整備質量相對有所增加，取為m0=5500kg；
3.2.3總質量
總質量ma的計算公式為：
kg （3.1）
式中 mp——乘員質量（kg），按每人65kg計。
改裝后道路清障汽車最大軸載質量的分配應基本接近原車底盤軸載要求。又由于車廂升高的同時，其質心向后移。
3.3道路清障汽車副車架的設計與分析
在專用汽車設計時，為了改善主車架的承載情況，避免集中載荷。同時也為了不破壞主車架的結構，一般多采用副車架過渡。
在增加副車架的同時，為了避免由于副車架剛度的急劇變化而引起主車架上的應力集中，所以對副車架的形狀、安裝位置及與主車架的連接方式都有一定要求。
3.3.1副車架的截面形狀及尺寸
專用汽車副車架的截面形狀一般和主車架縱梁的截面形狀相同，多采用如圖3.2所示的槽形結構，其截面形狀尺寸圖3.2所示的槽形結構，其截面形狀尺寸取決于專用汽車的種類及其承受載荷的大小。
圖3.2 副車架的截面形狀
對于隨車運輸車的副車架來說，在安裝起重裝置的范圍內，應按如圖3.2和圖3.3所示的方式用一塊腹板將副車架截面封閉起來，以提高副車架的抗扭和抗彎能力。
圖3.3 加強后的副車架截面形狀
圖3.4 加強腹板的位置
3.3.2副車架的前端形狀及安裝位置
為了避免由于副車架截面高度尺寸的突然變化而引起主車架縱梁的應力集中，副車架的前端形狀應采用逐步過渡的方式。例如采用如圖3.4所示的三種過渡方式。對于這三種不同形狀的副車架前端，在其與主車架縱梁相接觸的翼面上都加工有局部斜面，其斜面尺寸如圖3.4（c）所示。h=1mm 、l=15～20mm。
如果加工上述形狀困難時，可以采用如圖3.5所示的副車架前端簡易形狀，此時斜面尺寸較大。對于鋼質副車架：h=5～7mm；l=200～300mm對于硬木質副車架：h=5到10mm；l=H、副車架在汽車底盤上布置時，其前端應盡可能地往駕駛室后圍靠近。
（a）U形 （b）角形 （c）L形
圖3.5 副車架前端的三種形式
圖3.5為某散裝水泥運輸車的罐體、副車架相對于汽車底盤的安裝位置，在滿足軸荷分配的前提下，其中A不宜過大，留足空壓機的位置即可;B為副車架的前端離主車架拱形橫梁的距離，一般在100mm之內;C為固定副車架的前面第一個U型螺栓距拱形橫梁的距離，一般控制在500～800mm的范圍內。
（a）鋼質副車架 （b）硬木質副車架
圖3.6 副車架前端簡易形狀
圖3.7副車架的安裝位置
3.4 本章小結
本章主要進行的是基本尺寸參數的確定以及質量參數的確定以及道路清障汽車副車架的設計與分析。研究了截面尺寸形狀以及副車架安裝位置。
第4章 液壓系統(tǒng)設計
道路清障車液壓系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響整車的性能。道路清障車液壓系統(tǒng)一般主要包括托舉液壓系統(tǒng)、液壓卷筒液壓系統(tǒng)。
本次道路清障車的改裝設計主要偏重于機械機構的設計與分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標準化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產供應；因此在改裝設計中只需要進行液壓元件計算選型。其主要內容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關控制閥的選型等。
4.1舉升機構形式的選擇
舉升機構分為兩大類：直推式和連桿組合式，它們均采用液體壓力作為舉升動力。直推式舉升機構利用液壓油缸直接舉升車廂傾卸。該機構布置簡單、結構緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長，故一般要求采用單作用的2級或3級伸縮式套筒油缸。
按油缸布置位置不同，直推式舉升機構可分為前置和后置兩種，如圖4.1所示。前置式油缸支在車廂前部，油缸的舉升力較小，油缸行程較大，一般用于重型自卸汽車上，油缸則通常采用多級伸縮油缸。后置式油缸支在車廂中部，油缸行程較小，油缸的舉升力較大，多采用雙缸雙柱式油缸。在相同舉升載荷條件下，前置式需要的舉升力較小，舉升時車廂橫向剛度大，但油缸活塞的工作行程長；后置式的情況則與前置式的相反。
(a)前置式；(b)后置式
圖4.1 直推式舉升機構的布置
常用的連桿組合式舉升機構布置有兩種：油缸前推式和油缸后推式，如圖4.2所示。
1- 鉸支座；2-車廂；3-油缸；4-三角臂
圖4.2 連桿組合式舉升機構
(a) 油缸前推式；(b) 油缸后推式
直推式和連桿組合式舉升機構的綜合比較見表5.3：
表4.3 直推式與連桿組合式舉升機構的綜合比較
類 別
項 目
直推式
桿系傾卸式
結構布置
簡便，易于布置
比較復雜
系統(tǒng)質量
較小
較大
建造高度
較低
較高
油壓特性
較差
較好
工作壽命
磨損大，易損壞，工作壽命短
不易磨損，工作壽命長
制造成本
較高
較低
系統(tǒng)傾卸穩(wěn)定性
較差
較好
系統(tǒng)耐沖性
較好
較差
直推式舉升機構結構簡單，較易于設計。但由于是油缸直接頂起車廂，為了達到一定的舉升角度，往往需采用多級油缸，而為了提高整車的穩(wěn)定性，又常采用雙油缸結構。這樣易導致油缸泄漏或雙缸不同步，進而造成車廂舉升受力不均。目前，該類舉升機構主要用于重型自卸汽車。
連桿組合式舉升機構利用三角形連桿機構的放大特性，減小了油缸行程，同時還能借助于連桿系的橫向跨距來加強卸貨時的穩(wěn)定性，只需采用單級單缸的油缸型式就可滿足要求。因此，該類舉升機構制造工藝相對簡單，在生產實際中獲得了廣泛應用。油缸前推式舉升機構適用于中、重型自卸汽車；油缸后推式適用于中、輕型自卸汽車。
綜上所述，對于st5063tqz背式清障車，本文選用油缸后推式舉升機構。該種舉升機構通過底板相連推動車廂，啟動性能較好，并能承受較大的偏置載荷；舉升支店在底盤中心附近，受力狀況較好。
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是上述舉升和傾卸兩大機構的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔?，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(jié)，其結構緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高，易于安裝布置等優(yōu)點。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機構多采用單作用多級油缸；而桿系組合式傾卸機構多采用單作用單級油缸。
4.2 液壓系統(tǒng)的類型和特點
液壓系統(tǒng)的類型和特點見表4.5。
表4.5 液壓系統(tǒng)的類型和特點
液壓系統(tǒng)的類型
特點
按主要用途分
液壓傳動系統(tǒng)
以傳遞動力為主
液壓控制系統(tǒng)
注重信息傳遞，以達到液壓執(zhí)行元件運動參數（如行程速度、位移量和位置、轉速或轉角）的準確控制為主
按控制方法分
開關控制系統(tǒng)
系統(tǒng)由標準的或專用的開關式液壓元件組成，執(zhí)行元件運動參數的控制精度較低
私服控制系統(tǒng)
傳動部分或控制部分采用液壓伺服機構的系統(tǒng)，執(zhí)行元件的運動參數能夠精確控制
比例控制系統(tǒng)
傳動部分或控制部分采用電液比例元件的系統(tǒng)。從控制功能看，它介于四幅控制系統(tǒng)和開關控制系統(tǒng)之間。但從結構組成和性能特點看，它更接近于伺服控制系統(tǒng)
數字控制系統(tǒng)
控制部分采用電液數字控制閥的系統(tǒng)。數字控制閥與伺服閥或比例閥相比，具有結構簡單、價廉、抗污染能力強、穩(wěn)定性重復性好、功耗小等特點，在微機實時控制的電液系統(tǒng)中，它部分取代了比例閥或伺服閥工作，為計算機在液壓領域中的應用開辟了新的方向
4.3 液壓系統(tǒng)的組成
4.3.1 液壓系統(tǒng)的組成
液壓系統(tǒng)通常由三個功能部分和輔助裝置組成，見表4.6。
表4.6 液壓系統(tǒng)的組成
動力部分
控制部分
執(zhí)行部分
輔助裝置
液壓泵
用以將機械能轉化成液體壓力能
有時也將蓄能器作為緊急或輔助動力源
各類壓力、流量、方向等控制閥
用以實現對執(zhí)行元件的運動速度、方向、作用力等的控制，也用于實現過載保護、程序控制等
液壓缸、液壓馬達等
用以將液體壓力能轉換成機械能
管道、蓄能器、過濾器、油箱、冷卻器、加熱器、壓力表、流量計等
4.3.2 液壓缸的組成
1、缸筒和缸蓋
一般地說，缸筒和缸蓋的結構形式和其使用的材料有關。工作壓力p100105Pa時使用鑄鐵，在p200105Pa時使用無縫鋼管，在p200105Pa時使用鑄鋼或鍛鋼。
2、活塞和活塞桿
活塞和活塞桿的結構很多，常見的除一體式、錐銷式連接外，還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式。螺紋式連接結構簡單，裝拆方便，但在高壓大負載下需備有螺母放松裝置。半環(huán)式連接結構較復雜，拆裝不便，但工作較可靠。此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結構的，但它只適用于尺寸較小的場合?；钊话阌媚湍ヨT鐵制造，活塞桿則不論是空心的還是實心的，大多用鋼料制造。
3、密封裝置
對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把贓物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并放在向著活塞桿外伸的一段。
4、緩沖裝置
液壓缸中緩沖裝置的工作原理，是利用活塞或缸筒在其走向行程終端時在活塞和缸筒之間封住一部分油液，強迫它從小孔或細縫中擠出，產生很大的阻力，使工作部件受到制動，逐漸減慢運動速度，達到避免活塞和缸蓋相互撞擊的目的。
5、齒輪泵
齒輪泵是液壓系統(tǒng)中常用的液壓泵，在結構上可分為外嚙合式和內嚙合式兩類。
外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結構簡單，尺寸小，質量輕，制造方便，價格低廉，工作可靠，自吸能力強，對油液污染不敏感，維護容易。它的缺點是一些機件承受不平衡徑向力，磨損嚴重，泄露大，工作壓力的提高受到限制。此外，它的流量脈動大，因而壓力脈動和噪聲都較大。
內嚙合擺線齒輪泵的優(yōu)點是結構緊湊，零件少，工作容積大，轉速高，運動平穩(wěn)，噪聲低。由于齒數較少，其流量脈動比較大，嚙合處間隙泄漏大，所以此泵工作壓力一般為2.5～7MPa，通常作為潤滑、補油等輔助泵使用。
6、單向閥
單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分為普通單向閥和液控單向閥兩類。
普通單向閥又稱止回閥，其作用是使液體只能向一個方向流動，反向截止。液控單向閥又稱單向閉鎖閥，其作用是使液流有控制的單向流動。液控單向閥分為普通型和卸荷型兩類。
液控單向閥的主要以下兩種作用：
（1）保壓作用
當活塞向下運動完成工件的壓制任務后，液壓缸上腔仍需保持一定的高壓，此時，液控單向閥靠其良好的單向密封性短時保持缸上腔的壓力。
（2）支撐作用
當活塞以及所驅動的部件向上抬起并停留時，由于重力作用，液壓缸下腔承受了因重力形成的油壓，使活塞有下降的趨勢。此時，在油路串一液控單向閥，以防止液壓缸下腔回流，使液壓缸保持在停留位置，支撐重物不致于落下。
7、溢流閥
溢流閥是節(jié)流閥與溢流閥并聯而成的組合閥，它能補償因負載變化而引起的流量變化。使用溢流閥的系統(tǒng)效率較高。因為采用溢流閥的系統(tǒng)，泵的供油壓力隨負載的增大而增加，能量損失小，系統(tǒng)發(fā)熱少。
8、濾油器
在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)內的形成或系統(tǒng)外的侵入，液壓油中難免會存在這樣或那樣的污染物，這些污染物的顆粒不僅會加速液壓元件的磨損，而且會堵塞閥件的小孔，卡住閥芯，劃傷密封件，使液壓閥失靈，系統(tǒng)產生故障。因此，必須對液壓油中的雜質和污染物的顆粒進行清理。目前，控制液壓油清潔程度的最有效方法就是采用過濾器。過濾器的主要功用就是對液壓油進行過濾，控制油的潔凈程度。
9、節(jié)流閥
流量控制閥是通過改變節(jié)流口面積的大小，改變通過閥流量的閥。在液壓系統(tǒng)中，流量閥的作用是對執(zhí)行元件的運動速度進行控制。常見的流量控制閥有節(jié)流閥、調速閥、溢流閥等。
溢流閥是結構最為簡單的流量閥，常與其它形式的閥相結合，形成單向節(jié)流閥或行程節(jié)流閥。
10、油箱
油箱的主要功用是儲存油液，同時箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以及作為安裝平臺等作用。
油箱屬于非標準件，在實際情況下常根據需要自行設計。油箱設計時主要考慮油箱的容積、結構、散熱等問題。
4.4 油缸的選型與計算
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是舉升機構的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔?，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(jié)，其結構緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達35MPa）,易于安裝布置等優(yōu)點。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機構多采用單作用多級油缸；而桿系組合式傾卸機構多采用單作用單級油缸。舉升機構油缸選用單級活塞雙作用缸HSGL63/45E1101-1000。
4.4.1 油缸直徑及行程確定
油缸選型主要依據所需的最大作用力以及最大工作行程來確定的。根據液壓系統(tǒng)中油缸的工作特點，則：
（4.1）
式中：——系統(tǒng)效率，通常按=0.8；
——液壓系統(tǒng)額定工作壓力（MPa），
參考表4.3選取,越高，對密封要求也越高，成本亦隨之上升；根據機構的類型及其工作特點，取MPa。
表4.7 液壓設備常用的工作壓力
設備類型
機床
農業(yè)機械或中型工程機械
液壓機、重型機械、起重運輸機械
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
工作壓力P/（MPa）
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
其中，單個液壓缸的最大作用力：
由式（4.1）可知：
表4.8 缸筒內徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
（280）
320
（360）
400
（450）
500
注：括號內數值為非優(yōu)先選用者
取油缸內徑mm。
由于將油缸工作行程為520mm，所設計的滑輪組可以省一半的行程，所以：
mm
表4.9 缸活塞行程系列（GB/T234-1980）
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
取L=320mm。
4.4.2 活塞桿直徑d的確定
在單桿活塞中，d值可由D和λv求的，標準液壓缸的λv系列值為1.06、1.12、1.25、1.4、1.6、2、2.5、和5，為了減少沖擊，一般推薦λv≤1.6。活塞運動速度受結構的限制，范圍0.1～0.2m/s
7
d=0.7D
液壓系統(tǒng)各液壓缸均采用雙作用單桿活塞缸。即受壓也受拉，而且工作壓力p大于7所以活塞桿直徑選公式：
d=0.7D （4.2） 將D值代入（4.2）式中，可求得
d=0.7D=0.763=44.1mm
表4.11 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
取活塞桿直徑d為45 mm。
4.4.3 液壓缸壁厚和外徑的計算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。
液壓缸的壁厚一般是指缸筒結構中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒公式計算：
（4.3）
式中 ——液壓缸壁厚；
D ——液壓缸的內徑；
——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.5）倍；
——缸筒材料的許用應力。其值為：鍛鋼：=110～120 MPa；
鑄鋼：=100～110 MPa；鋼管：=100～110 MPa；
高強度鑄鐵：=60 MPa；灰鑄鐵：=25 MPa。
=1.510=15 MPa
本設計的轉向液壓缸的材質是鋼管，其=100～110 MPa，所以選=110 MPa。
將Py、值代入（4.3）式中，可求得：
4.3mm
液壓缸壁厚度算出后，即可求出缸體的外徑為：
（4.4）
將值代入（4.3）式中，可求得：
=71.6
4.4.4 缸體長度的確定
液壓缸缸體內部長度應該等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內徑的20～30倍。
4.5 油泵的計算與選型
舉升機構常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。齒輪泵多為外嚙合式，在相同體積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低。柱塞泵最大特點是油壓高（油壓范圍16～35MPa），且在最低轉速下仍能產生全油壓，固可縮短舉升時間。中輕型舉升機構上多采用齒輪泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等；重型舉升機構常采用柱塞泵。選取CB-50型號的單齒輪泵。
4.5.1 油泵工作壓力的計算
MPa （4.5）
式中：——油缸最大作用力，(N)；
——油缸橫截面積，(m2)。
代入式（4.5）則：
MPa
4.5.2 油泵理論流量的計算
L/min （4.6）
式中：——油缸最大工作容積（m3），按下式計算：
L （4.7）
、、的單位均為m；
——舉升時間，(S)；
——液壓泵容積效率=0.85~0.9。
由公式（4.6）、（4.7）則：
L/min
4.5.3油泵排量的計算
mL/r （4.8）
式中：——油泵流量，(L/min)；
——油泵額定轉速，(r/min)。
油泵轉速r/min
由公式（4.8）得：
mL/r
4.5.4 油泵功率的計算
（4.9）
式中：——油泵最大工作壓力；
——油泵額定流量；
——油泵總效率=0.8。
由公式（4.9）得：
KW
4.6液壓絞盤的設計
4.6.1系纜部分
表4.12 系纜部分
額定系纜拉力：
40KN
公稱速度：
≥5 m/min
絞盤頭直徑：
Φ300mm
4.6.2液壓馬達部分
表4.13 液壓馬達部分
馬達型號：
IY3-2000
額定流量：
2030ml/r
4.6.3絞盤性能參數計算
已知：系纜負載F工＝40Kn,纜索直徑d＝13mm，卷筒直徑D＝300mm，
絞盤工作時的工作壓力
P＝2πT×103/piη總η效 其中扭力T＝F工×（D+d）/2
＝2π×40×（300+13）/（2×2030×2.82×0.85×0.92）
?。?.6N/mm2＜ 25MPa （液壓馬達效率η效＝0.92）
絞盤工作時需液壓油流量
q＝ipV0/lη效
＝2.82×2030×5/(π×313×0.92)
＝31.6L/min＜ 45L/min
4.6.4液壓馬達的性能計算
由2、3可知，設計所選液壓馬達滿足本絞盤的使用的要求。
4.7油箱與油管的計算與選型
4.7.1油箱容積的計算
一般要求油箱容積不得小于全部工作油缸工作容積的三倍，即：
則：L
取L
4.8.2油管內徑的計算
由 （4.10）
即： （4.11）
式中：——油泵理論流量，(L/min)；
——管路中油的流速；高壓管路中油的流速3.6m/s；低壓管路中油的流速m/s。
則：
高壓油管內徑mm （4.12）
低壓油管內徑mm （4.13）
根據管路計算結果選用（HG4-406-66）兩層鋼絲編織膠管作為高壓管，管接頭形式為A型扣壓式；低壓回油管則選用（HG4-406-66）一層鋼絲編織低壓膠管。液壓油冬季選用HJ-20號機械油，夏季HJ-30號機械油。
4.8取力器設計
專用車取力總布置方案決定于取力方式。常見的取力方式可分類如下：
從發(fā)動機前端取力的特點是采用液壓傳動，適合于遠距離輸出動力。固此種取力方式常用于由長頭式汽車底盤改裝的大型混泥土攪拌運輸車。
從飛輪后端取力的特點是取力器不受主離合器影響，傳動系統(tǒng)與發(fā)動機直接相連，取力器到工作裝置距離短、傳動系統(tǒng)簡單可靠、取出的功率大、傳動效率高。這種方案應用較廣，如平頭式汽車改裝的小、中型混泥土攪拌車等。
從變速器I軸取力的布置方案又稱變速器上置式方案。此種方案將取力器疊置于變速器之上，用一惰輪與I軸常嚙合齒輪嚙合獲取動力，固需改制原變速器頂蓋。此方案應用很廣，如自卸車、冷藏車、垃圾車等一般都從變速器上端取力。
傳動軸取力方案是將取力器設計成一獨立結構，設置于變速器輸出軸與汽車萬向傳動軸之間，該獨立的專用取力裝置固定在汽車車架上不隨傳動軸擺動，也不伸縮。設計時應使用可伸縮的附件傳動軸與其相連，并應注意動平衡與隔振消振。
分動器取力布置方案主要用于全輪驅動的牽引車、汽車起重機等來驅動絞盤或起重機構。從取力器到工作裝置間可采用機械傳動或液壓傳動。
取力器實質上是一種單級變速器。其基本參數有取力器總速比、額定輸出轉矩、輸出軸旋向以及結構質量等。根據所選二類底盤的特點，本次設計采用從變速器中間軸取力的方式。
4.9 本章小結
本章主要是進行液壓系統(tǒng)的設計，其中包括了液壓原理圖的設計，在原理敘述中，主要包括了上升油路、下降回路、補油回路的油路走向；而后對液壓系統(tǒng)中的各組成部分的組成和功用進行了簡單的介紹；再次根據預期設計的高位車輛升程對油缸的選型進行了計算；以及舉升液壓油泵的計算與選型和油箱等。
第5章 整車性能計算分析
專用汽車性能參數計算是總體設計的主要內容之一，其目的是檢驗整車參數選擇是否合理，使用性能參數能否滿足要求。最基本的性能參數計算包括動力性計算、經濟性和穩(wěn)定性計算。
5.1道路清障車整車參數
表5.1 道路清障車部分整車參數
名稱
符號
數值與單位
發(fā)動機最大功率
80KW
發(fā)動機最大功率時的轉速
2800r/min
發(fā)動機最大轉矩
300Nm
發(fā)動機最大轉矩時的轉速
1400～1800r/min
車輪動力半徑
0.34m
車輪滾動半徑
0.316m
主減速比
4.04
汽車迎風面積
5.7m2
汽車總質量(滿載)
9195kg
表5.2 道路清障車變速器速比
擋位
1
2
3
4
5
傳動比
8
4.759
2.829
1.682
1
5.2動力性計算
5.2.1發(fā)動機外特性
發(fā)動機外特性是指發(fā)動機油門全開時的速度特性，是汽車動力性計算的主要依據。
在外特性圖上，發(fā)動機的輸出轉矩和輸出功率隨發(fā)動機轉速變化的二條重要特性曲線，為非對稱曲線。工程實踐表明，可用二次三項式來描述汽車發(fā)動機的外特性，即
（5.1）
式中：——發(fā)動機輸出轉矩(N﹒m)；
——發(fā)動機輸出轉速(r/min)；
a、b、c——待定系數。
從發(fā)動機銘牌上知道該發(fā)動機的最大輸出功率（這里為80Kw）及相應轉速和該發(fā)動機的最大轉矩及相應轉速，可用下列經驗公式來描述發(fā)動機的外特性：
（5.2）
式中：——