工程车辆作业论文

专用汽车总体设计大作业

自卸车的总体设计

一、专用汽车设计特点

1) 专用汽车与普通汽车的区别主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。因此在设计上，除了要满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用功能的要求。

2) 专用汽车的设计流程：

3) 专用汽车设计多选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计

4) 专用汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配

5) 针对专用汽车品种多、批量少的生产持点

6) 对专用汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。

7) 对专用汽车工作装置中的某些核心部件和总成专业生产厂家中优选，因专用汽车专项作业性能的好坏，主要决定干这些部件的性能和可靠性。

8) 在普通汽车底盘上改装的专用汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。

9) 专用汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求。

10) 某些专用汽车可能会在很恶劣的环境下工作有良好的适应性，工作可靠，安全性高。

二、自卸车

自卸汽车是利用本车发动机动力驱动液压举升机构，将其车厢倾斜一定角度卸货，并依靠车厢自重使其复位的专用汽车。

本文选用EQ1090进行改装，自卸车型号为EQ3090。

自卸汽车按其用途可分为两大类：一类属非公路运输用的重型和超重型(装载质量在20t以上)自卸汽车。主要承担大型矿山、水利工地等运输任务，通常是与挖掘机配套使用。这类汽车也称为矿用自卸汽车。它的长度、宽度、高度以及轴荷等不受公路法规的限制，但它只能在矿山、工地上使用。另一类用于公路运输用的轻、中、重型(装载质量在2～20 t)普通自卸汽车。它主要承担砂石、泥土、煤炭等松散货物运输，通常是与装载机配套使用。

普通自卸汽车技装载质量me分为：轻型自卸汽车me1.5t、中型自卸汽3.5me8t

和重型自卸汽车me8t；按运载货物倾卸方向分为：后倾式、侧倾式、三面倾式和底卸

式自卸汽车；按车厢栏板结构分为：栏板一面开启式、栏板三面开启式和簸箕式(即无后栏板)自卸汽车。

三、总体布置设计

专用汽车总体布置原则

（1）尽量避免对汽车底盘各总成位置的变动

（2）应满足专用工作装置性能的要求，使专用功能得到充分发挥

（3）装载质量、轴载质量分配等参数的估算和校核

（4）应避免工作装置的布置对车架造成集中载荷

（5）应尽量减少专用汽车的整车整备质量，提高装载质量

（6）应符合有关法规的要求

四、车厢的设计

自卸汽车车厢的结构形式：

车厢是用于装载和倾卸货物。它一般是由前栏板、左右侧栏板。为避免装载时物料下落碰坏驾驶室顶孟，通常车厢前栏板加做向上前方延伸的防护挡板。车厢底板固定在车厢底架之上。车厢的侧栏板、前后栏板外侧面通常布置有加强筋。

五、举升机构的设计

（1）举升机构形式的选择：

举升机构分为两大类：直推式和连杆组合式，它们均采用液体压力作为举升动力

直推式举升机构利用液压油缸直接举升车厢倾卸。该机构布置简单、结构紧凑、举升效率高。但由于液压油缸工作行程长，故一般要求采用单作用的2级或3级伸缩式套筒油缸。

按油缸布置位置不同，直推式举升机构可分为前置和后置(也称中置)两种。前置式油缸支在车厢前部,油缸的举升力较小,油缸行程较大,一般用于重型自卸汽车上,油缸则通常采用多级伸缩油缸。，后置式油缸支在车厢中部,油缸行程较小,油缸的举升力较大,多采用双缸双柱式油缸。在相同举升载荷条件下，前置式需要的举升力较小，举升时车厢横向刚度大，但油缸活塞的工作行程长；后置式的情况则与前置式的相反。

常用的连杆组合式举升机构布置有两种：油缸前推式(又称T式)和油缸后推式(又称D式)

直推式举升机构结构简单,较易于设计。但由于是油缸直接顶起车厢,为了达到一定的举升角度,往往需采用多级油缸,而为了提高整车的稳定性,又常采用双油缸结构。这样易导致油缸泄漏或双缸不同步,进而造成车厢举升受力不均。目前,该类举升机构主要用于重型自卸汽车。

连杆组合式举升机构利用三角形连杆机构的放大特性,减小了油缸行程,同时还能借助于连杆系的横向跨距来加强卸货时的稳定性,只需采用单级单缸的油缸型式就可满足要求。因此,该类举升机构制造工艺相对简单,在生产实际中获得了广泛应用。油缸前推式举升机构适用于中、重型自卸汽车；油缸后推式适用于中、轻型自卸汽车。

综上所述，对于EQ3090自卸车，选用油缸后推式举升机构。启动性能较好，并能承受较大的偏置载荷；举升支点在车厢中心附近，车厢受力状况较好。

（2）最大举升角的确定

确定车厢最大举升角的依据是倾卸货物的安息角。常见货物的安息角如表所列。

设计的车厢最大举升角max必须大于货物安息角，以保证把车厢内的货物卸净。此外，

在最大举升角max。时，车厢后栏板与地面须保持一定的间距H。为了避免车厢倾卸时与

底盘纵梁后端发生运动干涉，设计时，自卸汽车车厢最大举升角可在50°～60°之间选取。对于EQ3090自卸车，这里定其最大举升角为55°。

（3）取力器的设计

除了少量专用汽车的工作装置因考虑工作可靠相符殊的要求而配备专门动力驱动外(例如部分冷藏汽车的机械制冷系统)，绝大多数专用汽车上的专用设备都是以汽车底盘自身的发动机为动力源，经过取力器，用来驱动齿轮液压泵、真空泵、柱塞泵、轻质油液压泵、自吸液压泵、水泵、空气压缩机等，从而为自卸车、加油车、牛奶车、垃圾车、吸污车、随车起重车、高空作业车、散装水泥车、拦板起重运输车等诸多专用汽车配套使用。因此，取力器在专用汽车的设计和制造方面显得尤为重要。

根据取力器相对于汽车底盘变速器的位置，取力器的取力方式可分为前置、中置和后置三种基本型式，每一种基本形式又包括若干种具体的结构，如下所列。

发动机前端取力

前置式发动机后端取力

夹钳式取力

变速器上盖取力取力器取力方式中置式变速器侧盖取力

变速器后端盖取力





分动器取力后置式传动轴取力

其中，变速器侧盖取力，由于在设计变速器时已考虑了动力输出，因而一般在变速器左侧和右侧都留有标准的取力接口，这种取力器较为常用，为了便于设计，节约成本，同时也考虑到大批量生产，采用变速器侧盖取力方式。

六、底盘车架的改装

底盘的选择：

改装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类汽车底盘，也有为某些专用汽车设计的专用底盘。汽车底盘的选择或设计专用底盘主要根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动力匹配等来决定。

目前我国对于常规的厢式车、罐式车、自卸车等通常是采用二类汽车底盘改装设汁。这是目前专用汽车设计中选用底盘型式最多的一种。所谓二类汽车底盘，即在基本型整车的基础上。去掉货箱。在改装设计的总布置时，在没有货箱的汽车底盘上，加装所需的工作装置或特种车身。采用二类汽车底盘进行改装设计工作的重点是整车总体布置和工作装置设计。在设计时若严格控制了整车总质量、轴载质量分配、质心高度位置等，则基本上能保持原车型的主要性能。但是，还要对改装后的整车重新作出性能分析和计算。

在专用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求：

1) 适用性

2) 可靠性

3) 先进性

4) 方便性

EQ3090自卸车是在EQ1090的基础上改装而成，故其底盘选用EQ1090的底盘，属于二类底盘

七、整车总体参数的选择和确定

主要尺寸参数：

自卸汽车尺寸参数主要有：轴距、轮距、外廓尺寸(车辆长、宽、高)等

由于自卸汽车多在二类货车底盘上改装而成，因此其轴距L、轮距B、前悬LF、接近角γ1等参数，改装前后均保持不变。车厢与驾驶室的间距C＝100～250 mm。车厢长度LH应根据额定装载质量和主要运输的货物密度，并参照同类车型车厢尺寸确定。

（1）外廓尺寸

外廓尺寸即指整车的长、宽、高，由所选的汽车底盘及工作装置确定，但最大尺寸要满足法规要求。例如在我国GB1589—79“汽车外廓尺寸的界限”中，明确规定：车辆高不超过4m；车辆宽(不包括后视镜)不超过2.5m；外开窗、后视镜等突出部分距车身不超过250mm，车辆长：货车不超过12m，半挂汽车列车不超过16.5m，全挂汽车列车不超过20 m。但有的国家已放宽某些限制，如英国、德国已有4.2m高的厢式车

对于超重型或其它一些特种车辆属于非公路运输车辆，不在此规定的限制之内。

由于EQ3090是经EQ1090改装而成，故其车高、宽及一些参数都没有很大的变化，参考EQ1090以一些同额定总质量，装载质量自卸车的尺寸参数，确定本题设计的EQ3090的外廓尺寸如表

（2）轴距与轮距

轴距影响到车辆总长，最小转向直径、纵向通过半径或纵向通过角、轴荷分配和质量转移系数，也影响到车辆的操纵稳定性和行驶平顺性。同普通货车相比；自卸汽车要求轴距变短。轮距影响到车辆总宽、横向通过半径、转向时的通道宽度以及车轴的横向稳定性。轮距要与车宽相适应，对汽车列车，要求挂车轮距和牵引车轮距一致。EQ1090底盘选用EQ1090的底盘，其轴距和轮距应与EQ1090相同，故可确定EQ3090的轴距L＝3950mm；轮距轮距B＝1810mm。

（3）前、后悬

汽车的前、后悬直接涉及到汽车的接近角和离去角，一般要求都在25°以上，至少不小于20°。前悬应满足车辆接近角和轴荷分配的要求。前悬与驾驶室、发动机、转向器、前保险杠等总成布置有关。后悬应满足车辆离去角和轴荷分配的要求，同时还要满足有关标准的规定，即对于客车和全封闭厢式车辆，后悬不得超出轴距的0.65倍；对于其它车辆，后悬不得超出轴距的0.55倍，但最长不得超出3.5m。在实际改装过程中，后悬变动比较多。对于自卸车，一般要将所选得普通汽车底盘的后悬变短。EQ3090的前悬LF＝1049mm，后悬LR＝2043 mm。

（4）质量参数

装载质量me：

对装载质量，要考虑以下两方面：

1) 用途和使用条件 如对于货流大，运距长的运输，则宜采用大吨位车辆，以便于提高生产率、降低运输成本；而对于货流多变、运距短的运输，则宜采用中、小吨位车辆。

2) 合理分级 在装载吨位级别上，要分布合理，以利于专用车产品的系列化、通用化和标准化。

对于同一底盘，在设计时应尽量提高装载质量。

额定装载质量是自卸汽车的基本使用性能参数之一。目前，中、长距离公路运输趋向使用重型自卸汽车，以便提高运输效率、降低运输成本，额定装载质量一般为9～19t；而承担市区或市郊短途运输的自卸汽车额定装载质量为4.5～9t。同时，还应考虑到厂家的额定装载质量的合理分级，以利于产品系列化、部件通用化和零件标准化。此外．额定装载质量还必须与选用的二类货车底盘允许的最大总质量相适应。

EQ3090综合考虑其额定转载质量范围和EQ3090的最大总质量，并参考其他自卸车，确定其装载质量me＝4500kg。

整备质量m0：

所谓整备质量是指专用汽车带有全部工作装置及底盘所有的附属设备，加满油和水，但未载人和载货时的整车质量。整备质量是一个重要设计指标，对运输型专用汽车的动力性和经济性有很大影响。据估计，载重汽车整备质量减少10％，可使经济性提高8.5％。因此从设计原则上讲，应减少整备质量，尽量采用轻质金属材料和非金属材料，减少原材料消耗，降低制造成本。当然整备质量在设计时要受到一些条件的制约，如车辆使用的公路条件、原材料质量、制造工艺水平等，这些方面都需要综合考虑。

自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却掖的空车质量。它一般是：二类底盘整各质量与改装部分质量的总和，是自卸汽车总体设计的重要设计参数之

一。综合以上因素，根据EQ1090的整备质量并考虑改装部分质量，确定EQ3090的整备质量m0＝5185kg。

总质量ma：

自卸汽车整车整备质量是指装备齐全、加够燃料、液压油和冷却掖的空车质量。它一般是：类底盘整各质量与改装部分质量的总和，是自卸汽车总体设计的重要设计参数之一。

自卸汽车总质量是指装备齐全，包括驾驶员，并按规定装满货物的质量。其值可按下式确：

mam0memp

式中： ma—自卸汽车总质量kg；

m0—自卸汽车整车整备质量kg；

me—装载质量kg；

mp—驾驶员质量kg，按65kg/人计算。

对于本题设计的EQ3090,其总质量为：

自卸汽车质量利用系数GO是指装载质量me，与整车整备质量m0之比 mam0memp＝51804500653＝9875kg

GOmem0

通常由二类货车底盘改装的自卸汽车(me＜15t)质量利用系数略低于原货车的质量利用

系数。国产自卸汽车的GO＝1.0~1.5，国外自卸汽车的GO＝1.3~2.0。

对于EQ3090,其质量利用系数GO为：

GOmem04500/5180＝0.8687

自卸汽车的质心位置是指满载或空载时整车质量中心位置。自卸汽车的质心位置对使用性能(例如汽车的制动性、操纵稳定性等)影响很大。因此，自卸汽车总体设计时应尽量使质心位置接近原货车的质心位置。

八、功率和比功率计算

（1）功率平衡计算

专用汽车在行驶过程中所需的驱动功率Pt按下式计算：

PtCDAD31magfvvmax max360076140

式中 ma——整车总质量kg；

f——滚动阻力系数；

——汽车底盘传动系的机械效率；

CD

AD——空气阻力系数； ——整车迎风面积m2；

vmax——最高车速km/h；

P0——专用工作装置在车辆行驶中从汽车底盘所取的功率kW；

0——专用工作装置的机械效率。

若考虑发动机功率有一定的储备，则需要给发动机确定一定的负荷率，其范围一般在75％～90％。当外载负荷变化大，或车辆行驶所需的功率估算不准确时，应取下限值，即0.75；当外载负荷变化小，或所需的功率估算较准确时，取上限值，即0.90，一般负荷率不大于0.90。这样可计算出专用汽车发动机所需要的总功率P为：

PPt

0.75~0.90kW

（2）比功率计算

所谓汽车的比功率Pd是指单位汽车总质量的发动机功率，若不计风阻，其计算式有

PdPmakW

kg

计算后得到以下结果：P99.3947kW；Pd0.01080965kWkg