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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1專用汽車的發(fā)展
目前我國(guó)的專用汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。近10年來(lái)，專用汽車行業(yè)伴隨我國(guó)汽車工業(yè)得到了飛速的發(fā)展，成為我國(guó)汽車工業(yè)的一個(gè)重要組成部分。六七十年代期間，我國(guó)的專用汽車企業(yè)大多規(guī)模小，工藝設(shè)備差，人員技術(shù)素質(zhì)低，產(chǎn)生方式落后，缺乏開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的能力，一般是根據(jù)下達(dá)任務(wù)的上級(jí)部門(mén)提供的原蘇聯(lián)的樣車進(jìn)行仿制。那時(shí)供改裝車選用的底盤(pán)非常少，由于多數(shù)企業(yè)采用作坊式生產(chǎn)，工藝落后，專用汽車的產(chǎn)品技術(shù)水平比較低。到80年代末，全國(guó)專用汽車生產(chǎn)業(yè)僅200余家，年生產(chǎn)能力約2.5萬(wàn)輛，各類專用汽車產(chǎn)品只有100種左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展需要。
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)專用汽車的需求日益增加，專用汽車的市場(chǎng)日漸擴(kuò)大。由于專用汽車的專用功能對(duì)各行業(yè)的發(fā)展有著明顯的促進(jìn)作用，其附加價(jià)值又相對(duì)較高，這就促使更多的其他行業(yè)加入到專用汽車行業(yè)中來(lái)。2005年，我國(guó)專用汽車當(dāng)年的保有量達(dá)275萬(wàn)輛，當(dāng)年的需求量為34萬(wàn)輛；2010年，我國(guó)專用汽車當(dāng)年的保有量達(dá)到425萬(wàn)輛，當(dāng)年的需求量為52萬(wàn)輛。據(jù)有關(guān)部門(mén)的資料，我國(guó)專用汽車保有量得飽和值約為2000萬(wàn)輛，需求量的飽和值約為200萬(wàn)輛[5]。
由于我國(guó)專用汽車起步晚、管理不力、生產(chǎn)規(guī)模小、技術(shù)力量弱，尤其高新技術(shù)的應(yīng)用上還不普及，與國(guó)外先進(jìn)水平相比，仍有較大差距。就總體而言，我國(guó)專用汽車仍處于中低檔水平。要推動(dòng)我國(guó)專用汽車進(jìn)一步發(fā)展，高新技術(shù)化是必由之路。但是我國(guó)的專用汽車高新技術(shù)化也存在著許多諸多的問(wèn)題：
1.專用汽車底盤(pán)的專用化程度不高
目前我國(guó)專用汽車，除了自卸車、半掛牽引車、混凝土攪拌運(yùn)輸車等專用底盤(pán)有所供應(yīng)外，多數(shù)專用汽車企業(yè)只能選用普通載貨汽車的二類底盤(pán)進(jìn)行改裝。二類載貨汽車底盤(pán)不僅配置低檔，可靠性、安全性、耐久性和舒適性都達(dá)不到要求，而且專用化程度不高，極大地影響了專用汽車技術(shù)水平的提高。
2.專用裝置的技術(shù)含量偏低
專用汽車的專用裝置具有多樣性、復(fù)雜性和專用性的特點(diǎn)，因此隨著高新技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)對(duì)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)力度的加強(qiáng)，對(duì)專用裝置技術(shù)含量提出了越來(lái)越高的要求。
3.運(yùn)輸用專用汽車的技術(shù)水平停滯不前
運(yùn)輸用專用汽車是目前我國(guó)多數(shù)專用汽車廠家的主導(dǎo)產(chǎn)品，鑒于需求量大、技術(shù)要求低、容易生產(chǎn)，多數(shù)企業(yè)安于現(xiàn)狀，產(chǎn)品幾十年不變，技術(shù)水平處于停滯不前的狀態(tài)，更談不上高新技術(shù)的運(yùn)用。
4.專用汽車高新技術(shù)化步伐不快
作業(yè)用專用汽車為滿足特殊作業(yè)的要求，一般具有較高的技術(shù)含量。但是，與國(guó)外先進(jìn)水平相比在功能的可靠性、安全性、多樣性以及操作的簡(jiǎn)便性等方面均存在著較大的差距，這其中的主用因素在于高新技術(shù)的運(yùn)用還很不普遍。國(guó)產(chǎn)作業(yè)用專用汽車功能單一，使用效率很低時(shí)普遍存在的問(wèn)題。
作業(yè)用專用汽車為滿足特殊作業(yè)的要求，一般具有較高的技術(shù)含量。但是，與國(guó)外先進(jìn)水平相比在功能上可靠性、安全性、多樣性以及操作的簡(jiǎn)便性等方面均存在著較大的差距，這其中的主要因素在于高新技術(shù)的運(yùn)用還很不普遍。中國(guó)的專用車市場(chǎng)處于性能提升階段，產(chǎn)品以中端市場(chǎng)需求為主，隨著城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高性能、高品質(zhì)的高端產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，而隨著中國(guó)新農(nóng)村的城鎮(zhèn)化建設(shè)，滿足基本功能、價(jià)格相對(duì)便宜的低端產(chǎn)品需求也將進(jìn)一步擴(kuò)大。國(guó)產(chǎn)作業(yè)用專用汽車的功能單一，使用效率很低是普遍存在的問(wèn)題。在這一問(wèn)題上，我國(guó)的專用車生產(chǎn)企業(yè)要予以重視。
我國(guó)的專用汽車領(lǐng)域要想得到飛速的發(fā)展，就需要正視我們存在的問(wèn)題并且要不斷的借鑒國(guó)外的技術(shù)，發(fā)展具有我們自己特點(diǎn)的專用汽車。
擺臂自卸式汽車是工程機(jī)械中的一種車型，在我國(guó)的專用汽車領(lǐng)域里占有相當(dāng)大的比例，也是專用運(yùn)輸車輛中一個(gè)多品種車型。擺臂式垃圾車的載重范圍很大。隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自卸車主要以后傾式自卸車，發(fā)展到兩側(cè)傾斜式和三面傾斜式等多品種系列化。目前國(guó)外使用較多的是車廂可卸式自卸車，由于該形式自卸車得車廂與底盤(pán)是分開(kāi)的，可卸下車廂裝貨和卸貨，而汽車底盤(pán)再換裝其它車廂繼續(xù)運(yùn)輸，因此縮短了汽車裝卸的停歇時(shí)間，提高了運(yùn)輸效率。
擺臂式垃圾汽車是自卸汽車中的一種，以其顯著的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。擺臂式垃圾汽車擺臂可以平移起落車斗，它同時(shí)具有車斗和垃圾自動(dòng)裝卸的功能，而且兩種功能由同一個(gè)車載工作裝置完成。由于它具備自動(dòng)裝卸車斗的功能，裝垃圾時(shí)一般均將車斗卸下降低裝垃圾的高度，裝滿垃圾后，則將車斗自動(dòng)裝車并運(yùn)輸。該車使用方便，運(yùn)輸效率高，擺臂式垃圾車又依其特有的機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于小噸位垃圾的運(yùn)輸?，F(xiàn)如今經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致了城市垃圾量也跟著急劇上升，隨之而來(lái)的是固體生活垃圾的處理越來(lái)越受到人們的重視。城市固體生活垃圾的處理大體有3種形式：分類回收、焚燒和填埋。而不論采用哪種處理方式，其最終的處理場(chǎng)所均需遠(yuǎn)離城市居民區(qū)。而垃圾城市到處理場(chǎng)所的運(yùn)輸就需要快捷、方便的交通運(yùn)輸工具，垃圾車就擔(dān)當(dāng)了每天上千噸（中等城市）的固體生活垃圾的運(yùn)輸?shù)闹厝?。擺臂式垃圾汽車以其顯著的特點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于城市垃圾的運(yùn)輸，并且方便。所以為了更好的滿足城市固體垃圾運(yùn)輸?shù)男枨?，擺臂式垃圾汽車的改裝技術(shù)需要快速的發(fā)展，這就需要我們一代代汽車人的不斷努力來(lái)實(shí)現(xiàn)[21]。
1.2 專用汽車的概念和分類
專用車輛是為了實(shí)現(xiàn)各類專項(xiàng)作業(yè)的車輛。
我國(guó)對(duì)“專用汽車”定義為：裝置有專用設(shè)備，具有專用功能，用于承擔(dān)專門(mén)運(yùn)輸任務(wù)或?qū)ｍ?xiàng)作業(yè)的汽車和汽車列車。
我國(guó)的專用汽車分劃為：廂式汽車、罐式汽車、專用自卸汽車、起重舉升汽車、倉(cāng)柵汽車和特種結(jié)構(gòu)汽車等六大類。其中專用自卸汽車的定義為：裝有由本身發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓舉升機(jī)構(gòu)，能將車廂卸下或使車廂傾斜一定角度，垃圾依靠自重能自行卸下的專用汽車[3]。
1.3 專業(yè)汽車設(shè)計(jì)要求
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，除了要滿足基本型汽車的性能要求外，還要滿足專用功能的要求，這就形成了其自身特點(diǎn)，概括如下：
專用汽車設(shè)計(jì)多選用定型的基本型汽車底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，這首先就需要了解國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)品，特別是貨車產(chǎn)品的生產(chǎn)情況、底盤(pán)規(guī)格、供貨渠道、銷售價(jià)格及相關(guān)資料等。然后根據(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(gòu)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(pán)作為專用汽車改裝設(shè)計(jì)的底盤(pán)。能否選到一種好的汽車底盤(pán)，是能否設(shè)計(jì)出一種好的專用汽車的前提。
對(duì)于不能直接采用二類底盤(pán)或三類底盤(pán)進(jìn)行改裝的專用汽車，也應(yīng)盡量選用定型的汽車總成和部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和提高產(chǎn)品的可靠性。
專用汽車設(shè)計(jì)的主要工作是總體布置和專用工作裝置匹配，設(shè)計(jì)時(shí)既要保證專用功能滿足其性能要求，也要考慮汽車底盤(pán)的基本性能不受到影響。在必要時(shí)，可適當(dāng)降低汽車底盤(pán)的某些性能指標(biāo)，以滿足實(shí)現(xiàn)某些專用工作裝置性能的要求。
專用汽車的生產(chǎn)特點(diǎn)是品種多、批量少，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮產(chǎn)品的系列化，以便根據(jù)不同用戶的需要而能很快的進(jìn)行產(chǎn)品變型。對(duì)專用汽車零部件的設(shè)計(jì)，應(yīng)按“三化”的要求進(jìn)行，最大限度地選用標(biāo)難件，或選用已經(jīng)定型產(chǎn)品的零部件，盡量減少自制件。
對(duì)專用汽車自制件的設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循單件或小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)。
對(duì)專用汽車工作裝置中的某些核心部件和總成如各種水泵、油泵、氣泵、空壓機(jī)及各種閥等，要從專業(yè)生產(chǎn)廠家中優(yōu)選 因?qū)Ｓ闷噷ｍ?xiàng)作業(yè)性能的好壞，主要決定干這些部件的性能和可靠性。
在普通汽車底盤(pán)上改裝的專用汽車，底盤(pán)受載情況可能與原設(shè)計(jì)不同，因此要對(duì)一些重要的總成結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核。
專用汽車設(shè)計(jì)應(yīng)滿足有關(guān)機(jī)動(dòng)車輛公路交通安全法規(guī)的要求對(duì)于某些特殊車輛，如重型半掛車、油田修井車、機(jī)場(chǎng)寬體客車等，應(yīng)作為特定作業(yè)環(huán)境的特種車輛來(lái)處理。
某些專用汽車可能會(huì)在很惡劣的環(huán)境下工作，其使用條件復(fù)雜，要了解和掌握國(guó)家及行業(yè)相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，使專用汽車有良好的適應(yīng)性，工作可靠，是要設(shè)安全性裝置[20]。
然而，擺臂式垃圾車除了具有以上的特點(diǎn)外，還有自己獨(dú)特的要求，就擺臂式垃圾車而言，它的顯著特點(diǎn)就是對(duì)擺臂的要求高，不僅要加工工藝簡(jiǎn)單而且要符合強(qiáng)度的要求。
本設(shè)計(jì)中的擺臂式垃圾車是采用了雙擺臂式，而且車斗可更換。
1.4 擺臂式垃圾汽車的設(shè)計(jì)內(nèi)容
擺臂式垃圾車的整車設(shè)計(jì)，副車架的選取，舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)分析，舉升裝置尺寸確定，車廂設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)主要性能參數(shù)計(jì)算和車廂時(shí)間的校核，整車性能分析，利用CAD軟件建立自卸車舉升機(jī)構(gòu)的裝配圖以及零部件圖。
第2章 擺臂式垃圾車底盤(pán)的選取
從目前垃圾車生產(chǎn)廠家的廣告及市場(chǎng)上銷售的擺臂垃圾車噸位來(lái)看，以二類底盤(pán)車改裝的，裝載質(zhì)量在4噸左右的車型為多。本設(shè)計(jì)的擺臂垃圾車的設(shè)計(jì)目標(biāo)噸位選為4噸，選取的底盤(pán)為東風(fēng)二類底盤(pán)。
2.1底盤(pán)的選取
2.1.1汽車底盤(pán)選型要求
汽車底盤(pán)一般應(yīng)滿足以下要求：
（1）適用性
專用汽車底盤(pán)應(yīng)適用于專用汽車的特殊使用功能要求,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝造型設(shè)計(jì)；
（2）可靠性
汽車底盤(pán)工作可靠,出現(xiàn)故障的幾率要小，零部件要有足夠的強(qiáng)度剛度和使用壽命，并且各總成零部件的使用壽命趨于一致；
（3）先進(jìn)性
所選汽車底盤(pán),在動(dòng)力性,經(jīng)濟(jì)性，操作穩(wěn)定性，行駛穩(wěn)定性及通過(guò)性等基本性能指標(biāo)和功能方面達(dá)到同類車型的先進(jìn)水平，并且滿足國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；
（4）方便性
所選底盤(pán)要便于改裝，檢查保養(yǎng)及維修，結(jié)構(gòu)緊湊與調(diào)試裝配空間合理匹配[6]。
2.1.2底盤(pán)選型
我國(guó)目前生產(chǎn)的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的某一服務(wù)區(qū)域的特定使用要求，主要在已經(jīng)定型的已有車型底盤(pán)基礎(chǔ)之上，再進(jìn)行車身及有特殊工作要求的裝置的再設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)已有的汽車底盤(pán)進(jìn)行必要的更改，以達(dá)到滿足工作需求的要求，具有合理的匹配,良好的性能。
專用車輛采用的底盤(pán)主要分為二類，三類和四類。二類底盤(pán)，是在整車的基礎(chǔ)之上去掉廂體；三類底盤(pán)，是從整車上去掉貨箱和駕駛室；四類底盤(pán)，是在三類底盤(pán)上再去掉車架總成后剩余的散件。
選取的底盤(pán)的好壞，直接影響到專用車的性能。在選取汽車底盤(pán)時(shí)，主要是根據(jù)專用車的用途，裝載質(zhì)量，使用條件，性能指標(biāo)，專用裝置或設(shè)備的外形尺寸及動(dòng)力匹配等進(jìn)行。目前，進(jìn)80%的專用車輛采用二類底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。
選取二類汽車底盤(pán)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)工作是整車總體布置和有特殊工作需求的裝置的設(shè)計(jì)，對(duì)底盤(pán)僅做輔助的性能分析和必要的強(qiáng)度校核，確保改裝后的整車性能在基本上與底盤(pán)接近,達(dá)到合理的匹配。
2.1.3底盤(pán)的選取
根據(jù)以上，本設(shè)計(jì)所用底盤(pán)主要從東風(fēng)汽油與柴油擺臂垃圾車底盤(pán)中選用。以下表2.1將兩種底盤(pán)參數(shù)列出,進(jìn)行比較：
表2.1 東風(fēng)EQ1092FJ和EQ1092HJ底盤(pán)參數(shù)比較
底盤(pán)型號(hào)
EQ1092FJ
EQ1092HJ
額定載質(zhì)量(kg)
4000
4000
整備質(zhì)量(kg)
3550
5000
外形尺寸(mm)
6605*2364*2370
6910*2470*2475
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)
EQ6100-1
YC6105QC
排量/功率(ml/kw)
5420/99
2800/105
鋼板彈片數(shù)(前/后)
8/11+8
9/11+8
軸距(mm)
3950
3950
前輪距/后輪距(mm)
1810/1800
1810/1800
接近角/離去角(度)
34/19
34/19
前懸/后懸(mm)
1065/1590
1065/1895
燃油類型
汽油
柴油
軸數(shù)/輪胎數(shù)
2/6
2/6
輪胎規(guī)格
9.00-20
7.00-20
駕駛室準(zhǔn)乘人數(shù)
3
3
最高車速(km/h)
90
95
由比較可以看到，EQ1092FJ和EQ1092HJ兩種型號(hào)底盤(pán)在整體性能上相差無(wú)幾，不同之處在于兩種底盤(pán)汽車燃用的燃料。燃用汽油的汽車底盤(pán)在價(jià)格上略占有優(yōu)勢(shì)，但在燃料價(jià)格上，然用柴油的底盤(pán)具有長(zhǎng)效優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，然用柴油的底盤(pán)載重較大，功率稍大。因此選用EQ1092HJ作為本次設(shè)計(jì)的底盤(pán)。
2.2選用的底盤(pán)主車架的主要尺寸
由上選用的底盤(pán)EQ1092HJ底盤(pán),其主車架尺寸如下：
表2.2 東風(fēng)EQ1092HJ底盤(pán)主車架尺寸 (單位：mm)
主車架的長(zhǎng)度
6285
主車架的高度
1300
主車架上面尺寸到地面高度
755
主車架的厚度
250
2.3垃圾車質(zhì)量參數(shù)的估算
額定載重質(zhì)量是擺臂垃圾車基本使用性能的參數(shù)。由上面的敘述知道，本設(shè)計(jì)的垃圾車輛額定載質(zhì)量定位4000kg。
整車整備質(zhì)量也是擺臂垃圾車的重要性能參數(shù)。在擺臂垃圾車車廂的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要采用同類產(chǎn)品提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行估算整車整備質(zhì)量。整車整備質(zhì)量包括底盤(pán)質(zhì)量、底盤(pán)以外外加的副車架、車廂、擺臂、廂斗以及液壓系統(tǒng)等裝置的質(zhì)量，是加夠各種油液料后的空車質(zhì)量。本設(shè)計(jì)的垃圾車整車整備質(zhì)量估算為5000kg。
裝載質(zhì)量 選取為
整車整備質(zhì)量 估算為
駕駛員質(zhì)量 65kg/人,額定載員3人,
汽車總質(zhì)量是指裝備齊全，裝滿額定貨物后的汽車質(zhì)量，包括駕駛員在內(nèi)的額定載員質(zhì)量。即：
。
2.4本章小結(jié)
本章按確定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，根據(jù)底盤(pán)選取的原則和要求，主要對(duì)東風(fēng)汽車汽油EQ1092FJ底盤(pán)和柴油EQ1092HJ底盤(pán)進(jìn)行了對(duì)比，選擇了這次設(shè)計(jì)的底盤(pán)，給出了選用底盤(pán)的主要參數(shù),并對(duì)所設(shè)計(jì)的擺臂式垃圾車質(zhì)量參數(shù)的估算。
第3章 擺臂式垃圾車車廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1車廂設(shè)計(jì)
1.車廂外形設(shè)計(jì)
車廂在運(yùn)輸中起到承載的作用，其由兩部分組成。一部分用于盛放垃圾廂斗，將其設(shè)計(jì)成平面，底部與車廂大梁焊接；另一部分用于約束和放置擺臂液壓缸、支撐約束擺臂，放置支腿和支腿液壓缸，將其設(shè)計(jì)成兩片平行鋼板通過(guò)點(diǎn)焊聯(lián)結(jié)后再分別與車廂大梁和車廂側(cè)壁焊接，實(shí)現(xiàn)兩部分的一體(在本設(shè)計(jì)中稱為U型鋼板)。同時(shí)，車廂與駕駛室之間設(shè)計(jì)隔離廂板，與駕駛室空留一段距離,起到安全和便于維修檢查的作用。車廂示意圖見(jiàn)圖3.1。
圖3.1 車廂示意圖
2.車廂選材
在全面分析車廂的工作條件、受力狀態(tài)、工作環(huán)境和零件失效等各種因素的前提下，選用Q235工程用鋼材。
3.2擺臂式垃圾車車箱斗外形設(shè)計(jì)
3.2.1廂斗形狀的確定
擺臂式垃圾車的廂斗一般分為方形和船形兩種形式。方形用于地坑式放置，船形置于地面，以便適用于公共場(chǎng)所、街道、生活區(qū)的垃圾收集。為了增加垃圾的運(yùn)送量和汽車的運(yùn)輸效率，加強(qiáng)實(shí)用性，本設(shè)計(jì)采用多邊形廂斗。
3.2.2廂斗的尺寸設(shè)計(jì)
與同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，EQ1092HJ底盤(pán)垃圾車廂斗載重容積約在6~10立方米之間，擬設(shè)定長(zhǎng)*寬*高為2300*1760*1400，即其廂斗容積：
在常用容積之內(nèi)，即車箱斗的長(zhǎng)，寬，高選為：
表3.1 車廂尺寸 （單位：mm)
車廂長(zhǎng)度
2300
車廂寬度
1760
車廂高度
1400
車廂鋼板厚度
2
車廂加強(qiáng)肋厚度
32
車廂加強(qiáng)肋寬度
30
廂斗采用多邊形狀，實(shí)現(xiàn)吊裝、吊卸、傾卸的方便。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)示意圖3.2。
圖3.2廂斗示意圖
3.2.3廂斗選材
1.廂斗鋼板選材
在遵循滿足使用性能要求，較好工藝性和較好經(jīng)濟(jì)性的前提下，廂斗選用選用Q235工程用鋼材。
2.廂斗工程硬塑選材
工程塑料的一般選用原則：具有良好的使用性能，優(yōu)良的工藝性及合理的經(jīng)濟(jì)性。
（1）使用性能，使用性能是選材考慮的主要問(wèn)題。
（2）工藝性能，材料加工的工藝流程要適合批量生產(chǎn)。
（3）經(jīng)濟(jì)性能，選擇材料的經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)前注意的問(wèn)題。
考慮到廂斗的使用條件和使用環(huán)境，工程塑料的選擇要滿足耐腐蝕性的要求，要有長(zhǎng)期受酸、堿及其他腐蝕性介質(zhì)侵蝕，抵抗各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑和有機(jī)溶劑等化學(xué)介質(zhì)腐蝕的能力，同時(shí)其熱脹系數(shù)要小，粘附性要好。
滿足以上要求，可選用硬聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氯化聚醚等，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性原則，選擇硬聚氯乙稀作為設(shè)計(jì)所用材料。
3.3擺臂式垃圾車舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
擺臂式垃圾車的舉升機(jī)構(gòu)均采用車廂兩側(cè)雙杠舉升，采用液壓驅(qū)動(dòng)。舉升機(jī)構(gòu)主要由液壓缸體，擺臂和懸掛鏈條組成，主要完成裝載和傾卸放置。
擺臂式垃圾車對(duì)傾卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求如下：
（1）裝載機(jī)構(gòu)應(yīng)保證在設(shè)計(jì)的載荷下連續(xù)正常工作，工作循環(huán)不大于40s；
（2）裝載機(jī)構(gòu)應(yīng)能在任何工作位置上停留。在滿載提升過(guò)程的中間位置上停留5min，其提升液壓油缸的活塞桿的沉降量不大于10mm；
（3）傾卸料的卸料角(包括后翻和側(cè)翻)不應(yīng)小于45度；
（4）卸料機(jī)構(gòu)每個(gè)工作循環(huán)(從卸料動(dòng)作開(kāi)始至復(fù)位)時(shí)間不應(yīng)大于60s；
（5）傾卸機(jī)構(gòu)在滿載的情況下，在傾卸角為20~25度位置上停留5min，其舉升液壓缸的活塞桿沉降量不應(yīng)大于10mm。
當(dāng)進(jìn)行廂斗的裝載時(shí)，液壓缸外伸的活塞桿拉動(dòng)擺臂，帶動(dòng)與擺臂相連的鏈條，將廂斗安穩(wěn)舉升到車廂上；進(jìn)行廂斗的卸載時(shí)，液壓缸的活塞桿推動(dòng)擺臂做類似的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)廂斗的卸載；進(jìn)行垃圾的傾倒時(shí)，將吊置在擺臂上傾倒用的鐵鏈掛到廂斗的勾環(huán)上，打開(kāi)后箱體的鎖削，當(dāng)液壓缸推置廂斗到一定高度時(shí)，箱體后部被鏈條勾住抑制了后箱體的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)隨著液壓缸的繼續(xù)舉升，箱體前半部分隨之抬高，后廂蓋在自重和垃圾貨物的壓力下，自動(dòng)打開(kāi)，完成了垃圾的傾卸[1]。
3.3.1擺臂液壓缸的選用
由于液壓缸要完成擺臂的升降，所以液壓缸選擇單桿雙作用液壓缸，在兩側(cè)各放置一個(gè)，液壓缸后座絞接固定在車廂上，活塞桿的一端和擺臂的一處合適位置絞接。
3.3.2擺臂的設(shè)計(jì)
1.擺臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
擺臂呈工字型，擺臂的兩側(cè)下端與U型鋼板絞接，上部用拉桿將兩側(cè)擺臂連接，在略低與拉桿處的擺臂上安置能夠隨著廂斗的翻轉(zhuǎn)而跟隨著連接在其上的鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的滑動(dòng)軸，在擺臂的中部安置用于卸料并帶有鏈條的掛環(huán)。見(jiàn)示意圖3.3。
圖3.3 液壓缸示意圖
圖3.4 擺臂示意圖
2.擺臂選材
在進(jìn)行擺臂的剛度、強(qiáng)度及彎曲變形校核的前提下，考慮到較好的工藝性及合理性的經(jīng)濟(jì)性，擺臂選用Q235工程用鋼材。
3.擺臂鏈接鏈條長(zhǎng)度應(yīng)用說(shuō)明
擺臂鏈接的鐵鏈長(zhǎng)度盡量實(shí)現(xiàn)能夠剛好滿足廂斗與擺臂滑動(dòng)軸之間的距離，防止廂斗在起吊的時(shí)候廂斗底部與車廂造成過(guò)大的摩擦。
3.3.3擺臂的受力分析
擺臂的受力分析可按吊裝和傾卸兩種工況進(jìn)行討論。受力分析如圖3.1所示。
圖3.5 吊裝、吊卸工況擺臂受力分析
1.吊裝、吊卸工況
o點(diǎn)為油缸與車架的鉸接點(diǎn)，A點(diǎn)為油缸與擺臂的鉸接點(diǎn)；雙作用油缸作用力Fa的大小和方向隨擺臂的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變，并為擺臂轉(zhuǎn)角β的單值函數(shù)；B點(diǎn)為吊鏈位置，B0為吊卸初始狀態(tài)的吊鏈軸位置；B1為吊鏈在吊裝工況初始狀態(tài)的位置。Γa為油缸軸線與x軸的正向夾角。
擺臂式垃圾汽車的吊裝和吊卸過(guò)程中，擺臂受力的兩個(gè)典型工況：當(dāng)B點(diǎn)位于B1點(diǎn)時(shí)，擺臂可以從下極限位置吊裝貨箱；當(dāng)B點(diǎn)位于B0點(diǎn)時(shí)擺臂可以從車架上吊卸車斗。
當(dāng)?shù)跹b車斗時(shí)，計(jì)算公式如（3.1）取擺臂為分離體：
由ΣMp=0，得：
（3.1）
式中 Fax、Fay—油缸作用力Fa在x軸、y軸上的投影（N）；
油缸上鉸支點(diǎn)A1的X、Y坐標(biāo)值（m）；
Ge—吊裝重力（N）；
上式可以進(jìn)一步整理成公式（3.2）：
（3.2）
繼續(xù)整理后得到公式（3.3）：
（3.3）
由公式（3.3）計(jì)算出來(lái)的Fa值為油缸提供負(fù)載依據(jù)，同時(shí)它也為擺臂強(qiáng)度和剛度計(jì)算提供依據(jù)。
有知道擺臂在下限位置時(shí)，擺臂轉(zhuǎn)角為，，，，式中α為與的夾角。將上三公式代入式（3.3）得：
（3.4）
式中為結(jié)構(gòu)幾何尺寸，均可通過(guò)計(jì)算獲得。
當(dāng)擺臂處于吊卸初始位置時(shí)，B點(diǎn)位于B0，，根據(jù)上述分析同理可得：
（3.5）
式（3.4）和（3.5）分別給出了和時(shí)油缸所受的推力和拉力。通常情況下，以和作為選用油缸和擺臂強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。
具體計(jì)算結(jié)果如下：
當(dāng)擺臂在下極限位置時(shí)：
當(dāng)擺臂在吊卸位置時(shí)：
2.傾卸工況
由于傾卸工況所需油缸的推力和拉力遠(yuǎn)小于吊裝、吊卸工況所需的油缸作用力，故對(duì)油缸作用力和擺臂受力和擺臂受力不予以討論。通過(guò)分析計(jì)算，求出吊鏈所受的最大拉力，以便對(duì)吊鏈進(jìn)行強(qiáng)度校核。傾卸工況受力分析如圖3.6所示：
圖3.6傾卸工況吊鏈?zhǔn)芰Ψ治?
傾翻初始，左吊鏈?zhǔn)芰椋?
（3.6）
公式中的和由本身的結(jié)構(gòu)尺寸決定。
當(dāng)車斗傾卸到最大傾翻角時(shí)，左吊鏈?zhǔn)芰椋?
（3.7）同理公式中和也有自身的機(jī)構(gòu)決定。通常的情況下左、右吊鏈尺寸、規(guī)格均相同時(shí)，故設(shè)計(jì)時(shí)只取和中較大值作為選取吊鏈的依據(jù)。事實(shí)上，當(dāng)車斗傾卸到最大角度時(shí)，車斗內(nèi)的垃圾所剩不多，故一般情況下，>.。
計(jì)算結(jié)果如下：
由公式（3.6）得：
3.3.4擺臂的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
根據(jù)圖（3.5）結(jié)構(gòu)分析得PB位置為重要位置，所以分析PB位置，根據(jù)總布置可以將擺臂簡(jiǎn)化成以下簡(jiǎn)支梁：
圖3.7擺臂簡(jiǎn)化簡(jiǎn)支梁
對(duì)PB進(jìn)行受力分析：
圖3.8 PB受力分析
根據(jù)擺臂材料體積估算擺臂重為150㎏。
由以上得到：
根據(jù)得
得到：
得到：
因?yàn)椋?方向向下。
選取擺臂材料為Q235號(hào)鋼，其許用應(yīng)力為，許用安全系數(shù)， 畫(huà)出擺臂的剪力圖和彎矩圖，擺臂的危險(xiǎn)截面點(diǎn)為A點(diǎn)。
圖3.9 擺臂剪力圖
圖3.10擺臂彎矩圖
擺臂橫截面高度h可按經(jīng)濟(jì)條件（結(jié)構(gòu)質(zhì)量最?。┯?jì)算確定有：
（3.8）
式中：M—擺臂承受的最大合成彎矩（以作業(yè)斗的額定載荷處在最大臂幅時(shí)計(jì)算）
—厚高比（ ）
得到：
（3.9）
得到：B=85mm
擺臂截面圖如下：
圖3.11擺臂截面圖
慣性矩：
（3.10）
= 0.0000065
（3.11）
由上式得出擺臂式安全的。
3.4支腿的設(shè)計(jì)
1.支腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
支腿在料斗卸料，在廂斗的提升過(guò)程中或者需要時(shí)可以獨(dú)立打開(kāi)，其結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)成三角形狀，采用液壓缸實(shí)現(xiàn)支腿的打開(kāi)與伸縮收回。見(jiàn)識(shí)意圖3.12。
圖3.12 支腿示意圖
2.支腿的液壓缸的選用
由于支腿液壓缸在工作的過(guò)程中，起到打開(kāi)與收縮支腿的作用，選用雙作用單桿液壓缸，其結(jié)構(gòu)形狀同擺臂液壓缸。
3.支腿選材
在參考同類車型支腿材料選用的基礎(chǔ)上，考慮到支腿的受力，選用Q235作為支腿材料。
3.5總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由以上對(duì)擺臂式垃圾車車廂各結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)說(shuō)明，進(jìn)行優(yōu)化組合后，可得整車形狀結(jié)構(gòu)，如下示意圖3.13。
圖3.13 整體結(jié)構(gòu)示意圖
3.6本章小結(jié)
本章主要對(duì)擺臂式垃圾車的車廂、廂斗、擺臂及支腿的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)擺臂進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算與校核，對(duì)關(guān)鍵位置進(jìn)行受力分析，確保達(dá)到要求，確定了本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖樣，為下一章的設(shè)計(jì)計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。
第4章 擺臂式垃圾車副車架設(shè)計(jì)
4.1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4.1所示的槽形結(jié)構(gòu)，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4.1副車架截面形狀
4.1.1副車架的前端形狀及安裝位置
在保證使用可靠的前提下，為了提高撓曲性，減小副車架剛度，應(yīng)盡量減少副車架的橫梁，以減少對(duì)縱梁的扭轉(zhuǎn)約束。
副車架油缸支承橫梁與翻轉(zhuǎn)軸橫梁形成框架。油缸支承橫梁應(yīng)盡量靠近后懸架前支承處的橫梁，最好能位于后框架之內(nèi)。因?yàn)檫@段主車架變形小，所以副車架對(duì)其扭轉(zhuǎn)約束力也相應(yīng)減弱，同時(shí)保證了舉升機(jī)構(gòu)的幾何特性。
在副車架結(jié)構(gòu)要求剛性較高時(shí)，可在主、副車架中間增加一層橡膠墊，當(dāng)主車架變形時(shí)以彈性橡膠的變形來(lái)減弱副車架對(duì)主車架的約束。
副車架前端形狀常有三種形狀(見(jiàn)圖4.2)。
對(duì)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部加工有局部斜面，其斜而尺寸如圖4.2(c)所示：；。
（a）U形；（b）角形；（c）L形
圖4.2副車架的三種前端形狀
如果加工上述形狀困難時(shí)，可以采用如圖4.3所示的副車架前端簡(jiǎn)易形狀，此時(shí)斜面尺寸較大[1]。
對(duì)于鋼質(zhì)副車架：；
對(duì)于硬本質(zhì)副車架；；
副車架在汽車底盤(pán)上布置時(shí)，其前端應(yīng)盡可能地往駕駛室后圍靠近。
4.1.2 縱梁與橫梁的連接設(shè)計(jì)
橫梁與縱梁的連接方式主要有三種，見(jiàn)圖4.3
1-縱梁；2-連接板；3-橫梁
圖4.3橫梁與縱梁的連接
圖4.3（a）橫梁與縱梁上下翼板連接，該種連接方式優(yōu)點(diǎn)是利于提高縱梁的抗扭剛度。缺點(diǎn)是當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，縱梁上下翼面應(yīng)力將大幅度增加，易引起縱梁上下翼面的早期損壞。由于車架前后兩端扭轉(zhuǎn)變形較小，因此本車架前后兩端采用了該種連接方式，為了提高縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度采用了縱向連接尺寸較大的連接板。橫梁僅固定在腹板上。
圖4.3（b）橫梁僅固定在腹板上，這種連接形式連接剛度較差，允許截面產(chǎn)生自由蹺曲，可以在車架下翼面變形較大區(qū)域采用，以避免縱梁上下翼面早期損壞。
圖4.3（c）橫梁同時(shí)與縱梁的腹板及上或下翼板相連，此種連接方式兼有以上兩種方式連接的特點(diǎn)，但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上，對(duì)橫梁的強(qiáng)度要求較高。由于該車平衡懸架的推力桿與平衡懸架支架上的兩根橫梁連接，因此，這兩根橫梁與縱梁共同承受平衡懸架傳遞過(guò)來(lái)的垂直力(反)和縱向力(牽引力、制動(dòng)力)。
綜合以上考慮，本副車架的縱梁與橫梁的連接采用第1種方式，即橫梁與縱梁上下翼板連接，同時(shí)為了降低成本和適于批量生產(chǎn)，本車架縱梁和橫梁的連接方式采用螺栓連接[15]。
4.1.3 副車架與主車架的連接設(shè)計(jì)
副車架與主車架的連接常采用如下幾種形式。
1.止推連接板
圖4.4是采用的止推連接板的結(jié)構(gòu)形狀及其安裝方式。連接板上端通過(guò)焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接。止推板的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對(duì)水平位移。相鄰兩個(gè)推止推連接板之間的距離在500～1000 mm范圍內(nèi)。
1-副車架；2-止推連接板；3-主車架縱梁 1-上托架；2-下托架；3-螺栓
圖4.4 止推連接板的結(jié)構(gòu) 圖4.5 連接支架
2.連接支架
連接支架由相互獨(dú)立的上、下托架組成，上、下托架均通過(guò)螺栓分別與副車架和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上、下托架相連接，見(jiàn)圖4.5所示。由于上、下托架之間留有間隙，因此連接支架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。一般布置是在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。
3.U型夾緊螺栓
當(dāng)選用其它連接裝置有困難時(shí)，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大的范圍內(nèi)不允許采用U型螺栓。當(dāng)采用U型螺栓固定時(shí)，為防止主車架縱梁翼面變形，應(yīng)在其內(nèi)側(cè)襯以木塊，坦在消聲器附近，必須使用角鐵等作內(nèi)襯。
綜合考慮三種連接方式的特點(diǎn)，以及裝配工藝性，本文設(shè)計(jì)的自卸車主副車架之間采用止推連接板式。
4.1.4 副車架的形狀
圖4.6副車架形狀
4.2副車架主要尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
4.2.1 副車架主要尺寸設(shè)計(jì)
由參考文獻(xiàn)[12]可知，在設(shè)計(jì)自卸車時(shí)，所選取的二類底盤(pán)只有主車架，為了增加車架的強(qiáng)度剛度，延長(zhǎng)車架的使用壽命，在原有主車架的基礎(chǔ)上增加了副車架。
對(duì)具有較高質(zhì)心位置及載質(zhì)量較大的廂式車一般采用槽形通長(zhǎng)式副縱粱。制造材料應(yīng)具有良好的焊接性和機(jī)械性能，一般要求抗拉強(qiáng)度 ≥370N／mm2 ，屈服極限≥240N／mm2。延伸率以≥20％翼緣寬度應(yīng)與主車架縱粱(簡(jiǎn)稱主縱粱)翼緣寬度相同。不宜大于主縱粱翼緣寬度。副縱粱截面尺寸確定后，要分別對(duì)副縱粱和主縱粱進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，并根據(jù)其慣性矩、抗彎截面系數(shù)分配彎矩。
在汽車制造工藝中，鋼板沖壓成型工藝占有十分重要的位置。沖壓成形的零件具有互換性好、能保證裝配的穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率高和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
載重汽車用中板數(shù)量較多，受力的車架縱梁和橫梁、車廂的縱梁和橫梁均采用中板沖制且多以低合金高強(qiáng)度鋼板沖壓生產(chǎn)，也是適應(yīng)提高汽車承載能力、延長(zhǎng)使用壽命、降低汽車自重和節(jié)能節(jié)材以及安全行駛等要求的發(fā)展趨勢(shì)。
目前，我國(guó)載重汽車車架的縱梁和橫梁已經(jīng)全部采用低合金高強(qiáng)度鋼鋼板制造。縱梁可以用抗拉強(qiáng)度為510MPa的16MnL和09SiVL(必須是用往復(fù)式扎機(jī)生產(chǎn)的)、10TiL和B510L鋼板生產(chǎn)，橫梁可以用抗拉強(qiáng)度為390MPa的08TiL和B420L鋼板來(lái)生產(chǎn)。
由以上，副車架材料選用載重汽車橫縱梁的一般選用材料，縱梁采用16MnL，橫梁采用08TiL生產(chǎn)。
副車架對(duì)主車架起到加固作用，其寬度和選用的底盤(pán)的寬度相同，高度可以小于主車架，長(zhǎng)度在底盤(pán)主車架長(zhǎng)度基礎(chǔ)上去掉主車架與車廂之間的距離長(zhǎng)度。其尺寸設(shè)計(jì)如下：
表4.1 副車架尺寸 （單位：mm）
副車架長(zhǎng)度
34500
副車架寬度
1300
副車架高度
150
副車架厚度
5
4.2.2 副車架的強(qiáng)度剛度彎曲適應(yīng)性校核
1.額定裝載時(shí)整車重心作用點(diǎn)的求解
對(duì)主車架來(lái)說(shuō)，其整車重心后移。其受力簡(jiǎn)圖如下
圖4.7主車架額定裝載運(yùn)輸重心作用簡(jiǎn)圖
設(shè)定自卸車在額定裝載質(zhì)量下，其前后軸承受的載荷相同，即有：
（4.1）
由圖，可以列出：
求得
2.副車架剪力及彎矩的求解
由主車架重心作用簡(jiǎn)圖及求得的整車重心作用點(diǎn)，可以畫(huà)出額定裝載質(zhì)量時(shí)自卸車副車架受力簡(jiǎn)化圖如下圖：
圖4.8副車架額定裝載受力簡(jiǎn)圖
將此時(shí)受力的副車架看為簡(jiǎn)支梁(見(jiàn)下圖)，以便進(jìn)行強(qiáng)度剛度及彎曲變形的校核。由下圖，可以列方程組：
圖4.9副車架等效簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)圖
可求得：
=
=
= 28765.89N
即大小為 28765.89N，方向與設(shè)定的方向相同。
可求得：
=
=
=
即大小為9165.8N，方向與設(shè)定的方向相反。
由以上，可畫(huà)出實(shí)際的副車架等效梁示意圖。
圖4.10副車架實(shí)際等效梁簡(jiǎn)圖
列出彎曲剪力及彎矩方程：
OA段
= = 28765.89 N (0
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