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1、T式腹舉自卸車舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 作者：張忠榮 簡中強(qiáng) 張永祥 黃建根　文章來源：貴州航天凱山特種車改裝有限公司 萬向集團(tuán)　　發(fā)布時(shí)間：05-30 新浪微博QQ空間人人網(wǎng)開心網(wǎng)更多 圖1 T式腹舉自卸車舉升機(jī)構(gòu)示意 作為低噸位自卸車領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的T式腹舉自卸車，舉升機(jī)構(gòu)是其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。采用專業(yè)“舉升機(jī)構(gòu)分析系統(tǒng)”軟件對(duì)舉升系統(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果建立三維數(shù)字模型，同時(shí)用有限元分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，可確保舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可行且強(qiáng)度滿足要求。 自卸車按舉升方式可分為腹舉式、前舉式和側(cè)舉式。T式腹舉自卸車是腹舉式的一種，其主要特點(diǎn)在于采用油缸前推式三角放大機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)

2、貨廂的自卸。相比較而言，腹舉式具有結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低，且相同底盤下貨廂設(shè)計(jì)裝載量更大等優(yōu)勢，故腹舉自卸車在4～40 t低噸位自卸車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。T式腹舉自卸車如圖1所示，舉升機(jī)構(gòu)主要由三角臂、拉臂和舉升油缸等組成，與貨廂、副車架及液壓系統(tǒng)組成舉升系統(tǒng)。舉升機(jī)構(gòu)是T式腹舉自卸車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 圖2 舉升機(jī)構(gòu)分析圖 舉升機(jī)構(gòu)理論分析 進(jìn)行T式腹舉自卸車舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須確定載荷。首先應(yīng)對(duì)舉升質(zhì)量處于任意舉升角度時(shí)的油缸推力和各構(gòu)件的受載情況進(jìn)行分析計(jì)算，然后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，取最大值作為各構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。 圖3 舉升機(jī)構(gòu)O點(diǎn)坐標(biāo)系圖（單位：mm） 對(duì)在任意舉升角度時(shí)進(jìn)行分

3、析計(jì)算，求得任意舉升角的油缸推力FEC和拉桿內(nèi)力FBB。理論分析過程中，我們設(shè)定舉升機(jī)構(gòu)的舉升質(zhì)量為30 t，最大舉升角52，根據(jù)車廂的結(jié)構(gòu)尺寸作機(jī)構(gòu)簡圖，如圖2所示。具體求解步驟如下： 1.求舉升角為θ時(shí)A、G、B和C點(diǎn)的位置坐標(biāo) 建立坐標(biāo)系，原點(diǎn)選在車架與副車架的鉸接點(diǎn)O。先求三角臂與車廂鉸接點(diǎn)A和舉升質(zhì)量質(zhì)心G的坐標(biāo)。 圖4 載荷為40t時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)設(shè)置 由下式可得A點(diǎn)坐標(biāo)： 由下式可得G點(diǎn)坐標(biāo)： 由下式可得B點(diǎn)坐標(biāo)： 由下式可得C點(diǎn)坐標(biāo)： 2.求直線BD和CE長度 整理得 整理得 3.求BD和CF 交點(diǎn)F的坐標(biāo) 由式（

4、7）、（8）求解，可解得F點(diǎn)坐標(biāo)（XF，YF），求點(diǎn)O至直線FA的距離DOFA 4.取車廂為獨(dú)立體，由 5.求B點(diǎn)到CE的距離DBCE，B點(diǎn)到FA的距離DBFA 6.求任意舉升角的油缸推力FCE 取三角臂A、B、C為獨(dú)立體，得 根據(jù)不同的舉升角度，即可求出相應(yīng)的FCE值，作為設(shè)計(jì)校核的依據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 圖5 載荷為40t時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算結(jié)果 舉升機(jī)構(gòu)軟件計(jì)算分析 采用自卸車計(jì)算分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，分析計(jì)算步驟如下： 1.四連桿機(jī)構(gòu)布置 T式腹舉自卸車舉升系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是確定四連桿機(jī)構(gòu)相互位置關(guān)系，根據(jù)《專用汽車設(shè)計(jì)》對(duì)T式腹舉自卸舉升機(jī)構(gòu)

5、設(shè)計(jì)原理，結(jié)合底盤型號(hào)為CQ3253TMG324TLT52A型的T式腹舉自卸車進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 圖6 載荷為30t時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)分析系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 （1）根據(jù)該型號(hào)底盤結(jié)構(gòu)，將O點(diǎn)建立在底盤距離后橋中心1 320 mm，距車架上表面138 mm位置設(shè)置O點(diǎn)坐標(biāo)，以O(shè)點(diǎn)坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，如圖3所示。 （2）三角臂A、B、C點(diǎn)的位置關(guān)系到油缸推力、拉臂及底板骨架上鉸點(diǎn)、三角臂在車廂底板與底盤間安裝空間大小以及各機(jī)構(gòu)受力情況，根據(jù)專用汽車中T式自卸舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理以及目前市場大量使用的三角臂總成結(jié)構(gòu)尺寸情況，設(shè)定三角臂A、B、C點(diǎn)的位置尺寸關(guān)系為：AB=1098mm，BC=866mm，AC=317

6、mm。 圖7 載荷為30t時(shí)，舉升機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算結(jié)果 （3）根據(jù)結(jié)構(gòu)空間要求，結(jié)合原設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)，優(yōu)化分析O2、O3及B點(diǎn)的坐標(biāo)布置，最終選取O2（2 185mm，161mm）、O3（2405mm，-30mm）、B（2825mm，200mm）。 （4）根據(jù)上述各點(diǎn)的確定，通過作圖法可求得拉桿AO2長度L=1739mm。 圖8 三維建模狀態(tài) 2.舉升機(jī)構(gòu)軟件計(jì)算 根據(jù)上述各點(diǎn)設(shè)置情況，采用“自卸車舉升機(jī)構(gòu)分析系統(tǒng)”進(jìn)行分析計(jì)算，將上述各參數(shù)輸進(jìn)分析系統(tǒng)中設(shè)定位置。按計(jì)算載荷為40t，油缸直徑φ220mm，拉桿長度1739mm進(jìn)行機(jī)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖4、圖5。 在數(shù)據(jù)

7、代入計(jì)算過程中，系統(tǒng)提示“最高油壓超過16 MPa、油缸行程太大”。此結(jié)果表明，代入?yún)?shù)不符合設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。本文為便于闡述利用分析軟件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，故只調(diào)整載荷計(jì)算。將載荷為30 t，油缸直徑φ220 mm，拉桿長度1 739 mm，代入分析系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見圖6、圖7，則不再有不符合設(shè)計(jì)要求的信息提示，優(yōu)化結(jié)果滿足要求。根據(jù)此分析系統(tǒng)，計(jì)算結(jié)果可生成油壓特性曲線圖、拉桿受力曲線圖、液壓缸受力曲線圖、C點(diǎn)與車廂底板距離曲線圖、有效舉升力曲線圖、有效舉升力曲線圖及車廂支座受力曲線圖等參數(shù)曲線，此文不予表述。 圖9 拉桿受力分析狀態(tài) 四連桿機(jī)構(gòu)布置三維建模 根據(jù)四連

8、桿機(jī)構(gòu)布置情況，結(jié)合舉升機(jī)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)，對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)及自卸車相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)，以驗(yàn)證機(jī)構(gòu)布置的合理性、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性及機(jī)構(gòu)是否存在干涉情況。若在驗(yàn)證過程中發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，并經(jīng)分析系統(tǒng)驗(yàn)證可行。 具體建模過程為：根據(jù)計(jì)算結(jié)果以A、B、C三點(diǎn)位置關(guān)系設(shè)計(jì)三角臂結(jié)構(gòu)，建立三角臂的三維模型；根據(jù)A和O2點(diǎn)位置關(guān)系設(shè)計(jì)拉臂結(jié)構(gòu)，建立拉臂的三維模型；根據(jù)O3、O2和O點(diǎn)的位置關(guān)系確定舉升油缸、拉臂和后翻轉(zhuǎn)座的位置。按以上數(shù)據(jù)建立的貨廂及舉升機(jī)構(gòu)數(shù)字模型見圖8。 圖10 三角臂受力分析狀態(tài) 關(guān)鍵部件有限元分析 根據(jù)建立的數(shù)字模型，采用三維軟件自帶的有限元分析軟件分別對(duì)拉桿、

9、三角臂及支座等關(guān)鍵受力部件進(jìn)行計(jì)算分析，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度及可靠性。 按照上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算出拉桿上油缸最大力F1=80t，三角臂上油缸最大推力F2=60t，底板支座最大力F3=50t。按此進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果分別如圖9、圖10及圖11所示。 圖11 底板支座受力分析狀態(tài) 從計(jì)算結(jié)果可以看出： 拉桿最大應(yīng)力σmax=490 MPa，最大應(yīng)力是模型尖角處產(chǎn)生的應(yīng)力集中。我們可不考慮尖角處的應(yīng)力集中，則從分析結(jié)果可以看出，主要應(yīng)力在150～200 MPa之間。拉桿材料選用Q345鋼，其σs=345 MPa，則拉桿的安全系數(shù)約為n=1.7～2.3，強(qiáng)度滿足要求。 三角臂的最大應(yīng)力為

10、σmax=220MPa，忽略尖角應(yīng)力集中，主要應(yīng)力在66～110MPa之間。三角臂材料選用Q235A，其σs=235MPa，則拉桿的安全系數(shù)約為n=2.1～3.5，強(qiáng)度滿足要求。 底板支座的最大應(yīng)力為σmax=310MPa，忽略尖角應(yīng)力集中，主要應(yīng)力在90～120MPa之間。拉桿材料選用Q235A，其σs=235MPa，則拉桿的安全系數(shù)約為n=2.1～3.5，強(qiáng)度滿足要求。 結(jié)語 在T式腹舉自卸車設(shè)計(jì)過程中，采用人機(jī)互換的形式，利用專業(yè)自卸車舉升機(jī)構(gòu)分析系統(tǒng)，能夠比較直觀地對(duì)自卸車舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化及優(yōu)化設(shè)計(jì)，并可靈活改善機(jī)構(gòu)的受力狀況。通過此分析系統(tǒng)輔助，可減少大量的計(jì)算工作，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期。 在利用專業(yè)分析系統(tǒng)軟件的同時(shí)，利用優(yōu)化結(jié)果，通過三維軟件建立舉升機(jī)構(gòu)三維模型，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)布置的合理性、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性及干涉情況，并利用三維軟件自帶的有限元分析軟件對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行計(jì)算分析，保證了設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的安全性、可靠性，為精益設(shè)計(jì)及產(chǎn)品試制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。