专用汽车设计

一、液压缸参数：

栏板起重标定重量定为5KN，即要求的举重升力小于8KN，选用单缸对中式液压缸布置方式，可简化结构、降低成本，同时可避免双缸工作时的不同步问题。

液压缸参数：缸径D1=１００mm，液压系统供油压力P1=５MPa，供油流量Q=5.73×10−4(m3/s)。由公式F=P1

4Q

πD214

N）得单缸对中式栏板起重装置液压缸的总推力F=３９KN。

由公式V1=πD（m/s）得活塞杆的运动速度V1=０.０１９m/s。

1

二、主要性能参数的选择：

后栏板起重装置主要性能参数有标定起重量和升降速度。

（1） 标定起重量。标定起重量是栏板起重装置基本性能指标，标定起重量越高，则

表示该栏板起重装置的起重举升能力越强。但标定起重要受到栏板起重运输车的结构特点和原车型有关性能的限制。因为当后栏板上装载货物时，整车质心的水平位置向后轴方向移动，若载荷使质心后移越过后轴中心线，整车将发生纵向倾覆。本设计采用中型载货汽车底盘进行改装，故标定起重取5KN。

（2） 升降速度。后栏板起重装置在标定起重量时升降货物的速度是权衡该装置经济

性的技术指标之一。既考虑提高装载速度提高工作效率，也考虑升降机构运动到上、下止点位置时会受到限位装置和地面阻挡，为了减轻这种阻挡造成的撞击强度，也应对升降速度有所限制，所以本装置设计的平均升降速度大约 =0.095m/s，又因为车厢地板离地高度H=1114mm，多以上升或下降的时间V

约为t=12s,符合JB4199-86的规定全程上升、下降的时间均在10-15s内的要求。

三、升降机构尺寸参数的确定：

后栏板起重装置升降机构的主要尺寸包括支架总长、总宽、上杆和下杆的长度、液压缸的初始长度及拐臂轴上中间拐臂的曲柄半径。位置参数包括中间拐臂的初始角、终止角以及摆动液压缸的传动角等参数。 1） 支架的总长和总宽

根据单缸对中式升降机构的支架和汽车底盘的连接关系，在确定支架总宽时需要给出足够的安装空间位置。支架用螺栓和铆焊在车架纵梁腹板上的连接角铁固定，因此，应根据所选螺栓的规格，流出适当的扳手空间。图中b和b0的尺寸关系一般可取

b=b+（110~120）（mm）

支架的长度可根据车架的具体结构确定，图中没标出来，当车架后悬部分没有安装

备胎或其他附件时，可使支架的长度a与车架最后两根横梁的间距a0接近，方便支架和车架的连接。

在本装置中取b=985mm，a=１８００mm，可以满足工作要求。

2） 上、下杆的理论长度和实际长度

上、下杆的理论长度为简化后的平行四杆机构两摇杆的长度，这一尺寸应根据所选底盘的机构和改装车厢的布置确定。在初定时，此长度不宜过大，因为长度过大，起重栏板上的载荷对拐轴臂所形成的力矩也大，所需液压缸的推力也大。但也不应选得过小，否则，若要起重栏板举升或下降同样的距离，拐臂的转角将增大，液压缸的行程要求增大。

一般以起重栏板上、下两个极限位置确定上、下杆的理论长度，此时，上、下杆的理论中线（指两端铰链中心的连线）与水平线的夹角为40°~50°。

当汽车底盘选定后，即确定了车厢地板平面的离地高度

H=1140mm。由上图可知，上、下杆的理论长度L0为

L0=

H1sinα

（m）

式中：H1为车厢地板平面到上杆与支架铰接点的垂直距离（m）；α是上杆在上极限位置时与水平线的夹角（°）。

初步分析时，设上、下杆在两极限位置时与水平线的夹角均为α，于是得

1

H1=（H−C）

式中：C为平行四杆机构中连杆的长度（m），一般可取C=0.15L0。 根据上面两式可得

L0=（H−C）

21

1sinα

（m）

即

L0=

0.5Hsinα+0.075

m）

当α取40°~50°时，sinα=0.64~0.77，于是有

L0=（0.7~0.6）H ＝（０．６８４～０．７９８）（m）为了方便计算，取

Ｌ０＝０．７ ｍ，即连杆长度Ｃ＝０．１０５ｍ

按上述公式计算的值是上、下杆的理论长度，对于上杆，其理论长度即是实际

长度；对于下杆，可按照下图所示的几何关系计算实际长度L0

B

在∆ABC中，L0即 其中支架销孔与铰链两点距离取ＡＣ＝

０．１ｍ，φ＝１０５° ，所以求得下杆实际长度ＡＢ＝０．７３２ｍ 。 ３）拐臂半径ｒ和液压缸的初始长度Ｌ１

Ｌ１＝ｄ＋ｒ−２ｄｒcosφ１ （６—２１）

式中：Ｌ１为液压缸初始状态时，活塞杆头部铰接点到液压缸铰接点的距离（ｍ）；ｄ为支架ＯＡ的长度；ｒ为中间拐臂的曲柄半径；φ１为初始角（°）。

将式（６—２１）两端同除以ｄ，并令液压缸初始位置相对长度ρ１＝径相对长度ς＝

ｄｒ

２

Ｌ１ｄ

２

２

２

，拐臂半

ρ１２＝１＋ς２−２ςcosφ１（６－２２）

同理得到在液压缸活塞处于终止位置时，各构件的尺寸关系为

Ｌ２＝ｄ＋ｒ−２ｄｒcosφ２（６－２３）

式中：Ｌ２为液压缸终止状态时，活塞杆头部铰接点到液压缸铰接点的距离（ｍ）；φ２为终止角（°）。

将上式两端同除以ｄ，并令Ｌ２＝λＬ１，其中λ为活塞杆伸出系数，一般可取λ＝１．５～１．７，可得

ς＝

−Ｂ± Ｂ−４ＡＣ

２Ａ

２

２２２

２

ρ１＝ １＋ς２−２ςcosφ１（６－２５）

式中：Ａ＝Ｃ＝λ−１；Ｂ＝−２（ａcosφ１−cosφ２）

确定φ１，φ２后，可求出式中Ａ、Ｂ、Ｃ的值。根据统计，φ１在２０°～３０°之间，φ２的值则等于升降机构转角与φ１的和。其中取φ１＝３０°，则φ２＝φ１＋９０°＝１２０°。 Ａ＝Ｃ＝１.２５（λ取１．５），Ｂ＝－６．６（其中支架总长ａ＝１．８ｍ），所以拐臂半径相对长度ς＝ｄｒ

６．６± （−６．６）−４×１．２５×１．２５

２×１．２５

２

２

２

２

度ρ１＝

Ｌ１ｄ

＝ １＋０．２−２×０．２×cos３０°＝０．８３

四、液压缸校核、机构受力分析、强度校核： １）摆动液压缸传动角的校核：

摆动液压缸轴线或其延长线与拐臂轴线的夹角γ称为摆动液压缸机构的传动角，且

γ≤９０°，如图示，传动角的大小直接影响到机构的传力效果，故在机构的主要参数初步确定后，应进行传动角的校核。若传动角过小，还需对有关参数进行调整。

在机构以初始位置向终止位置的运动过程中，γ角从γ１逐渐增大到γｍａｘ＝９０°，然后又逐渐减小至γ２，由此判定，传动角γ的最小值必然出现在机构处于两极限位置时。 按照ΔＯＡＢ１的几何关系，有

ｄ−ｒ−Ｌ１

２ｒＬ１

２

２

２

cos（１８０°−γ１）

式中：γ１为初始位置传动角（°）。

将上面（６－２１）代入式（６－２６），且在等式右边除以ｄ，则可得到以拐臂半径相对长度ς表示的初始位置传动角γ１的计算式，即

cosγ１ς−cosφ １＋ς２−２ςcosφ１

２

１＋０．２−２×０．２×cos３０°

即γ１＝１４３°

同理，可得终止位置传动角γ２的计算式为

ς−cosφ １＋ς２−２ςcos

φ２

cosγ２.６２８（６－２８）

１＋０.２−２×０.２×cos１２０°

即γ２＝５１.１°

综上，γｍｉｎ＝５１．１°

综上所述，在设计升降机构的运动时，只要给出摆动液压缸的初始、终止位置角φ１、φ２和拐臂半径的相对长度ς，就可以校核该机构的传动角γ。传动角的最小允许值［γ］一般为４

０°～５０°，因此满足机构传动角要求的条件是

γｍｉｎ≥［γ］（６－２９）

式中：γｍｉｎ为机构的最小传动角（°）。所以该机构的传动角校核符合要求。 ２）升降机构的受力分析：

如上图所示为单缸对中式升降机构的受力简图。该机构为平行四边形双摇杆机构，两端拐臂与下杆所构成的组合杆为主动杆，其上作用有液压缸推力ＦＧ；上杆为从动杆；起重栏板通过上杆铰链Ｃ和限位杆以及连杆构成一体，起重栏板上作用有货物与栏板自重的总载荷Ｗ。 在升将机构做升降运动的全过程中，连杆与起重栏板始终在一起做平移运动，因此，机构进一步简化，如下图所示。根据力的平移原理，可将作用在栏板上的总载荷Ｗ平移至铰链Ｃ处，然后在连杆２上附加一个力矩ＭＬ＝０．５ＭＬ（因机构 的对称性，一侧机构所受载荷按０．５Ｗ计算），式中Ｌ为载荷质心至铰链点Ｃ的距离（简化为栏板即连杆的一半长度）。

Ｏ ｘ

按照理论力学中截面法或节点法可求出上图中铰链Ｂ处的约束反力，为

Ｆ１＝

Ｆ２＝

Ｗ２

ＷＬ２ＬＢＣ

＝

５０００×０.９４２×０.１０５

＝２．２ＫＮ

×tan４５°）＝０．４３８ＫＮ

（１−

ＬＬＢＣ

ｃtanθ）＝

５０００２

×（１−

０．９４１．１４

式中：Ｆ１为铰链Ｂ处ｘ方向的约束反力（Ｎ）；Ｆ２为铰链Ｂ处ｙ方向的约束反力（Ｎ）；ＬＢＣ为连杆的长度（ｍ）；θ为杆３与垂直线的夹角（°）。