载重汽车的起重尾板设计文档格式.docx
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2000
2350
提升重量(kg)
1000
1500
自身重量(kg)
320
460
540
面板工作角度
5°
—9°
电机
动力
12V/160AH,24V/120AH
功率(kW)
2
2/3
3
机架
臂长(mm)
680/750
750/800/900/1000
900/1000
内宽(mm)
850
850/990
最小车尾长度
700/750
750/800/850
900/950
适用厢地高度h(mm)
800≤h≤1550
平均升降速度
8cm/sec
开关速度
10°
/sec
油料
变通液压油
第2章设计要求与设计数据
起重尾板的工作过程为:
装载货物——举升货物——卸载货物——尾板合拢,因此,在货物的举升过程中,尾板必须要保持水平平动,否则,货物有可能从尾板上掉落并损坏。
另外,为保证货物的安全,尾板在运行过程中,要保持平稳。
尾板的动力机构采用伸缩油缸,考虑到车厢结构,油缸应该安装在车厢下面的底盘上。
综合各方面因素,产品设计需达到以下要求:
(1)尾板举升过程中保持水平平动;
(2)尾板在完成举升任务后可与车厢自动合拢;
(3)尾板举升速度适中(80mm/sec左右),且举升下降平稳;
(4)尾板合拢角速度适中(10°
/sec左右),且合拢展开平稳;
(5)最大起重量为0.5T;
(6)举升机构的最小传动角γmin≥40°
;
(7)举升、合拢所用动力部件采用伸缩油缸;
(8)油缸应安装在车厢下面;
(9)油缸承受最大载荷适中;
(10)尾板要便于安装。
第3章机构选型设计
尾板机构的设计可采用功能分解选择法,即将起升和合拢分解为平动与摆动两个功能,然后在现有各种机构中选择能实现平动与摆动的机构。
考虑到动力组件为伸缩式油缸,那么主动构件可以采用图3-1所示的导杆与摆杆。
图3-1导杆机构图3-2摆杆机构
以图3-1和图3-2所示的导杆与摆杆作为主动件,再选择相应的机构将其转换成平动和摆动。
下列几种机构可以实现平动,现对它们进行分析对比。
3.1导杆机构
图3-3导杆机构
优点:
构件少,结构简单,因此成本较低,易于实现;
缺点:
由于整个机构要安装于汽车车厢下面的底盘上,因此该垂直升降式导杆机构安装后不利行车,不可用。
3.2平行四边形机构
图3-4平行四边形机构
结构简单,运行平稳,可安装于车厢底部,不影响车辆的美观和行车;
构件较多,安装时部分车辆可能需对尾部进行一定的改装。
3.3曲柄滑块机构
图3-5曲柄滑块机构
结构简单,运行平稳,无冲击;
与导杆机构一样,安装于车厢底部后不利行车,因此也不可用。
3.4齿轮齿条机构
图3-6齿轮齿条机构
升降距离可精确控制,运行平稳;
由于整个机构要安装于汽车车厢下面的底盘上,因此该机构不宜进行较大距离升降,否则会影响行车。
3.5最终设计方案
考虑到车厢的具体结构和使用要求,机构的机架只能固定在汽车车厢下面的底盘上,此外,起升机构上升到上限位置时应与地面有一定距离以利于行车,尾板在举升过程中还应保持平稳,以保证货物的安全。
通过对以上各机构优缺点的对比,现确定尾板平动采用平行四边形机构,考虑到尾板的合拢动作,需对其进行适当的改动,改动后结构简图如图3-7所示。
图3-7尾板机构简图
该机构采用伸缩式液压缸,其中,与上部连杆形成转动副的液压缸用于举升,另一个液压缸用于尾板的合拢。
连杆与合拢缸构成平行四边形机构,保证尾板的平动;
液压缸的伸缩运动转化为连杆的摆动运动后,尾板升降较为平稳;
该机构在竖直方向结构紧凑,在举升至上限位置时,机构最下端与地面仍有一段距离,不影响正常行车。
因此,该机构满足设计要求。
第4章机构尺度综合
4.1车体尺寸
图4-1为车体基本尺寸:
图4-1车体基本尺寸
4.2尾板尺寸
为便于货物的装载,将尾板右端设计为楔形,根据车厢尺寸,确定尾板开关及尺寸如图4-2所示:
图4-2尾板尺寸
4.3连杆尺寸及安装位置
尾板的起始及终止位置如图4-3所示。
由车体尺寸知,尾板举升高度为1140mm,取L1=400mm,L2=200mm,A、E两点高度差为H3=150mm,尾板外观厚度H0=100mm。
图4-3连杆尺寸及安装位置
由图4-3可知,尾板在举升过程中,传动角γ先增大后减小,故其最小值于起始或终止位置处取得。
根据设计要求需使γ≥40°
,当尾板位于最高位置时,
H2≤(L1+L2)cotγmin=(400+200)cot40°
=715(mm)①
当尾板位于起始位置时,
tanγ=
=≥tan40°
=0.84②
由①、②得475≤H2≤715,故取H2=600mm.
则杆AC长度lAC=600/cos45°
=848(mm)。
当尾板位于起始位置时,传动角
γ=arctan
=arctan=73.57°
≥40°
当尾板位于终止位置时,由L1+L2=H2知传动角γ=45°
,满足设计要求。
4.4液压缸尺寸
取lAG=2lAC/3=566mm,则举升缸1的本体长度(即活塞杆合拢时长度)最小值为
L1==
=543.0(mm)
举升缸1的行程为
x1=
=
=137(mm)
合拢缸2的本体长度为
L2===848(mm)
合拢缸2的行程为
x2=
=141(mm)
根据液压缸的本体长度、行程及市场常见规格(表4-1为美国恩派克液压缸参数),取缸体直径为800mm,活塞杆直径为30mm。
表4-1美国恩派克(ENERPAC)部分型号液压缸规格参数表
承载能力(kN)
行程(mm)
本体高度(mm)
伸展高度(mm)
外径(mm)
自重(kg)
L653709
45
16
41
57
58
1.0
L653710
25
110
135
38
L653711
76
165
241
1.5
L653712
127
215
342
1.9
L653713
177
273
450
2.4
L653714
232
323
555
2.8
L653715
101
26
89
115
1.8
L653716
54
121
175
2.3
L653717
105
171
276
3.3
第5章机构运动分析
5.1位移分析
由于尾板机构具有对称性,故只取一侧进行分析。
而将举升连杆平移至与合拢连杆同平面并不改变其位移、速度、加速度特性,故为简便起见,将机构简图改画如图5-1所示。
图5-1尾板机构简图
以O为坐标原点,建立如图所示坐标系,则A(0,340),B(0,240),E(0,190),C2(600,940),D2(600,840),点C、D、G的位移方程如下:
举升过程中(73.57°
≤θ≤135°
),
C:
D:
G:
合拢过程中,只有D点位置继续变化,其位移方程如下:
(0≤φ≤90°
)
因为,故,保证了尾板在举升过程中处于平动状态。
图5-2描述了点C1、D1在运动过程中的位移变化情况。
从图中可以看出,在举升过程(横坐标time在0~9.7之间)中,点C1、D1的x坐标曲线重合,y坐标曲线的值在同一时刻始终相差100,与设计要求相符。
图5-2点C1(mark4)、D1(mark7)位移的动态变化
图5-3描述了点C1、H1在运动过程中的位移变化情况。
从图中可以看出,在举升过程(横坐标time在0~9之间)中,点C1、H1的y坐标曲线重合,说明在举升过程中尾板处于平动状态。
图5-3点C1(mark4)、H1(mark110)位移的动态变化
5.2速度分析
对5.1节中各位移方程求导得各点相应速度方程如下:
合拢过程中,
图5-4描述了点C1、D1在运动过程中沿y轴方向的速度变化情况。
从图中可以看出,举升过程中,点C1、D1在竖直方向的速度始终保持相同,大小为80~100mm/s,并为缓慢的匀加速运动,实际应用较为理想。
图5-4点C1(mark4)、D1(mark7)沿y方向速度的动态变化
图5-5描述了点C1、D1在运动过程中沿x方向速度的动态变化情况。
从图中可以看出,点C1、D1沿x方向的速度在0~100mm/s之间变化,且速度曲线较为平滑。
图5-5点C1(mark4)、D1(mark7)沿x方向速度的动态变化
图5-6描述了点G在运动过程中速度的动态变化情况。
沿x方向速度在54~68mm/s之间变化,沿y方向速度在0~66mm/s之间变化,速度曲线较为平滑。
图5-6点G(mark65)在运动过程中速度的动态变化
5.3加速度分析
对5.2节各速度方程求导得相应加速度方程如下:
图5-7描述了点C1、D1、G在运动过程中加速度动态变化的情况。
从图中可以看出,举升过程中,三点在竖直方向的加速度近乎恒定,且均不大于2.24mm/s2;
三点在水平方向的加速度在前半段举升时间内变化较为缓慢,在举升即将结束的2~3s内加速度变化较快,且最大加速度达到35mm/s2,但只是瞬时最大加速度,并不影响实际应用。
在尾板合拢过程中,只有D点运动,其水平和竖直方向的加速度大小均在1.5~5.0mm/s2的范围内变化,较为理想。
图5-7点C1(mark4)、D1(mark7)、G(mark65)加速度的动态变化
图5-8描述了点H1在运动过程中的角速度变化情况。
从图中可以看出,尾板在合拢过程中,角速度为8.44~12.15°
/s,从而也证明了液压伸缩缸BD1运动的合理性。
图5-8点H1(mark110)角速度的动态变化
5.4总结
通过以上对相关各点的位移、速度和加速度的分析,可以得出如下结论:
(1)尾板在举升过程中始终保持平动。
(2)竖直方向加速度较小且近乎恒定,水平方向加速度初始时较小,当尾板接近上限位置时加速度较大,但因加速时间较短,对速度影
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