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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
第1章 緒 論
1.1專用汽車的發(fā)展
目前我國的專用汽車產業(yè)迅速發(fā)展。近10年來，專用汽車行業(yè)伴隨我國汽車工業(yè)得到了飛速的發(fā)展，成為我國汽車工業(yè)的一個重要組成部分。六七十年代期間，我國的專用汽車企業(yè)大多規(guī)模小，工藝設備差，人員技術素質低，產生方式落后，缺乏開發(fā)設計的能力，一般是根據(jù)下達任務的上級部門提供的原蘇聯(lián)的樣車進行仿制。那時供改裝車選用的底盤非常少，由于多數(shù)企業(yè)采用作坊式生產，工藝落后，專用汽車的產品技術水平比較低。到80年代末，全國專用汽車生產業(yè)僅200余家，年生產能力約2.5萬輛，各類專用汽車產品只有100種左右，遠遠滿足不了國民經濟建設和社會發(fā)展需要。
隨著市場經濟的發(fā)展，對專用汽車的需求日益增加，專用汽車的市場日漸擴大。由于專用汽車的專用功能對各行業(yè)的發(fā)展有著明顯的促進作用，其附加價值又相對較高，這就促使更多的其他行業(yè)加入到專用汽車行業(yè)中來。2005年，我國專用汽車當年的保有量達275萬輛，當年的需求量為34萬輛；2010年，我國專用汽車當年的保有量達到425萬輛，當年的需求量為52萬輛。據(jù)有關部門的資料，我國專用汽車保有量得飽和值約為2000萬輛，需求量的飽和值約為200萬輛[5]。
由于我國專用汽車起步晚、管理不力、生產規(guī)模小、技術力量弱，尤其高新技術的應用上還不普及，與國外先進水平相比，仍有較大差距。就總體而言，我國專用汽車仍處于中低檔水平。要推動我國專用汽車進一步發(fā)展，高新技術化是必由之路。但是我國的專用汽車高新技術化也存在著許多諸多的問題：
1.專用汽車底盤的專用化程度不高
目前我國專用汽車，除了自卸車、半掛牽引車、混凝土攪拌運輸車等專用底盤有所供應外，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進行改裝。二類載貨汽車底盤不僅配置低檔，可靠性、安全性、耐久性和舒適性都達不到要求，而且專用化程度不高，極大地影響了專用汽車技術水平的提高。
2.專用裝置的技術含量偏低
專用汽車的專用裝置具有多樣性、復雜性和專用性的特點，因此隨著高新技術的發(fā)展和企業(yè)對新產品開發(fā)力度的加強，對專用裝置技術含量提出了越來越高的要求。
3.運輸用專用汽車的技術水平停滯不前
運輸用專用汽車是目前我國多數(shù)專用汽車廠家的主導產品，鑒于需求量大、技術要求低、容易生產，多數(shù)企業(yè)安于現(xiàn)狀，產品幾十年不變，技術水平處于停滯不前的狀態(tài)，更談不上高新技術的運用。
4.專用汽車高新技術化步伐不快
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含量。但是，與國外先進水平相比在功能的可靠性、安全性、多樣性以及操作的簡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的運用還很不普遍。國產作業(yè)用專用汽車功能單一，使用效率很低時普遍存在的問題。
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含量。但是，與國外先進水平相比在功能上可靠性、安全性、多樣性以及操作的簡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的運用還很不普遍。中國的專用車市場處于性能提升階段，產品以中端市場需求為主，隨著城市經濟的高速發(fā)展，高性能、高品質的高端產品市場規(guī)模將進一步擴大，而隨著中國新農村的城鎮(zhèn)化建設，滿足基本功能、價格相對便宜的低端產品需求也將進一步擴大。國產作業(yè)用專用汽車的功能單一，使用效率很低是普遍存在的問題。在這一問題上，我國的專用車生產企業(yè)要予以重視。
我國的專用汽車領域要想得到飛速的發(fā)展，就需要正視我們存在的問題并且要不斷的借鑒國外的技術，發(fā)展具有我們自己特點的專用汽車。
擺臂自卸式汽車是工程機械中的一種車型，在我國的專用汽車領域里占有相當大的比例，也是專用運輸車輛中一個多品種車型。擺臂式垃圾車的載重范圍很大。隨著國際經濟的發(fā)展，自卸車主要以后傾式自卸車，發(fā)展到兩側傾斜式和三面傾斜式等多品種系列化。目前國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是分開的，可卸下車廂裝貨和卸貨，而汽車底盤再換裝其它車廂繼續(xù)運輸，因此縮短了汽車裝卸的停歇時間，提高了運輸效率。
擺臂式垃圾汽車是自卸汽車中的一種，以其顯著的特點得到了廣泛的應用。擺臂式垃圾汽車擺臂可以平移起落車斗，它同時具有車斗和垃圾自動裝卸的功能，而且兩種功能由同一個車載工作裝置完成。由于它具備自動裝卸車斗的功能，裝垃圾時一般均將車斗卸下降低裝垃圾的高度，裝滿垃圾后，則將車斗自動裝車并運輸。該車使用方便，運輸效率高，擺臂式垃圾車又依其特有的機動靈活的特點被廣泛應用于小噸位垃圾的運輸?，F(xiàn)如今經濟飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，城市人口快速增長，導致了城市垃圾量也跟著急劇上升，隨之而來的是固體生活垃圾的處理越來越受到人們的重視。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，其最終的處理場所均需遠離城市居民區(qū)。而垃圾城市到處理場所的運輸就需要快捷、方便的交通運輸工具，垃圾車就擔當了每天上千噸（中等城市）的固體生活垃圾的運輸?shù)闹厝巍[臂式垃圾汽車以其顯著的特點被廣泛的應用于城市垃圾的運輸，并且方便。所以為了更好的滿足城市固體垃圾運輸?shù)男枨?，擺臂式垃圾汽車的改裝技術需要快速的發(fā)展，這就需要我們一代代汽車人的不斷努力來實現(xiàn)[21]。
1.2 專用汽車的概念和分類
專用車輛是為了實現(xiàn)各類專項作業(yè)的車輛。
我國對“專用汽車”定義為：裝置有專用設備，具有專用功能，用于承擔專門運輸任務或專項作業(yè)的汽車和汽車列車。
我國的專用汽車分劃為：廂式汽車、罐式汽車、專用自卸汽車、起重舉升汽車、倉柵汽車和特種結構汽車等六大類。其中專用自卸汽車的定義為：裝有由本身發(fā)動機驅動的液壓舉升機構，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)汽車設計要求
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輸和作業(yè)功能。因此在設計上，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，概括如下：
專用汽車設計多選用定型的基本型汽車底盤進行改裝設計，這首先就需要了解國內外汽車產品，特別是貨車產品的生產情況、底盤規(guī)格、供貨渠道、銷售價格及相關資料等。然后根據(jù)所設計的專用汽車的功能和性能指標要求，在功率匹配、動力輸出、傳動方式、外形尺寸、軸載質量、購置成本等方面進行分析比較，優(yōu)選出一種基本型汽車底盤作為專用汽車改裝設計的底盤。能否選到一種好的汽車底盤，是能否設計出一種好的專用汽車的前提。
對于不能直接采用二類底盤或三類底盤進行改裝的專用汽車，也應盡量選用定型的汽車總成和部件進行設計，以縮短產品的開發(fā)周期和提高產品的可靠性。
專用汽車設計的主要工作是總體布置和專用工作裝置匹配，設計時既要保證專用功能滿足其性能要求，也要考慮汽車底盤的基本性能不受到影響。在必要時，可適當降低汽車底盤的某些性能指標，以滿足實現(xiàn)某些專用工作裝置性能的要求。
專用汽車的生產特點是品種多、批量少，設計時應考慮產品的系列化，以便根據(jù)不同用戶的需要而能很快的進行產品變型。對專用汽車零部件的設計，應按“三化”的要求進行，最大限度地選用標難件，或選用已經定型產品的零部件，盡量減少自制件。
對專用汽車自制件的設計，應遵循單件或小批量的生產特點。
對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、空壓機及各種閥等，要從專業(yè)生產廠家中優(yōu)選 因專用汽車專項作業(yè)性能的好壞，主要決定干這些部件的性能和可靠性。
在普通汽車底盤上改裝的專用汽車，底盤受載情況可能與原設計不同，因此要對一些重要的總成結構件進行強度校核。
專用汽車設計應滿足有關機動車輛公路交通安全法規(guī)的要求對于某些特殊車輛，如重型半掛車、油田修井車、機場寬體客車等，應作為特定作業(yè)環(huán)境的特種車輛來處理。
某些專用汽車可能會在很惡劣的環(huán)境下工作，其使用條件復雜，要了解和掌握國家及行業(yè)相應的規(guī)范和標準，使專用汽車有良好的適應性，工作可靠，是要設安全性裝置[20]。
然而，擺臂式垃圾車除了具有以上的特點外，還有自己獨特的要求，就擺臂式垃圾車而言，它的顯著特點就是對擺臂的要求高，不僅要加工工藝簡單而且要符合強度的要求。
本設計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計內容
擺臂式垃圾車的整車設計，副車架的選取，舉升機構力學分析，舉升裝置尺寸確定，車廂設計，液壓系統(tǒng)主要性能參數(shù)計算和車廂時間的校核，整車性能分析，利用CAD軟件建立自卸車舉升機構的裝配圖以及零部件圖。
第2章 擺臂式垃圾車底盤的選取
從目前垃圾車生產廠家的廣告及市場上銷售的擺臂垃圾車噸位來看，以二類底盤車改裝的，裝載質量在4噸左右的車型為多。本設計的擺臂垃圾車的設計目標噸位選為4噸，選取的底盤為東風二類底盤。
2.1底盤的選取
2.1.1汽車底盤選型要求
汽車底盤一般應滿足以下要求：
（1）適用性
專用汽車底盤應適用于專用汽車的特殊使用功能要求,在此基礎上進行改裝造型設計；
（2）可靠性
汽車底盤工作可靠,出現(xiàn)故障的幾率要小，零部件要有足夠的強度剛度和使用壽命，并且各總成零部件的使用壽命趨于一致；
（3）先進性
所選汽車底盤,在動力性,經濟性，操作穩(wěn)定性，行駛穩(wěn)定性及通過性等基本性能指標和功能方面達到同類車型的先進水平，并且滿足國家或行業(yè)標準；
（4）方便性
所選底盤要便于改裝，檢查保養(yǎng)及維修，結構緊湊與調試裝配空間合理匹配[6]。
2.1.2底盤選型
我國目前生產的各類型專用車輛的基本模式，大多是為了滿足在國民經濟的某一服務區(qū)域的特定使用要求，主要在已經定型的已有車型底盤基礎之上，再進行車身及有特殊工作要求的裝置的再設計，同時對已有的汽車底盤進行必要的更改，以達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主要分為二類，三類和四類。二類底盤，是在整車的基礎之上去掉廂體；三類底盤，是從整車上去掉貨箱和駕駛室；四類底盤，是在三類底盤上再去掉車架總成后剩余的散件。
選取的底盤的好壞，直接影響到專用車的性能。在選取汽車底盤時，主要是根據(jù)專用車的用途，裝載質量，使用條件，性能指標，專用裝置或設備的外形尺寸及動力匹配等進行。目前，進80%的專用車輛采用二類底盤進行改裝設計。
選取二類汽車底盤進行改裝設計時，重點工作是整車總體布置和有特殊工作需求的裝置的設計，對底盤僅做輔助的性能分析和必要的強度校核，確保改裝后的整車性能在基本上與底盤接近,達到合理的匹配。
2.1.3底盤的選取
根據(jù)以上，本設計所用底盤主要從東風汽油與柴油擺臂垃圾車底盤中選用。以下表2.1將兩種底盤參數(shù)列出,進行比較：
表2.1 東風EQ1092FJ和EQ1092HJ底盤參數(shù)比較
底盤型號
EQ1092FJ
EQ1092HJ
額定載質量(kg)
4000
4000
整備質量(kg)
3550
5000
外形尺寸(mm)
6605*2364*2370
6910*2470*2475
發(fā)動機型號
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兩種型號底盤在整體性能上相差無幾，不同之處在于兩種底盤汽車燃用的燃料。燃用汽油的汽車底盤在價格上略占有優(yōu)勢，但在燃料價格上，然用柴油的底盤具有長效優(yōu)勢。同時，然用柴油的底盤載重較大，功率稍大。因此選用EQ1092HJ作為本次設計的底盤。
2.2選用的底盤主車架的主要尺寸
由上選用的底盤EQ1092HJ底盤,其主車架尺寸如下：
表2.2 東風EQ1092HJ底盤主車架尺寸 (單位：mm)
主車架的長度
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垃圾車質量參數(shù)的估算
額定載重質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，本設計的垃圾車輛額定載質量定位4000kg。
整車整備質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計過程中，主要采用同類產品提供的數(shù)據(jù)進行估算整車整備質量。整車整備質量包括底盤質量、底盤以外外加的副車架、車廂、擺臂、廂斗以及液壓系統(tǒng)等裝置的質量，是加夠各種油液料后的空車質量。本設計的垃圾車整車整備質量估算為5000kg。
裝載質量 選取為
整車整備質量 估算為
駕駛員質量 65kg/人,額定載員3人,
汽車總質量是指裝備齊全，裝滿額定貨物后的汽車質量，包括駕駛員在內的額定載員質量。即：
。
2.4本章小結
本章按確定的設計目標，根據(jù)底盤選取的原則和要求，主要對東風汽車汽油EQ1092FJ底盤和柴油EQ1092HJ底盤進行了對比，選擇了這次設計的底盤，給出了選用底盤的主要參數(shù),并對所設計的擺臂式垃圾車質量參數(shù)的估算。
第3章 擺臂式垃圾車車廂結構設計
3.1車廂設計
1.車廂外形設計
車廂在運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，將其設計成平面，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，將其設計成兩片平行鋼板通過點焊聯(lián)結后再分別與車廂大梁和車廂側壁焊接，實現(xiàn)兩部分的一體(在本設計中稱為U型鋼板)。同時，車廂與駕駛室之間設計隔離廂板，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計
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，以便適用于公共場所、街道、生活區(qū)的垃圾收集。為了增加垃圾的運送量和汽車的運輸效率，加強實用性，本設計采用多邊形廂斗。
3.2.2廂斗的尺寸設計
與同類產品進行比較，EQ1092HJ底盤垃圾車廂斗載重容積約在6~10立方米之間，擬設定長*寬*高為2300*1760*1400，即其廂斗容積：
在常用容積之內，即車箱斗的長，寬，高選為：
表3.1 車廂尺寸 （單位：mm)
車廂長度
2300
車廂寬度
1760
車廂高度
1400
車廂鋼板厚度
2
車廂加強肋厚度
32
車廂加強肋寬度
30
廂斗采用多邊形狀，實現(xiàn)吊裝、吊卸、傾卸的方便。其結構見示意圖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濟性的前提下，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濟性。
（1）使用性能，使用性能是選材考慮的主要問題。
（2）工藝性能，材料加工的工藝流程要適合批量生產。
（3）經濟性能，選擇材料的經濟性是當前注意的問題。
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，要有長期受酸、堿及其他腐蝕性介質侵蝕，抵抗各種強酸、強堿、強氧化劑和有機溶劑等化學介質腐蝕的能力，同時其熱脹系數(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，為適應經濟性原則，選擇硬聚氯乙稀作為設計所用材料。
3.3擺臂式垃圾車舉升機構的設計
擺臂式垃圾車的舉升機構均采用車廂兩側雙杠舉升，采用液壓驅動。舉升機構主要由液壓缸體，擺臂和懸掛鏈條組成，主要完成裝載和傾卸放置。
擺臂式垃圾車對傾卸機構的設計要求如下：
（1）裝載機構應保證在設計的載荷下連續(xù)正常工作，工作循環(huán)不大于40s；
（2）裝載機構應能在任何工作位置上停留。在滿載提升過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(包括后翻和側翻)不應小于45度；
（4）卸料機構每個工作循環(huán)(從卸料動作開始至復位)時間不應大于60s；
（5）傾卸機構在滿載的情況下，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大于10mm。
當進行廂斗的裝載時，液壓缸外伸的活塞桿拉動擺臂，帶動與擺臂相連的鏈條，將廂斗安穩(wěn)舉升到車廂上；進行廂斗的卸載時，液壓缸的活塞桿推動擺臂做類似的動作，實現(xiàn)廂斗的卸載；進行垃圾的傾倒時，將吊置在擺臂上傾倒用的鐵鏈掛到廂斗的勾環(huán)上，打開后箱體的鎖削，當液壓缸推置廂斗到一定高度時，箱體后部被鏈條勾住抑制了后箱體的運動，此時隨著液壓缸的繼續(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，自動打開，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，在兩側各放置一個，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擺臂的設計
1.擺臂結構設計
擺臂呈工字型，擺臂的兩側下端與U型鋼板絞接，上部用拉桿將兩側擺臂連接，在略低與拉桿處的擺臂上安置能夠隨著廂斗的翻轉而跟隨著連接在其上的鏈條轉動的滑動軸，在擺臂的中部安置用于卸料并帶有鏈條的掛環(huán)。見示意圖3.3。
圖3.3 液壓缸示意圖
圖3.4 擺臂示意圖
2.擺臂選材
在進行擺臂的剛度、強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濟性，擺臂選用Q235工程用鋼材。
3.擺臂鏈接鏈條長度應用說明
擺臂鏈接的鐵鏈長度盡量實現(xiàn)能夠剛好滿足廂斗與擺臂滑動軸之間的距離，防止廂斗在起吊的時候廂斗底部與車廂造成過大的摩擦。
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點為油缸與車架的鉸接點，A點為油缸與擺臂的鉸接點；雙作用油缸作用力Fa的大小和方向隨擺臂的轉動而改變，并為擺臂轉角β的單值函數(shù)；B點為吊鏈位置，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程中，擺臂受力的兩個典型工況：當B點位于B1點時，擺臂可以從下極限位置吊裝貨箱；當B點位于B0點時擺臂可以從車架上吊卸車斗。
當?shù)跹b車斗時，計算公式如（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A1的X、Y坐標值（m）；
Ge—吊裝重力（N）；
上式可以進一步整理成公式（3.2）：
（3.2）
繼續(xù)整理后得到公式（3.3）：
（3.3）
由公式（3.3）計算出來的Fa值為油缸提供負載依據(jù)，同時它也為擺臂強度和剛度計算提供依據(jù)。
有知道擺臂在下限位置時，擺臂轉角為，，，，式中α為與的夾角。將上三公式代入式（3.3）得：
（3.4）
式中為結構幾何尺寸，均可通過計算獲得。
當擺臂處于吊卸初始位置時，B點位于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度計算的依據(jù)。
具體計算結果如下：
當擺臂在下極限位置時：
當擺臂在吊卸位置時：
2.傾卸工況
由于傾卸工況所需油缸的推力和拉力遠小于吊裝、吊卸工況所需的油缸作用力，故對油缸作用力和擺臂受力和擺臂受力不予以討論。通過分析計算，求出吊鏈所受的最大拉力，以便對吊鏈進行強度校核。傾卸工況受力分析如圖3.6所示：
圖3.6傾卸工況吊鏈受力分析
傾翻初始，左吊鏈受力為：
（3.6）
公式中的和由本身的結構尺寸決定。
當車斗傾卸到最大傾翻角時，左吊鏈受力為：
（3.7）同理公式中和也有自身的機構決定。通常的情況下左、右吊鏈尺寸、規(guī)格均相同時，故設計時只取和中較大值作為選取吊鏈的依據(jù)。事實上，當車斗傾卸到最大角度時，車斗內的垃圾所剩不多，故一般情況下，>.。
計算結果如下：
由公式（3.6）得：
3.3.4擺臂的設計計算與校核
根據(jù)圖（3.5）結構分析得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化成以下簡支梁：
圖3.7擺臂簡化簡支梁
對PB進行受力分析：
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：
因為，所以,方向向下。
選取擺臂材料為Q235號鋼，其許用應力為，許用安全系數(shù)， 畫出擺臂的剪力圖和彎矩圖，擺臂的危險截面點為A點。
圖3.9 擺臂剪力圖
圖3.10擺臂彎矩圖
擺臂橫截面高度h可按經濟條件（結構質量最小）計算確定有：
（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計算）
—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支腿的設計
1.支腿的結構設計
支腿在料斗卸料，在廂斗的提升過程中或者需要時可以獨立打開，其結構形狀設計成三角形狀，采用液壓缸實現(xiàn)支腿的打開與伸縮收回。見識意圖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程中，起到打開與收縮支腿的作用，選用雙作用單桿液壓缸，其結構形狀同擺臂液壓缸。
3.支腿選材
在參考同類車型支腿材料選用的基礎上，考慮到支腿的受力，選用Q235作為支腿材料。
3.5總體結構設計
由以上對擺臂式垃圾車車廂各結構形狀的設計說明，進行優(yōu)化組合后，可得整車形狀結構，如下示意圖3.13。
圖3.13 整體結構示意圖
3.6本章小結
本章主要對擺臂式垃圾車的車廂、廂斗、擺臂及支腿的結構形狀設計進行了說明，對擺臂進行了詳細的計算與校核，對關鍵位置進行受力分析，確保達到要求，確定了本設計的結構設計圖樣，為下一章的設計計算奠定了基礎。
第4章 擺臂式垃圾車副車架設計
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所示的槽形結構，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，應盡量減少副車架的橫梁，以減少對縱梁的扭轉約束。
副車架油缸支承橫梁與翻轉軸橫梁形成框架。油缸支承橫梁應盡量靠近后懸架前支承處的橫梁，最好能位于后框架之內。因為這段主車架變形小，所以副車架對其扭轉約束力也相應減弱，同時保證了舉升機構的幾何特性。
在副車架結構要求剛性較高時，可在主、副車架中間增加一層橡膠墊，當主車架變形時以彈性橡膠的變形來減弱副車架對主車架的約束。
副車架前端形狀常有三種形狀(見圖4.2)。
對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，可以采用如圖4.3所示的副車架前端簡易形狀，此時斜面尺寸較大[1]。
對于鋼質副車架：；
對于硬本質副車架；；
副車架在汽車底盤上布置時，其前端應盡可能地往駕駛室后圍靠近。
4.1.2 縱梁與橫梁的連接設計
橫梁與縱梁的連接方式主要有三種，見圖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)點是利于提高縱梁的抗扭剛度。缺點是當車架產生較大扭轉變形時，縱梁上下翼面應力將大幅度增加，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，但作用在縱梁上的力直接傳遞到橫梁上，對橫梁的強度要求較高。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來的垂直力(反)和縱向力(牽引力、制動力)。
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，同時為了降低成本和適于批量生產，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計
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構形狀及其安裝方式。連接板上端通過焊接與副車架固定，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生相對水平位移。相鄰兩個推止推連接板之間的距離在500～1000 mm范圍內。
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 止推連接板的結構 圖4.5 連接支架
2.連接支架
連接支架由相互獨立的上、下托架組成，上、下托架均通過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
當選用其它連接裝置有困難時，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉載荷最大的范圍內不允許采用U型螺栓。當采用U型螺栓固定時，為防止主車架縱梁翼面變形，應在其內側襯以木塊，坦在消聲器附近，必須使用角鐵等作內襯。
綜合考慮三種連接方式的特點，以及裝配工藝性，本文設計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)設計計算
4.2.1 副車架主要尺寸設計
由參考文獻[12]可知，在設計自卸車時，所選取的二類底盤只有主車架，為了增加車架的強度剛度，延長車架的使用壽命，在原有主車架的基礎上增加了副車架。
對具有較高質心位置及載質量較大的廂式車一般采用槽形通長式副縱粱。制造材料應具有良好的焊接性和機械性能，一般要求抗拉強度 ≥370N／mm2 ，屈服極限≥240N／mm2。延伸率以≥20％翼緣寬度應與主車架縱粱(簡稱主縱粱)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，要分別對副縱粱和主縱粱進行強度計算，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、生產效率高和生產成本低等優(yōu)點。
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度鋼板沖壓生產，也是適應提高汽車承載能力、延長使用壽命、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。
目前，我國載重汽車車架的縱梁和橫梁已經全部采用低合金高強度鋼鋼板制造?？v梁可以用抗拉強度為510MPa的16MnL和09SiVL(必須是用往復式扎機生產的)、10TiL和B510L鋼板生產，橫梁可以用抗拉強度為390MPa的08TiL和B420L鋼板來生產。
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。
副車架對主車架起到加固作用，其寬度和選用的底盤的寬度相同，高度可以小于主車架，長度在底盤主車架長度基礎上去掉主車架與車廂之間的距離長度。其尺寸設計如下：
表4.1 副車架尺寸 （單位：mm）
副車架長度
34500
副車架寬度
1300
副車架高度
150
副車架厚度
5
4.2.2 副車架的強度剛度彎曲適應性校核
1.額定裝載時整車重心作用點的求解
對主車架來說，其整車重心后移。其受力簡圖如下
圖4.7主車架額定裝載運輸重心作用簡圖
設定自卸車在額定裝載質量下，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圖及求得的整車重心作用點，可以畫出額定裝載質量時自卸車副車架受力簡化圖如下圖：
圖4.8副車架額定裝載受力簡圖
將此時受力的副車架看為簡支梁(見下圖)，以便進行強度剛度及彎曲變形的校核。由下圖，可以列方程組：
圖4.9副車架等效簡支梁簡圖
可求得：
=
=
= 28765.89N
即大小為 28765.89N，方向與設定的方向相同。
可求得：
=
=
=
即大小為9165.8N，方向與設定的方向相反。
由以上，可畫出實際的副車架等效梁示意圖。
圖4.10副車架實際等效梁簡圖
列出彎曲剪力及彎矩方程：
OA段
= = 28765.89 N (0
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