CA-20地下自卸汽車工作、轉向液壓系統(tǒng)參數計算及輪邊制動器的設計【含14張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 畢業(yè)設計(論文)任務書 學 院： 題 目： CA-20地下自卸汽車工作、轉向液壓 系統(tǒng)參數計算及輪邊制動器的設計 起止時間： 2007 年 3 月 1 日至 2007年 6月 13 日 學 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級： 指 導 老 師： 教研室主任： 院 長： 年 3月 1 日 設計（論文）內容及要求： 1．對汽車的結構進行深入了解，通過對《地下裝載機-結構設計使用》、《工程機械構造（底盤）》、《工程機械修理（底盤）下冊》的學習，加強液壓系統(tǒng)理論知識、汽車輪邊制動器設計的基礎和機械結構的設計知識,通過各種資料初步確定液壓系統(tǒng)的設計方案。 2．對工作液壓系統(tǒng)、轉向液壓系統(tǒng)設計及參數的計算并確定液壓系統(tǒng)的設計方案，根據各系統(tǒng)所受的最大作用力確定各系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力和流量選定各系統(tǒng)液壓泵及其他液壓元件，完成液壓系統(tǒng)原理圖 3．利用以上液壓參數求出不同工況變矩器輸入功率與力矩，并進行變矩器與發(fā)動機的優(yōu)化匹配。 4．參考衡陽冶金機械總廠及外文資料的結構確定濕式多盤輪邊制動器的參數計算以及結構、精度的設計，并進行零部件的設計和零部件圖紙繪制。 5．編寫好設計說明書。 指導老師： 年 月 日 指導教師： 年 月 日 ii 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 CA-20地下自卸汽車工作、轉向 液壓系統(tǒng)參數計算及輪邊制動器的設計 設計（論文）題目來源 設計（論文）題目類型 工程設計類 起止時間 一、設計（論文）依據及研究意義： 20t地下礦山自卸汽車是我國礦山亟需應用的一種機型，現國產地下自卸汽車成功地設計制造出來的為12t以下。因此，為了滿足我國地下礦山運輸設備的需要，使我國在地下礦山設備的設計、制造上一個新的臺階，促進我國地下礦山運輸設備的產業(yè)升級，本設計為子項目，即整車液壓系統(tǒng)及驅動橋輪邊制動器的設計。 二、設計（論文）主要研究的內容、預期目標（技術方案、路線）： (1)工作液壓系統(tǒng)設計及參數的計算：主要是傾卸油缸行程的確定、工作壓力的確定、油泵的選取以及舉升時間的計算。 (2)轉向液壓系統(tǒng)的設計及參數的計算：轉向系統(tǒng)采用中間鉸接折腰轉向形式，由于采用雙缸轉向，轉向力矩大而且向左、向右轉向力矩相等，轉向穩(wěn)定。本設計主要是轉向液壓系統(tǒng)壓力、流量的計算以及轉向油泵的選取、轉向時間的計算。 (3)利用以上液壓參數求出不同工況變矩器輸入功率與力矩，并進行變矩器與發(fā)動機的優(yōu)化匹配。 (4)輪邊制動器的設計：CA-20型地下礦山自卸汽車采用液壓制動彈簧松閘多盤濕式制動器。結構上主要是參考衡陽冶金機械總廠及外文資料，采用兩半式結構。 三、設計（論文）的研究重點及難點： (1)工作液壓系統(tǒng)設計及參數的計算； (2)轉向液壓系統(tǒng)的設計及參數的計算； (3)變矩器與發(fā)動機優(yōu)化匹配MATLAB程序的編制； (4)濕式多盤輪邊制動器的參數計算以及結構、精度的設計； 四、設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）： 3.1～3.15日 到衡陽力達鏟運機公司參觀實習，并通過對《地下裝載機-結構設計使用》、《工程機械構造（底盤）》、《工程機械修理（底盤）下冊》的講課，加強液壓系統(tǒng)理論知識，汽車輪邊制動器設計的基礎和機械結構的設計知識。 3.16 ～4.5日 收集汽車液壓系統(tǒng)設計資料（工作、轉向系統(tǒng)等），消化吸收EJC20外文資料，學習MATLAB科學計算與編程方法。 4.6～4.20日 初步液壓系統(tǒng)的設計方案，完成液壓系統(tǒng)原理圖。 4.21～4.30日 編制變矩器與發(fā)動機優(yōu)化匹配的MATLAB程序。 5.1 ～5.20日 輪邊制動器的結構設計、零部件的設計以及零部件的三維造型。 5.21～6.5日 專題研究。 6.6 ～6.13日 編寫說明書、整理資料，準備答辯。 五、進行設計（論文）所需條件： 1、本項目有CA-8地下礦山自卸汽車、KZC-5地下礦山自卸汽車試驗成功的基礎；有CY-2柴油鏟運機成熟技術。 3、本項目的生產基地是國內第一家井下鏟運機專業(yè)制造公司、中國大型鏟運機生產基地。因此，生產設備和加工能力均是目前國內一流的。 7、本項目實現預期目標的軟、硬件基礎條件已經具備。 六、指導教師意見： 簽名： 年 月 日 iii 南華大學機械工程學院畢業(yè)論文 序言 我們本次畢業(yè)設計課題是地下礦山自卸車工作、轉向液壓系統(tǒng)參數計算及輪邊制動器的設計 國外的地下礦山自卸汽車應用的比較好，技術也比較先進，因此我國大多使用進口地下自卸車，但價格比較高。因此，CA—20地下礦山自卸汽車的開發(fā)對地下礦山設備國產化當起到極其重要的作用，具有重大意義。 20噸地下礦山自卸汽車是我國礦山應用較多的一種機型，它比較適合中型規(guī)模的地下礦山。我國的20噸地下礦山自卸汽車目前還停留在研制階段。 在整車設計中有我門機械工程學院的優(yōu)秀老師指導，在這個課題開發(fā)過程中，我們可以更加系統(tǒng)全面的學習設計方法和專業(yè)知識。 在老師的指引下，我們首先花了一個月的時間認真學習了衡陽有色冶金總廠教授級高工高夢熊編著的《地下裝載機結構設計與使用》及中國人民解放軍工程兵機械學校編著的《工程機械構造（底盤）》、《工程機械修理（底盤）下冊》三本書，對其有了一定了解。在接下來的設計工作中，利用手中所有的資料來設計屬于我國自己的地下自卸車。 在設計中令我難忘的是設計當中指導老師和我們一起共同進退，力求在規(guī)定的時間完成設計。 謝謝老師們的指導、幫助、教誨，謝謝老師們?yōu)槲覀兯冻鲂量嗪筒賱凇? 2007年6月 摘 要：詳細介紹了CA-20地下自卸汽車工作液壓系統(tǒng)和轉向液壓系統(tǒng)的設計，為四個步驟：根據各個系統(tǒng)的功能和整車布置擬定液壓系統(tǒng)原理圖；根據翻傾及轉向角度分別計算工作油缸的行程；根據各系統(tǒng)所受的最大作用力確定系統(tǒng)壓力；根據各系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力和流量選定各系統(tǒng)的泵及其他液壓元件。實踐CA-20地下自卸汽車液壓系統(tǒng)是安全、可靠和高效的。 關鍵詞：地下自卸汽車；工作液壓系統(tǒng)；轉向液壓系統(tǒng)；泵；油缸； Abstract: In this paper the design of the hydraulic systems of working and steering for CA-20 Rear Dump Truck is introduced. The design include four steps. First of all according to the feature of each hydraulic system, we can draw the principle diagrams of the hydraulic systems of working and steering. Then we can calculate the travels of the dumping cylinders and steering cylinders by the angles of dumping and steering. And then we can decide the pressure of each hydraulic system through the maximal force on each system. At last may chose the pumps and other hydraulic parts according to the pressure and the flow of each hydraulic system, The fact has proved that the hydraulic system of the truck is safe, reliable and efficient. Key words: Rear dump truck Hydraulic system of working hydraulic system of steering Pump Cylinder 目錄 一、緒論 （一）立項背景 1 （二）國內外研究現狀與發(fā)展趨勢 3 （三）項目實施的主要內容、技術關鍵與創(chuàng)新點、預期目標 5 （四）應用或產業(yè)化前景與市場需求 6 （五）現有工作基礎、條件和優(yōu)勢 7 二、液壓系統(tǒng)參數計算 （一）概述 8 （二）工作液壓系統(tǒng)參數計算 8 （三）轉向液壓系統(tǒng)參數計算 12 （四）變矩器與發(fā)動機優(yōu)化匹配MATLAB程序的編制 18 （五）液壓缸裝配、維護、修理工藝 30 37 三、參考文獻 50 謝辭 51 附頁 52 一、緒 論 （一）立項背景： 地下自卸汽車是實現無軌開采技術的主要運輸設備，它具有機動靈活和經濟的優(yōu)越性，廣泛用語條件適宜的地下礦山。隨著無軌采礦技術的發(fā)展，對地下自卸汽車的需求量也愈來愈大，對它的經濟性、生產能力與可靠性的要求也愈來愈高，生產地下自卸汽車的廠家也愈來愈多。除了專門生產地下自卸汽車的廠家之外，生產露天自卸汽車的廠家也紛紛將露天自卸汽車改造后用于地下，企業(yè)之間的競爭愈來愈激烈。各企業(yè)為了適應市場的變化，提高市場的競爭力，不斷推出新技術、新品種、新結構和新材料，促進了無軌采礦技術與設備的發(fā)展。 國內研制地下自卸汽車始于20世紀70年代中期，由于各種原因，至今發(fā)展不快，只有幾個生產廠，技術水平只相當于國外20世紀80年代末的水平，數量與質量也遠遠滿足不了國內礦山發(fā)展的需要。我們加入了WTO之后，地下自卸汽車行業(yè)面臨著極大的壓力和挑戰(zhàn)，為了對付這嚴峻的形勢一方面要引進更多更好的國外產品與相關技術，另一方面必須迅速發(fā)展民族工業(yè)。 進入21世紀以來，我國的礦業(yè)形勢發(fā)生了很大的變化。許多露天礦山，由于開采深度不斷增加，為了降低開采成本、保護環(huán)境，這些礦山必須由露天開采轉入地下開采。據有關協會統(tǒng)計，我國的鐵礦山在5年后，露天開采與地下開采的比將由目前的7∶3轉變成3∶7，由此可見，地下礦山設備在我國的應用前景十分廣闊。據有關資料分析，我國今后地下礦山自卸汽車的需求量將呈逐年上升的趨勢。目前的年需求量約30臺左右，5年后年需求量約120臺左右。 由于歷史的原因，我國在地下礦山運輸設備領域裝備十分落后，盡管經過太原重型機械廠、北京礦冶研究總院、核工業(yè)第六研究所、衡陽有色冶金機械廠、金川有色公司、長沙礦山研究院等單位的努力，分別對5t、8t、10t、12t、18t、20t、25t等機型進行了一些研究，取得了一些成功，但這些探索性的研究顯然還很不夠，而且有些探索顯然沒有達到預期的目的。因此，直到目前我國可供礦山選用的地下礦山自卸汽車比較少，遠遠不能滿足我國地下礦山運輸設備需要。 國外的地下礦山自卸汽車應用得比較好，技術也比較先進，但價格比較高。一般情況是：國外的地下礦山自卸汽車整機的價格是國內價格的2～3倍，而易損件、備件的價格卻是6～10倍。因此，發(fā)展我國的地下礦山自卸汽車是非常必要的。 20t地下礦山自卸汽車是我國礦山應用較多的一種機型，它比較適合中型規(guī)模的地下礦山。我國的有些公司對它有過探索，但沒有達到預期的目的，至今沒有該產品通過鑒定的報道。因此，我國的20t地下礦山自卸汽車目前還停留在研制階段。而我國的用戶對該產品有比較迫切的需求，有些客戶已經向衡陽力達鏟運機有限責任公司提出了訂購的意向。由此可見，研究該機型不僅非常迫切，而且非常必要。因此，為了滿足我國地下礦山運輸設備的需要，使我國在地下礦山設備的設計、制造上一個新的臺階，促進我國地下礦山運輸設備的產業(yè)升級，南華大學與衡陽有色冶金機械總廠衡陽力達鏟運機有限責任公司將進行合作，充分利用各自的優(yōu)勢，提出研究20t地下礦山自卸汽車的項目。 衡陽有色冶金機械總廠衡陽力達鏟運機有限責任公司是中國第一家井下鏟運機專業(yè)制造公司、中國大型鏟運機生產基地。通過20年引進、消化和吸收國外先進技術，已成功研發(fā)出具有自主知識產權的鏟運機系列產品，并榮獲國家級新產品稱號及國家科技進步三等獎。產品有CY、CYE系列井下鏟運機以及CA-8地下礦山自卸汽車，產品已經廣泛應用于有色、冶金、化工及黃金礦山。尤其是2002年由衡陽有色冶金機械廠的力達鏟運機制造有限公司開發(fā)生產的CA-8地下礦山自卸汽車，經過一年的工業(yè)試驗在山東某礦取得了很大的成功，得到了該礦的認可，并于2003年再次向力達鏟運機制造有限公司訂購4臺CA-8地下礦山自卸汽車。由此可見，該公司制造地下礦山自卸汽車的技術已經成熟。這也是本項目立項的背景之一。 核工業(yè)第六研究所并入南華大學之后，南華大學在地下礦山運輸設備方面的研究力量得到加強，原核工業(yè)第六研究所曾在1998年研究開發(fā)了我國第一臺KZC-5地下礦山自卸汽車。所以，項目研究人員既具有研究開發(fā)地下礦山自卸汽車的經驗，又有較高的理論計算基礎。這是本項目的另一立項的背景。 由于國際工業(yè)技術大融合，國外的一些先進技術能夠為我國的產品升級提供支持。例如：我國可以選用德國道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的發(fā)動機，可以選用美國約翰克拉克(JCJ)公司的液力變矩器、變速箱和驅動橋。力達鏟運機制造有限公司經過20多年的努力，在引進、消化和吸收克拉克公司技術的基礎上已經開發(fā)成功多種能夠用于地下礦山的鏟運機，而鏟運機的制造技術比地下礦山自卸汽車的難度還要大。因此，開發(fā)20t地下礦山自卸汽車的條件已經成熟。這是本項目的又一立項的背景。 20t地下礦山自卸汽車是地下礦山無軌運輸的一個重要機型，它的研究開發(fā)對我國地下礦山自卸汽車的產品升級、建立我國地下礦山無軌采礦配套設備體系、促進我國地下礦山無軌采礦的發(fā)展都具有十分重大的意義，同時，開發(fā)它的經濟效益和社會效益都很顯著。 （二）國內外研究現狀與發(fā)展趨勢 1963年瓦格納(wagner)公司生產了世界上第一臺柴油鏟運機，從此開創(chuàng)了地下采礦應用無軌運輸的時代。首先在美國及瑞典等國的地下采場中，采用了一種膠輪柴油驅動，兼有裝、運、卸功能的鏟運機(簡稱lHD)。這種設備具有機動靈活，高效率，改善勞動強度，節(jié)省勞動力的性能，簡化了礦巖裝運工藝，適用于采場運搬和階段運輸。這種設備很快在歐美礦山中被廣泛采用，逐漸替代著多年來沿用的電耙、氣動裝載機和軌道運輸車輛。實踐證明鏟運機在中、短距離內使用是經濟的，但當鏟運機運距超過其經濟運距時，運輸能力將顯著下降，運輸費用則急劇上升。因此，在較長距離和大運量時就宜采用礦用自卸汽車。從1976年以來，各國制造商提供了各種載重能力的地下用自卸汽車，使地下礦山的無軌運輸得到發(fā)展。在瑞典一些地下開采礦山，日產量從500t到50000t的階段運輸都采用自卸汽車運輸。自卸汽車裝載量從15t到50t，最大已達70t，可適應各種生產規(guī)模的礦山和不同的運輸線路的要求，單程運距達2000～3000m。地下運輸采用無軌設備的顯著特點是：設備購置費較低，無需安裝；對大塊物料適應性較強；機動靈活，有利于縮短礦山基建時間加速投產。 無軌采礦技術的應用使世界地下采礦業(yè)發(fā)展發(fā)生了革命性的變化。40多年來，無軌采礦技術在發(fā)達國家的普及率已經超過85%。無軌設備的種類，除了主采設備鏟運機和鑿巖臺車外，各種地下車輛(如地下礦山自卸汽車、地下礦山工程服務車、裝藥車、維修車、加油車、運人車等)都已廣泛應用，并按照工藝的要求形成配套裝備，組成各種機械化作業(yè)線，從而最大限度地提高了地下礦山的生產效率，使礦山的生產迅速由體力加經驗的勞動密集型向技術密集的集約化方向發(fā)展。 在中型噸位地下礦山自卸汽車方面，阿特拉斯-瓦格納(Atlas Copco Wagner Inc)、約翰克拉克(JCI)公司、格特曼(Getman)公司、偌麥特(Normet)公司和塔姆羅克(Tamrock，也就是EJC)公司等，在世界上處于領先地位。他們生產的中型噸位地下礦山自卸汽車，性能良好、結構合理、質量可靠，基本上占領了這一領域的國際市場。這些公司生產的地下礦山自卸汽車，一般采用德國道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的發(fā)動機，美國約翰克拉克(JCJ)公司的液力變矩器和帶有彈簧制動、液壓松閘的多盤濕式制動器，裝有輪邊行星減速裝置的橋。這種橋的特點是承載能力大，制動性能好，具有合適的傳動比。 但是，這些公司生產的地下礦山自卸汽車價格昂貴，一般情況是：國外的地下礦山自卸汽車整機的價格是國內價格的2～3倍，而易損件、備件的價格卻是6～10倍，而且，這些公司的備件供應周期一般要幾個月，必然會嚴重影響礦山的采礦生產，所以其備品備件的供應時間較難滿足我國工業(yè)生產的需要。因此，研究開發(fā)適合我國國情的地下礦山自卸汽車，形成具有自主只是產權的產品，對滿足我國地下礦山無軌采礦的需要、促進我國地下礦山無軌采礦工藝的發(fā)展是非常必要的。 我國的地下礦山自卸汽車的開發(fā)比較晚，直到1995年才出現KU-12型地下礦山自卸汽車。由于，它采用了露天機械設備的橋，這種橋顯然不能滿足地下礦山苛刻的工作條件。尤其要提到的是露天機械設備的橋的制動性能難以滿足地下礦山的要求。因此，這種機型并沒有得到推廣應用。1996年，JZC-10型地下礦山自卸汽車在凡口鉛鋅礦進行了工業(yè)試驗及鑒定，但由于種種原因，這種機型也沒有推廣應用。1998年，KZC-5型地下礦山自卸汽車在東北某鈾礦進行了工業(yè)試驗，也是由于種種原因沒有推廣應用。在世紀之交我國的有些研究院、公司、工廠和礦山還進行了18t、25t的地下礦山自卸汽車的探索，盡管取得了一些成功，但地下礦山自卸汽車的整體水平還是停留在研究階段。 2002年，衡陽有色冶金機械廠的力達鏟運機制造有限公司開發(fā)生產的CA-8地下礦山自卸汽車，在山東某礦進行了近一年的工業(yè)試驗獲得了成功，并再次贏得了4臺訂貨。這次成功的工業(yè)試驗表明我國地下礦山自卸汽車的技術已經成熟，可以在地下礦山推廣應用。同時，也為本項目贏得了寶貴的試制經驗。 CA-20地下礦山自卸汽車，正是在CA-8t試驗成功的基礎上進行的一次產品升級的研究。因此，本項目具有較好的研究基礎。 （三）項目實施的主要內容、技術關鍵與創(chuàng)新點、預期目標 1、本項目實施的主要技術內容： (1)、整體機電液參數的計算：主要解決本項目功率匹配問題。 (2)、重要零部件選型設計：遴選各國能用于本項目的零部件，進行性能價格比較。在保證產品質量的前提下，達到性能價格比較好。 (3)、重要零部件的強度校核與優(yōu)化：本項目的一個重要內容是進行重要零部件的數字化設計。 (4)、總裝圖與零件圖的計算機繪制：本項目的所有圖紙均采用電子文本，部分重要零部件采用三維圖，并在計算機上進行模擬裝配，以求減少設計失誤。本項目的這個研究內容也是該產品的數字化設計重要內容之一，這項研究可以提升我國在這類產品設計中的設計水平。使我國的地下礦山設備設計水平上一個新的臺階。 (5)、本項目的制造工藝研究：解決大型焊接件的焊接工藝；解決CA-20地下礦山自卸汽車制造工藝問題。 2、本項目解決的關鍵技術： (1)、本項目柴油機與液力變矩器的功率匹配。 (2)、本項目重要零部件的強度校核與優(yōu)化設計，該關鍵技術的實施能夠提升我國的研究設計水平；并能達到在保證產品質量的前提下，性能價格比較好。 (3)、CA-20地下礦山自卸汽車整車性能的優(yōu)化設計。 3、本項目的技術路線： 為了保證產品質量，本項目將采用目前世界上先進的地下礦山用的發(fā)動機(底特律公司生產)，液力變矩器、變速箱和驅動橋(約翰克拉克生產)，采用進口液壓制動閥及其他液壓元件。這樣，本項目的關鍵部件的性能與國外同類產品性能相同或相當。其它機構的生產，因為有生產CA-8地下礦山自卸汽車和KZC-5地下礦山自卸汽車的生產經驗，也能保證質量。所以，整車的性能處于國內領先水平、與目前世界水平相當。 4、本項目的創(chuàng)新點： (1)、本項目主要利用目前世界上先進產品(如發(fā)動機、液力變矩器、驅動橋和進口液壓制動閥及其他液壓元件)，整機的主要部件與EJC公司的一樣，組合生產CA-20地下礦山自卸汽車，使本項目處于國內領先水平、達到世界水平。 (2)、因為本項目是我國地下礦山的一個技術升級產品，因此，本項目在設計上采用數字化設計，提升我國在這類產品設計中的設計水平。 5、本項目的技術來源、合作單位情況與知識產權的歸屬： (1)、本項目的技術來源：本項目是現有國內成熟技術(如CA-8地下礦山自卸汽車、KZC-5地下礦山自卸汽車和CY-2柴油鏟運機)的組合；國外成熟技術(如底特律公司的發(fā)動機、約翰克拉克生產的液力變矩器、變速箱和驅動橋)的組合。因此，研究的成功概率較高。 (2)、本項目的合作單位情況：衡陽有色冶金機械總廠衡陽力達鏟運機有限責任公司是中國第一家井下鏟運機專業(yè)制造公司、中國大型鏟運機生產基地。通過20年引進、消化和吸收國外先進技術，已成功研發(fā)出具有自主知識產權的鏟運機系列產品，并榮獲國家級新產品稱號及國家科技進步三等獎。產品有CY、CYE系列井下鏟運機以及CA-8地下礦山自卸汽車，產品已經廣泛應用有色、冶金、化工及黃金礦山。 (3)、本項目的知識產權的歸屬：項目成果屬于南華、冶金共同所有，任何一方都有保守項目技術秘密的義務。 6、本項目的預期目標： 總目標：研究一種性能良好，技術先進的CA-20地下礦山自卸汽車。該車的技術水平處于國內領先水平，與目前世界水平相當。在研究成功后，發(fā)表有關學術論文3～5篇。 該車的主要技術參數：斗容為10m3，載重量為20t，發(fā)動機功率為207kw。 預期2年后產量2臺，產值約300萬元(人民幣)；3年后產量4臺，產值約600萬元(人民幣)；5年后產量10臺，產值約3000萬元(人民幣)。 （四）應用或產業(yè)化前景與市場需求 進入21世紀以來，我國的礦業(yè)形勢發(fā)生了很大的變化。許多露天礦山，由于開采深度不斷增加，為了降低開采成本、保護環(huán)境，這些礦山必須由露天開采轉入地下開采。據有關協會統(tǒng)計，我國的鐵礦山在5年后，露天開采與地下開采的比將由目前的7∶3轉變成3∶7，由此可見，地下礦山設備在我國的應用前景十分廣闊。據有關資料分析，我國今后地下礦山自卸汽車的需求量將呈逐年上升的趨勢。目前的年需求量約30臺左右，5年后年需求量約120臺左右。 20t地下礦山自卸汽車是我國中型地下礦山主要運輸車輛，其年需求量約為我國地下礦山自卸汽車的總需求量的30%左右。因此，其應用或產業(yè)化前景較好。 （五）現有工作基礎、條件和優(yōu)勢 1、本項目有CA-8地下礦山自卸汽車、KZC-5地下礦山自卸汽車試驗成功的基礎；有CY-2柴油鏟運機成熟技術。 2、本項目有研究過CA-8地下礦山自卸汽車、CY、CYE系列井下鏟運機的一大批研究人員(包括研究這些設備的課題組長、主要成員)；有開發(fā)過KZC-5地下礦山自卸汽車的課題組長和主要研究人員。 3、本項目的生產基地是國內第一家井下鏟運機專業(yè)制造公司、中國大型鏟運機生產基地。因此，生產設備和加工能力均是目前國內一流的。 4、本項目的產品已經有礦山預訂。因此，開發(fā)資金方面有一定的優(yōu)勢。衡陽力達鏟運機有限責任公司也自籌了開發(fā)資金。 5、本項目可以綜合南華大學的設計優(yōu)勢和衡陽力達鏟運機有限責任公司的制造優(yōu)勢。 6、本項目實現預期目標基礎條件已經具備。 二、液壓系統(tǒng)參數計算 (一)概述 液壓系統(tǒng)是地下自卸汽車一個重要的組成部分,也是故障最多的一個系統(tǒng)。由于地下自卸汽車機型繁多，各生產廠家設計思路不同，因而各機型的液壓系統(tǒng)并不完全相同，各有各的特點。但主要組成部分基本相同。 地下自卸汽車的液壓系統(tǒng)一般由五個部分組成：工作機構液壓系統(tǒng)、轉向機構液壓系統(tǒng)、制動液壓系統(tǒng)、變速液壓系統(tǒng)、冷卻潤滑液壓系統(tǒng)。 在整個驅動橋的設計中，液壓系統(tǒng)的參數計算是基礎，也是關鍵，因為只有液壓系統(tǒng)參數計算出來了，才能進行柴油機與液力變矩器的匹配計算，才能夠進行后續(xù)的設計計算。 （二）工作液壓系統(tǒng)參數計算 CA-20地下自卸汽車主要在地下掘進、開采作業(yè)中與鏟運機配套使用，用于運輸礦石及各種物料，可大大提高工作效率，是無軌采礦的主要設備。該車采用鉸接車身，后卸式車廂、底特律柴油機，采用液力機械傳動系統(tǒng)，包括變矩器、變速箱和驅動橋。 工作液壓系統(tǒng)是CA-20地下礦山自卸汽車設計的關鍵,該系統(tǒng)性能的好壞直接影響到車輛和各種性能及生產效率.根據礦山的要求,設計時以最大卸載高度盡量小為原則?？偣啦贾脮r，翻傾機構采用雙缸舉升，靠后兩側布置。翻傾過程中，盡量減少油缸擺角變化，使油缸所占空間小，有利于總體布置。 工作液壓系統(tǒng)主要由1-液壓油箱、2-濾油器、3-工作油泵、 4-壓力表開關、5-壓力表、6-多路手動換向閥、7-平衡閥、8-工作油缸、9-行程閥、10-回油濾油器組成，其原理圖如圖2.1所示。 圖2.1工作液壓系統(tǒng)原理圖 工作泵從油箱吸油，將輸出的油直接供給手動換向閥，手動換向閥的回油通過串聯在油路上的回油濾清器回油箱，當推動手動換向閥使料斗卸載時，油液經手動換向閥和平衡閥進入傾卸油缸下腔，在油缸活塞上產生足夠的壓力使料斗卸載；當推動手動換向閥使料斗回位時，油液經手動換向閥進入油缸上腔，使料斗回位。平衡閥可使料斗在回位時減少沖擊，使油缸安全穩(wěn)定地工作。溢流閥保證系統(tǒng)壓力，當壓力超過系統(tǒng)壓力時，油液經溢流閥直接回油箱。 1. 傾卸油缸的行程的確定 首先在進行工作液壓系統(tǒng)設計時,要找到液壓缸與工作料斗以及車架的三個鉸接點，以及料斗與料的重心為，所以我先參考李慶芬同學的料斗與料的三維造型，如圖2.2所示。 圖2.2 料斗及料的工作圖 工作機械采用雙缸舉升后傾翻式卸載，其總體布置如圖2.3所示。 圖2.3 工作油缸尺寸參數 圖中A點是傾卸油缸與后車架的鉸接點，O點是料斗與后車架的鉸接點，B點是后輪中心，E點為油缸與料斗的鉸接點，F點為料斗翻傾到極限位置時E點的位置。由圖2.3可知,,。 則： 當達到極限位置時： 行程為： 實際行程取,安裝距離為。由于油缸標準中安裝距離=行程，即安裝距離=，則加長距離為：。 由圖2.3還可求得油缸作用力距翻傾鉸接點的力臂: 則: 2. 工作壓力的確定 滿載時,料斗質心位置距鉸接點距離為，料斗質量為;料質心位置距鉸接點距離為,料質量為。根據總體布置,選取油缸缸徑、桿徑。 由力平衡方程，設油缸舉升力為，則 則系統(tǒng)壓力為： 設計時為使舉升油缸具有足夠的儲備舉升能力，選取工作液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力為，油缸為。 3. 油泵選取及舉升和返回時間計算 舉升和返回時間的長短直接影響整機性能和勞動生產率，時間太長，生產率下降；時間太短，泵排量增大，傾卸時動力載荷過大，系統(tǒng)易超載和以熱。因此，舉升和返回時間要選得適中，設計時選舉升傾卸時間為。 油缸的容積： 則油泵的排量： 式中：η是油泵的容積效率，取。 因此，油泵的排量q為： 式中：是油泵輸出機構速比，; 是柴油機額定轉速， 選工作液壓系統(tǒng)油泵為，油泵的排量為,此時舉升傾卸時間為。 （三）轉向液壓系統(tǒng)參數計算 1. 概述 目前,地下汽車轉向系統(tǒng)大都采用鉸接液壓轉向系統(tǒng),前后車架由上下絞銷連接而成,它既可以在水平面內做相對運動,又可以在垂直面內做相對運動。前者實現整機轉向，后者保證車輪與地面良好接觸。鉸接式機構的優(yōu)點是：由于轉向半徑小、轉向靈活、附著性能好、不需要轉向橋，前后橋可以通過，使零件的標準化，通用化情況提高，從而在井下礦山使用的無軌設備中獲得廣泛應用。但鉸接式轉向也有一些缺點：所需功率比偏轉輪轉向大、機械的橫向穩(wěn)定性差、前驅動輪沒有定位角，車輪會出現振擺，機械蛇形前進，直線行使性能差、方向盤無自動返正作用。 2. 地下汽車對轉向系的要求 地下汽車轉向系應符合下列要求： （1）工作可靠。轉向系對地下汽車的運行安全關系很大，因此轉向系的零件應有足夠的強度、剛度和壽命。對于動力轉向發(fā)動機在怠速運轉是，也要正常轉向。 （2）操縱輕便。操縱輕便是減輕駕駛員的勞動強度、提高生產率和保證地下汽車安全作業(yè)與行使的重要因素之一。 1)作用力要小。如用方向盤轉向，速度為1r/s時，最大操縱力小于40～50N，如用單桿操縱，操縱力小于23～40N。 2）若用方向盤轉向，回轉圈數要少，即，轉向時，手作用在方向盤上，作用的行程要短，也就是地下汽車向一個方向極限轉彎時，方向盤轉動圈數不能超過2～2.5圈。發(fā)動機處于空轉時，方向盤的速度最小為50r/min，一般推薦為100～150r/min。 3）直線行使時方向盤應穩(wěn)定。地下汽車行使時，方向盤不能有抖動和擺動現象，這就要求轉向系在機械上布置合理，使之與行走系協調。 （3）轉向靈敏。應對轉向時間有一定要求。轉向時間一般應在5—7s之內。 （4）調整簡單。 （5）使用經濟。 3. 鉸接轉向機構的組成及結構 鉸接轉向機構主要由四部分組成：轉向油缸（有單缸和雙缸之分）、操縱機構（有方向盤與全液壓轉向器、單桿操縱與轉向閥之分）、上下鉸接體、液壓系統(tǒng)組成。 （1）轉向油缸的布置 在地下汽車轉向機構中，有單缸轉向，但大部分采用的是雙缸轉向。 單缸轉向比雙缸省了一套油缸和油管?？紤]到轉向油缸通常布置在中央下鉸接點附近時，活塞桿與高壓軟管易受泥漿和水污染或被礦巖等碰壞。 雙缸轉向由于轉向角不大，一般為36°～42.5°，因此油缸兩端直接與前后車架相連，而且兩油缸布置在下鉸接點附近，對稱與縱向軸線。盡管轉向油缸布置在下鉸接點附近有一系列的缺點，但由于前后車架之間的支撐剛度和轉向力矩的變化較單轉向油缸優(yōu)越，因此地下汽車絕大部分采用布置。我們此處也采用雙缸布置。 雙缸布置有四種情況。一是活塞與前車架,缸筒鉸銷與后車架相連.二是與第一種布置相反，即活塞與后車架相連,缸筒鉸銷與前車架相連。三是活塞桿鉸銷與車架鉸銷三點在一條垂直于縱軸的垂直線上。四是活塞桿鉸銷與車架鉸銷三點不在一條垂直于縱軸的垂直線上。 （2）轉向操縱機構 地下汽車轉向操縱機構有方向盤和單桿操縱兩種。由于方向盤有一定空行程轉角，即方向盤轉過2°～5°之后轉向油缸才開始升壓，而且從左轉到右，方向盤要轉4～5圈，因此轉向靈敏性相對要差些。而且方向盤的轉向力達40N左右。 單桿操縱由于操作靈活，無空行程，反映快，而且操縱力相對小，因此司機不易疲勞，這種操作方式很適合地下工況。因此大部分地下汽車使用單桿操縱的轉向系統(tǒng)。 4. 轉向液壓系統(tǒng)的設計 CA-20地下礦山自卸汽車前車架采用中間鉸接折腰轉向形式。由于采用雙缸轉向，轉向力矩大且力矩相等，轉向穩(wěn)定。折腰轉向形式轉向半徑小，機動性好，適合井下運輸要求。 轉向液壓系統(tǒng)由1-液壓油箱、2-濾油器、3-轉向油泵、4-壓力表開關、5-壓力表、6-轉向閥、7-轉向油缸、8-回油濾油器組成。其原理圖如圖2.4所示。轉向泵從油箱吸油，將輸出的油直接供給全液壓轉向器，全液壓轉向閥的回油通過串聯在油路上的回油濾油器回油箱。當轉動全液壓轉向閥時，油液經轉向閥進入轉向油缸，在油缸活塞上產生足夠的壓力使汽車左右轉向。轉向閥內有溢流閥保證系統(tǒng)壓力，當壓力超過系統(tǒng)壓力時，油液經溢流閥直接回油箱。轉向閥內還有緩沖閥使轉向平穩(wěn)。 圖2.4 轉向液壓系統(tǒng)原理圖 （1）轉向油缸行程的確定 轉向系統(tǒng)采用雙缸轉向，雙缸兩側平行布置，中間鉸接轉向，其總體布置如圖2.5所示。圖中、點是轉向油缸與后車架的鉸接點，、點是油缸與前車架的鉸接點，點是前后車架的鉸接點，、分別是車輛轉向到極限位置時、點的位置。、、、、。由圖可知：當轉向時、 圖 2.5 轉向油缸尺寸參數 行程： 實際行程取，由于油缸標準中： ，經類比計算選取轉向油缸內徑、桿徑。 由圖2.5還可得左右轉向缸轉向力臂： 、 （2）工作壓力的確定 1）轉向阻力矩的計算。影響車輛轉向阻力矩的因素很多，難以用精確的公式求取，一般由試驗測取，設計時可用經驗公式估算。對于鉸接式車輛可采用下列公式求取最大轉向阻力矩，即： 式中：是最大轉向阻力矩，; GF車輛前橋載荷，； 是滾動阻力系數，此處?。沪鞘切?，一般??；是軸距，?。沪仁寝D向角，。 2）工作壓力的確定 設油缸壓力為,為實現原地轉向須滿足： ① 式中：、分別為左右轉向缸轉向力臂，；、分別為轉向缸無活塞桿端和有活塞桿端的面積， ， 轉向油缸內徑、桿徑。 由式①計算得： 由于地面條件不同，轉向阻力矩也不同，前面計算的只是經驗值，要有一定的裕度，考慮到轉向系統(tǒng)的壓力損失，選取轉向系統(tǒng)的額定壓力為，轉向缸為，兩端耳環(huán)加關節(jié)軸承。 （3）轉向器及油泵的選取 轉向器選用開心反應型并配有組合閥的全液壓轉向器。組合閥主要起保護作用，轉向器排量為： 式中：是交叉連接油缸容積 是容積效率，?。籭1是方向盤轉動總圈數，；是轉向油缸行程，。 由上式可得： 選轉向器排量,圈。方向盤轉速一般取,柴油機額定轉速。則所需油泵供油量和油泵的排量分別為： 取泄漏系數，則轉向油泵排量： 因此，轉向油泵選為排量的型齒輪泵。 （4）轉向時間 轉向時間是地下汽車轉向系統(tǒng)一個很重要的參數。由于井下巷道狹窄，坡多彎多，路面條件很差，轉向太快，會產生沖擊，對設備有影響，而且很難控制，轉向太慢有可能會發(fā)生安全事故，因此對地下汽車來說，對轉向時間有較為嚴格的規(guī)定：原地從右轉向左，或從左轉向右。轉向時間規(guī)定為。 轉向時間： 式中：為原地從最左轉向到最右（或反之）單向轉向時間，； 為油缸行程，； 為油缸流量，； 為油泵每轉排量，； 為發(fā)動機高速空轉時轉速，； 為轉向系統(tǒng)的容積效率，一般取~，此處取 則 所以 （四）變矩器與發(fā)動機優(yōu)化匹配MATLAB程序的編制 所謂的液力變矩器與發(fā)動機的匹配是指液力變矩器按照工作的要求，以指定工況（或傳動比）傳遞發(fā)動機扭矩和功率的一種共同工作情況。盡管發(fā)動機與變矩器性能都好，若是匹配不正確，將使發(fā)動機性能不能充分發(fā)揮或者液力變矩器不能以十分理想的工況去傳遞發(fā)動機的功率。 通過匹配計算，可以求出地下自卸車的各檔最大牽引力（失速牽引力）、車速與爬坡能力。 1.油泵的力矩損失與的計算 根據文獻《地下裝載機－結構設計與使用》設計，和下表2.1與表2.2計算得工 作油泵空載損失的力矩,;轉向油泵,;變速油泵。 表2.1 不同工況變矩器輸入功率與力矩 工況 計算 項目 1 2 3 4 變速油泵滿負荷工作、工作油泵與轉向油泵空載 變速油泵與轉向油泵滿負荷、工作油泵空載 變速油泵與工作油泵滿負荷、轉向油泵空載 各油泵均滿負荷工作 輸入功率 /KW 輸入扭矩 /N.m 注：、—工作油泵、轉向油泵空載損失功率，KW; 、、－變速油泵、工作油泵、轉向油泵重載損失功率，KW。 表2.2 油泵空載、重載力矩損失 變速油泵 工作油泵 轉向油泵 空載／N.m =1591.38／ =1591.38／ 重載／N.m =159(0.69+)/ =159(0.69+)／ =159(0.69+)／ 備 注 、—工作油泵與轉向油泵空載損失力矩，N.m; 、、—變速油泵、工作油泵、轉向油泵重載損失功率，N.m; —油泵容積效率； —油泵轉速，r/min; 、、—變速油泵、工作油泵、轉向油泵工作流量，L/min; 、、—變速、工作、轉向液壓系統(tǒng)實際工作壓力，MPa 2.求發(fā)動機標準狀況扭矩，變矩線器輸入扭矩曲 根據表2.2（變矩器輸入特性曲線）介紹的方法求出,并可畫出下圖2.6的曲線1，2，3，4（為了使圖形更清楚，工況Ⅱ曲線未畫出）。 與公式 (12—5)==，把美國克拉克變矩器的負載拋物線轉換成公制負載拋物線并畫在圖2.6上。 3.變矩器的輸出特性及冷卻能力計算 按變矩器輸入特性曲線左上角數據與公式=, =, =0.1047, 計算出發(fā)動機與變矩器的聯合工作輸出特性曲線的坐標，并繪出圖2.7。 4.牽引特性與爬破能力計算 根據文獻《地下裝載機－結構設計與使用》中的公式和下表2.3的數據計算出各擋的速度、牽引力和爬破能力（見表2.4）并繪出下圖： 圖2.6 柴油機與變矩器共同工作輸入特性曲線 圖2.7柴油機與變矩器聯合工作輸出特性曲線 圖2.8 牽引曲線 圖2.9重載牽引曲線 其中公式如下所示： =0.377／ =- = 式中 －地下自卸車的行使速度。Km/h; —變矩器渦輪轉速，r/min; —輪胎的滾動半徑，m; —傳動系統(tǒng)總傳動比； —輪子牽引力，N； —渦輪輸出力矩，N.m; —傳動系統(tǒng)總效率；=0.8； —空氣阻力系數=0.0466N/（km/hm）; —地下自卸車迎風面積，m; —變矩器偏置傳動比； —變速箱各擋傳動比； —驅動橋總傳動比。 表2.3 變矩器特性計算 序 號 變矩器輸入特性 變矩器輸出特性 轉速/r.min 扭矩/N.m 轉速/r.min 扭矩/N.m 功率/kw 1 2165.6 565.1601 0 1746.3 0 2 2159.1 594.2665 215.9 1721.0 38.9082 3 2153.1 620.7371 430.6 1623.2 73.1935 4 2147.3 646.7537 644.2 1468.1 99.0303 5 2142.1 669.8197 865.8 1292.8 115.9866 6 2139.3 682.0714 1069.7 1128.1 126.3600 7 2139.3 682.0714 1283.6 973.3 130.8215 8 2142.1 669.8197 1499.5 823.2 129.2530 9 2150.4 632.7228 1720.3 637.8 114.8903 10 2172.1 536.0924 1846.3 470.7 90.9988 11 2193.3 441.9922 1897.2 369.1 73.3174 12 2212.3 357.5460 1946.8 281.7 57.4344 13 2248.8 195.0591 2062.1 129.3 27.9248 14 2286.0 29.2546 2292.9 0 0 表2.4牽引特性與爬破能力計算 序號 擋傳動比=4.48 擋傳動比=2.46 Ⅲ擋傳動比=1.41 Ⅳ擋傳動比=0.77 /km.h /kN 坡度 /% /km.h /kN 坡度 /% /km.h /kN 坡度 /% /km.h /kN 坡度 /% 1 0 241.98 37.0830 0 132.87 18.5160 0 76.160 9.7423 0 41.591 4.5191 2 0.4699 238.47 36.4258 0.8558 130.94 18.2111 1.4931 75.049 9.5734 2.7342 40.970 4.4258 3 0.9373 224.92 33.9412 1.7069 123.50 17.0405 2.9780 70.770 8.9237 5.4533 38.591 4.0682 4 1.4021 203.43 30.1403 2.5534 111.69 15.1982 4.4549 63.981 7.8951 8.1577 34.813 3.5008 5 1.8650 179.12 26.0110 3.3964 98.34 13.1336 5.9256 56.298 6.7341 10.8507 30.519 2.8563 6 2.3282 156.31 22.2637 4.2400 85.80 11.2111 7.3974 49.075 5.6452 13.5460 26.449 2.2457 7 2.7939 134.85 18.8285 5.0880 74.00 9.4137 8.8769 42.267 4.6208 16.2552 22.577 1.6650 8 3.2637 114.04 15.5639 5.9436 62.56 7.6794 10.3698 35.655 3.6273 18.9888 18.782 1.0961 9 3.7445 88.34 11.6004 6.8192 48.42 5.5468 11.8973 27.491 2.4020 21.7859 14.106 0.3952 10 4.0187 65.18 8.0772 7.3185 35.69 3.6327 12.7685 20.155 1.3019 23.3812 9.962 -0.2259 11 4.1294 51.10 5.9504 7.5202 27.95 2.4711 13.1203 15.702 0.6345 24.0255 7.472 -0.5991 12 4.2373 39.00 4.1296 7.7168 21.30 1.4738 13.4633 11.873 0.0606 24.6536 5.322 -0.9213 13 4.4884 17.87 0.9600 8.1739 9.69 -0.2670 14.2609 5.176 -0.9432 26.1141 1.523 -1.4908 14 4.9906 -0.06 -1.7277 9.0887 -0.19 -1.7474 15.8568 -0.574 -1.8052 29.0365 -1.925 -2.0078 MATLAB程序運行結果 MB = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 565.1601 594.2665 620.7371 646.7537 669.8197 682.0714 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 682.0714 669.8197 632.7228 536.0924 441.9922 357.5460 Columns 13 through 14 195.0591 29.2546 nB = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 2.1656 2.1591 2.1531 2.1473 2.1421 2.1393 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.1393 2.1421 2.1504 2.1721 2.1933 2.2123 Columns 13 through 14 2.2488 2.2860 MT = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 1.7463 1.7210 1.6232 1.4681 1.2928 1.1281 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 0.9733 0.8232 0.6378 0.4707 0.3691 0.2817 Columns 13 through 14 0.1293 0 nT = 1.0e+003 * Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.2159 0.4306 0.6442 0.8568 1.0697 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 1.2836 1.4995 1.7203 1.8463 1.8972 1.9468 Columns 13 through 14 2.0621 2.2929 NT = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 38.9082 73.1935 99.0303 115.9866 126.3600 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 130.8215 129.2530 114.8903 90.9988 73.3174 57.4344 Columns 13 through 14 27.9248 0 Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In C:\MATLAB6p1\toolbox\matlab\polyfun\polyfit.m at line 74 In C:\MATLAB6p1\work\ppjs2005.m at line 210 Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In C:\MATLAB6p1\toolbox\matlab\polyfun\polyfit.m at line 74 In C:\MATLAB6p1\work\ppjs2005.m at line 215 Warning: Polynomial is badly conditioned. Remove repeated data points or try centering and scaling as described in HELP POLYFIT. > In C:\MATLAB6p1\toolbox\matlab\polyfun\polyfit.m at line 74 In C:\MATLAB6p1\work\ppjs2005.m at line 219 Sigmai = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 129.3858 71.0467 40.7219 22.2382 v1 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.4699 0.9373 1.4021 1.8650 2.3282 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 2.7939 3.2637 3.7445 4.0187 4.1294 4.2373 Columns 13 through 14 4.4884 4.9906 v2 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 through 6 0 0.8558 1.7069 2.5534 3.3964 4.2400 Columns 7 through 8 Columns 9 through 10 Columns 11 through 12 5.0880 5.9436 6.8192 7.3185 7.5202 7.7168 Columns 13 through 14 8.1739 9.0887 v3 = Columns 1 through 2 Columns 3 through 4 Columns 5 thr