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本科學生畢業(yè)設計
雙層畜禽運輸車的改裝設計
院系名稱： 汽車與交通工程學院
專業(yè)班級： 車輛工程B07-2班
學生姓名： 祝慶賀
指導教師： 蘇清源
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學 院
二○一一年六月
The Graduation Thesis for Bachelor's Degree
Design of Double Livestock
Transporters Modified
Candidate：Zhu Qinghe
Specialty：Vehicle engineering
Class： B07-2
Supervisor：Associate Prof. Su Qingyuan
Heilongjiang Institute of Technology
2011-06·Harbin
黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計
摘 要
隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高。人們對禽類、肉類制品的需求量急劇增加。而畜禽的養(yǎng)殖場地遠離市區(qū)，這樣就需要將鮮活畜、禽運輸?shù)街付ǖ攸c。因此畜禽運輸車的市場需求量也較大。為了能夠同時運輸禽類和中大型動物，滿足消費者和養(yǎng)殖業(yè)者的需要，并且從大幅度的提高運輸效率、降低運輸成本、減少運輸途中的貨損和貨差，提高運輸?shù)陌踩院蜏p少污染保護環(huán)境的方面考慮，設計制造雙層畜禽運輸車成為專用汽車發(fā)展道路上的一項重要任務。
首先分析了現(xiàn)在畜禽運輸車的現(xiàn)狀和不足之處，明確了雙層畜禽運輸車的主要優(yōu)點。在此基礎上，通過對整體方案的分析選擇、舉升機構(gòu)的計算校核、液壓系統(tǒng)的選擇與設計、輔助裝置的選擇與設計及對整車的性能分析，利用CAD軟件繪制出二維圖形。最后設計出的雙層畜禽運輸車能夠滿足工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的加工和使用要求。
關鍵詞：雙層；運輸；畜禽；改裝；設計
ABSTRACT
Along with the development of our national economy and improvement of people's living standard. People on the poultry, meat products demand has increased dramatically. And livestock and poultry breeding sites away from downtown, so it needs to fresh livestock and poultry transportation to the designated place. So the market demand of livestock transporters bigger also. In order to can simultaneously transport poultry and medium-large animals, meet the needs of consumers and aquaculture, and those from the large scale enhancement transportation efficiency and reduce the transportation cost, reduce transit goods damage and poor, improve transport safety and reduce pollution of environmental protection into consideration, design and manufacture of special cars double livestock transporters become the development path is an important task.
First analyzed the status and livestock transporters now deficiency, clear the double livestock transporters’ main advantage.On this basis, through the analysis of the overall scheme selection, the calculation of lifting mechanism of dynamicrigidity, the selection and design of hydraulic system, auxiliary devices selection and design of the vehicle and the performance analysis, use CAD software rendering the 2d graphics. Finally designed double livestock transporters can meet the technological reasonable, small batch easy processing, low cost, high reliability processing and use requirement.
Key words: Double Layer；Transportation；Livestock and Poultry；Modification；Design
II
第1章 緒 論
1.1 概述
1.1.1雙層畜禽運輸車的總體結(jié)構(gòu)
雙層畜禽運輸車屬于柵欄式運輸車，其汽車車廂采用柵欄結(jié)構(gòu)，主要適用于運輸牲畜、家禽等。具有雙層車廂結(jié)構(gòu)的柵欄式運輸車運輸效率高，適用與長途運送牲畜、家禽等。柵欄式牲畜運輸車均設有便于牲畜上下的門梯。該門梯通常利用后廂板翻下作為登坡板，也有的采用電動絞盤提升登坡板。
在柵欄式牲畜運輸車中，雙層車廂運輸車最為常見。對于雙層車廂牲畜運輸車，根據(jù)其第二層車廂底板的結(jié)構(gòu)特點可分為可拆卸式底板、液壓折疊式底板和液壓升降式底板三種類型。本設計采用液壓升降式底板。該型式的第二層車廂底板由分布與車廂后面兩個角的兩個液壓缸和鋼絲繩實現(xiàn)上升和下降。裝載時，首先將活動底板擱在底層底板上。當裝滿牲畜后，將其舉升到一定高度后鎖止，然后裝載底層車廂；卸載相反。這種型式的牲畜運輸車優(yōu)點是裝載、卸載都非常方便，必要時可將活動底板降落在底層底板上，作一般貨車使用。
1.1.2雙層畜禽運輸車的研究現(xiàn)狀
隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高。人們對禽類、肉類制品的需求量急劇增加。而畜禽的養(yǎng)殖場地遠離市區(qū)，這樣就需要將鮮活畜、禽運輸?shù)街付ǖ攸c。因此畜禽運輸車的市場需求量也較大。而雙層畜禽運輸車既可以運輸雞、鴨、鵝等禽類，也可以運輸豬、牛、羊等中大型動物，滿足消費者和養(yǎng)殖業(yè)主的需要，因此雙層畜禽運輸車近年來國內(nèi)市場需求量越來越大，市場前景十分廣闊。專用汽車的研制、生產(chǎn)和應用不僅在實現(xiàn)門到門的專業(yè)運輸和作業(yè)方面受到社會的廣泛重視和歡迎，而且在大幅度的提高運輸效率、降低運輸成本、擴大汽車的應用領域等方面都發(fā)揮著重要的作用，汽車運輸?shù)膶I(yè)化，可以減少運輸途中的貨損和貨差，提高運輸?shù)陌踩?，同時減少了污染，保護了環(huán)境。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，畜禽運輸車呈現(xiàn)出重型化、智能化、高檔化，多極化發(fā)展的趨勢。
雖然中國專用汽車發(fā)展取得了很大進步，但是，中國專用汽車行業(yè)整體上與歐、美、日等國家和地區(qū)的先進水平相比，國內(nèi)專用汽車市場開發(fā)比較緩慢，市場細分程度不夠，產(chǎn)品雷同性大，不能滿足用戶個性化需求，低水平競爭還比較嚴重，主要體現(xiàn)在一下幾個方面。（1）生產(chǎn)企業(yè)過多過散，目前中國大多數(shù)專用汽車生產(chǎn)企業(yè)的癥狀是：廠點分散，規(guī)模較小，開發(fā)能力較弱。（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，由于中國正處于發(fā)展中國家向發(fā)達國家轉(zhuǎn)變的過程中，基礎設施建設還處于高峰期，所以中國專用汽車市場的需求還是以運輸物資、滿足基礎設施建設為主，加上中國勞動力資源比較豐富，該市場形態(tài)決定了中國專用汽車現(xiàn)階段呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式單一、功能單一、低附加值產(chǎn)品過多的狀況。（3）科技含量高的產(chǎn)品缺乏自主研發(fā)能力。（4）生產(chǎn)工藝工裝水平低。（5）專用底盤的開發(fā)生產(chǎn)與市場需求仍有差距。（6）專用汽車市場的拓展受到一定的限制。
1.2研究的意義目的
近幾十年來它在國內(nèi)外獲得迅速的發(fā)展與普及,它最大的優(yōu)點是具有自重輕、倉柵欄桿可半拆、全拆和隨意升降、方便實用、安全可靠等，并可根據(jù)用戶要求設計制作雙層鮮活動物運輸車、瓜果蔬菜運輸車等。適合廣大用戶的中短途公路運輸使用，也可作普通載貨汽車使用，在高度發(fā)達的公路運輸業(yè)，特別是現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。倉柵式運輸車必將得到迅速的推廣、普及。是城市、城際物流運輸市場開發(fā)的經(jīng)濟型產(chǎn)品。同時在雙層畜禽運輸車的研究和生產(chǎn)過程中，也帶動了鋼鐵，化工等其它很多行業(yè)，又提供了大量的工作崗位，減輕就業(yè)壓力，并日趨完善，成為系列化多品種的產(chǎn)品。因此，雙層畜禽運輸車的發(fā)展是很有必要的。
1.3研究的主要內(nèi)容
本章針對我所做設計的課題做了綜合性的闡述，通過查找書籍，以及在網(wǎng)絡上查找的資料，我了解了我所做雙層畜禽運輸車的基本狀況；特別是專用車的設計特點及設計思路，還有在以后的設計中有可能面臨的問題，進行了細致的了解與闡述。本設計主要進行雙層畜禽運輸車的整車設計，二類底盤的選型，舉升液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)的計算，車廂設計，以及根據(jù)畜禽的運輸需求而增設的降溫噴淋系統(tǒng)。整車性能分析，利用CAD軟件建立雙層畜禽運輸車的裝配圖以及零部件圖。
本章對雙層畜禽運輸車狀況進行了分析，了解了我國雙層畜禽運輸車行業(yè)與歐美等國家的差距與需要發(fā)展的地方。目前，我國改裝車市場最大銷售量約25萬輛左右，改裝量最大的除了客車外，主要有廂式車、罐式車、自卸車等主要車型。但是總體來看，這些專用車均存在技術(shù)附加值低、工藝較落后等問題。從品種來看，我國改裝車品種較少，僅有400多個品種。那么，未來改裝車市場到底是什么市場呢？肯定地說，應該向多品種、高、精、尖方向發(fā)展。經(jīng)過本章的學習了解，相信在下幾章的設計學習中會有了依據(jù)，為本次設計開了一次好頭。
第2章 整體方案分析選擇及舉升機構(gòu)計算與校核
2.1 概述
雙層畜禽運輸車改裝結(jié)構(gòu)中液壓系統(tǒng)；活動底板的結(jié)構(gòu)和車廂結(jié)構(gòu)為其重要組成部分，它直接關系到雙層畜禽運輸車的使用性能和整車布置，它是決定雙層畜禽運輸車改裝設計優(yōu)劣的主要因素。因此首先對活動底板進行設計。
2.2活動底板的設計計算
上層活動底板結(jié)構(gòu)類似于車廂底板，其結(jié)構(gòu)由兩根通長槽型縱梁、四根橫梁和底面分布矩形加強筋的薄鋼板組成。
2.2.1活動底板的結(jié)構(gòu)設計
上層活動底板是由車架承載的，而縱梁作為上層活動底板的主要承載元件，也是車架中最大的加工件，其形狀應力求簡單。其中載貨汽車的車架縱梁延多取平直且斷面也不變或少變，以簡化工藝。因此載貨汽車的斷面多采用開口朝內(nèi)的槽型，槽型斷面粱的彎曲剛度大、強度高、工藝性好，零件的安裝與緊固方便。同時，由若干根橫梁將左右縱梁連接在一起，構(gòu)成一完整的車架，其中橫梁起支承上層活動底板，保證車架有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度，限制其變形和降低某些部位的應力的作用。
本車上層活動底板初選等寬的梯形車架，車架寬度為2250，車架長度為6000?？v梁采用槽型鋼結(jié)構(gòu)，槽型鋼型號：14#B（140*60*8），橫梁鋼板厚度都采用8，車架材料采用Q345。薄鋼板和加強筋的材料采用45。
2.2.2上層板剪力及彎矩的求解
作用在上層板梯形車架上的彎曲力矩主要由車架縱梁承受。由于條件限制，為了計算彎曲力矩，將車架縱梁承受載荷簡化為均布載荷，當車架縱梁承受的是均布載荷時，車架的簡化計算可按下述進行，但需要一定的假設即認為縱梁為簡支梁，忽略不計局部扭矩的影響。
由以上可畫出上層板車架的等效粱受力及剪力和彎矩示意圖：
圖2.1 上層板額定載荷時的剪力和彎矩圖
由以上示意圖可知：縱梁所受到的最大彎矩：
（2.1）
式中：——載荷集度(N/m)；
——所求截面距支座A的距離；
——最大彎矩。
（2.2）
式中： ——縱梁所受剪力。
（2.3）
將它們代入式(2.4)、(2.5)，則可求出縱梁的最大彎應力。
（2.4）
（2.5）
式中： ——疲勞安全系數(shù)，；
——動載荷系數(shù)，；
——縱梁在計算斷面處的彎曲截面系數(shù)。
對于槽型斷面縱梁：
（2.6）
式中：——槽型斷面的腹板高；
——翼緣寬；
——梁斷面的厚度。
因此最大彎應力為：
120.96Mpa＜=345Mpa
通過以上計算，上層板的剪力和彎矩均符合要求。
2.2.3上層板彎曲變形校核
由以上知道上層板梯形車架的等效簡支梁形式，利用疊加法可求得梁的最大撓度和最大轉(zhuǎn)角，然后進行上層板梯形車架彎曲變形的校核。
當粱的形式為下圖所示時，粱的撓曲線方程為：
（2.7）
梁的轉(zhuǎn)角方程為：
（2.8）
式中： ——作用在梁上的力，規(guī)定其向下為正，向上為負；
E——梁構(gòu)成材料的彈性模量，；
I——為梁的慣性矩。
查閱槽鋼標準可知：14#b型的慣性矩=61.1。
最大撓度：
由計算的撓度和轉(zhuǎn)角，參照選材的許用撓度和許用最大轉(zhuǎn)角，均在許用數(shù)值之內(nèi)。
圖2.2 上層板梯形車架等效簡支粱
2.2.4上層板的撓度計算
為了保證整車及有關機件的正常工作，對縱梁的最大撓度應予以限制。這就要求對縱梁的彎曲剛度進行校核。如果把縱梁看成支承跨度為軸距的簡支梁，根據(jù)材料力學給出的截面極慣性矩的簡支梁在其跨度的中間承受集中載荷時，撓度與剛度的關系式如下：
（2.9）
可知
（2.10）
根據(jù)德國對各種汽車車架的實驗結(jié)果表明，當軸距的單位為m，的單位為cm4，為使縱梁在滿載時的撓度在容許值以內(nèi)，則應使，或應使。大多數(shù)汽車的值在20-30間，日本一些4t平頭載貨汽車甚至達到58.3。
由此，取值為20 ，已知上層板所需轉(zhuǎn)載 質(zhì)量為4000kg,上層板的跨度=6000mm，彈性模量為Mpa。
因此跨度的中間承受的集中載荷如下：
（2.11）
由公式2.10得
同時得知
通過以上計算可知，上層板的撓度符合要求。
2.3方案的選擇
由設計任務書要求設計的雙層畜禽運輸車的最大裝載質(zhì)量為8噸，以及上層板和車廂質(zhì)量。查閱相關資料可知CA1160型載貨車的最大裝載質(zhì)量符合本次的設計需求，因此選擇CA1160作為改裝所用二類底盤，其主要技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.1 CA1160的主要技術(shù)參數(shù)
名稱
數(shù)值
汽車總長/mm
汽車總寬/mm
汽車總高/mm
最大總質(zhì)量/t
整車整備質(zhì)量/t
最大裝載質(zhì)量/t
貨箱長度/mm
貨箱寬度/mm
前后懸/mm
軸距/mm
輪距/mm
輪胎數(shù)
9000
2494
2805
16
5.4
10.405
6800
2300
1400/2200
4800
1800
6
2.4液壓缸的設計
2.4.1液壓舉升機構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)
1、舉升高度：1.4m ； 2、上升時速度：0.06m/s ；
3、下降時速度：0.04m/s ； 4、最大舉升質(zhì)量：5噸 。
2.4.2液壓缸的設計要求
液壓缸的設計要考慮下列基本要求：
1、液壓缸承受最大的負載力。
2、輸出最大速度或動作時間t。
3、液壓缸最大行程L。
2.4.3三級同步液壓缸結(jié)構(gòu)設計及內(nèi)徑的確定
三級同步液壓缸結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.3所示。它由一級活塞和兩級活塞套疊而成，直徑最小的一級為柱塞。在兩級活塞的底部各有1個單向閥，它們在正常運行時是關閉的，從而形成獨立的容腔1和2，容腔3通過油口和液壓系統(tǒng)相連。當液壓缸上行時，壓力油進入容腔3，推動最大一級活塞向上移動，缸筒與活塞之間的環(huán)形體積縮小，其中的油液通過活塞桿上的側(cè)向小孔進入下一級活塞腔，使較小一級活塞也向上移動，相似的環(huán)形容腔的油液進入下一級，推動最小一級的活塞向上移動。通過合理設計有關幾何參數(shù)，就能實現(xiàn)三級的同步動作，而且相對速度相同。下行過程也可以做同樣的分析。值得注意的是在運行過程中，由于各容腔的壓力，所以兩個單向閥始終關閉，在下降行程接近極限位置時，單向閥閥芯的導向桿碰到缸底，使閥口打開，油液流出直至各級間達到平衡狀態(tài)，使其消除累積的同步誤差。
具有同步伸縮是這種三級液壓缸的最大特點，而且縮回速度遠大于伸出速度，因而使三級同步伸縮液壓缸比一般的三級伸縮液壓缸工作效率提高了幾倍。另外由于三級同步伸縮液壓缸的工作速度連續(xù)平穩(wěn)，并且當負載變化時，液壓缸中的工作壓力又能隨負載平穩(wěn)自行調(diào)節(jié)，是這種液壓缸工作時，既平穩(wěn)又無沖擊振動，大大改善了液壓系統(tǒng)的工作性能。而且這種三級同步液壓缸具有一般性，其工作原理同樣適用于二級、四級及多級同步伸縮液壓缸。
圖2.3 三級同步液壓缸結(jié)構(gòu)簡圖
圖2.4 三級同步液壓缸受力分析簡圖
油缸選型主要依據(jù)所需的最大作用力以及最大工作行程來確定的。根據(jù)液壓系統(tǒng)中油缸的工作特點，由圖2.4可知
（2.12）
式中：i——第i級活塞缸；
——液壓系統(tǒng)額定工作壓力（MPa）；
——系統(tǒng)效率，通常按=0.8。
如表2.2所示選取,越高，對密封要求也越高，成本亦隨之上升；根據(jù)機構(gòu)的類型及其工作特點，取MPa。
表2.2 液壓設備常用的工作壓力
設備類型
機床
農(nóng)業(yè)機械或中型工程機械
液壓機、重型機械、起重運輸機械
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
工作壓力
P/（MPa）
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
其中，單個液壓缸的最大作用力：
（2.13）
由式（2.12）可知：
（2.14）
表2.3缸筒內(nèi)徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
（280）
320
（360）
400
（450）
500
取第一級液壓缸內(nèi)徑
因 （2.15）
所以 （2.16）
由公式分析，如不計缸筒壁厚時，有 （2.17）
（2.18）
（2.19）
由表2.3取第二級液壓缸內(nèi)徑；取第三級液壓缸內(nèi)徑。
2.4.4三級同步液壓缸柱塞桿直徑的確定
在單桿活塞中，d值可由D和λv求的，標準液壓缸的λv系列值為1.06、1.12、1.25、1.4、1.6、2、2.5、和5，為了減少沖擊（即不使往返運動速度相差過大），一般推薦λv≤1.6?；钊\動速度受結(jié)構(gòu)的限制，范圍0.1～0.2m/s
7
d=0.7D
液壓系統(tǒng)各液壓缸均采用雙作用三級同步活塞缸。即受壓也受拉，而且工作壓力p大于7所以活塞桿直徑選公式：
（2.20）
將D值代入（2.20）式中，可求得
表2.5 液壓缸活塞桿外徑尺寸系列（GB/T2348-1993）
4
5
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
根據(jù)表2.5取活塞桿直徑d為45 mm。
2.4.5三級同步液壓缸壁厚、外徑等參數(shù)的計算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。
液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算：
（2.21）
式中：——液壓缸壁厚；
D ——液壓缸的內(nèi)徑；
——試驗壓力，取=16 MPa；
——缸筒材料的許用應力。其值為：鍛鋼：=110～120 MPa；
鑄鋼：=100～110 MPa；鋼管：=100～110 MPa；
高強度鑄鐵：=60 MPa；灰鑄鐵：=25 Mpa；
取=1.510=15 MPa
本設計的轉(zhuǎn)向液壓缸的材質(zhì)是鋼管，其=100～110 MPa，所以選=110 MPa。
將Py、值代入（3-10）式中，可求得
液壓缸壁厚度算出后，即可求出缸體的外徑為
（2.22）
（2.23）
（2.24）
將值分別代入式（2.22）、式（2.23）、式（2.24）中，可求得
分別?。?；。
液壓缸無桿腔面積：
液壓缸有桿腔面積：
導向長度：
活塞寬度
～
導向套滑動面長度
～
已知：
；；；；；； 。
求固有頻率
式中： ——取起升總質(zhì)量為4500Kg；
——液壓缸行程 ；
——油彈性模量 ,查表??；
——有桿腔面積與無桿腔面積比；
求最小加速時間
=0.66s
求液壓缸的最大速度
=2.94m/s
式中 ——總循環(huán)時間 ，據(jù)液壓手冊選??；
求最大加速度
求液壓缸運動過程中需要達到的最大壓力，其中：
=9.8Mpa
2.4.6三級同步液壓缸外形尺寸的校核
1、缸筒外徑強度校核
當時，按下式校核強度，即
式中：——缸體材料的許用應力 ，取；
——最高工作壓力 ；
——試驗壓力，工作壓力小于時，，；
——液壓缸缸筒厚度 ；
——液壓缸內(nèi)徑 ；
——強度系數(shù)，對于無縫鋼管，；
——壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標準厚度值；
通過以上計算，缸筒外徑強度滿足設計要求。
2、活塞桿直徑強度及穩(wěn)定性校核
活塞桿直徑強度按下式檢驗強度，即
式中：——液壓缸負載 ；
——缸底材料的許用應力 。
當安裝桿長度與其直徑d之比≥10，并且桿件承受壓載荷時，則需校驗穩(wěn)定性。液壓缸承受的壓負載，不能大于液壓缸保持工作穩(wěn)定性所允許的臨界負載。
液壓缸的穩(wěn)定條件為：
式中 ——液壓缸臨界負載 ；
——穩(wěn)定安全系數(shù)，通常取2～4。
按等截面法，將活塞桿與缸體視為一個整體桿件，可按歐拉公式計算臨界負載，即：
則：
式中 ——活塞桿截面二次極矩，為活塞直徑對于實心桿，；
——活塞桿材料彈性模量，對于鋼材；
——末端條件系數(shù)，；
——活塞桿計算長度 ；
根據(jù)以上計算活塞桿直徑強度及穩(wěn)定性校驗滿足強度要求。
2.5液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求
2.5.1缸體
1、缸體端部聯(lián)接模式
采用簡單的焊接形式，其特點：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時應小心注意。主要用于柱塞式液壓缸。2、缸體的材料
液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的機械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，則應采用焊接性能比較好的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。本設計采用45號鋼，并應調(diào)質(zhì)到241~285HB。
缸體毛坯可采用鍛剛，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個牌號或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。
3、缸體的技術(shù)要求
(1)缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當活塞采用橡膠密封圈時，Ra為0.1~0.4，當活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。
(2)缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值應按8級精度選取。
(3)缸體端面T的垂直度公差可按7級精度選取。
(4)當缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時，螺紋應取為6級精度的公制螺紋。
(5)當缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應按9級精度選取。
(6)為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進行衍磨或拋光。
2.5.2活塞
1、活塞與活塞桿的聯(lián)接型式如表2.6所示
表2.6 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
聯(lián)接方式
備注說明
整體聯(lián)接
螺紋連接
半環(huán)聯(lián)接
用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況
常用的聯(lián)接方式
用于工作壓力、機械震動較大的情況下
這里采用螺紋聯(lián)接。
2、活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)
隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)如表2.7所示。
表2.7 常用的密封結(jié)構(gòu)
密封形式
備注說明
間隙密封
活塞環(huán)密封
O型密封圈密封
Y型密封圈密封
用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封
適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長的活塞密封
密封性能好，摩擦系數(shù)小；安裝空間小，廣泛用于固定密封和運動密封
用在20MPa下、往復運動速度較高的液壓缸密封
結(jié)合本設計所需要求，采用O型密封圈密封比較合適。
3、活塞的材料
液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼及鋁合金等，這里采用45號鋼。
4、活塞的技術(shù)要求
(1)活塞外徑D對內(nèi)孔D1的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。
(2)端面T對內(nèi)孔D1軸線的垂直度公差值，應按7級精度選取。
(3)外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級精度選取。
2.5.3活塞桿
1、端部結(jié)構(gòu)
活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷等多種形式。根據(jù)本設計的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)外接單耳環(huán)。
2、活塞桿材料
活塞桿有實心和空心兩種。實心活塞桿的材料為35、45號鋼；空心活塞桿材料為35、45號無縫鋼管。本設計采用實心活塞桿，選用45號鋼。
3、活塞桿的技術(shù)要求
(1)活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229~285HB，必要時，再經(jīng)過高頻淬火，硬度達HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到230HB即可。
(2)活塞桿的圓度公差值，按9~11級精度選取。這里取10級精度。
(3)活塞桿的圓柱度公差值，應按8級精度選取。
(4)活塞桿的徑向跳動公差值，應為0.01mm。
(5)端面T的垂直度公差值，則應按7級精度選取。
(6)活塞桿上的螺紋，一般應按6級精度加工（如載荷較小，機械振動也較小時，允許按7級或8級精度制造）。
(7)活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63, 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應鍍以厚度約為40的鉻層，鍍后進行衍磨或拋光。
2.5.4活塞桿的導向、密封和防塵
1、導向套
(1)導向套的導向方式、結(jié)構(gòu)如表2.8所示。
表2.8導向套的導向方式
導向方式
備注說明
缸蓋導向
減少零件數(shù)量，裝配簡單，磨損相對較快
導向套導向
管通導套
可利用壓力油潤滑導向套，并使其處于密封狀態(tài)
可拆導向套
容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導向套的場合
球面導向套
導向套自動調(diào)整位置，磨損比較均勻
由于本設計主要用于舉升上層活動底板，在工作過程中液壓缸伸縮的次數(shù)相對較少，所以磨損程度也相對較少。為了減少零件數(shù)量，降低成本可以采用缸蓋導向的導向方式。
(2)導向套材料
導向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。
(3)導向套的技術(shù)要求
導向套的內(nèi)徑配合一般取為H8/f9，其表面粗糙度則為Ra0.63~1.25。
2、活塞桿的密封與防塵
這里仍采用O型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。
2.5.5液壓缸的排氣裝置
排氣閥用于排除液壓缸內(nèi)的空氣，使其工作穩(wěn)定。通常將排氣閥安裝在液壓缸的端部。
2.5.6液壓缸安裝連接部分的形式和尺寸
1、液壓缸進出油口接頭的聯(lián)接螺紋尺寸，按表37-7-8選取標準值。
2、液壓缸為尾部法蘭型安裝的主要尺寸（按P37-231選?。?。
3、缸蓋的材料。
液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。在這里選擇ZG45鑄鋼。缸蓋按9、10或11級精度選取。
2.6本章小結(jié)
本章主要進行上層活動底板的參數(shù)計算及校核，通過以上的結(jié)構(gòu)設計和力學分析，該上層活動底板已經(jīng)符合力學性能的要求；同時對三級同步液壓缸整體進行設計，通過確定液壓缸的技術(shù)要求，從而計算出三級同步液壓缸各級缸筒直徑及行程，液壓缸活塞桿直徑，液壓缸壁厚、外徑，液壓缸外形尺寸，液壓缸缸體長度等參數(shù)。且對液壓缸各個參數(shù)進行校核。并完成對液壓缸主要零件結(jié)構(gòu)、材料及技術(shù)要求，液壓缸的導向、密封和防塵，液壓缸的排氣裝置，以及液壓缸安裝聯(lián)接部分的形式及尺寸。讓三級同步液壓缸能夠達到工作穩(wěn)定，運行平穩(wěn)，安全等要求。
第3章 液壓泵選擇與設計
3.1液壓泵的工作原理
液壓泵是將機械能轉(zhuǎn)換為流體壓力能的設備。主要涉及以下幾個方面：
1、液壓泵是一個或幾個密封腔油腔容積作周期變化來進行工作的。泵的輸出油量取決于密封容積的體積變化和變化頻率。
2、為了保證密封容積變大時只與排油管相連接，容積變小時只與吸油管相連接，根據(jù)本系統(tǒng)需要，設置兩個單向閥。
3、容積式油泵的排油壓力取決于排油管道中油液所受到的負載大小，吸油時容積增大，形成一定的真空，油液在泵內(nèi)的壓力差有作用下進行了密封容積。
3.2液壓泵的形式
液壓泵的分類：
液壓油泵的形式包括定量泵和變量泵兩種。選擇油泵時考慮的主要因素有：打擊頻率和打擊能量對系統(tǒng)流量的要求、流量波動變化范圍、泵本身的可靠性及穩(wěn)定性等。
1、定量泵
與變量泵相比，定量泵具有價格低廉、耐沖擊、承受最高工作壓力高、可靠性好等優(yōu)點。如果工作過程中流量變化范圍不大，系統(tǒng)流量變化可以通過蓄能器來均衡，則可以考慮用定量泵。
2、變量泵
采用變量泵可以滿足液壓舉升系統(tǒng)各種不同工況對打擊頻率和打擊能量的要求。同時調(diào)節(jié)變量泵排量可以滿足液壓缸工作過程中系統(tǒng)流量變化的要求。相同行程的條件下，舉升高頻率越大則變量泵排放的流量越大，采用變量泵來調(diào)節(jié)打擊頻率和打擊能量。變量泵適合于工作過程中流量變化范圍大的場合。
3.3液壓泵主要參數(shù)及型號
根據(jù)主機工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，首先確定液壓泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格和型號。主要考慮以下幾個方面：
1、液壓泵的類型選擇；
2、液壓泵的工作壓力；
3、液壓泵的流量。
舉升機構(gòu)常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。齒輪泵多為外嚙合式，在相同體積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低。柱塞泵最大特點是油壓高（油壓范圍16～35MPa），且在最低轉(zhuǎn)速下仍能產(chǎn)生全油壓，固可縮短舉升時間。中輕型舉升機構(gòu)上多采用齒輪泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等；重型舉升機構(gòu)常采用柱塞泵。
3.4液壓泵主要參數(shù)的確定
3.4.1液壓泵工作壓力的計算
MPa （3.1）
式中 ——油缸最大作用力，(N)；
——油缸橫截面積，(m2)。
代入式（3.1）則：
3.4.2液壓泵理論流量的計算
液壓泵的理論流量是指泵在單位時間內(nèi)理論上可排出的液體體積。
3.4.3液壓泵排量的計算
mL/r （3.2）
式中 ——油泵流量，(L/min)；
——油泵額定轉(zhuǎn)速，(r/min)；
油泵轉(zhuǎn)速r/min
由式（3.2）計算得：
3.4.4液壓泵功率的計算
（3.3）
式中 ——油泵最大工作壓力；
——油泵理論流量。
由式（3.3）計算得：
根據(jù)以上求得的值，按系統(tǒng)中擬訂的液壓泵的形式，從機械設計手冊中選擇相應的液壓泵產(chǎn)品。為使液壓泵油一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25~60%。
查找手冊選擇CB型齒輪泵，其參數(shù)如表3.1所示。
表3.1 CB型齒輪泵的各參數(shù)值
型號
排量
壓 力/Mpa
轉(zhuǎn) 速/(r/min)
特點
生產(chǎn)廠
額定
最高
額定
最高
CB
32~100
10
12.5
1450
1650
鋁合金殼體浮動軸套
天津機械廠
確定液壓泵的驅(qū)動功率
在工作中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，則
其中——液壓泵的總效率，參考如表3.2所示選擇=0.7。
表3.2各液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6~0.7
0.65~0.80
0.60~0.75
0.80~0.85
根據(jù)此選用CAST7-110型取力器
3.5液壓系統(tǒng)原理
在液壓系統(tǒng)中用到了CB型齒輪泵和兩個三級同步液壓缸、過濾器、DB型二級同心先導溢流閥、三位四通電磁換向閥、分流集流閥、兩個單向閥、油箱、高低壓油管等液壓元器件，由它們共同構(gòu)成了液壓系統(tǒng)，完成指定的動作，實現(xiàn)雙層畜禽運輸車上層活動底板的功能要求。
要進行上層活動底板的上升工作過程，將三位四通電磁閥的1YA端通電，液壓油通過溢流閥再經(jīng)過三位四通電磁閥、分流集流閥、單向閥進入三級同步液壓缸，實現(xiàn)液壓的伸展動作，從而使得上層活動底板升高到指定位置。此過程中，溢流節(jié)流閥起到穩(wěn)定液壓油流量，使其不受到外界負荷的變化的影響，只受到節(jié)流閥閥心開口大小的控制，分流集流閥能夠自動地對輸入油液的流量等量進行分配，實現(xiàn)同步運動。要進行上層活動底板的下降工作過程時，將三位四通電磁閥的2YA端通電，液壓缸的液壓油經(jīng)過電磁閥流回油箱，從而使得上層活動底板降落到一層板的位置。
圖3.1 雙層畜禽運輸車液壓系統(tǒng)原理圖
3.6本章小結(jié)
本章對液壓泵進行設計，通過確定液壓泵的參數(shù)來選擇液壓泵，從而了解了液壓泵的種類和結(jié)構(gòu)特點以及工作原理。另外針對液壓泵的工作要求選擇了相應的取力器。在液壓缸和液壓泵設計選取完成后再對一些液壓控制閥進行選取進而完成了雙層畜禽運輸車的液壓系統(tǒng)原理圖。
第4章 輔助裝置的選擇與計算
4.1副車架主要尺寸參數(shù)設計計算
4.1.1副車架主要尺寸設計
在設計自雙層畜禽運輸車時，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。其形狀同主車架，在主副車架之間加一定厚度的松質(zhì)木條。其長度同副車架的長度，寬度同副車架的厚度。主副車架用止推連接板進行加固連接。
對具有較高質(zhì)心位置及載質(zhì)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(chǎn)效率高和生產(chǎn)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(chǎn)，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。
副車架材料選用載重汽車橫縱梁的一般選用材料，縱梁和橫梁均采用Q345進行生產(chǎn)。
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，高度也相同，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
名稱
數(shù)值
副車架長度/mm
副車架寬度/mm
副車架高度/mm
副車架厚度/mm
6800
2100
180
9
4.1.2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4.1 主車架額定裝載運輸重心作用簡圖
設定雙層畜禽車在額定裝載質(zhì)量下，其前后軸承受的載荷相同，即有：
由圖4.1，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(zhì)量時雙層畜禽車副車架受力簡化圖如下圖：
圖4.2 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4.3 副車架等效簡支粱簡圖
可求得：
即大小為57732.45N，方向與設定的方向相同。
可求得：
即大小為749.77N，方向與設定的方向相同。
列出彎曲剪力及彎矩方程：
OA段
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