东风摆臂式垃圾车设计毕业论文.doc

第1章 绪 论

1.1专用汽车的发展
目前我国的专用汽车产业迅速发展。近10年来，专用汽车行业伴随我国汽车工业得到了飞速的发展，成为我国汽车工业的一个重要组成部分。六七十年代期间，我国的专用汽车企业大多规模小，工艺设备差，人员技术素质低，产生方式落后，缺乏开发设计的能力，一般是根据下达任务的上级部门提供的原苏联的样车进行仿制。那时供改装车选用的底盘非常少，由于多数企业采用作坊式生产，工艺落后，专用汽车的产品技术水平比较低。到80年代末，全国专用汽车生产业仅200余家，年生产能力约2.5万辆，各类专用汽车产品只有100种左右，远远满足不了国民经济建设和社会发展需要。
随着市场经济的发展，对专用汽车的需求日益增加，专用汽车的市场日渐扩大。由于专用汽车的专用功能对各行业的发展有着明显的促进作用，其附加价值又相对较高，这就促使更多的其他行业加入到专用汽车行业中来。2005年，我国专用汽车当年的保有量达275万辆，当年的需求量为34万辆；2010年，我国专用汽车当年的保有量达到425万辆，当年的需求量为52万辆。据有关部门的资料，我国专用汽车保有量得饱和值约为2000万辆，需求量的饱和值约为200万辆[5]。
由于我国专用汽车起步晚、管理不力、生产规模小、技术力量弱，尤其高新技术的应用上还不普及，与国外先进水平相比，仍有较大差距。就总体而言，我国专用汽车仍处于中低档水平。要推动我国专用汽车进一步发展，高新技术化是必由之路。但是我国的专用汽车高新技术化也存在着许多诸多的问题：
1.专用汽车底盘的专用化程度不高
目前我国专用汽车，除了自卸车、半挂牵引车、混凝土搅拌运输车等专用底盘有所供应外，多数专用汽车企业只能选用普通载货汽车的二类底盘进行改装。二类载货汽车底盘不仅配置低档，可靠性、安全性、耐久性和舒适性都达不到要求，而且专用化程度不高，极大地影响了专用汽车技术水平的提高。

2.专用装置的技术含量偏低
专用汽车的专用装置具有多样性、复杂性和专用性的特点，因此随着高新技术的发展和企业对新产品开发力度的加强，对专用装置技术含量提出了越来越高的要求。
3.运输用专用汽车的技术水平停滞不前
运输用专用汽车是目前我国多数专用汽车厂家的主导产品，鉴于需求量大、技术要求低、容易生产，多数企业安于现状，产品几十年不变，技术水平处于停滞不前的状态，更谈不上高新技术的运用。
4.专用汽车高新技术化步伐不快
作业用专用汽车为满足特殊作业的要求，一般具有较高的技术含量。但是，与国外先进水平相比在功能的可靠性、安全性、多样性以及操作的简便性等方面均存在着较大的差距，这其中的主用因素在于高新技术的运用还很不普遍。国产作业用专用汽车功能单一，使用效率很低时普遍存在的问题。
作业用专用汽车为满足特殊作业的要求，一般具有较高的技术含量。但是，与国外先进水平相比在功能上可靠性、安全性、多样性以及操作的简便性等方面均存在着较大的差距，这其中的主要因素在于高新技术的运用还很不普遍。中国的专用车市场处于性能提升阶段，产品以中端市场需求为主，随着城市经济的高速发展，高性能、高品质的高端产品市场规模将进一步扩大，而随着中国新农村的城镇化建设，满足基本功能、价格相对便宜的低端产品需求也将进一步扩大。国产作业用专用汽车的功能单一，使用效率很低是普遍存在的问题。在这一问题上，我国的专用车生产企业要予以重视。
我国的专用汽车领域要想得到飞速的发展，就需要正视我们存在的问题并且要不断的借鉴国外的技术，发展具有我们自己特点的专用汽车。
摆臂自卸式汽车是工程机械中的一种车型，在我国的专用汽车领域里占有相当大的比例，也是专用运输车辆中一个多品种车型。摆臂式垃圾车的载重范围很大。随着国际经济的发展，自卸车主要以后倾式自卸车，发展到两侧倾斜式和三面倾斜式等多品种系列化。目前国外使用较多的是车厢可卸式自卸车，由于该形式自卸车得车厢与底盘是分开的，可卸下车厢装货和卸货，而汽车底盘再换装其它车厢继续运输，因此缩短了汽车装卸的停歇时间，提高了运输效率。
摆臂式垃圾汽车是自卸汽车中的一种，以其显著的特点得到了广泛的应用。摆臂式垃圾汽车摆臂可以平移起落车斗，它同时具有车斗和垃圾自动装卸的功能，而且两种功能由同一个车载工作装置完成。由于它具备自动装卸车斗的功能，装垃圾时一般均将车斗卸下降低装垃圾的高度，装满垃圾后，则将车斗自动装车并运输。该车使用方便，运输效率高，摆臂式垃圾车又依其特有的机动灵活的特点被广泛应用于小吨位垃圾的运输。现如今经济飞速发展，城市规模不断扩大，城市人口快速增长，导致了城市垃圾量也跟着急剧上升，随之而来的是固体生活垃圾的处理越来越受到人们的重视。城市固体生活垃圾的处理大体有3种形式：分类回收、焚烧和填埋。而不论采用哪种处理方式，其最终的处理场所均需远离城市居民区。而垃圾城市到处理场所的运输就需要快捷、方便的交通运输工具，垃圾车就担当了每天上千吨（中等城市）的固体生活垃圾的运输的重任。摆臂式垃圾汽车以其显著的特点被广泛的应用于城市垃圾的运输，并且方便。所以为了更好的满足城市固体垃圾运输的需求，摆臂式垃圾汽车的改装技术需要快速的发展，这就需要我们一代代汽车人的不断努力来实现[21]。
1.2 专用汽车的概念和分类
专用车辆是为了实现各类专项作业的车辆。
我国对“专用汽车”定义为：装置有专用设备，具有专用功能，用于承担专门运输任务或专项作业的汽车和汽车列车。
我国的专用汽车分划为：厢式汽车、罐式汽车、专用自卸汽车、起重举升汽车、仓栅汽车和特种结构汽车等六大类。其中专用自卸汽车的定义为：装有由本身发动机驱动的液压举升机构，能将车厢卸下或使车厢倾斜一定角度，垃圾依靠自重能自行卸下的专用汽车[3]。
1.3 专业汽车设计要求
专用汽车与普通汽车的区别主要是改装了具有专用功能的上装部分，能完成某些特殊的运输和作业功能。因此在设计上，除了要满足基本型汽车的性能要求外，还要满足专用功能的要求，这就形成了其自身特点，概括如下：
专用汽车设计多选用定型的基本型汽车底盘进行改装设计，这首先就需要了解国内外汽车产品，特别是货车产品的生产情况、底盘规格、供货渠道、销售价格及相关资料等。然后根据所设计的专用汽车的功能和性能指标要求，在功率匹配、动力输出、传动方式、外形尺寸、轴载质量、购置成本等方面进行分析比较，优选出一种基本型汽车底盘作为专用汽车改装设计的底盘。能否选到一种好的汽车底盘，是能否设计出一种好的专用汽车的前提。
对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的专用汽车，也应尽量选用定型的汽车总成和部件进行设计，以缩短产品的开发周期和提高产品的可靠性。
专用汽车设计的主要工作是总体布置和专用工作装置匹配，设计时既要保证专用功能满足其性能要求，也要考虑汽车底盘的基本性能不受到影响。在必要时，可适当降低汽车底盘的某些性能指标，以满足实现某些专用工作装置性能的要求。
专用汽车的生产特点是品种多、批量少，设计时应考虑产品的系列化，以便根据不同用户的需要而能很快的进行产品变型。对专用汽车零部件的设计，应按“三化”的要求进行，最大限度地选用标难件，或选用已经定型产品的零部件，尽量减少自制件。
对专用汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产特点。
对专用汽车工作装置中的某些核心部件和总成如各种水泵、油泵、气泵、空压机及各种阀等，要从专业生产厂家中优选 因专用汽车专项作业性能的好坏，主要决定干这些部件的性能和可靠性。
在普通汽车底盘上改装的专用汽车，底盘受载情况可能与原设计不同，因此要对一些重要的总成结构件进行强度校核。
专用汽车设计应满足有关机动车辆公路交通安全法规的要求对于某些特殊车辆，如重型半挂车、油田修井车、机场宽体客车等，应作为特定作业环境的特种车辆来处理。
某些专用汽车可能会在很恶劣的环境下工作，其使用条件复杂，要了解和掌握国家及行业相应的规范和标准，使专用汽车有良好的适应性，工作可靠，是要设安全性装置[20]。
然而，摆臂式垃圾车除了具有以上的特点外，还有自己独特的要求，就摆臂式垃圾车而言，它的显著特点就是对摆臂的要求高，不仅要加工工艺简单而且要符合强度的要求。
本设计中的摆臂式垃圾车是采用了双摆臂式，而且车斗可更换。
1.4 摆臂式垃圾汽车的设计内容
摆臂式垃圾车的整车设计，副车架的选取，举升机构力学分析，举升装置尺寸确定，车厢设计，液压系统主要性能参数计算和车厢时间的校核，整车性能分析，利用CAD软件建立自卸车举升机构的装配图以及零部件图。

第2章 摆臂式垃圾车底盘的选取

从目前垃圾车生产厂家的广告及市场上销售的摆臂垃圾车吨位来看，以二类底盘车改装的，装载质量在4吨左右的车型为多。本设计的摆臂垃圾车的设计目标吨位选为4吨，选取的底盘为东风二类底盘。
2.1底盘的选取
2.1.1汽车底盘选型要求
汽车底盘一般应满足以下要求：
（1）适用性
专用汽车底盘应适用于专用汽车的特殊使用功能要求,在此基础上进行改装造型设计；
（2）可靠性
汽车底盘工作可靠,出现故障的几率要小，零部件要有足够的强度刚度和使用寿命，并且各总成零部件的使用寿命趋于一致；
（3）先进性
所选汽车底盘,在动力性,经济性，操作稳定性，行驶稳定性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平，并且满足国家或行业标准；
（4）方便性
所选底盘要便于改装，检查保养及维修，结构紧凑与调试装配空间合理匹配[6]。
2.1.2底盘选型
我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足在国民经济的某一服务区域的特定使用要求，主要在已经定型的已有车型底盘基础之上，再进行车身及有特殊工作要求的装置的再设计，同时对已有的汽车底盘进行必要的更改，以达到满足工作需求的要求，具有合理的匹配,良好的性能。
专用车辆采用的底盘主要分为二类，三类和四类。二类底盘，是在整车的基础之上去掉厢体；三类底盘，是从整车上去掉货箱和驾驶室；四类底盘，是在三类底盘上再去掉车架总成后剩余的散件。
选取的底盘的好坏，直接影响到专用车的性能。在选取汽车底盘时，主要是根据专用车的用途，装载质量，使用条件，性能指标，专用装置或设备的外形尺寸及动力匹配等进行。目前，进80%的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。
选取二类汽车底盘进行改装设计时，重点工作是整车总体布置和有特殊工作需求的装置的设计，对底盘仅做辅助的性能分析和必要的强度校核，确保改装后的整车性能在基本上与底盘接近,达到合理的匹配。
2.1.3底盘的选取
根据以上，本设计所用底盘主要从东风汽油与柴油摆臂垃圾车底盘中选用。以下表2.1将两种底盘参数列出,进行比较：
表2.1 东风EQ1092FJ和EQ1092HJ底盘参数比较
底盘型号
EQ1092FJ
EQ1092HJ
额定载质量(kg)
4000
4000
整备质量(kg)
3550
5000
外形尺寸(mm)
6605*2364*2370
6910*2470*2475
发动机型号
EQ6100-1
YC6105QC
排量/功率(ml/kw)
5420/99
2800/105
钢板弹片数(前/后)
8/11+8
9/11+8
轴距(mm)
3950
3950
前轮距/后轮距(mm)
1810/1800
1810/1800
接近角/离去角(度)
34/19
34/19
前悬/后悬(mm)
1065/1590
1065/1895
燃油类型
汽油
柴油
轴数/轮胎数
2/6
2/6
轮胎规格
9.00-20
7.00-20
驾驶室准乘人数
3
3
最高车速(km/h)
90
95

由比较可以看到，EQ1092FJ和EQ1092HJ两种型号底盘在整体性能上相差无几，不同之处在于两种底盘汽车燃用的燃料。燃用汽油的汽车底盘在价格上略占有优势，但在燃料价格上，然用柴油的底盘具有长效优势。同时，然用柴油的底盘载重较大，功率稍大。因此选用EQ1092HJ作为本次设计的底盘。
2.2选用的底盘主车架的主要尺寸
由上选用的底盘EQ1092HJ底盘,其主车架尺寸如下：
表2.2 东风EQ1092HJ底盘主车架尺寸 (单位：mm)
主车架的长度
6285
主车架的高度
1300
主车架上面尺寸到地面高度
755
主车架的厚度
250
2.3垃圾车质量参数的估算
额定载重质量是摆臂垃圾车基本使用性能的参数。由上面的叙述知道，本设计的垃圾车辆额定载质量定位4000kg。
整车整备质量也是摆臂垃圾车的重要性能参数。在摆臂垃圾车车厢的设计过程中，主要采用同类产品提供的数据进行估算整车整备质量。整车整备质量包括底盘质量、底盘以外外加的副车架、车厢、摆臂、厢斗以及液压系统等装置的质量，是加够各种油液料后的空车质量。本设计的垃圾车整车整备质量估算为5000kg。
装载质量 选取为
整车整备质量 估算为
驾驶员质量 65kg/人,额定载员3人,
汽车总质量是指装备齐全，装满额定货物后的汽车质量，包括驾驶员在内的额定载员质量。即：
。
2.4本章小结
本章按确定的设计目标，根据底盘选取的原则和要求，主要对东风汽车汽油EQ1092FJ底盘和柴油EQ1092HJ底盘进行了对比，选择了这次设计的底盘，给出了选用底盘的主要参数,并对所设计的摆臂式垃圾车质量参数的估算。

第3章 摆臂式垃圾车车厢结构设计

3.1车厢设计
1.车厢外形设计
车厢在运输中起到承载的作用，其由两部分组成。一部分用于盛放垃圾厢斗，将其设计成平面，底部与车厢大梁焊接；另一部分用于约束和放置摆臂液压缸、支撑约束摆臂，放置支腿和支腿液压缸，将其设计成两片平行钢板通过点焊联结后再分别与车厢大梁和车厢侧壁焊接，实现两部分的一体(在本设计中称为U型钢板)。同时，车厢与驾驶室之间设计隔离厢板，与驾驶室空留一段距离,起到安全和便于维修检查的作用。车厢示意图见图3.1。

图3.1 车厢示意图
2.车厢选材
在全面分析车厢的工作条件、受力状态、工作环境和零件失效等各种因素的前提下，选用Q235工程用钢材。
3.2摆臂式垃圾车车箱斗外形设计
3.2.1厢斗形状的确定
摆臂式垃圾车的厢斗一般分为方形和船形两种形式。方形用于地坑式放置，船形置于地面，以便适用于公共场所、街道、生活区的垃圾收集。为了增加垃圾的运送量和汽车的运输效率，加强实用性，本设计采用多边形厢斗。
3.2.2厢斗的尺寸设计
与同类产品进行比较，EQ1092HJ底盘垃圾车厢斗载重容积约在6~10立方米之间，拟设定长*宽*高为2300*1760*1400，即其厢斗容积：

在常用容积之内，即车箱斗的长，宽，高选为：
表3.1 车厢尺寸 （单位：mm)
车厢长度
2300
车厢宽度
1760
车厢高度
1400
车厢钢板厚度
2
车厢加强肋厚度
32
车厢加强肋宽度
30

厢斗采用多边形状，实现吊装、吊卸、倾卸的方便。其结构见示意图3.2。

图3.2厢斗示意图
3.2.3厢斗选材
1.厢斗钢板选材
在遵循满足使用性能要求，较好工艺性和较好经济性的前提下，厢斗选用选用Q235工程用钢材。
2.厢斗工程硬塑选材
工程塑料的一般选用原则：具有良好的使用性能，优良的工艺性及合理的经济性。
（1）使用性能，使用性能是选材考虑的主要问题。
（2）工艺性能，材料加工的工艺流程要适合批量生产。
（3）经济性能，选择材料的经济性是当前注意的问题。
考虑到厢斗的使用条件和使用环境，工程塑料的选择要满足耐腐蚀性的要求，要有长期受酸、碱及其他腐蚀性介质侵蚀，抵抗各种强酸、强碱、强氧化剂和有机溶剂等化学介质腐蚀的能力，同时其热胀系数要小，粘附性要好。
满足以上要求，可选用硬聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氯化聚醚等，为适应经济性原则，选择硬聚氯乙稀作为设计所用材料。
3.3摆臂式垃圾车举升机构的设计
摆臂式垃圾车的举升机构均采用车厢两侧双杠举升，采用液压驱动。举升机构主要由液压缸体，摆臂和悬挂链条组成，主要完成装载和倾卸放置。
摆臂式垃圾车对倾卸机构的设计要求如下：
（1）装载机构应保证在设计的载荷下连续正常工作，工作循环不大于40s；
（2）装载机构应能在任何工作位置上停留。在满载提升过程的中间位置上停留5min，其提升液压油缸的活塞杆的沉降量不大于10mm；
（3）倾卸料的卸料角(包括后翻和侧翻)不应小于45度；
（4）卸料机构每个工作循环(从卸料动作开始至复位)时间不应大于60s；
（5）倾卸机构在满载的情况下，在倾卸角为20~25度位置上停留5min，其举升液压缸的活塞杆沉降量不应大于10mm。
当进行厢斗的装载时，液压缸外伸的活塞杆拉动摆臂，带动与摆臂相连的链条，将厢斗安稳举升到车厢上；进行厢斗的卸载时，液压缸的活塞杆推动摆臂做类似的动作，实现厢斗的卸载；进行垃圾的倾倒时，将吊置在摆臂上倾倒用的铁链挂到厢斗的勾环上，打开后箱体的锁削，当液压缸推置厢斗到一定高度时，箱体后部被链条勾住抑制了后箱体的运动，此时随着液压缸的继续举升，箱体前半部分随之抬高，后厢盖在自重和垃圾货物的压力下，自动打开，完成了垃圾的倾卸[1]。
3.3.1摆臂液压缸的选用
由于液压缸要完成摆臂的升降，所以液压缸选择单杆双作用液压缸，在两侧各放置一个，液压缸后座绞接固定在车厢上，活塞杆的一端和摆臂的一处合适位置绞接。
3.3.2摆臂的设计
1.摆臂结构设计
摆臂呈工字型，摆臂的两侧下端与U型钢板绞接，上部用拉杆将两侧摆臂连接，在略低与拉杆处的摆臂上安置能够随着厢斗的翻转而跟随着连接在其上的链条转动的滑动轴，在摆臂的中部安置用于卸料并带有链条的挂环。见示意图3.3。
图3.3 液压缸示意图

图3.4 摆臂示意图
2.摆臂选材
在进行摆臂的刚度、强度及弯曲变形校核的前提下，考虑到较好的工艺性及合理性的经济性，摆臂选用Q235工程用钢材。
3.摆臂链接链条长度应用说明
摆臂链接的铁链长度尽量实现能够刚好满足厢斗与摆臂滑动轴之间的距离，防止厢斗在起吊的时候厢斗底部与车厢造成过大的摩擦。
3.3.3摆臂的受力分析
摆臂的受力分析可按吊装和倾卸两种工况进行讨论。受力分析如图3.1所示。

图3.5 吊装、吊卸工况摆臂受力分析
1.吊装、吊卸工况
o点为油缸与车架的铰接点，A点为油缸与摆臂的铰接点；双作用油缸作用力Fa的大小和方向随摆臂的转动而改变，并为摆臂转角β的单值函数；B点为吊链位置，B0为吊卸初始状态的吊链轴位置；B1为吊链在吊装工况初始状态的位置。Γa为油缸轴线与x轴的正向夹角。
摆臂式垃圾汽车的吊装和吊卸过程中，摆臂受力的两个典型工况：当B点位于B1点时，摆臂可以从下极限位置吊装货箱；当B点位于B0点时摆臂可以从车架上吊卸车斗。
当吊装车斗时，计算公式如（3.1）取摆臂为分离体：
由ΣMp=0，得：
（3.1）
式中 Fax、Fay—油缸作用力Fa在x轴、y轴上的投影（N）；
油缸上铰支点A1的X、Y坐标值（m）；
Ge—吊装重力（N）；

上式可以进一步整理成公式（3.2）：
（3.2）
继续整理后得到公式（3.3）：
（3.3）
由公式（3.3）计算出来的Fa值为油缸提供负载依据，同时它也为摆臂强度和刚度计算提供依据。
有知道摆臂在下限位置时，摆臂转角为，，，，式中α为与的夹角。将上三公式代入式（3.3）得：
（3.4）
式中为结构几何尺寸，均可通过计算获得。
当摆臂处于吊卸初始位置时，B点位于B0，，根据上述分析同理可得：
（3.5）
式（3.4）和（3.5）分别给出了和时油缸所受的推力和拉力。通常情况下，以和作为选用油缸和摆臂强度计算的依据。
具体计算结果如下：

当摆臂在下极限位置时：

当摆臂在吊卸位置时：

2.倾卸工况
由于倾卸工况所需油缸的推力和拉力远小于吊装、吊卸工况所需的油缸作用力，故对油缸作用力和摆臂受力和摆臂受力不予以讨论。通过分析计算，求出吊链所受的最大拉力，以便对吊链进行强度校核。倾卸工况受力分析如图3.6所示：

图3.6倾卸工况吊链受力分析
倾翻初始，左吊链受力为：
（3.6）
公式中的和由本身的结构尺寸决定。
当车斗倾卸到最大倾翻角时，左吊链受力为：
（3.7）同理公式中和也有自身的机构决定。通常的情况下左、右吊链尺寸、规格均相同时，故设计时只取和中较大值作为选取吊链的依据。事实上，当车斗倾卸到最大角度时，车斗内的垃圾所剩不多，故一般情况下，>.。
计算结果如下：

由公式（3.6）得：
3.3.4摆臂的设计计算与校核
根据图（3.5）结构分析得PB位置为重要位置，所以分析PB位置，根据总布置可以将摆臂简化成以下简支梁：

图3.7摆臂简化简支梁
对PB进行受力分析：

图3.8 PB受力分析
根据摆臂材料体积估算摆臂重为150㎏。
由以上得到：

根据得

得到：

得到：
因为，所以,方向向下。
选取摆臂材料为Q235号钢，其许用应力为，许用安全系数， 画出摆臂的剪力图和弯矩图，摆臂的危险截面点为A点。
图3.9 摆臂剪力图
图3.10摆臂弯矩图
摆臂横截面高度h可按经济条件（结构质量最小）计算确定有：
（3.8）
式中：M—摆臂承受的最大合成弯矩（以作业斗的额定载荷处在最大臂幅时计算）
—厚高比（ ）
得到：

（3.9）
得到：B=85mm

摆臂截面图如下：

图3.11摆臂截面图
惯性矩：
（3.10）
= 0.0000065
（3.11）
由上式得出摆臂式安全的。
3.4支腿的设计
1.支腿的结构设计
支腿在料斗卸料，在厢斗的提升过程中或者需要时可以独立打开，其结构形状设计成三角形状，采用液压缸实现支腿的打开与伸缩收回。见识意图3.12。

图3.12 支腿示意图
2.支腿的液压缸的选用
由于支腿液压缸在工作的过程中，起到打开与收缩支腿的作用，选用双作用单杆液压缸，其结构形状同摆臂液压缸。
3.支腿选材
在参考同类车型支腿材料选用的基础上，考虑到支腿的受力，选用Q235作为支腿材料。
3.5总体结构设计
由以上对摆臂式垃圾车车厢各结构形状的设计说明，进行优化组合后，可得整车形状结构，如下示意图3.13。

图3.13 整体结构示意图

3.6本章小结
本章主要对摆臂式垃圾车的车厢、厢斗、摆臂及支腿的结构形状设计进行了说明，对摆臂进行了详细的计算与校核，对关键位置进行受力分析，确保达到要求，确定了本设计的结构设计图样，为下一章的设计计算奠定了基础。

第4章 摆臂式垃圾车副车架设计

4.1副车架的截面形状及尺寸

（2）从发动机飞轮后端取力
从飞轮后端取力的特点是取力器不受主离合器影响，传动系统与发动机直接相连，取力器到工作装置距离短，传动系统简单可靠，取力功率大，传动效率高。此种方案应用较广，适用于平头式汽车改装的大中型混凝土搅拌车。
2.变速器取力
（1）从一轴取力
从变速器一轴取力的布置方案又称为变速器上置式取力方案。此种方案取力器叠置于变速器之上，用一惰轮与一轴常啮合齿轮啮合获取动力，需要改制原变速器顶盖。此种应用方案应用很广，自卸车冷藏车垃圾车等一般均采用此种方案。
（2）从中间轴齿轮取力
此种取力方案较为常见，又称侧置式取力，又分为左侧和右侧布置方案。
3.传动轴取力
传动轴取力方案是将取力器设计成一个独立结构，置于变速器输出轴于汽车万向传动轴之间，固定在汽车车架上不随传动轴摆动、伸缩。设计时使用可伸缩的附件传动轴与其相连，并应注意动平衡与隔振、消振。
4.分动器取力
分动器取力布置方案主要用于全轮驱动的牵引车、汽车起重机，用来驱动绞盘或起重机构。从取力器到工作装置间可采用机械传动或液压传动。
本设计中的取力器取力方案，选用从变速器一轴取力，取力器型号为云梦新宇轮箱制造有限公司生产的420NB2－010C。
5.5本章小结
本章主要对摆臂垃圾车液压系统中摆臂的液压油缸和油泵、支腿的液压油缸和油泵进行了计算选型；对液压系统的油箱容积和油管管径进行了计算；对液压系统中用到的各种液压阀进行了型号选择；给出了液压系统的操纵方式，整车的液压系统原理及原理图，以及取力器方案的选择和取力器的选取。

第6章 东风摆臂式垃圾汽车主要性能计算

专用汽车性能参数计算是总体设计的主要内容之一，其目的是检验整车参数选择是否合理，使用性能参数能否满足要求。主要的性能参数计算包括整车的动力性计算、经济性和稳定性计算。
6.1动力性计算
6.1.1发动机外特性
发动机外特性是指发动机油门全开时的速度特性，是汽车动力性计算的主要依据。
在外特性图上，发动机的输出转矩和输出功率随发动机转速变化的二条重要特性曲线，为非对称曲线。工程实践表明，可用二次三项式来描述汽车发动机的外特性，即
（6.1）
式中 ——发动机输出转矩，（N·m）；
——发动机输出转速，（r/min）；
、、——待定系数，由具体的外特性曲线决定。
1.已知外特性曲线时，根据外特性数值建立外特性方程式
如果知道发动机外特性曲线时，则可利用拉格朗日三点插值法求出公式（6.1）中的待定系数、、。在外特性曲线上选取三个点，即、，、，、，依拉氏插值三项式有:
（6.2）
将上式展开，按幂次高低合并，然后与（6.1）式比较系数，即可得三个待定系数、、。
2.无外特性曲线时，按经验公式拟合外特性方程式
如果没有所要的发动机外特性，但从发动机铭牌上知道该发动机的最大输出功率及相应转速和该发动机的最大转矩及相应转速时，可用下列经验公式来描述发动机的外特性:
（6.3）
式中 ——发动机最大输出转矩（N·m）；
——发动机最大输出转矩时的转速（r/min）；
——发动机最大输出功率时的转速（r/min）；
——发动机最大输出功率时的转矩（N·m），。
由公式（6.1）和公式（6.3），可得
（6.4）
发动机外特性曲线是在室内试验台架上测量出来的，应对台架试验数据用修正系数进行修正，才能得到发动机的使用外特性。
6.1.2汽车的行驶方程式
汽车的动力性可由汽车的行驶方程式表示，其计算公式为：
（6.5）
式中 ——驱动力，N； ——滚动阻力，N；
——坡道阻力，N； ——空气阻力，N；
——加速阻力，N。
1.驱动力
后栏板起重运输汽车在地面行驶时受到发动机限制所能产生的驱动力与发动机输出转矩的关系为：
（6.6）
式中 ——变速器某一挡的传动比；
——主减速器传动比；
——传动系统某一挡的机械效率；
——驱动轮的动力半径（m）；
——发动机外特性修正系数。
2.滚动阻力
后栏板起重运输汽车的滚动阻力由下式计算：
（6.7）
式中 ——后栏板起重运输汽车的总质量（Kg）；
——道路坡度角（°）；
——滚动阻力系数。
3.坡道阻力
后栏板起重运输汽车上坡行驶时，整车重力沿坡道的分力为坡道阻力，其计算公式为：
（6.8）
4.空气阻力
大量试验结果表明，汽车的空气阻力与车速的平方成反比，即
（6.9）
式中 ——空气阻力系数，专用汽车可取为0.5～0.9；
——迎风面积（m2），可按估算，为轮距（m），为整车高度（m）。
5.加速阻力
加速阻力是汽车加速行驶时所需克服的惯性阻力，有：
（6.10）
式中 ——汽车加速度（m/s2）；
——传统系统回转质量换算系数。
的计算公式为
（6.11）
式中 ——车轮的转动惯量（Kg·m2）；
——发动机飞轮的转动惯量（Kg·m2）；
——车轮的滚动半径（m）。
进行动力性计算时，若不知道、值，则可按下述经验公式估算值：
（6.12）
式中 。低挡时取上限，高挡时取下限。
式中 （6.13）
6.1.3动力性评价指标的计算
衡量汽车动力性能的评价指标有三个，即最高车速、最大爬坡度和加速性能。1.车速
根据最高车速的定义，有, , ，由式（6.12）可得：

将式（6.8）代入上式，有：

因
所以令 （6.14）
又因 , ，可确定专用汽车的最高车速为：
（6.15）
2.最大爬坡度
当汽车以最低挡稳定速度爬坡时，有，为简化，可设，则由式（6.15）可得：
（6.16）
对上式两边以为自变量求导，可得：
（6.17）
当时，取最大值，此时有：
代入式（6.17），可得：

令 （6.18）
则
对上式进行整理后可得：

当时，，但实际上滚动阻力总是存在，并且滚动阻力系数愈大，汽车爬坡能力愈小。因此上式中应取负号，又因，则上式可简化为
（6.19）
由此可得到专用汽车的最大爬坡度，为：
（6.20）
3.加速度
专用车辆在水平路面上的加速度的计算公式如下：
（6.21）
专用车辆在某一挡位加速过程中最大加速度可由的极值点求出，令：
得到极值点的车速为
（6.22）
将（6.21）式代入（6.25）式，可得专用汽车在该挡时的最大加速度为：
（6.23）
6.1.4摆臂式垃圾汽车整车动力性计算
1.摆臂式垃圾汽车整车的有关参数见表6.1和表6.2。
表6.1 与计算有关的整车参数
名称
符号
数值与单位
发动机最大功率

105KW
发动机最大功率时的转速

2800r/min
发动机最大转矩

402N·m
发动机最大转矩时的转速

1800r/min
车轮动力半径

0.450m
车轮滚动半径

0.472m
主减速比

5.571
汽车列车迎风面积

4.680m2
汽车列车总质量(满载)

9000Kg

表6.2 东风摆臂式垃圾汽车变速器速比
挡位
1
2
3
4
5
倒挡

7.31
4.31
2.45
1.54
1.00
7.66
系数、、、和的确定结果如表6.3所列，回转质量换算系数如表6.4所列。
表6.3 动力性计算需确定的有关系数
名称
符号
数值
发动机外特性修正系数

0.90
直接挡时传动系效率

0.90
其它挡时传动系效率

0.87
空气阻力系数

0.7

滚动阻力系数

0.0086

0.000148
表6.4 质量换算系数的计算结果
挡位
1
2
3
4
5
倒挡

2.633
1.587
1.280
1.169
1.050
2.790
2.确定发动机外特性曲线的数学方程
由于没有所要的发动机外特性，故采用经验公式拟合外特性方程式。
将表（6.1）中相关数值代入公式（6.5），可得
N·m

即得发动机外特性的数学方程如下：

3.计算各挡位时的系数、、、和的值
依据公式（6.11）和（6.12），将上面确定的有关参数分别代入计算，计算的结果
如表6.5所列。
表6.5 各挡位的、、、和的计算结果
挡位

1
－0.5534
0.6011
0.4667
－88200
0.1357
2
－0.1964
0.3324
0.2999
－88200
0.5848
3
－0.6347
0.1278
0.1964
－88200
0.2650
4
－0.1459
0.5921
0.1236
－88200
0.9353
5
－0.3230
0.2014
0.7822
－88200
0.4354
倒挡
－0.5436
0.7854
0.4468
－88200
0.1304