12吨摆臂式自卸汽车改装设计毕业论文.doc

目 录

摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
第1章 绪论 3
1.1选题的背景目的及意义 3
1.1.1选题的背景 3
1.1.2目的及意义 3
1.2 国内外研究现状 3
1.3专用汽车的设计特点 6
1.4 设计研究的主要内容 7
第2章 底盘车架的选择与改装 8
2.1二类底盘的选择 8
2.2主车架的改装 9
2.2.1主车架的钻孔与焊接 9
2.2.2主车架加强板得设计 10
2.3副车架的设计 10
2.3.1副车架的截面形状及尺寸 11
2.3.2加强板的布置 12
2.3.3副车架的前端形状及安装位置 12
2.3.4纵梁与横梁的连接设计 13
2.3.5副车架与主车架的连接设计 15
2.4本章小结 15
第3章 总体布置设计 17
3.1 专用汽车总体布置原则 17
3.2车厢的设计 17
3.3最大举升角的确定 18
3.4 摆臂机构的设计 18
3.5液压系统的设计 19
3.6取力器的选择 20
3.7本章小结 22
第4章 总体参数性能分析校核 23
4.1主要尺寸参数 23
4.1.1外廓尺寸 24
4.1.2轴距与轮距 24
4.1.3前悬与后悬 24
4.2质量参数 24
4.2.1装载质量 24
4.2.2整备质量 25
4.2.3总质量 25
4.2.4轴载质量 26
4.3总体性能计算分析 26
4.3.1发动机的动力性 27
4.3.2燃油经济型计算 28
4.3.3动力性评价指标 30
4.3.4整车动力性计算 31
4.3.5燃油经济性计算 35
4.3.6摆臂自卸汽车稳定性计算 36
4.4本章小结 39
结论 40
参考文献 41
致谢 42
附录A 43
附录B 46

第1章 绪论

1.1选题的背景.目的及意义
1.1.1选题的背景
2009年，中国汽车产业提前走出金融危机的阴影，全年汽车产销量突破1300万辆，跃居全球第一位，其中商用汽车产销突破330万辆（含专用汽车130万辆），同比增长超过30％。汽车市场的繁荣为我国专用汽车行业的发展创造了条件。当前，我国专用汽车产业正处于快速发展阶段，产业结构、经济规模和技术水平发生了深刻变化，专用汽车企业与底盘生产企业的融合不断深入，专用汽车已成为传统汽车产品转型升级的重要方向和载体。
1.1.2目的及意义
随着经济的发展，城市规模不断扩大，城市人口快速增长，城市垃圾量急剧上升，其处理越来越受到人们的重视。摆臂式自装卸汽车是专用汽车的一种，摆臂式自装卸汽车可以平移起落货箱，它同时具有货物和箱体自动装卸的功能，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箱体功能，装料时一般均将箱体卸下降低装料高度，装满料后，则将箱体自动装车并运输。该车使用方便，运输效率高，依据其机动灵活的特点被广泛应用于中小吨位货物和垃圾的。
1.2国内外研究现状
自卸车指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆。根据驱动模式的不同还分为6X4，8X4以及半挂自卸车。根据用途的不同还分为矿用自卸车，用于运输煤矿，沙石；环卫绿化自卸车，用于运输垃圾等。根据车厢翻动的方向还有前举式和侧翻式自卸车。目前还有双向侧翻自卸车，主要应用于建筑工程。近几年，国民经济的快速发展，使得自卸车成为市场热点，其产销量大幅度增长，据统计，自卸车在中重型卡车市场需求量上约占百分之四十的份额，成为卡车市场的兵家必争之地。我国自卸车的发展向重型化和轻型化两极发展。2009年1季度，重卡销量同比下滑39.16% ，3月自卸车独挑大梁。2009年1季度重卡销量共计101800辆，比去年同期(167323辆)下滑了39.16%。在3月销售的10万多辆重卡中，自卸车占到了相当大的比重，部分企业自卸车的销量占到总销量的近一半甚至更多。如自卸车占到欧曼重卡总销量的45%，占到东风柳汽总销量的50%以上，占上汽依维柯红岩总销量的80%以上；自卸车也是重汽、陕汽、华菱这3家企业的销售重点。自卸车的热卖，与国家基础设施建设的拉动密不可分。在主销产品价格方面，3月重卡销售主要集中在20万元以上的中高端车型。如红岩的金刚、特霸，东风天龙等车型。在销售区域方面，很多重卡企业销售的重点区域集中在西部地区，由于灾后重建的因素，四川当之无愧地成为了重卡销售的重点市场。当然，各企业在传统的优势地区依然扮演着重要角色，如华菱在东南沿海一带、上汽依维柯红岩在华北地区等。在自卸车迎来发展良机的同时，载货车也不甘落后，特别是对于一些以载货车见长的企业来说，载货车仍占据了总销量的大部分比重。2009年上半年，国内重卡市场增长远远好于年初的预期。国家的政策支持直接导致3、4月份工程类重卡走俏;4月中下旬之后,工程类重卡新增和更新需求逐渐放缓,重卡市场步入了以牵引车销售为增长动力的行情,延续了回暖走势。8月份，重卡销售5.68万辆,环比增长5.93%,同比增长71.84%。半挂牵引车销量继续好转。短期看,重卡业还将受益于计重收费带来的卡车重型化深度变迁中,国家积极的财政政策将带来重卡业的渐进式复苏。目前,各项宏观经济指标显示物流回暖,出口亦有复苏,重卡业形势良好。预计2009年汽车全行业销售1247万辆,同比增长33%左右。其中:重卡销售57万辆,同比增长5.5%。随着重卡销量快速回升,全年销量略有增长,利润增长主要来自毛利率的提高。2010年行业将完全恢复正常,预计销量增长幅度在15%左右,从而带动利润的持续增长。
2008年底，国务院推出了拉动内需的4万亿投资计划，其中大部分资金投向了基础设施建设领域。政府提出的十项规划中强调要加快保障性安居工程建设、加快农村基础设施建设、加快铁路及公路和机场等重大基础设施建设、加快地震灾区灾后重建等要求。这些项目的建设将需要相当数量的重型卡车，这对于重卡行业尤其是重型自卸车来说，产生明显的拉动作用。随着2009年基础建社的开工和灾后重建工作的逐步完工，对重型自卸车的需求是逐月增加。2009年虽然重型货车总销量前5个月出现以3月为最大值，开口向下的抛物线状，但是重型自卸车逐月不降反升，对重型货车的贡献度是逐月增大。目前我国有重型自卸货车生产企业90多家，但主要的生产企业仅有十多家，这十多家企业占据着市场85%的份额，这十多家企业中最大部分企业仅有一个重卡品牌，所以企业的高度集中必然带来品牌的高度集中。09年1-5月我国的重型自卸货车品牌主要集中在福田、东风等前12个品牌上，这12个品牌占据着该行业80%以上的市场份额。其余品牌占据着市场不到20%的市场份额。由于重卡市场的起伏与国民经济的发展脉搏几乎同步，因此，上半年重卡的销售走势，背后反映出国内GDP及投资指数的逐渐复苏。但是每年的基建工程是上半年开工，而上半年重型货车销售的60-70%都是自卸车，下半年自卸车销量至少会下降一半。
随着我国工业化与城镇化的同步加速，中国专用汽车市场仍将保持高位需求。2020年之前，中国仍将处于工业化和城市化同步加速的发展阶段，具有投资规模大、产业链长、加工度高、中间产品多、增长持续时间长的特点，且由于我国资源分布很不均匀，中部原煤产量高，东部钢材产量大，运输强度依然很高，专用汽车产业发展面临机遇。
到2020年前中国商用车市场将保持年均9%左右的增长速度，从而为专用汽车的发展提供良好的发展空间。庞大的基础设施建设项目将给工程类专用汽车带来极大的需求空间和市场增量，高等级公路建设总量依然巨大，带动修建公路的工程车辆、维护公路的特种作业车辆、公路运营车辆的快速发展。同时，我国能源消耗总量巨大，能源物资的运输也会扩大专用车总需求量。
城市化进程加快，城市功能的提高，对建筑、环卫、园林、电力、通信、公安、司法、机场、金融以及各类商业运输等城市建设和服务方面的专用汽车将产生较大的需求;物流业的快速发展，也将极大带动厢式汽车、保温、冷藏汽车、半挂厢式汽车等专用汽车的快速发展。
国际专用汽车产业正加速与中国专用汽车行业的合资合作步伐和力度。同时，中国政府为促进汽车产业更快、更好地发展下去，也相继出台了各项政策与标准法规，包括国家汽车产业发展政策、国家汽车产业调整和振兴规划等，这些政策为专用汽车产业的发展创造了条件。
随着经济发展及物流效率的提升，中重型专用车的需求结构和需求特性将发生显著变化，公路用车比重将平稳增长，以公路使用为主的物流类和作业类专用车市场发展空间将更为广阔，工程类专用车比重会逐年下降到一个相对稳定的状态。
目前商用车产品的技术水平很低。这主要是由目前的现实国情所决定：购车能力低，驾驶者收入低;运输的货物价值量低;标准低，管理不严;行走路况差，很多商用车不走高速公路。随着这些情况的改变，如购买能力不断提高，运输货物价值也随高品质、高附加值产品需求上升，国家节能标准法规、安全标准法规等加速出台和提高以及国家高速公路网的形成，商用车产品高端化趋势将越发明显，商用车产品升级对专用车将提出更高的要求。
现在，国外专业车企业在新结构，新材料，标准化模块等方面引领着时代潮流，主要表现在以下几个方面：
1. 新结构新材料的应用
国外轻量化新材料主要为铝合金，高强度钢，塑料及复合材料等。各大汽车企业都已把这些轻量化材料的多少作为衡量汽车制造技术和新材料开发水平的重要指标。
与普通钢材相比，铝合金的特点是质量轻，耐腐蚀性好，易于加工等，但是成本较高。相比铝合金，高强度钢材料应用上存在弹性模量高，刚性好，耐磨性强，耐冲击性好及较高的疲劳强度等优势。而塑料业广泛应用于工具箱，挡泥罩等。
2. 标准化及模块化设计
国外车辆的标准化程度较高，许多企业都采取总成模块化设计理念，一些集成化的零部件如护栏，爬梯，备胎架，保险杠总成等均由专门的零部件厂商提供。整车生产企业采用螺栓等可拆卸的装配方式将这些集成零件与整车装配，极大地提高了生产效率，也方便维修。
近年来，我国交通与基础设施建设的加快，为自卸车的发展创造了契机。我国的专用汽车企业纷纷参与国际市场竞争。但我国的自卸车在材料，结构，技术含量，耐久性及安全性等方面与欧美产品还有很大差距
1.3专用汽车的设计特点
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：
1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。
2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。
3针对专用汽车品种多、批量少的生产持点
专用汽车设计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 图1—1为菜厂牵引车、半挂车和全挂车系列型谱。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。
4对专用汽车自制件的设计，应遵循单件或小批量的生产持点工的可能性。
5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。
6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。
7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。
8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。
综上所述，专用汽车的设计有其自身的特点和要求，既要满足汽车设计的一般要求．同时又要获得好的专用性能。这就要求汽车和专用工作装置合理匹配，构成一个协调的整体，使汽车的基本性能和专用功能都得到充分发挥。
由于专用汽车种类繁多、结构复杂、使用面广、开发期短等待点，所以专用汽车设计人员．
既要具备汽车设计的知识相能力．向时也要掌握专用汽车各种不同工作装置的原理与设计计算。此外专用汽车设计人员还需要对用户的要求，市场动态有充分的了解，这样设计的产品才能在性能上先进，在市场上适销对路，在使用上满足用户的要求。
1.4设计研究的主要内容
二类底盘的选择，总体布置，摆臂机构的设计，副车架的设计，支腿的设计，取力器的选用，液压系统的选择与布置，改装车性能校核，CAD绘制装配图，零件图等。

第2章 底盘车架的选择与改装

2.1二类底盘的选择
目前．改装专用汽车选用的底盘主要是二类或三类汽车底盘，也有为某些专用汽车设计的专用底盘。汽车底盘的选择或设计专用底盘主要根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形尺寸、动力匹配等来决定。
目前我国对于常规的厢式车、罐式车、自卸车等通常是采用二类汽车底盘改装设汁。这是目前专用汽车设计中选用底盘型式最多的一种。所谓二类汽车底盘，即在基本型整车的基础上。去掉货箱。在改装设计的总布置时，在没有货箱的汽车底盘上，加装所需的工作装置或特种车身。采用二类汽车底盘进行改装设计工作的重点是整车总体布置和工作装置设计。在设计时若严格控制了整车总质量、轴载质量分配、质心高度位置等，则基本上能保持原车型的主要性能。但是，还要对改装后的整车重新作出性能分析和计算。
对客车、客货两用车、厢式货车等则通常采用三类汽车底盘改装设计。所谓三类汽车底盘，—般是在基本型车的基础上，去掉货箱和驾驶室。近年来，我国乘用车发展很快，对乘用车使用性能的要求也在不断提高，再用原来的三类汽车底盘改装的客车已越来越不受欢迎。因此，各类专用客车底盘应运而生。这些专用客车底盘的基本特点是利用基本型总成，按客车性能要求更新进行整车布置，更新设计悬架系统。这种底盘不仅在质心位置、整车性能特别是平顺性方面有很大的变化，而且在传动系统和动力匹配、以及制动系统等总成方面也有较大的改装设计。
目前在用普通汽车底盘作改装设计时．把更换了发动机的底盘，如将汽油发动机改换成柴油发动机．亦当作三类底盘处理。
无论选用二类或三类汽车底盘，很难完全满足某些专用汽车的性能要求。例如用普通汽车底盘改装厢式货车、存在质心过高，轴荷分配不合理的问题；改装消防车，首先是底盘车速就达不到要求；改装客厢式专用车，存在平顺性差的问题。因此，可以这样说，若要使我国的专用汽车上质量、上档次，一定要开发出一些具有特点的专用汽车底盘。
在专用汽车底盘或总成选型方面，一般应满足下述要求：
1) 适用性
对货运车用的总成应适应货运要求，保证货运安全无损；对乘用车用的总成应适于乘客的需要．达到乘座安全舒适；对各种专用改装车的总成应适于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装选型设计，例如各种取力器的输出接口等。
2) 可靠性
所选用的各总成工作应可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命，且同一车型各总成零部件的寿命应趋于均衡。
3) 先进性
所选用的底盘或总成．应使整车在动力性、经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺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。而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。
4) 方便性
所选用的各总成要便于安装、检查、保养和维修。处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。在选用专用汽车底盘时，除了上述因素外，还有以下两个很重要的方面：一是汽车底盘价格，它是专用汽车购置成本小很大约部分，一定要考虑到用户可以接受。这也涉及到专用汽车产品能否很快地占有市场、企业能否增加效益等问题。二是汽车底盘供货要有来源，要同生产汽车底盘的主机厂有明确的协议或合同，无论汽车底盘滞销或紧俏，一定要按时将底盘供货。
本文设计的摆臂式自卸汽车自卸车是在CA1120专用汽车底盘的基础上改装设计而成的。
2.2主车架的改装
主车架是汽车底盘上各总成及专用工作装置安装的基础，改装时受到的影响最大，因此，要特别引起注意。
2.2.1主车架的钻孔和焊接
主车架是受载荷很大的部件，除承受整车静载荷外，还要受到车辆行驶时的动载荷，为了保持主车架的强度和刚度，原则上不允许在主车架纵梁上钻孔和焊接，应尽量使用车架上原有的孔。如果安装专用设备或其它附件，不得不在车架上钻孔或焊接时．应避免在高应力区钻孔或焊接。主车架纵梁的高应力区在轴距之间纵梁的下冀面和后悬的上冀面处。因为这些部位纵梁应力较大，钻孔容易产生应力集中。
对于主车架纵梁高应力区以外的其余地方需要钻孔或焊接时，应注意以下事项：
1) 尽量减小孔径，增加孔间距离，对钻孔的位置和孔径规范，应满足图2.1和表2.1的要求。
表2.1 主车架钻孔的尺寸要求
尺寸
车型
重型车
中型车
轻型车
孔间距/mm
A
>70
>60
>50
B
>50
>40
>30
C
>50
>40
>30
孔径/mm
Φ
<15
<13
<11

图2.1 主车架钻孔的孔径和孔间距
2) 在纵梁翼面高应力区外的其它部位钻孔，只能在中心处钻一个孔，如图2-1所示。
3) 在纵梁的边、角区域亦禁止钻孔或焊接，如图2.2、图2.3所示的区域即为不允许钻孔和焊接加的部位。因为在这些部位进行钻孔或焊接，极易引起车架早期开裂。

图2.2 主车架纵梁禁止钻孔区

图2.3主车架纵梁禁止焊接区
4) 严禁将车架纵梁或横梁的男面加工成缺口形状。
本课题中由于主车架与副车架之间的连接选用止推连接板形式，故主车架不用考虑钻孔，只需考虑焊接的位置得当。
2.2.2主车架加强板的设计
1) 设主车架纵梁加强板的条件
主车架改装时，为了减少车架纵梁的局部应力。或者为了使车架加长后仍能满足强度和刚度的要求，对装载质量增加；轴距和总长发生变化，使车架采用中部拼接或尾部加长时；为了使车架高应力区(危险断面)满足强度和刚度的要求，同时又使车架在某一区间的截面尺寸变化不致太大，这些情况，常常在车架纵梁上采用加强板。
2) 加强板的形状
加强板的截面形状推荐选用L型，其厚度应不小于车架厚度的40％。L型加强板的冀面应贴合在车架纵梁翼面受拉伸的一边。加强板的端头形状应逐步过渡，如切成小于45°的斜角，或在端头中部开光滑槽，如图2.4所示。
3) 加强板的布置
加强板布置的合理，可以有效地减少车架的应力。若布置不合理，则可能使车架产生应力集中。为了避免应力集中，加强板的端头位置不应在刚度变化部位和集中载荷作用的地方。例如，应使加强板的端头和副车架的端头充分重叠一部分或使二者相互离开足够的距离，如图2.5所示。
4) 加强板的控制
加强板和主车架的固定最好采用铆接。加强板末端和铆钉孔之间的最小距离为25mm，铆钉的间距为70～150 mm。当铆接有困难时，可在加强板上加工孔塞焊于纵梁胶板上，塞焊孔直径为20～30 mm，塞焊孔与加强板端部的最小距离为25mm，孔间距为100～170 mm。

图2.4 加强板的湍头形状
1-主车架纵梁；2-加强板

图2.5 加强板的合理布置
1-加强板；2-主车架纵梁；3-副车架
2.3副车架的设计
在专用汽车设计时，为了改善主车架的承载情况，避免集中载荷，同时也为了不破坏主车架的结构，一般多采用副车架(副梁)过渡。本车在工作中受较大的弯曲应力。因此，本车副车架纵梁采用两根抗弯性能较好的平直槽行梁。
在增加副车架的同时，为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架上的应力集中，所以对副车架的形状、安装位置及与主车架的连接方式都有一定的要求。
2.3.1副车架的截面形状及尺寸
专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同，多采用如图2.6所示的槽形结构，其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷的大小。对于随车起重运输车的副车架来说，在安装起重装置的范围内，应按如图2-7所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来，以提高副车架的抗扭和抗弯能力。

图2.6 副车架的截面形状

图2.7 加强后的副车架截面形状
1-副车架；2-腹板

图2.8 加强腹板的位置
参照国内外总质量相近车型的副车架纵梁端面尺寸，确定副车架纵梁端面尺寸为200、65、10mm。
2.3.2加强板的布置
车架中部(液压举升机构位置)所受弯曲、扭曲最大，因此在这一区域应加加强板，考虑到零件的工艺性，由于下翼板所受弯曲应力较大，因此，加强板紧贴下翼板，为了避免下翼板由于钻孔而导致抗弯强度下降，除与后加强板重叠部位，该加强板主要与腹板连接。
在纵梁上加上加强板，加强板端头区域车架容易产生集中应力。为了降低应力集中，加强板端头形状有三种设计方式，见图2.9

图2.9 加强板的三种设计方式
本副车架为了批量生产时工艺简单，采用了图2-9（a）U型的端头形状
2.3.3副车架的前端形状及安装位置
1) 在保证使用可靠的前提下，为了提高挠曲性，减小副车架刚度，应尽量减少副车架的横梁，以减少对纵梁的扭转约束。
2) 副车架油缸支承横梁与翻转轴横梁形成框架。油缸支承横梁应尽量靠近后悬架前支承处的横梁，最好能位于后框架之内。因为这段主车架变形小，所以副车架对其扭转约束力也相应减弱，同时保证了举升机构的几何特性。

路和桥梁设计载荷标准的依据。
所谓轴载质量分配是指车辆某一轴的承载质量占整车总质量的百分比，应分空载和满载两种工况考虑。
改装后的专用汽车轴载质量分配应尽量和原车型靠近。对于单车在满载条件下，长头车的前轴质量应达到25％，平头车的前轴质量应达到30％，对于半挂汽车列车，在空载时，鞍式牵引车驱动桥轴载质量至少应达到汽车列车总质量的25％。
在确定轴载质量分配时，还应满足以下原则：
1) U轮胎磨损均匀。例如对于4×2型单胎车辆，前、后轴应各占1／2，对于4×2型后双胎车辆，前轴应占1／3，而后轴应占2／3。
2) 允许轴载质量的限制。允许袖裁质量有相应的限值及系列标准。
3) 轮胎负荷系数。所谓轮胎负荷系数是指轮胎所受到的静负荷与轮胎额定负荷之比。一般取0.9～1。
4) 操纵稳定性。要求改装后的专用汽车在各种工况下，应具有一定的不足转向。
本文所设计的摆臂式自卸汽车前后轴允许最大轴载质量分别是4400kg和8400kg。
4.3总体性能计算分析
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。最基本的性能参数计算包括动力性计算、经济性和稳定性计算。
本设计中的摆臂式自卸汽车总体性能参数如表4.2
表4.2摆臂式自卸汽车的性能参数
名称
符号
数值与单位
发动机额定功率

132
发动机额定功率时的转速

2300
发动机最大转矩

650
发动机最大转矩时的转速

1400
车轮动力半径

0.509
车轮滚动半径

0.509
主减速比

6.77
汽车列车迎风面积

5
汽车列车总质量(满载)

12500

4.3.1发动机的动力性
发动机外特性是专用发动机的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。
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，可用经验公式来描述发动机的外特性:
（4.2）
公式中：——发动机最大输出转矩；
——发动机最大输出转矩时的转速；
——发动机最大输出功率时的转速
——发动机最大输出功率时的转矩,。
（4.3）
由公式（4.2）和公式（4.3）得出

（4.4）
所以，根据表4.2的数据
a = =-1.26
b =
c = 650-
应该指出的是发动机外特性曲线是在室内试验台架上测量出来的。台架试验时发动机未带空气滤清器、水泵、风扇、消声器、发电机等附件，且试验工况相对稳定，即能保持试验时发动机的水、机油温度在规定的数值内。带上全部附件设备时的发动机恃性曲线称为使用外特性曲线。使用外特性的功率小于外特性的功率。因此应对台架试验数据用修正系数μ进行修正，才能得到发动机的使用外特性。
4.3.2 汽车行驶方程式
摆臂式自卸汽车在直线行驶时，驱动力和行驶阻力之间存在如公式（4.5）的平衡关系，
（4.5）
式中：——驱动力，（）； ——滚动阻力，（）；
——坡道阻力，（）； ——空气阻力，（）；
——加速阻力，（）。
其中每项的计算公式如下：
1、驱动力计算

（4.6）
2、 行驶阻力的计算
（4.7）
3、力的平衡方程
（4.8）
4、驱动平衡图
如果按上面的驱动力计算公式作曲线，并且按汽车在平路上等速行驶时的阻力公式作曲线，则得汽车的驱动平衡图。图4.2是自卸汽车的驱动力平衡图。利用该图可以分析汽车的动力性。如果图中上述两种曲线的交点对应的车速 ，就是该汽车的最高车速。
对以上公式进行整理得：
（4.9）
又 （4.10）
（4.11）

图4.2 自卸汽车的驱动力平衡图
式中
A =
B =
C =
C = -mg
4.3.3 动力性评价指标
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、 最高车速
根据最高车速的定义，
（4.12）
将滚动阻力方程式代入上式，可得：

所以令 （4.13）
又因 , ，可确定专用汽车的最高车速为：
（4.14）
2、 最大爬坡度
当汽车以最第挡稳定速度爬起时，可得：
（4.15）
将上式两边以为自变量求导，可得：
（4.16）
当时，a取最大值，此时：
代入式（3.21），可得：

令 （4.17）
对上两式整理可得：
（4.18）

因为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，所以上式中应取负号，又因，上式可简化为

或 （4.19）
式中：——专用车辆的最大爬坡度，%。
3、 加速度
专用车辆在平坦路面上的加速度的计算公式如下：
（4.20）
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：

但可得摆臂自卸汽车在该挡加速时的最大加速度(m/s2)如下：
（4.21）
4.3.4整车动力性计算
1、 确定动力性计算所需的有关系数
系数、、、和的确定结果如表4.4所列，可按下述经验公式估算值：
=1++i
式中=0.03 ~ 0.05。低档时取上线，高档时取上限。

表4.3 各档传动比如下
挡位
1
2
3
4
5
倒挡
i
7.258
4.193
2.485
1.687
1.000
6.777
计算得：
一档 ：=1+0.03+0.03(7.258)=2.61
二档 ：=1+0.03+0.03(4.193)=1.56
三档 ：=1+0.04+0.04(2.485)=1.29
四档 ：=1+0.05+0.05(1.687)=1.19
五档 ：=1+0.05+0.05(1.000)=1.10
倒档 ：=1+0.03+0.03(6.777)=2.41
表4.4 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
f
0.017

0.000148

2、确定发动机外特性曲线的数学方程
采用前面介绍的拉氏三点插值法来拟合该发动机的外特性曲线。
即得发动机外特性的数学方程如下：

3、计算摆臂自卸汽车的最高车速
将直接档（第五档位）、、、和值代入式（4.14），可得该摆臂自卸汽车的最高车速为

其中五档的、、、计算分别为：（主减速比为i=6.33）
k=0.000148

=
D= =55.9
4、计算最大坡度
将最低档（第一档位）、、、的值代入式（4.17），可得：

其中一档的、、、为

=
=198473529.3
将E代入式（4.19），可得：

摆臂自卸汽车的最大爬坡度为：

5、最大加速度
将各档的、、的值代入式（4.21）有：

二档的、、、、分别为

=
=3553128.542
三档的、、、、分别为

=
=370105.4381
四档的、、、、分别为

=
=59925.207
倒档的、、、、分别为

=
=13169595.01
表4.5 各档、、的值

一档
-184.73
198473529.3
2.61
二档
-35.75
3553128.5
1.56
三档
-7.57
370105.4
1.29
四档
-2.482
59925.2
1.19
五档
-0.289
3124.8
1.10
倒档
-150.42
13169595.01
2.41

所以，各档加速度分别为
表4.6 各档的最大加速度
档位
1
2
3
4
5
倒档

1.663
1.652
1.146
0.767
0.421
0.622
4.3.5 燃油经济性计算
摆臂自卸汽车的等速百公里油耗可以根据发动机的负荷特性或万有特性来计算。
首先根据摆臂自卸汽车的行驶车速计算出相应的发动机转速
(r/min) （4.22）
然后由摆臂自卸汽车在该车速时的行驶阻力计算出发动机的转矩（平坦路面上匀速行驶时，=0，=0）
（4.23）
根据和的计算值，在万有特性图上查出有效燃油消耗率（g/kW·h），在利用下式计算百公里燃油消耗量（L/100km）：
(4.24)
式中：——燃油的重度，N/L。
柴油可取=7.94N/L~8.13N/L,取ρ=8.00 N/L。
随着车速的不同，各档位燃油消耗量也不同，下面来计算一下摆臂自卸汽车在直接档时经济速度（40~50km/h）下的燃油消耗量，代入式（4.22）得
(r/min)
由式（4.23）得

N·m
由式（4.24）得
L/100km
4.3.6摆臂自卸汽车稳定性计算
由普通汽车底盘改装成的专用汽车，其质心位置均较普通货车为高，其原因是由于副车架或工作装置的布置，使装载部分的位置提高了，因此需对整车的静态稳定性重新进行计算。
对摆臂自卸汽车，不仅要对运输状态进行稳定性计算，对作业状态的稳定性也应进行计算，如汽车在举升卸货时，就有纵向或侧向失稳的可能性。
（1）摆臂自卸汽车运输状态稳定性计算
分析专用汽车的静态稳定性，首先应计算出整车的质心位置。当摆臂自卸汽车的总布置基本完成后（见总装配图），即可对该车的质心位置进行计算。
计算时可根据已有的资料，或利用试验结果，也可用计算方法来确定专用车各总成的质量及其质心位置坐标，然后按照力矩平衡方程式，求出整车的质心位置。
轴矩为3750mm，整车重心离前轴长为2093mm，离后轴长为1657mm。重心离地高度估算为h=1270mm。
车辆的稳态稳定性是指车辆停放或等速行驶在坡道上，当整车的重力作用线越过车轮的支承点(接地点)，则车辆会发生翻倾。若整车的重力作用线正好通过支承点则车辆处于临界的倾翻状态，此时的坡度角称为最大倾翻稳定角。
另一方面，当车辆停放在坡道或在坡道行驶时，若坡道阻力大于附着力时车辆由于附着力不足而向下滑移，同样也会出现失稳，其最大滑移角仅取决于车轮和路面间的附着系数，有：
（4.25）
由于侧翻是一种危险的失稳工况，因此，为避免侧翻，依据测滑先于侧翻的条件有：
取摆臂自卸汽车轮胎和普通混凝土路面间的横向附着系数=0.7，则专用汽车的最大侧倾稳定角不小于。
图4-3为侧向稳定的临界状态，有：

图4.3侧偏稳定性的临界状态图
式中：B——轮距（m）
所以摆臂自卸汽车的横向稳定性能够保证。
（2）摆臂自卸汽车卸货时稳定性计算
在横向坡道摆臂倾卸时侧向稳定性，可按下式计算：
（4.26）
式中、——分别为摆臂自卸车底盘和货箱及货物举升后的质心高度(m) ;
——分别为摆臂自卸车底盘和货箱及货物的质量(kg);
——摆臂自卸车的总质量〔kg)。
B——轮距（m）
根据总布置得：

B=1.8m
横向最大侧倾稳定角为：

所以，本设计中的摆臂自卸汽车满载卸货时，最大侧倾稳定角，此时能够保证摆臂自卸汽车卸货不会发生横向