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<3>举升角70°（注：参考车型使用的是复合缸，本课题使用的是 二级液压缸，力臂受限，初步将举升角调为50°（一般自卸货车车厢的举升角在45°-65°之间））。

因此,最终选择的是液压缸应顶起尺寸为7200x2300x1100(mm）、重达17t的车厢，并且要顶起的举升角是50°。

3.3总体研究步骤安排

为了保证整个设计过程的顺利进行，必须先进行必要的设计步骤安排，具体内容如下：

（1）确定液压缸的类型，为了考虑问题的简便性，选择双级液压缸，且使我们常见的单活塞双作用液压缸；

（2）完成液压缸在车厢底部铰接位置的优化，因为不同的位置将决定液压缸的受力情况，竟而决定了液压缸的型号；

（3）根据选定的液压缸无杆腔内的压强和流量，确定液压泵的类型和参数；

（4）根据选定的液压缸无杆腔内的压强和流量，确定电磁方向控制阀、电磁比例调速阀的类型和参数；

（5）用MATLAB软件设计整个液压系统的控制模型，选择合理的控制方式，并进行模型相关参数的修改；

（6）将控制模型转换为相应的数学模型，求出相应的传递函数；

（7）在MATLAB环境下，对数学模型进行仿真，并对仿真结果进行分析，看是否与所要求的相符合。

4 液压缸的选择

4.1 液压缸选择概述

在液压系统的设计中，液压缸的设计是整个设计过程的起点，也是关键环节。因为液压缸相当于执行机构，它能否按预先的规定完成运动是整个设计的目的。

对于液压缸的设计，类型选择的是单活塞双作用液压缸，其参数的确定，这里采用的是迭代法。具体步骤如下：

（1）根据所要顶起重物的质量，先按估算选一个适当的液压缸型号进行后续计算；

（2）利用相关的液压缸铰接位置点优化算法，确定液压缸在车厢底部的位置； （3）对于已经确定车厢底部位置的液压缸，计算出每个缸的实际受力大小，看所得到的受力情况是否符合液压缸的规定的受力范围。若是实际受力大于该型液压缸规定的受力，那么就表明不符合要求，根据它们之间的差值继续选择适当的液压缸型号重复上述步骤的计算；若是实际受力小雨液压缸规定的受力，

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那就表明所选用的液压缸符合要求，可以选用。

4.2 液压缸铰接位置点的优化与型号的确定

传统的确定自卸汽车液压举升机构铰支点位置的方法是根据整车的结构参数先初定铰支点的位置，再按此位置选择合适的油缸，最后用作图法求出各铰接点的位置。这种方法虽然能用，但费力，随意性大，大多数情况下仅满足要求，未能实现结构的优化，特别是最初开始举升时，阻力最大，导致液压系统油压偏高，影响使用寿命；且能耗大，不经济。这里是运用几何模型、数学推导和Excel进行一系列优化处理的方法，得出理想的铰接点位置。 4.2.1几何模型的建立和数学推导

如右图6所示，O点是货车车厢后端与车架纵梁的铰接点，A点是液压缸与车架的铰接点，B点是液压缸活塞端部与车厢底部的铰接点，B1点是A铰接点对应的在垂直方向上的与车厢底部的交点，B2点是车厢举升到最大位置处（最大举升角为50°）时，活塞端部与车厢底部的铰接点，OC是车厢的长度尺寸（7200mm）。AB是液压缸没有伸出时的原长，AB2是液压缸伸出最长时的长度，当然这是由所选用的油缸规格决定的。在进行问题研究时，我们

只知道上述已知量的情况下，我们可以在?OAB和 图6 ?OAB2中运用数学相关知识求的A、B点的位置。首先，利用余弦定理，在?OAB中： AB2?OA2?OB2?2OA?OB?COS?AOB

经换算得

OB?OA?COS?AOB?(OA?COS?AOB?OA?AB) (1)

222122因为A点是沿下底边移动的，现在假设A点由M点移动到下底边的最远点，每一点就会相对应一个|OA|，现在可以每隔50mm取一个值，M点是A的起点，每一个A点又对应着一个?AOB,当然|AB|是已知的，这样就可以算出相对应的OB?和OB?。当OB?>OA时，取OB?，其余取OB?。由图形可知，OB?中的B?是B点本身，OB?中的B?是B1点。在?AOB2中：

AB2?(OA?OB2?2OA?OB2?COS(?AOB?50?)) (2) 因为|AB|的长度不变，那么每个A点对应着一个B点，|OB2|?|OB|,这样我们就可以算出与之相对应的|AB2|的长度。

当然上述的计算过程都是由EXCEL里完成的。最终在求得的|AB2|中，看

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哪个与我们选择的液压缸最大长度近似，那一组数据就是我们所要的最优化的数据。

4.2.2液压缸参数的确定

经Excel优化的值，就相当于确定了液压缸在车厢底部的位置，此时我们就可以利用整个车厢受力平衡理论来计算。首先，设一个理想模型，假设货车所拉的货物在车厢上是均匀分布的，其分布密度为q，液压缸初始位置与车厢的角度是α，因为从理

论上分析，液压缸从静止 图7 状态开始举升时，其阻力矩是最大的，以后是逐渐减小的，同时在举升过程中如果逐步卸货，其阻力矩减小的更快。所以在研究时，只要液压缸在举升初始时满足要求，那么也能满足举升过程中的要求。

如图7所示，对沿O点的力矩计算：

1q?|OA|?|OA|?F?|OC|; （3） 2其中 |OC|?|OB|?sin? ；q?|OA|?G

所以可以求得F值，因为液压缸的个数是3，在理想情况下，认为3个缸

是均布受力的，所以每个缸要承受的力是F/3.看看F/3是否大于所选定的液压缸的最大许用力。若是大于，就说明不符合；若是小于，说明可以使用。

4.3 液压缸各参数的确定

经过迭代计算和excel优化，其详细步骤见附录1，最终确定液压缸的型号：C25ZBN2SSI 200/125 - 530GⅢ - K352.5;其具体表达意义如下：

C--差动缸； 25--最大工作压力为25Mpa； ZB--中部摆轴式； N--带内置式位移传感器；

2--内置式位移传感器编号； SSI--内置式位移传感器输出代号； 200--缸径（mm）； 125--杆径（mm）； 530--行程（mm）； G--英制标准（圆柱管螺纹）； Ⅲ --DIN加强螺纹； K352.5--摆轴位置（mm） 其部分重要尺寸参数：

缸径D=200mm；杆径d=125mm；P使用?20MPa；

最大许用推力F1?628.20KN;最大许用拉力F2?382.80KN;

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根据行程优化系列表格，选取优化行程s=530mm；L1?S?540mm；

S液压缸最短行程：L16???1?332.5?150?0.5?530?747.5mm;

23S??1?332.5?150?1.5?530?1277.5mm； 液压缸最长行程：L16?2其他部分相关参数如下表1： 25（矿物油） 最大工作压强P/MPa 液压缸全长公差/mm 静态试验压力Ps/MPa 37.5(矿物油) 装配长度=固定长 度+行程 允许偏差 适用介质 矿物油、其他介质 0-500 ?1.5 工作温度/°C -20-80 501-1250 ?2 运动黏度1251-3150 ?3 介质黏度/mm2/s 2.8-380 最高运行速度m/s 0.5 3151-8000 ?5 表1 根据其已知参数，代入到上述数学模型所得到的方程的解： OB1?1802mm;BB1?445.8mm;OB?OB1?BB1?1356.2mm;AB1sin???0.8027;ABF?562.18KN

4.4小结

上面求解的液压缸的各项参数皆符合本课题预先设计的要求。

首先，考虑液压缸所承受的负载，其应包括惯性负载、工作负载、摩擦负载。当然因为工作负载远大于惯性负载和摩擦负载，所以惯性负载和摩擦负载可以忽略不计。可知

每个缸的负载=工作负载=F/3=187.39KN;

F187.39?103?5.968MPa； 其次，液压缸所承受的压强：P??S1???0.0441无杆腔的流量：Q?V?S?0.05???0.04?1.57L/S?94.2L/min。

45 液压泵的选择

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