王晓波, 孙利民
(1.新乡职业技术学院,河南新乡 453006;2.郑州大学力学与工程科学学院,郑州 450001)
自卸车卸载货物时,能够在货厢被举升向后倾斜式自动打开后栏板,使货物靠重力自动从货厢中卸出,不仅节省人力,而且节省时间,效率高,在工程中大量使用。各个厂家对其自卸装置也不断进行设计改进,其中对举升机构及液压系统研究较多,而对后栏板开启装置研究不多。单光学对后栏板的固定支座进行了改进,但只是增大了一些后栏板的开度[1];在自卸车的自动翻转中,很多运用了平面连杆机构的工作原理,如在车厢升降系统和后门锁紧装置中都应用了四杆机构原理[2];唐桂云也对连杆放大式举升机构进行了优化设计[3]。目前,连杆机构在后栏板的自动开启装置中还没有过多的应用,本文就根据货厢被举升过程的运动特点,设计了连杆结构来实现后栏板的开启和关闭。
图1 后栏板翻转装置
后倾式自卸车货厢被举升缸举升时,后栏板绕货厢上的固定支座的销轴旋转,并且,后栏板与货厢间打开的角度随着货厢后倾角度的增加而加大,货物顺着倾斜的货厢从打开后栏板处卸出来,见图1。目前使用的后栏板翻转机构虽然结构较简单,但是后栏板的打开是被动的,而且打开时状态不稳定,关闭时容易和货箱之间产生冲击,使后栏板容易变形。
考虑到自卸车货厢以及后栏板在卸货时都是绕轴转动,因此可以把二者都简化成杆件,由此设计出一种连杆机构来实现后栏板的开启和关闭。整体机构结构图见图2。摇杆底座固定在汽车车架上,摇杆一端与摇杆底座用销轴铰链连接,摇杆的另一端与连杆一端铰链连接,连杆底座固定在货厢上,连杆中间部位与连杆底座铰链连接,连杆的另一端与拉杆用铰链连接,拉杆的底座固定在车厢后栏板下端,拉杆一端与拉杆支座铰链连接。在货厢被举升倾斜上升的同时后门随之向上摆动打开,随着车厢上升角度的变大,后门摆动打开的角度变得更大,在车厢回位时车厢后门随之下落直到回归原位,并将后栏板压在货厢后门上。为使后栏板平稳打开,在车厢两侧各安装一套机构。
图2 后栏板自动翻转机构示意图
将货厢和后栏板简化成杆件,绘制机构运动简图见图3。摇杆和货厢固定在机架上,连杆底座固定在货厢上,连杆上开有槽,连杆和货厢通过底座上的销轴铰接,连杆与拉杆铰接,拉杆与后栏板铰接,这样组成平面铰链机构,主动件为货厢,从动件为后栏板。整个机构有5个构件,7个转动副,由平面机构自由度计算公式:F=3n-2PL-PH,算得该机构自由度为1,因此机构能顺利运动。
图3 后栏板自动翻转机构运动简图
该机构中的摇杆、拉杆和后栏板均为二力杆,受力容易分析,在货厢刚被举升倾斜上升时,连杆左端受到摇杆拉力的作用,相对货厢逆时针转动,使连杆右端上升,带动拉杆上升,拉杆受到拉力的作用,同时给后栏板一沿着拉杆的拉力,该拉力对后栏板的有效拉力为垂直于后栏板分力,开始时为水平分力,为最小值,将后栏板拉开,随着货厢倾斜角度的增大,拉杆对后栏板的有效拉力也随之增大,从而能使后栏板翻转。
对于各种后卸式自卸车,可以根据以上的分析进行具体的设计,能够方便地确定各构件的尺寸,对车辆进行改装。
对普通的自卸车后栏板翻转装置进行研究,发现普遍使用的翻转装置需要人去打开后栏板,而且卸货时容易对后栏板造成冲击,长期使用会使后栏板变形,影响车辆的正常使用。通过设计后栏板自动翻转装置,不仅可以实现自动翻转,而且不容易冲击,提高了效率。该机构结构和受力简单,杆件的尺寸容易设计,有利于在各种自卸车上推广安装。
[1] 吴虹飞.自卸车货箱后栏板翻转装置设计改进[J].专用汽车,2009(2):59.
[2] 宋喜秀.四杆机构在自卸车设计中的运用[J].重型汽车,2008(2):14-15.
[3] 唐桂云.自卸车连杆放大式举升机构设计[J].专用汽车,1995(4):27-31.