厢式面包车液压尾板的设计分析

单光朋 田杰 冯梓陌 方慧 胡惧

摘要：本文根据液压尾板工作过程中的主要动作，对整体机构的尺寸进行设计;确定举升机构的转角范围;对液压缸缸筒和活塞杆进行设计计算，选择液压泵;用CATIA V5软件对液压尾板进行三维建模，虚拟装配和运动仿真;用ANSYS软件对液压缸缸筒以及活塞进行有限元分析，以验证是否满足设计要求。

关键词：液压尾板;三维建模;运动仿真;有限元分析

0  引言

目前，液压尾板主要用在载货汽车上。为了满足厢式面包车装运货物的需求，有必要针对性地设计一款可折叠在车厢内的液压尾板，以实现货物的举升。将液压尾板折叠在车内可节省车厢底部和车门外部的空间，方便随时打开使用，且充分利用车内空间，有别于市场上已经存在的产品类型，以便于多元化发展。

1  厢式面包车液压尾板机构综合设计

由车体尾部基本尺寸可初步设定起始状态L1=750mm，与承载尾板相连的举升臂长度L2=700mm，连接平行四杆机构与承载尾板的活动摇臂的长度L3=660mm，尾板外观厚度H0=10mm，如图1。

由图2可知，当尾板在举升过程中到达与车厢底面平齐位置时，H1为固定底座到车门的距离，H2为此时车门距承载尾板的长度。根据所选车辆的尾部参数，可初步确定尾板宽L4=950mm。

当尾板位于起始位置，即最高位置时，举升液压缸的伸缩杆与水平面呈90°夹角，此时转角α=79°;当尾板下降到与车厢底面平齐时，H1=200mm，H2=33mm，L2=700mm，L3=660mm，此时转角为70°;当尾板位于终止位置，即尾板下降到接触地面时，由汽车尾部参数可知，F点与G点垂直距离为500mm，即车厢地板到地面的距离，此时转角为13°。综合上述分析，可确定转角α的转动范围是13°～79°。

2  液压尾板液压传动系统的设计

综合考虑设计的总体方案，选用单活塞杆液压缸作为执行元件，且活塞缸选用差动连接，保证往返出力和速度相同，令无杆腔为工作腔[1]。

2.1 液压缸缸筒的设计和计算

液压缸内径和缸筒壁厚分别按下式计算

式中，D为液压缸内径;F为液压缸推力;P为选定的系统工作压力;[σ]为许用应力，为141MPa;py为缸筒试验压力，为6MPa。

2.2 活塞杆的设计与计算

活塞杆直径和强度分别按下式计算

2.3 液压泵的选择

本设计将工作压力设置为4MPa选用低压齿轮泵，由于该类液压泵污染敏感度不高，故同时可以为其配备过滤精度较低的滤油器[2]。

3  液压尾板三维建模与运动仿真

运用CATIA V5根据設计尺寸分别绘制承载面板，液压油缸，举升机构等草图，然后运用[多截面实体]、[凸台]等命令建立三维模型;选定液压尾板为固定件，点击[固定约束]，然后再使用[相合约束]、[全部更新]等工具完成装配，如图3所示;确定各相关部件的运动副形式，应用运动仿真工作台模拟液压尾板运动。

4  基于ANSYS的液压尾板有限元分析

首先添加材料属性，进行网格划分[3]。分别选择液压缸缸底和活塞的吊耳内圆柱面作为受约束面，使无相对运动的轴线保持相合固定，仅释放Y轴的旋转自由度。分别选择缸筒内壁及缸底，以及活塞大端作为受力面，液压缸的工作压力为4MPa，对其进行1.25倍载荷的施加[4，5]，键入数值为5MPa。

由图4和图5可知缸筒和活塞的最大应力分别为179.3MPa，1853.1MPa，均不超过许用应力，故满足设计要求。

5  结论

本文将液压尾板设计成折叠在车内的形式，不仅能够收拢在车厢内，而且能够展开并前后和升降运载货物，具备一定的承载能力，牢固可靠实用性强且使用方便，还可以有效延长汽车尾板的使用寿命，有别于市场上已经存在的产品类型。

参考文献：

[1]杨永梅.探讨小型地面钻机给进液压缸设计[J].世界有色金属，2018（20）：217-218.

[2]张宇.液压泵的选择、安装及调试[J].化学工程师，2004，18（12）：29-30.

[3]田丽红，吴继胜，史磊.双出杆长行程液压缸的有限元分析[J].锻压装备与制造技术，2018，53（6）：49-51.

[4]吴世超.基于ANSYS的挤压机液压缸的有限元分析[D].内蒙古：内蒙古科技大学，2015.

[5]程东霁，胡雯婷，雷定中.汽车尾板举升机构的设计及有限元分析[J].皖西学院学报，2014，30（2）：49-51.