重型自卸汽車設(shè)計(jì)中經(jīng)常選用三角臂組合式傾卸機(jī)構(gòu), 應(yīng)用的是鉸鏈四連桿機(jī)械通常對自卸汽車傾卸機(jī)構(gòu)的計(jì)算是以三角臂為受力分析的研究對象; 而若全面表達(dá)傾卸機(jī)構(gòu)的受力狀態(tài), 則須將傾卸機(jī)構(gòu)作為受力分析的研究對象。實(shí)踐證明, 后者明顯優(yōu)于前者, 具有應(yīng)用的廣泛性和較強(qiáng)的實(shí)用價值。
1 引言
自卸汽車通常采用液壓傾卸機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動卸載。目前, 多數(shù)重型自卸汽車的傾卸機(jī)構(gòu)選用三角臂組合式。它一般由車廂、三角臂、拉臂和副車架組成鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu), 通過動力源——液壓油缸的作用而產(chǎn)生舉升運(yùn)動, 實(shí)現(xiàn)自卸汽車的自動卸載功能。以總質(zhì)量20t 的重型自卸汽車為例, 采用兩種方法對三角臂組合式傾卸機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析, 并進(jìn)行比較。
2 三角臂組合式傾卸機(jī)構(gòu)的工作原理
三角臂組合式傾卸機(jī)構(gòu)由三角臂ABC 、拉臂EC 、油缸OB 等組成, 如圖1 所示。點(diǎn)A 為車廂支架與三角臂之鉸接點(diǎn); 點(diǎn)B 為油缸與三角臂之上鉸接點(diǎn); 點(diǎn)C 為拉臂與三角臂之鉸接點(diǎn); 點(diǎn)E 為拉臂與副車架之鉸接點(diǎn); 點(diǎn)H 為車廂架之鉸接點(diǎn), 點(diǎn)O 為油缸與副車架之下鉸接點(diǎn)。
當(dāng)傾卸機(jī)構(gòu)工作時, 液壓油缸無桿腔進(jìn)油, 使油缸OB 伸長, 驅(qū)動三角臂ABC 和拉臂EC 轉(zhuǎn)動升高舉起車廂, 使車廂繞點(diǎn)H 傾翻卸載。貨物卸完后, 油缸停止進(jìn)油, 并打開回油閥, 車廂靠自身重量落回原位。其運(yùn)動簡圖如圖2 所示。
3 傾卸機(jī)構(gòu)的受力分析
3.1 以三角臂為受力研究對象的受力分析
對傾卸機(jī)構(gòu)進(jìn)行力的分析, 通常的作法是把其中的三角臂、拉臂等視為分離體, 分別作為研究對象進(jìn)行受力分析。
設(shè)三角臂為一個獨(dú)立體, 由于三角臂的質(zhì)量與有效載荷質(zhì)量(車廂自身質(zhì)量與車廂載荷質(zhì)量之和) 相比很小, 故可忽略三角臂與拉臂等構(gòu)件間鉸接處的轉(zhuǎn)動摩擦阻力及各構(gòu)件的慣性和慣性力矩, 則使三角臂受力簡化, 如圖3 所示。從圖3 中可以看到, 三角臂僅受傾卸機(jī)構(gòu)中的油缸推力f 、拉臂拉力f 1 及車廂支架力f 2 作用。根據(jù)平面匯交力系平衡的幾何條件, 車廂支架力f 2 必通過油缸OB 與拉臂EC 的交點(diǎn)D 。在該平衡力系中, 油缸推力f 是拉臂拉力f 1 和車廂支架力f 2 的合圖3 以三角臂為研究對象的受力分析力平衡力。
以上分析只是表示了三角臂的受力方向, 卻不能表示出力的大小, 同時也沒有把車廂與副車架之鉸接點(diǎn)的車廂鉸接力f 3 考慮進(jìn)去, 這是一個不小的缺陷。
若以車廂為受力分析的研究對象, 則其除受有效載荷質(zhì)量形成的重力W 作用外, 還要受方向相反的車廂支架力f 2 的反作用力和車廂鉸接力f 3 的作用, 形成一個平面匯交力系, 因此f 2、f 3 二力的合力即是重力W 的平衡力。與前述對三角臂進(jìn)行的受力分析組合在一起, 才是對整個傾卸機(jī)械完整的受力分析。
3.2 以傾卸機(jī)構(gòu)為受力分析研究對象的受力分析
采用以傾卸機(jī)構(gòu)為研究對象的幾何受力分析。如圖4 所示, 首先作垂直于副車架的有效載荷質(zhì)量W的重心線NJ 與車廂支架力f 2 的延長線AN 交于N 點(diǎn), 連接NH , 作NH 的平行線JU , 則NU 為車廂支架力f 2 的代數(shù)值, JU 為車廂鉸接力f 3 的代數(shù)值; 作拉臂EC 的平行線與油缸OB 的平行線UV 交于V點(diǎn), 則NV 、UV 分別為拉臂拉力f 1、油缸推力f 的代數(shù)值。由受力分析圖得知, 在傾卸機(jī)構(gòu)中, 拉臂所承受的拉力最大, 油缸推力次之, 均大于重力W , 說明在三角臂組合式傾卸機(jī)構(gòu)中三角臂并沒有起到使油缸推力節(jié)省的作用。而這種機(jī)構(gòu)由于其舉升位置點(diǎn)A 在車廂中部, 因此對車廂結(jié)構(gòu), 特別是承受載荷較大的重型自卸汽車車廂結(jié)構(gòu)十分有利。
4 結(jié)論
以三角臂為研究對象的方法, 運(yùn)用平面匯交力系平衡和平面力偶理論, 計(jì)算思路清晰明了, 計(jì)算精度較高, 計(jì)算過程復(fù)雜程度一般。但是, 對整個傾卸機(jī)構(gòu)來說, 由于缺少車廂鉸接力f 3, 不能全面表達(dá)傾卸機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件的受力情況, 即使受力分析時考慮到f 3 的存在, 若采用力矩的方法解出f 3 代數(shù)值, 計(jì)算過程就變得比較復(fù)雜。
以傾卸機(jī)構(gòu)為研究對象的方法則全面表達(dá)了該機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件的受力情況, 而且將復(fù)雜的力學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)換成平面幾何的代數(shù)運(yùn)算, 避免了力學(xué)計(jì)算中可能出現(xiàn)的錯誤或失誤, 但計(jì)算過程略顯繁瑣。由于計(jì)算機(jī)的廣泛普及, 解決這一問題已不是什么難題, 只要根據(jù)其分析、計(jì)算原理編制一個固定的計(jì)算程序, 輸入一組或多組數(shù)據(jù), 不僅很快得到結(jié)果, 還可以對整個傾卸機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)者對傾卸機(jī)構(gòu)中各力的數(shù)值精度要求不是很高時, 完全可以免除計(jì)算, 直接在按比例繪制的受力分析圖上用標(biāo)尺量出各力的代數(shù)值。特別是當(dāng)需要車廂升到某一角度時的各力的代數(shù)值時, 以傾卸機(jī)構(gòu)為研究對象的方法就顯得簡單和方便得多。實(shí)踐證明, 該方法具有很強(qiáng)的操作性和實(shí)用價值。
