陳曼龍劉俠康青山

重型載貨汽車駕駛室自解鎖翻轉(zhuǎn)機構設計*

陳曼龍1劉俠2康青山3

（1.陜西理工學院；2.中航飛機起落架有限責任公司燎原分公司；3.西安燎原液壓有限責任公司）

在介紹重型載貨汽車駕駛室采用解鎖軟軸解鎖的液壓翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作原理基礎上，指出了采用解鎖軟軸解鎖液壓翻轉(zhuǎn)機構存在的技術問題，提出了采用自解鎖駕駛室液壓翻轉(zhuǎn)機構的解決方案。設計了采用解鎖油缸進行自動解鎖的駕駛室翻轉(zhuǎn)油缸裝置，分析了自解鎖油缸設計要點，并給出了設計結構。經(jīng)試驗驗證可知，所設計的自解鎖翻轉(zhuǎn)機構操作簡單，不易發(fā)生故障。

重型載貨汽車駕駛室廣泛采用液壓翻轉(zhuǎn)機構[1]。為確保安全，駕駛室必須配置有機械鎖止裝置[2]，比如棘爪棘齒機構，其通過駕駛室下落時先讓棘爪脫開棘齒，翻轉(zhuǎn)油缸再驅(qū)動駕駛室下降的方法，以保障液壓元件失靈時維護人員的安全[3]。這就造成要翻轉(zhuǎn)駕駛室必須先打開機械鎖止機構，然后再操作液壓裝置翻轉(zhuǎn)駕駛室的操作過程。由于駕駛室翻轉(zhuǎn)是重型載貨汽車日常檢修工作必要環(huán)節(jié)，而操作過程復雜的鎖止機構反而會降低翻轉(zhuǎn)機構應用安全性，因此需要設計出更為簡單易行的解鎖機構或選擇方便的解鎖方式。

1 駕駛室解鎖問題的提出

1.1 采用解鎖軟軸解鎖的液壓翻轉(zhuǎn)機構簡介

目前，帶機械鎖止的液壓翻轉(zhuǎn)機構多采用解鎖軟軸解鎖的方法[4]，此種機構需要先操縱解鎖軟軸將翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)中鎖止機構的鎖舌與鎖槽板脫開，再通過液壓閥操縱液壓翻轉(zhuǎn)泵輸出壓力油，進而驅(qū)動翻轉(zhuǎn)油缸將駕駛室回落到初始位置，最后操縱解鎖軟軸合上翻轉(zhuǎn)油缸上的鎖舌與鎖槽板[5]。

圖1為采用解鎖軟軸解鎖的重型載貨汽車駕駛室翻轉(zhuǎn)油缸及鎖止機構結構示意圖。在液壓缸兩側(cè)有與活塞桿鉸接的兩塊棘齒板，液壓缸上還固定有拉絲導架和棘爪座，棘爪鉸接在棘爪座上，棘爪拉簧一端與棘爪連接，另一端與固定在液壓缸缸筒上的棘爪座連接，棘爪拉簧保證棘爪始終與棘齒板接觸。解鎖軟軸即拉絲系在棘爪的孔a上，經(jīng)拉絲導架連接在油路換向分配閥上。當扳動油路換向分配閥時，拉絲隨即被拉動，使棘爪逆時針轉(zhuǎn)動而打開棘爪鎖止機構，活塞就可相對于缸筒移動。由于液壓缸缸筒鉸接在汽車底盤上，而活塞則與駕駛室連接，當活塞可相對于缸筒移動時，就會驅(qū)動駕駛室翻轉(zhuǎn)。

1.2 解鎖軟軸解鎖存在的技術問題

實際使用中發(fā)現(xiàn)，用解鎖軟軸的翻轉(zhuǎn)機構常常發(fā)生鎖止件棘爪或棘齒板損壞的情況。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，維修人員經(jīng)常會在未操縱解鎖軟軸將翻轉(zhuǎn)油缸上的鎖舌與鎖槽板脫開的情況下就操縱液壓翻轉(zhuǎn)油泵控制翻轉(zhuǎn)油缸使駕駛室回落，由于此時棘爪鎖舌還卡在棘齒板齒槽內(nèi)，鎖止機構未打開，翻轉(zhuǎn)油缸活塞桿產(chǎn)生的拉力就會造成棘爪或棘齒板損壞，進而使得鎖止機構失效。改進后的設計方法將解鎖軟軸的拉絲一端連接在油路換向分配閥上，當控制換向分配閥使得駕駛室回落時，換向分配閥隨即拉動拉絲打開鎖止棘爪[6]。但因為重型載貨汽車工況惡劣，這種方式經(jīng)常由于拉絲銹蝕、纏繞或與泥土、雜草粘連，致使實際使用效果不佳。

2 駕駛室解鎖設計改進

2.1 改進方案

因重型載貨汽車駕駛室在舉升和回落時都需要翻轉(zhuǎn)機構提供作用力，因而重型載貨汽車駕駛室翻轉(zhuǎn)機構一般采用活塞式液壓油缸作為作動器，并且均采用液壓鎖來保證其工作時的可靠性。由于翻轉(zhuǎn)機構只在駕駛室回落時需要解鎖，因而如在駕駛室回落油路上增設解鎖油缸，實現(xiàn)自動解鎖，則既不增加操作步驟，又可避免使用解鎖軟軸。如圖2所示，當要檢修時，控制相應液壓閥使A路接入壓力油，B路接回油路，此時壓力油經(jīng)過濾器打開液控單向閥進入液壓缸左腔，液壓缸右腔回油，液壓缸活塞向右運動克服駕駛室重力作用，駕駛室舉升。在此階段，由于液壓缸右腔接回油路，壓力低，解鎖油缸在其復位彈簧作用下不能向上運動打開鎖止機構，棘爪棘齒鎖止機構可以確保正在舉升的駕駛室不會因故障而突然下落；當檢修完成需要駕駛室回落時，再次控制相應液壓閥使B路接入壓力油，A路接回油路，此時壓力油經(jīng)過濾器打開液控單向閥進入液壓缸1右腔，液壓缸左腔回油，液壓缸活塞向左運動，駕駛室回落。在此階段，由于液壓缸右腔接壓力油路，解鎖油缸克服其復位彈簧作用向上運動打開鎖止機構，駕駛室回落。在此階段，如駕駛室回落過快，即液壓缸右腔失壓時，解鎖油缸在其復位彈簧作用下向下運動松開棘爪，此時棘爪在其彈簧作用下卡入棘齒槽內(nèi)，鎖止駕駛室，以保證駕駛室回落安全。棘齒鎖止機構可以確保正在舉升的駕駛室不會因故障而突然下落。

2.2 結構設計

考慮到重型載貨汽車駕駛室翻轉(zhuǎn)裝置安裝空間有限，在盡量不影響駕駛室翻轉(zhuǎn)機構已有零部件尺寸和安裝關系的前提下，設計方案中增加的解鎖油缸不僅要求總體尺寸小，還要求盡可能布置在已有翻轉(zhuǎn)裝置的空隙內(nèi)。由此設計出圖3所示的自解鎖油缸布置方式，將解鎖油缸布置在棘爪座兩塊側(cè)板之間的空隙內(nèi)，即利用解鎖油缸的底部平面，將其放置在拉簧座的上部，并利用棘爪座和棘爪的連接銷軸進行鉸接安裝，而解鎖油缸油管直接鋪設在液壓缸1外壁上，其它主要構件如液壓缸、棘齒板、棘爪拉簧、拉簧座等均未改變，達到了未給翻轉(zhuǎn)機構增加額外安裝空間和盡量不改變已有零件結構尺寸的既定要求。

解鎖油缸功用只是頂開棘爪，故其結構形式選擇為柱塞缸，并利用棘爪拉簧復位。由于解鎖油缸功能是在駕駛室回落前即翻轉(zhuǎn)油缸動作前將棘爪從棘齒板的齒槽中脫離出來，因此其啟動壓力應小于翻轉(zhuǎn)油缸的啟動壓力，設計時解鎖油缸啟動壓力取為翻轉(zhuǎn)油缸啟動壓力的60%～70%；解鎖油缸工作時與翻轉(zhuǎn)油缸壓力保持一致，所以解鎖油缸的耐壓力應與翻轉(zhuǎn)油缸的耐壓力相同，即為翻轉(zhuǎn)油缸額定壓力的1.5倍；解鎖油缸提供的推力應大于棘爪脫開棘齒板齒槽時回位彈簧的拉力，所以需要先計算出此拉力，設計時按棘爪拉簧發(fā)生最大變形量時的拉力，即最大拉力，再考慮一定的可靠系數(shù)，得出解鎖油缸設計工作推力：

式中，k為可靠系數(shù)，取為1.1～1.3；F為解鎖油缸工作推力；λ為棘爪拉簧最大變形量,可用棘爪拉簧工作時最大拉伸長度與自由長度之差計算；G為棘爪拉簧材料切變模量；d為簧絲直徑；D為彈簧中徑；n為棘爪拉簧工作圈數(shù)。

解鎖油缸的工作行程是要保證棘爪能有效脫開棘齒板齒槽，因此其可由下式確定：

式中，δ為棘齒板齒槽深度。

依據(jù)以上計算方法和分析數(shù)據(jù)可設計出如圖4所示解鎖油缸結構和主要尺寸情況。圖4中油嘴通過圖3中解鎖油缸油管旁接在翻轉(zhuǎn)油缸有桿腔油口側(cè)，并通過缸體的注油孔與解鎖油缸內(nèi)腔連通，可保證解鎖時進入翻轉(zhuǎn)油缸有桿腔的壓力油同時進入解鎖油缸內(nèi)腔。在壓力作用下，活塞桿由導套導向而向上運動頂起圖3中棘爪，完成解鎖。O型密封圈用來防止缸體腔體壓力油外泄，導套簡單的用螺釘固定在缸體上，密封墊片用來防止油嘴與缸體連接端面油液泄漏。

圖4中解鎖油缸利用Ф10.2孔安裝在棘爪座的銷軸上，并利用缸體底面b放置在拉簧座上部平面，解鎖油缸的油嘴通過M12×1.5與翻轉(zhuǎn)油缸有桿腔油口連接，安裝方便。

3 自解鎖翻轉(zhuǎn)機構試驗驗證

按企業(yè)標準Q/LYXJ02005《非差動式汽車駕駛室翻轉(zhuǎn)機構技術條件》對該自解鎖翻轉(zhuǎn)機構總成工作壽命、工作穩(wěn)定性、耐壓和密封性進行試驗驗證。分別使用3種常用牌號液壓油，將換向閥處于設計要求的舉升和下降位置搖動手搖泵工作，液壓泵出油順暢。系統(tǒng)加壓至40 MPa，保壓2 min無外泄；手動操作手搖泵，在25 MPa下往復3 000次后工作正常，活塞缸全行程運行平穩(wěn)，無外泄；22 MPa下保壓1 min，解鎖油缸內(nèi)腔壓力降為0.4 MPa,小于1 MPa的標準要求；將油泵、油缸浸入氣密性檢測溶液中，分別從手搖泵兩管嘴通入0.2 MPa壓縮氣體，觀測6 s后檢測溶液液面無氣泡冒出。初始動力檢測值為1.2 MPa，小于1.5 MPa標準值。翻轉(zhuǎn)油缸總成達到驗收技術條件。

4 結束語

通過對解鎖軟軸解鎖駕駛室液壓翻轉(zhuǎn)機構技術特點分析，設計了利用解鎖油缸實現(xiàn)自動解鎖的重型載貨汽車駕駛室液壓翻轉(zhuǎn)裝置，給出了解鎖油缸設計時工作參數(shù)的選擇和確定依據(jù)。該自解鎖液壓翻轉(zhuǎn)油缸簡化了維修人員操作，有效避免了因維修人員誤操作引起的翻轉(zhuǎn)機構構件損壞現(xiàn)象。該機構經(jīng)北京福田戴姆勒汽車有限公司和上汽紅巖依維柯汽車有限公司裝車使用，效果良好。

1 徐金志.某重型卡車駕駛室液壓翻轉(zhuǎn)機構的改進.汽車實用技術,2014,4:69～71.

2 段奇德，唐善政，周波，武朝峰，潘習炎，肖玉華.駕駛室液壓翻轉(zhuǎn)機構使用的帶棘爪油缸:中國，CN2005200983 55.5.2006-12-13.

3 徐勇剛，何仁.重型汽車駕駛室電動/手動液壓翻轉(zhuǎn)機構.重型汽車,2004,1:11～13.

4 王欣,宋正和,秦松祥.載重汽車駕駛室翻轉(zhuǎn)機構的分析.重型汽車,2007,2:16～17.

5 潘習炎,朱碧霞.汽車駕駛室液壓翻轉(zhuǎn)升降系統(tǒng)的產(chǎn)品技術.汽車科技,2008,4:39～42.

6 潘習炎，王玉松，段奇德，周波.汽車駕駛室液壓翻轉(zhuǎn)機構:中國，CN03254909.1.2003-07-19.

（責任編輯簾 青）

修改稿收到日期為2015年3月1日。

Design of Self-unlocking Turnover Mechanism of Heavy Truck Cab

Chen Manlong1,Liu Xia2,Kang Qingshan3
（1.Shaanxi University of Technology;2.Liaoyuan AVIC Aircraft Landing Gear Co.,Ltd;3.Xi'an Liaoyuan Hydraulic Co.,Ltd）

The paper firstly introduces operating principle of using flexible shaft to unlock hydraulic turnover mechanism of heavy truck cab,then it points out the technical problems existing in this unlocking operation,and presents the self-unlocking solution for cab hydraulic turnover mechanism.The self-unlocking cylinder with turnover hydro-cylinder for heavy vehicle cab is designed,the design essentials of self unlocking cylinder are analyzed,and the design structure is described.Test verifies that the design of the self-unlocking turnover mechanism is easy to operate, and seldom malfunctions.

Heavy truck,Cab,Turnover mechanism,Self-unlocking,Mechanism design

重型載貨汽車 駕駛室 翻轉(zhuǎn)機構 自動解鎖 機構設計

U463.81

A

1000-3703（2015）05-0038-03

陜西省科技廳工業(yè)攻關項目(No.2014K06-44)。