劉國慶　 梁海強

三河市新宏昌專用車有限公司　 河北廊坊　 065201

淺析一種適用于目卸車的氣控目鎖裝置

劉國慶 梁海強

三河市新宏昌專用車有限公司 河北廊坊 065201

介紹了一種自卸車氣控自鎖裝置的組成、工作原理及特點，并驗證了氣控自鎖裝置的使用安全性。該裝置利用雙作用氣缸控制鎖鉤組件動作，可實現(xiàn)后門鎖緊。

自卸車 氣控自鎖裝置 可行性 結(jié)構(gòu)特點

1　前言

目前，適用于自卸車上的自鎖裝置形式各異，結(jié)構(gòu)有液壓式、機械式，等等。相比而言，液壓式自鎖裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴；機械式自鎖裝置是靠貨箱的升降帶動連動機構(gòu)開啟或鎖緊后門，結(jié)構(gòu)簡單，但存在晚開、早鎖的弊病。本文所介紹的氣控自鎖裝置與以往使用的自鎖裝置相比具有較大的不同，該自鎖裝置以壓縮空氣為動力鎖緊后門，通過改變壓縮空氣在裝置中的流向而實現(xiàn)自鎖裝置的開啟與閉合，操作簡單，可控性強。

2　氣控自鎖裝置的組成及工作原理

該自鎖裝置 主要由行程開關(guān)、兩位五通電磁閥、雙作用氣缸、鎖鉤組件（鎖鉤、鎖鉤固定座、鎖座）等部件組成（如圖1、圖2）。

圖1　氣控自鎖裝置示意圖

圖2　氣控自鎖裝置原理圖

從圖1和圖2可以看出：行程開關(guān)以距后翻轉(zhuǎn)軸為A的間距安裝于副車架上（A值由行程開關(guān)的行程和預(yù)設(shè)貨箱舉升角度確定，預(yù)設(shè)貨箱舉升角度是指自鎖打開時貨箱的期望舉升角度），同時連接并控制兩位五通電磁閥；兩位五通電磁閥從底盤儲氣筒取氣并與雙作用氣缸連接；雙作用氣缸與鎖鉤組件鉸接。

鎖緊狀態(tài)：設(shè)貨箱處于平放狀態(tài)時為初始狀態(tài)，此時行程開關(guān)處于斷開狀態(tài)，兩位五通電磁閥P-A、B-O口接通，雙作用氣缸的缸桿伸出，推動鎖鉤組件使自鎖裝置處于鎖緊狀態(tài)。

開啟狀態(tài)：當(dāng)貨箱開始舉升并達(dá)到預(yù)設(shè)貨箱舉升角度時，行程開關(guān)接通，兩位五通電磁閥動作使P-B、A-O口接通，雙作用氣缸的缸桿回收，拉動鎖鉤組件使自鎖裝置處于開啟狀態(tài)。

3　氣控自鎖裝置的可行性分析

下面對氣控自鎖裝置在可行性方面舉例說明并加以驗證。例如，自卸車貨箱內(nèi)尺寬度B=2 300 mm，內(nèi)尺總高1 800 mm，底板尾部上翹10°，經(jīng)測量后板上面距底板上沿為1 650 mm，即貨箱內(nèi)物料對后門板接觸的最大高度所運貨物為水沙，密度ρ約為1.15 t/m3；氣控自鎖裝置使用的雙作用氣缸缸徑D=100 mm，直接從底盤儲氣筒取氣，以取氣氣壓0.8 MPa計算，雙作用氣缸產(chǎn)生的推力N=πD2P/4=6.28 kN，氣缸對鎖鉤缸旋轉(zhuǎn)中心的力臂L缸=160 mm，鎖鉤與后門接觸點對鎖鉤旋轉(zhuǎn)中心的力臂L鎖=95 mm，鎖鉤對后門作用力法向與水平面的夾角α=36°，最終每套氣控自鎖裝置對貨箱后門鎖緊點處水平方向的分力N鎖平=N缸·L缸cosα/L鎖=8.557 kN，鎖緊點處水平方向上的合力N合=17.114 kN，對后鉸鏈軸的轉(zhuǎn)矩M鎖=N合×1.9=32.516 kN·m。如圖3為其受力效果圖。

圖3　氣控自鎖裝置受力效果圖

圖4　物料受力分析圖

如圖4所示，貨箱內(nèi)物料深度為x的立面位置上截取一高度為dx的微元體進行研究，這一微元體的體積dv為：

式中，A為貨箱的內(nèi)尺長度，B為貨箱的內(nèi)尺寬度。

其質(zhì)量dw為：

對這一微元體所受靜力進行研究，設(shè)在微元體上部截面Ⅰ-Ⅰ上受到由物料產(chǎn)生的垂直壓力為Pv，在整個截面上所受的壓力為ABPv。

在微元體下部截面Ⅱ-Ⅱ上受到截面以上由物料產(chǎn)生的垂直壓力為Pv+dPv，在整個截面上所產(chǎn)生的壓力為AB（Pv+dPv）。

物料產(chǎn)生的垂直壓力為Pv，對貨箱產(chǎn)生的水平壓力為Ph，假定垂直壓力與水平壓力的比值不變，即

式中，Ψ為松散物料內(nèi)摩擦角最小值。

水平壓力Ph是垂直作用在貨箱門板內(nèi)壁的，所以產(chǎn)生了沿壁面的壓力 Pf為 ：

沿壁面一周所產(chǎn)生的摩擦力為：

式中，μ為物料與貨箱內(nèi)壁的摩擦系數(shù)。

對以上各力的分析可以寫出此微元體的靜力平衡方程：

對式 (7)進行整理可得一階常系數(shù)線性微分方程：

下面確定邊界條件并求解方程式 (8)。

根據(jù)貨箱所運輸貨物為水沙的情況，可以忽略物料與貨箱內(nèi)壁的摩擦系數(shù)，取μ=0，則式(8)可寫成：

由式(9)可以得出關(guān)于Pv的積分方程：

則深度為x處的垂直壓力Pv為：

將式(11)代入(3)得：

由此可以看出，隨著深度的增加，物料對貨箱側(cè)壁的水平壓力是呈線性分布的，當(dāng)貨箱深度為x時，則物料對貨箱側(cè)壁水平方向合力的積分方程為：

如圖5所示，物料對后鉸鏈軸的扭矩為：

圖5　貨箱后板受力效果圖

假定松散物料內(nèi)摩擦角最小值等于物料安息角，取ψ=30°，則由式(4)可得：k=0.3。由圖5可知，物料深度取貨箱內(nèi)高的最大值，即x=1 650 mm。數(shù)據(jù)帶入式(14)可得：M料=7.247 kN·m。

比較自鎖裝置與模塊對后鉸鏈轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩可得： η =M鎖/M料=3.99。即該氣控自鎖裝置的使用安全系數(shù)為4.5，大于1，故該裝置滿足使用要求。

4　氣控自鎖裝置的結(jié)構(gòu)特點

該氣控自鎖裝置具有的結(jié)構(gòu)特點如下：

a. 利用行程開關(guān)間接控制氣路通斷及方向，可以實現(xiàn)自鎖裝置的自動開合。在如圖2原理圖中，該裝置利用行程開關(guān)的通斷，控制兩位五通電磁閥是否動作；當(dāng)貨箱平放時，行程開關(guān)處于斷路狀態(tài)，兩位五通電磁閥不動作，此時電磁閥的PA、B-O口接通，壓縮空氣從儲氣筒出來，經(jīng)電磁閥A口處進入雙作用氣缸的A口，雙作用氣缸杠桿伸出，氣缸前腔空氣經(jīng)氣缸A口進入電磁閥B口并從O口排出，雙作用氣缸缸桿在伸出的同時推動鎖鉤組件，使鎖具進入鎖緊狀態(tài)；當(dāng)貨箱舉升到設(shè)定角度時，行程開關(guān)接通，電磁閥動作，電磁閥內(nèi)部的PB、A-O接通，壓縮空氣從電磁閥P口進入到B口后流出，再進入到雙作用氣缸B口，氣缸缸桿開始回收，同時氣缸后腔空氣開始從A口流經(jīng)電磁閥A口并從閥的O口排出，在氣缸缸桿回收的同時拉動鎖鉤組件，使自鎖裝置處于開啟狀態(tài)。

b. 鎖緊形式為彈性鎖緊，可以保證自鎖裝置始終處于最佳鎖緊狀態(tài)。該裝置與底盤氣源聯(lián)通，依靠壓縮空氣提供動力鎖緊自鎖。由于空氣的高壓縮性，使自鎖裝置處于彈性鎖緊狀態(tài)，當(dāng)鎖鉤組件與后門板存在間隙時，在氣壓的作用下，氣缸桿會繼續(xù)伸出并推動鎖鉤組件，使鎖鉤組件與后門板緊密接觸，從而迫使自鎖裝置始終處于最佳鎖緊狀態(tài)；正是由于這一點，當(dāng)安裝多套自鎖裝置時，每套自鎖都會處于最佳的鎖緊狀態(tài)，可以有效避免剛性自鎖受力不均的情況，從而在一定程度上提高自鎖的使用壽命。另外，當(dāng)貨箱變形、鎖具磨損而使兩者間產(chǎn)生小的間隙時，氣控自鎖裝置能夠自動調(diào)節(jié)鎖鉤的鎖緊位置，從而使鎖具處于最佳的鎖緊狀態(tài)，減少了人工調(diào)整環(huán)節(jié)。

c. 通過合理選擇行程開關(guān)與后翻轉(zhuǎn)軸的距離A值，可以有效控制鎖具開合時間，消除晚開、早鎖的弊病。從圖1示意圖可以看出，A值越小，鎖具開合時貨箱的舉升角度越大，越容易出現(xiàn)晚開、早關(guān)；A值越大，鎖具開合時貨箱的舉升角度越小，可以實現(xiàn)早開、晚關(guān)；值得注意的是，隨著A值的增大，運輸過程中受路況影響貨箱與副梁非預(yù)期離開時鎖具打開的可能性也會越大，因此需要合理選擇A值，從而在保證行車安全的同時，有效消除晚開、早鎖的問題。

5　結(jié)語

本文通過對自卸車氣控自鎖裝置的淺析，驗證了該氣控自鎖裝置在自卸車領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢：

a. 該裝置使用電路控制氣路，控制方式簡單，彈性鎖緊效果好，可控性強；

b. 利用車輛自身氣源，不用單設(shè)動力源，可消除晚開、早鎖的弊病，動作迅速且準(zhǔn)確無誤，工作可靠性高；

c. 結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維護方便，成本低，使用性能好，適用性強。

該自卸車氣控自鎖裝置優(yōu)勢明顯，產(chǎn)品的市場潛力大，使用后可提升產(chǎn)品的競爭力。

Analysis of A Kind of Pneumatic Locking Device Applied to Dump Truck

LIU Guo-qing et al

Pneumatic locking device of a dump truck are introduced, the device using the double-acting cylinder control components for locking action, door lock tight after implementation. And introduced the composition and working principle of pneumatic selflocking device, easy to verify the safety of using pneumatic locking device, and analyzes the structure characteristics of the pneumatic locking device. A pneumatic locking device for dump truck is introduced, as well as its working concept and features. The safety of pneumatic locking device was proven. Using double-acting cylinder control components, the pneumatic locking device can make rear door locking tightly.

dump truck; pneumatic locking device; feasibility; structural characteristics of

劉國慶，男，1985年生，助理工程師，現(xiàn)從事自卸車設(shè)計工作。

U469.4.03

A

1004-0226(2016)07-0100-04