單光朋 田杰 馮梓陌 方慧 胡懼

摘要：本文根據(jù)液壓尾板工作過程中的主要動作，對整體機(jī)構(gòu)的尺寸進(jìn)行設(shè)計;確定舉升機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角范圍;對液壓缸缸筒和活塞桿進(jìn)行設(shè)計計算，選擇液壓泵;用CATIA V5軟件對液壓尾板進(jìn)行三維建模，虛擬裝配和運動仿真;用ANSYS軟件對液壓缸缸筒以及活塞進(jìn)行有限元分析，以驗證是否滿足設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：液壓尾板;三維建模;運動仿真;有限元分析

0? 引言

目前，液壓尾板主要用在載貨汽車上。為了滿足廂式面包車裝運貨物的需求，有必要針對性地設(shè)計一款可折疊在車廂內(nèi)的液壓尾板，以實現(xiàn)貨物的舉升。將液壓尾板折疊在車內(nèi)可節(jié)省車廂底部和車門外部的空間，方便隨時打開使用，且充分利用車內(nèi)空間，有別于市場上已經(jīng)存在的產(chǎn)品類型，以便于多元化發(fā)展。

1? 廂式面包車液壓尾板機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計

由車體尾部基本尺寸可初步設(shè)定起始狀態(tài)L1=750mm，與承載尾板相連的舉升臂長度L2=700mm，連接平行四桿機(jī)構(gòu)與承載尾板的活動搖臂的長度L3=660mm，尾板外觀厚度H0=10mm，如圖1。

由圖2可知，當(dāng)尾板在舉升過程中到達(dá)與車廂底面平齊位置時，H1為固定底座到車門的距離，H2為此時車門距承載尾板的長度。根據(jù)所選車輛的尾部參數(shù)，可初步確定尾板寬L4=950mm。

當(dāng)尾板位于起始位置，即最高位置時，舉升液壓缸的伸縮桿與水平面呈90°夾角，此時轉(zhuǎn)角α=79°;當(dāng)尾板下降到與車廂底面平齊時，H1=200mm，H2=33mm，L2=700mm，L3=660mm，此時轉(zhuǎn)角為70°;當(dāng)尾板位于終止位置，即尾板下降到接觸地面時，由汽車尾部參數(shù)可知，F(xiàn)點與G點垂直距離為500mm，即車廂地板到地面的距離，此時轉(zhuǎn)角為13°。綜合上述分析，可確定轉(zhuǎn)角α的轉(zhuǎn)動范圍是13°～79°。

2? 液壓尾板液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計

綜合考慮設(shè)計的總體方案，選用單活塞桿液壓缸作為執(zhí)行元件，且活塞缸選用差動連接，保證往返出力和速度相同，令無桿腔為工作腔[1]。

2.1 液壓缸缸筒的設(shè)計和計算

液壓缸內(nèi)徑和缸筒壁厚分別按下式計算

式中，D為液壓缸內(nèi)徑;F為液壓缸推力;P為選定的系統(tǒng)工作壓力;[σ]為許用應(yīng)力，為141MPa;py為缸筒試驗壓力，為6MPa。

2.2 活塞桿的設(shè)計與計算

活塞桿直徑和強(qiáng)度分別按下式計算

2.3 液壓泵的選擇

本設(shè)計將工作壓力設(shè)置為4MPa選用低壓齒輪泵，由于該類液壓泵污染敏感度不高，故同時可以為其配備過濾精度較低的濾油器[2]。

3? 液壓尾板三維建模與運動仿真

運用CATIA V5根據(jù)設(shè)計尺寸分別繪制承載面板，液壓油缸，舉升機(jī)構(gòu)等草圖，然后運用[多截面實體]、[凸臺]等命令建立三維模型;選定液壓尾板為固定件，點擊[固定約束]，然后再使用[相合約束]、[全部更新]等工具完成裝配，如圖3所示;確定各相關(guān)部件的運動副形式，應(yīng)用運動仿真工作臺模擬液壓尾板運動。

4? 基于ANSYS的液壓尾板有限元分析

首先添加材料屬性，進(jìn)行網(wǎng)格劃分[3]。分別選擇液壓缸缸底和活塞的吊耳內(nèi)圓柱面作為受約束面，使無相對運動的軸線保持相合固定，僅釋放Y軸的旋轉(zhuǎn)自由度。分別選擇缸筒內(nèi)壁及缸底，以及活塞大端作為受力面，液壓缸的工作壓力為4MPa，對其進(jìn)行1.25倍載荷的施加[4，5]，鍵入數(shù)值為5MPa。

由圖4和圖5可知缸筒和活塞的最大應(yīng)力分別為179.3MPa，1853.1MPa，均不超過許用應(yīng)力，故滿足設(shè)計要求。

5? 結(jié)論

本文將液壓尾板設(shè)計成折疊在車內(nèi)的形式，不僅能夠收攏在車廂內(nèi)，而且能夠展開并前后和升降運載貨物，具備一定的承載能力，牢固可靠實用性強(qiáng)且使用方便，還可以有效延長汽車尾板的使用壽命，有別于市場上已經(jīng)存在的產(chǎn)品類型。

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