自卸汽车液压举升系统的设计改进

自卸汽车液压举升系统的设计改进 就自卸汽车的二位二通举升系统进行了一定的剖析，指出了二位二通举升系统存在着车箱自行举升的隐患，提出了设计上的改进思路和方法。笔者也有与之不同的设计思路和做法。 1 取力器故障分析 针对自卸汽车车箱自行举升的问题，在对一些故障车型进行分析之后发现，引起车箱自行举升的原因有多种可能。一是用户在非卸料工作状态的情况下忘记关闭取力器开关，导致取力器齿轮啮合带动齿轮油泵工作。第二种情况是取力器发生故障，即退不下档（取力器齿轮长期与变速箱齿轮啮合后带动齿轮油泵长时间运转）。此故障的原因一般由以下几方面造成：取力器操纵管路漏气；取力器操纵气缸各部位纸垫破损；取力器拨叉止动螺钉松脱或拧断；取力器拨叉脱出啮合齿套叉槽；变速箱中间轴损坏。取力器发生故障往往是车箱自行举升的主要原因，只要车辆变速箱运转，取力器齿轮就会开始工作，从而带动齿轮油泵运转。如果此时自卸车液压系统有故障或存在设计上的缺陷，车箱便有自行举升的可能。 2 二位二通液压举升系统分析 对于二位二通液压举升系统存在的问题，文献1已经阐述的较为透彻。二位二通换向阀是马勒里式举升结构（T式举升机构）中大量采用的液压系统部件，因其具有成本低、安装管路少、结构简单、质量可靠、维修简便等优点，深得用户推崇，故而许多改装企业.在T式举升机构上均选用此元件，液压原理见图1。该结构与文献1介绍的系统原理略有不同。文献1采用的是气控二位二通换向阀；本举升机构中用的是手控二位二通换向转阀，阀的开口大小可由用户随意调整，车箱下降的速度则可根据用户的需要调整，因而操作简单、便捷。但此结构确也存在备压高的现象，不过备压高并不是主要问题。因为该液压系统已被广大客户认可，并得到了普遍应用，但存在的问题还需要从设计、工艺等方面来加以解决，例如附加车箱举升报警系统。只要当车箱离开副车架距离超过50 mm的高度，驾驶室里的报警系统便会提醒驾驶员注意，以便及时排出故障，防止意外的事故。 为了解决二位二通换向转阀系统备压高的问题，且保持其成本低、结构简单、质量可靠、维修简便、车箱下降的速度可控等特点，在设计上选用二位四通换向转阀即可，其原理见图2。 此结构原理与文献1介绍的三位四通阀类似，也是利用差动油缸、的压力大于备压而起到防止车箱的自行举升。同时，该系统采用软轴拉线控制二位四通换向转阀的动作，完全可替代二位二通液压举升系统。 3 三位四通液压举升系统分析 文献1介绍的三位四通液压举升系统是利用差动油缸的压力大于备压的原理防止车箱举升（见图3）。其实仍选用三位四通液压换向阀，而不必利用其压差，也可防止车箱自行举升（见图4）。 通过比较可以看出，图3中液压系统的三位四通阀若出现油路阻塞的故障，油缸也会有自行举升的可能，而图4中的三位四通液压举升系统则可以避免这一现象。该换向阀在中停位时，油泵的油与油缸的有杆腔相通，与无杆腔断开。油泵运转时，如果备压升高，油一方面回到油箱，另一方面只能作用在油缸的有杆腔截面上，油缸只是有向下运动的趋势。此系统如果再配合自卸汽车车箱举升报警系统一起使用，就犹如双保险，此时的自卸汽车车箱举升报警系统一般起到的作用是提示驾驶员车箱处在举升状态。自卸汽车举升机构的动态仿真设计2006年第3期(2月上 总第89期)凌锡亮（集美大学机械工程学院，上海 361021） 【摘 要】文章介绍了基于Pro/E环境下进行机构运动仿真的特点、方法、对象和主要应用范围，并以加伍德举升机构的设计为例进行了机构运动仿真的具体实践，实现了设计的优化，提高了产品开发的效率和可靠性。【关键词】Pro/E；举升机构；动态仿真 【中图分类号】 U469.4 【文献标识码】 A 【文章编号】 1008-1151(2006)03-0057-02 一、前言本文所介绍的加伍德举升机构动态仿真设计中，通过Pro/E的Mechanism功能，对装配后的举升机构进行运动仿真，可获得机构在任一时刻的位置、速度、加速度及受力情况的综合数据。最经济直观的是在计算机上仿真机构的实际装配、干涉检测以及运动协调性的验证，使举升机构的设计达到最佳效果，缩短产品设计的开发周期。二、举升机构的动态仿真设计加伍德举升机构以特有的：结构简单、刚度好、反力小、工作平稳可靠等优点，被广泛地运用于自卸汽车的举升机构设计中。综观机构设计中作图法、解析计算设计法、电算优化设计法的设计现况，笔者提出，利用作图法结合Pro/E的Mech?鄄anism功能，对举升机构进行运动仿真设计，实际效果经济直观，现实理想。 （一）三维实体造型 在加伍德举升机构作图设计的结构基础上，确定各零件的形状和尺寸。各零件的定位尺寸精度应保留小数后两位，避免数据传递出现的仿真失败。 （二）机构整体装配 装配前须合理确定各构件之间的运动副，按零件之间的位置、运动等关系完成装配连接。在进行加伍德举升机构动态仿真设计过程中，可根据构件间的相对运动情况，通过设定各种连接来限制加伍德举升机构的自由度，达到零件装配的正确约束。Pro/E装配提供的连接约束方式主要有：销钉(PIN)、滑动杆(SLIDER)、圆柱(CYLINDER)、平面(PLANAR)、球(BALL)、轴承(BEARING)等。 具体操作：在组件放置（Component Placement）阶段，切换至Move(移动)窗口。可直接利用鼠标拖移组件。通过平移和旋转操作，完成三维实体模型，如图1所示。图1 加伍德举升机构的三维实体模型 （三）为零件模块分配质量属性 对举升机构进行运动仿真与分析时，首先设置机构中各实体的质量属性，主要内容包括：密度、体积、质量、重心和惯性矩。通过点击下拉菜单“Mechanism”“质量属性”，对质量属性进行设置。定义属性有三个选项，一般只需对“密度”进行设置。在指定零件模块时，通常可选取“参照类型”为“组件”进行选取。实体“质量属性”的设置，能实现零件模块自身重力在仿真分析时的动态效果。如：车厢后门随举升角变化而绕铰节点的自动启闭；无油缸动力时，机构靠车厢重力的自动复位。 （四）施加载荷在设计中可以根据具体设计要求为机构施加载荷。本例主要载荷有：车箱底板铰接座上的汽车载重及车箱自重、各连接轴上的运动阻尼力、各零件的重力。1定义重力加速度：通过点击下拉菜单Mechanism重力，在弹出的重力定义对话框中，可以对重力加速度的数值及方向进行设置。2创建阻尼器：当运动分析必要时，可在各连接轴上及两主体摩擦面之间设定阻尼要素，建立相应的运动阻尼力。通过点击菜单Mechanism阻尼器新建，在阻尼器定义对话框中，选择建立阻尼器的方式，设定阻尼器系数的大小。3创建外力和外力矩：通过点击下拉菜单Mechanism力/力矩 新建，来模拟机构运动的外部环境。其类型有“点力”与“主体扭矩”，必须指出“模”和“方向”，要特别注意。 （五）加伍德举升机构的驱动力设置 在已建立运动模型的基础上，定义运动的动力源，初始位置和状态，它将赋予模型运动的属性，系统将在此定义下完成要求的运动。1机构运动初始条件的设置：初始条件的设置包括初始位置和初始速度两个方面。点击下拉菜单Mechanism初始条件 新建，弹出“初始条件定义”对话框。确定主体位置。指出模的同时还必须设置方向和X、Y、Z的分量值。2推力油缸初始运动参数的设置：通过点击下拉菜单Mech?鄄anism，在屏显举升机构模型中，显示机构模块整体装配的各种连接状态。连续点击右侧模型树中“连接”和“接头”前的“”号，右键单击“平移轴”，左键单击“连接装置”。改变连接轴位置下方空框的数值，使推力油缸滑动杆伸出的距离与车箱、副樑平行装配的要求相适应。3伺服电动机的设置：依上所述，在右键单击“平移轴”，左键单击“伺服电机”。可在“类型”的从动（下转第59页）（上接第57页）图元框中选择“连接轴”，随后点选推力油缸连接的直线箭头。再换选“轮廓”，改选项为“速度”。模取常数：A=20，相当于推力油缸滑动杆以20(mm/s)的速度伸出。 （六）定义机构分析 通过对机构的各种动态分析，可迅速得到相关的信息，以改进设计和完善构件。通过施加不同的要素，可以对机构的多种工况进行研究分析。点击菜单MechanismAnalyses命令，弹出Analyses（分析）对话框，选择不同的分析类型。对不涉及力、质量、惯性的机构运动分析时，可使用运动学分析类型。在“电动机”选项卡中：根据需要添加所需的电动机并为其设定起止时间。在“外部负荷”选项卡中：为机构指定所需的外部负荷，可切换“启用重力、启用所有摩擦”选项。 （七）执行动力学仿真分析 定义完成后，点击“运行”按钮，系统就会根据运动模型和运动环境对机构进行分析，通过分析反馈信息，完善运动模型，变化运动环境，最终使结果趋向满意。 （八）定义分析测量特征 加伍德举升机构设计主要仿真分析的对象为：三角臂总成与车箱底板铰接座、拉杆前端销孔、联轴节销轴之间的位移、速度、加速度与净负荷。点击菜单Mechanism测量，弹出“测量结果”对话框，选定位移、速度与加速度、净负荷等测量对象，输入相关零件欲求点的相应分量或直接选定某一轴确定后，即可获得仿真测量定义物理量的相关图显，如图2所示。返回测量结果集。在结果集中单击“分析定义名”，在测量选项的名称后可显示测量分析的数值。再单击“测量名称”和“测量”钮，系统弹出“图形工具”框，显示特指测量对象的动态曲线图。通过上述仿真分析测量，获得机构零件各模块运动学、动力学过程各计算要素的精确参数。图2 车厢某点速度的仿真测量定义 三、结论 通过对加伍德举升机构运动仿真的具体实践，实现了运动学、动力学分析及装配干涉、运动协调性的验证。揭示了运动仿真的特