提高防汛自卸车使用效能的辅助装置研制

周彦林，刘 芳，肖 玥，段根奎

（1.开封黄河河务局第一机动抢险队，河南 开封 475001；2.开封黄河河务局，河南 开封 475002）

0 引言

在黄河防汛抢险及工程施工中，大型自卸车发挥着重要作用，但由于一些外在条件的影响，自卸汽车在工作过程中还存在以下几个问题：（1）由于黄河防汛抢险自卸汽车行驶的道路条件一般较差，自卸汽车的货厢要承受装载时的冲击负荷，使车厢底面、侧面、后厢门变得凹凸不平，后厢门锁会失去正常锁止功能，需要频繁进行人工操作。 （2）黏土会粘在车厢底部，冬季运输潮湿物料时，货物还容易冻结于车厢底板上，靠原有设计不能彻底卸下，造成自动卸货不彻底，影响工作效率和运行经济性。 （3）一旦自卸汽车加入到防汛抢险队伍中，超负荷工作不可避免地会造成的轮胎爆胎、杂物对外胎的破坏，且缺乏足够的维修保养时间。 以上情况，使自卸汽车在防汛抢险过程中不能充分发挥其应有的效能。 为了解决防汛抢险自卸汽车面临的难题，开封黄河河务局提出增设防汛抢险自卸汽车辅助保障系统的设想，以期降低故障发生的频率，快速修复车辆，提高车辆的利用率，使防汛自卸汽车发挥最大的效能。

1 后车门辅助自锁装置的设计与研究

自卸汽车设计时，为了防止重物从后厢门外漏，均设计有机械后厢门锁。 卸料时，后厢门锁自动打开，车厢回落到位后，后厢门锁自动锁止。 在一般情况下，自卸汽车的自身设计和配套维修管理制度，可以保障车辆的正常功能。 但是，在防汛抢险的特殊工作条件下，石料在装卸时对车厢、后厢门的破坏较大，使车厢底面、侧面、后厢门变得凸凹不平，后车厢锁会因变形而失效。

1.1 后车门辅助自锁装置原理分析

如图1 所示，自卸汽车后车门辅助自锁装置主要由牵引绳2（钢丝绳或链条，图示DEF 段）和转动的锁板1 组成。 锁板1 铰接在车厢4 后下部的支撑架上，牵引绳一端固定在锁板上，另一端固定在自卸汽车的车架3（大梁）上,中间穿过车厢后下部E 处的小孔。 当车厢绕A 点顺时针转动时， 因牵引绳2的长度是一定的，E 点离F 点的距离会越来越小，故锁板1 就一边随着车厢绕A 点转动，一边绕G 点转动，达到一定角度后，车厢门打开，车厢继续顺时针转动，锁板1 垂落。 当车厢回落时，由于EF 尺寸逐渐变大，ED 尺寸变小， 锁板1 绕G 点相对旋转，车厢门被锁止[1]。

图1 后车门辅助自锁装置原理图Fig.1 Auxiliary self-locked device principle of back-door

1.2 后车门辅助自锁装置设计方案比较

本设计的理论依据是，通过车厢的转动，改变牵引绳DEF 中两直线段DE 和EF 的尺寸，从而实现锁板绕铰接点G 的转动。 所以，项目组提出3 种设计方案：（1）铰接点G 选在车架上，单锁板结构。 （2）铰接点G 选在车厢下部，单锁板结构。 （3）铰接点G选在车厢下部，双锁板结构。

3 种方案的工作原理基本相同，只是结构有所区别。 方案1 和方案2 均由一个锁板、一个锁板销、一条牵引绳等组成，其特点是结构简单、零部件数量较少，通过设计可以实现辅助自锁功能，也能够自动打开。 但是，方案1 的G 点位置需向后延伸车架来实现，要考虑车厢翻转时相互干扰问题，还影响汽车后部的美观。 而方案2 的点G 选在了车厢下部的支架上，该设计易于实现，不影响车后部美观。 方案3采用两套装置，分别安装在后厢左右两侧。 该设计锁止效果将更好，后车门变形更小，但结构比方案2复杂，加工成本高。

通过对3 种方案的比较，项目组决定选用方案2 为最终方案，方案3 可以在部分车辆上采用。

1.3 后车门辅助自锁装置现场试验

项目组对后车门辅助自锁装置的不同设计方案进行了多次现场试验。 现场试验效果显示，方案2的单锁板结构比较合理。但牵引绳长度会逐渐变长，对锁止效果稍有影响，故在部分车辆加装了牵引绳长度调整装置。

2 防汛抢险自卸汽车箱底积土自动清除装置的设计与研究

积土产生的主要原因有：（1）车辆作业时间长，露天停放，箱底、箱帮容易锈蚀，土料与车厢摩擦系数增大。 （2）长期使用，会使箱底钢板下沉，出现凹凸不平。 （3）在装运过程中，受土料自重及振动影响，加大了土料密实度以及与车箱底的结合力。（4）所运输的土方含水量较高、黏性大，容易产生与箱底的粘接。（5）冬季低温会使含水的黏土冻结箱底。几种情况均会使车厢内侧及箱底积土越来越多， 越来越密实、直至大量土料卸不下来，运输效率大大下降。

2.1 自卸汽车箱底积土自动清除装置设计方案比较

项目组拟定了2 种方案，从原理上均可以实现箱底自动清除集土的功能，但结构形式各有不同。

方案1，电机正反向旋转，实现铲土板（铲刀）往复运动。 如图2 所示，当车厢向上翻转到极限位置时，直流电动机转动，通过减速机带动卷筒旋转，拉动两根铲土钢丝绳1 绕上卷筒，同时返回的钢丝绳2 脱离卷筒，铲土板从车厢顶端向下移动，完成清除集土任务。 而后，控制直流电动机反向旋转，铲土钢丝绳1 脱离卷筒，同时返回的钢丝绳2 绕上卷筒，铲土板从车厢尾部向上移动到顶端，使铲土板原路返回车厢前端，完成回位功能[2]。 本方案的特点是，铲土板完全自动，只需要改变电动机的转向，就能够实现往复运动，空车试验效果较好。 但是，电动机消耗的功率过大，自卸汽车电源无法满足需要，而且电动机开始转动时，需要一个安装在车厢尾部的触点开关控制，结束时，还需要电路控制装置进行电动机的关闭。 电器控制部分比较复杂，精确度不容易保证，钢丝绳、电动机容易损坏。 故项目组认为，方案可实施性较差。

图2 箱底积土自动清除装置原理图Fig.2 Self-cleaning device principle of bottom board sand

方案2，车厢翻转带动铲土板下移，清除集土，电机正向旋转，实现铲土板回位。 该方案主要是由滑轮机构来实现其功能的。 清除集土装置的牵引钢丝绳（从铲土板通过滑轮1、4 到大梁上的固定点3）长度一定。 当车厢向上翻转时，由于车厢前端离开大梁，铲土板便向尾部移动，实现清除集土作业，铲土板移动的距离等于BC 与原始长度的差值。 自动清除装置组成如图3 所示。

图3 箱底积土自动清除装置组成图Fig.3 Self-cleaning device components of bottom board sand

该装置的特点是， 靠车厢的翻转（液压系统作用）动力来实现积土自动清除（铲土板下移），可以提供足够的拉力，同时装置不会消耗汽车电源的电能，机构不需要电机正反方向的控制，结构简单，具有可实施性。

通过对2 种方案的比较，项目组决定采用方案2 为最终实施方案。 并付诸制作、安装、试验、改进，确定装置的最终结构。

2.2 箱底积土自动清除装置运行情况

从2008 年以来，河南华润水利水电工程有限公司、开封黄河工程开发有限公司等施工企业，在安徽界－阜－蚌高速公路、商丘－亳州高速公路和济-邵高速等施工工地安装清理装置，效果良好。

3 大型防汛车辆快速扒胎器的设计与研究

轮胎内胎漏气是轮式机械最常见的故障。 一般情况下，抢险现场都在野外，没有专业修补轮胎的地方，这就给司机增加了维修难度。 设计一套简单的拆卸工具，使单人就能快速拆卸轮胎，成为防汛抢险机动队成员的迫切要求。 故将该内容作为“防汛抢险自卸汽车辅助保障系统设计”的重要部分，予以研究和设计。

3.1 大型防汛车辆便携式快速扒胎器设计方案

快速扒胎器工作原理是，先将支架固定在钢圈上，通过受力方向的改变，使千斤顶推力向下推动压杆，使挡圈下移，与弹性锁圈分离，再用小撬杠轻轻撬出弹性锁圈，完成压条拆卸。 这样很容易取出内外轮胎，以便修补或更换[3]。

项目组根据以往经验，并经过多次试验，设计了2 种方案，其组合分别如图4、图5 所示。 项目组对2个方案分别进行现场试验，经过对比，方案2 安装拆卸更为便捷，省时省力，被确定为为最终实施方案。

图4 方案1 防汛车辆快速扒胎器Fig.4 Swift tyre changing device of flood-prevention truck of plan one

图5 方案2 防汛车辆快速扒胎器Fig.5 Swift tyre changing device of flood-prevention truck of plan two

3.2 防汛车辆便携式快速扒胎器的主要创新点

（1）传统的拆卸轮胎方法是，利用大锤夯打三角铁，使弹性锁圈与挡圈松动，用大、小撬杠等工具来完成，维修人员的体力消耗较大。 快速扒胎器采用液压装置（千斤顶）下压挡圈，大大减轻了维修人员的劳动强度。

（2）快速扒胎器工作原理简单，动力传动装置组成元件少，元件结构简单、加工要求不高、制造成本低廉，一般汽车维修部门都可加工。

（3）快速扒胎器能够平稳、可靠地将挡圈压下，使弹性锁圈非常容易被撬出，可大大节省维修时间，为防汛抢险、保护国家和人民财产赢得更多的机会，经济社会效益明显。同时，它还消除传统拆卸方法存在的安全隐患。

（4）该装置经研制、试验、改进完善后，可广泛应用于各种大型运输车辆。

4 结语

“提高防汛自卸车使用效能的辅助装置研制与应用”成果可以整体应用于防汛抢险、水利施工、土石方等工程用的自卸汽车。 自卸汽车箱底积土自动清除装置，可以清除由任何原因造成的箱底积土，快速扒胎器还可以在普通轮式运输机械上应用。 每一种装置均简单实用，采用人性化设计，可以有效地减轻司机的劳动强度，提高运行和维修的经济效率。

[1] 卞学良. 专用汽车结构与设计[M]. 北京：机械工业出版社，2007：124-129.

[2] 徐达. 专用汽车结构与设计[M]. 北京：人民交通出版社，2008：78-82.

[3] 任成高.机械设计基础[M]. 北京：机械工业出版社，2007：144-149.