对汽车两种自卸机构的探究

2013-04-29王珏

职业·中旬 2013年7期

关键词：摆角

王珏

摘要：本文通过对曲柄摇块机构和双摇杆机构特点的分析，得出采用两种机构的汽车自卸装置在应用性能上所具有的相近与不同点。

关键词：曲柄摇块机构双摇杆机构运动性能摆角举升效率

汽车自卸装置的应用实例——分别为曲柄摇块机构（见图1）和双摇杆机构（见图2）。

图1 自翻卸料装置中的曲柄摇块机构图2 自卸翻斗装置中的双摇杆机构

两机构的性能特点及其理论依据概述如下。

一、从运动性能看，两机构有相同点

图1中摇块机构的主动件是活塞杆（导杆）2，图2中的双摇杆装置中的主动件为摇杆AB。

机构的构成均为四杆机构或等效的四杆机构，二者的自由度可由下式算出：

F=3n-2PL-PH

式中： F——机构的自由度；

n——活动构件；

PL——低副的个数；

PH——高副的个数。

分别计算得：

①摇块机构的自由度为：F=3×3-2×4-0=1

②双摇杆机构的自由度为：F=3×7-2×10-0=1

在②中，已将液压缸及活塞部分一并计入；复合铰链处的低副数目按K个构件以（K-1）个低副数计入。

可见，尽管两者的运动副形式有所不同，但机构的运动性质相同，可完成相同的工作任务。

二、从动件的摆角不同影响到各自的使用性能

1.曲柄摇块机构

图1曲柄摇块机构中的从动件车厢为曲柄，在理论上的回转角度可以达到360°。但是具体情况通过图3进行分析。

图3 摇块机构简图

（1）导杆为一刚性构件，受车体的限制，作为摇块的液压缸的摆动角度不应朝向车体下方，而应在车体的上方摆动，否则无法完成举升的推力作用。车厢的摆动角度范围要小于180°。

（2）B1、B2点即为该机构的左右两极限位置。该机构要使主动件导杆2能够通过左右两极限位置，则需要该导杆2的长度足够长。若车厢的摆角越大，作为主动件的导杆即活塞杆的行程就要越长，这就是该机构在实际应用中通常需要用多级伸缩液压缸实现举升的原因，因此，增加了液压部分结构的复杂性。

2.分析图2中的双摇杆机构

双摇杆机构可分为两大类：

满足曲柄存在必要条件的双摇杆机构；不满足曲柄存在必要条件的双摇杆机构。

在第一类双摇杆机构中，两摇杆都在机架AD的同一侧摆动，即两摇杆的摆动角度都小于180°。以其中任一摇杆为主动件时，机构都存在两个死点位置，如图4中的AB1C1D，及AB3C3D两个位置。若要避开死点位置，此类机构的摆动范围则需较小，在实际应用中较少采用，而通常是采用第二种双摇杆机构。

图4 第一类双摇杆机构

在第二类双摇杆机构中，用教具演示如图5所示，看到此机构可以出现三个死点位置，分别为图中a）、b）、c）三个位置。该机构从动摇杆的摆动角度依然很大，可以达到仅小于360°，即使避开死点位置，从动件也能具有较大的摆动角度，且翻转灵活、便利，应用范围广泛。由于双摇杆及三角形杆件的使用，使得活塞杆的行程缩短很多，使用单级液压缸便可。

a） b）

c）

图5 第二类双摇杆机构的三个死点位置

3.实际应用

一般汽车的自卸装置最大摆动角度即最大举升角要求为50°～60°，原因是确定车厢最大举升角的依据是倾卸货物的安息角（见下表），即自卸装置的最大摆角或称为最大举升角应大于安息角，才能将货物清理干净。两种机构都能满足对车厢摆动角度的要求。

三、两机构中车厢受力不同使得举升效率不同

1.摇块机构的受力分析

图6

由图6可以看到：车厢在举升过程中，主要受到三个方向的力。一个是车厢所受的重力，一个是活塞杆的推力，另一个就是铰链C处的支撑力。三者达到力平衡，车厢得以匀速举升。其中，活塞杆的推力全部用于举升车厢，举升效率较高。

2.双摇杆机构的受力分析

由图7可见：车厢主要受力是三角臂给予的推力，铰链支座处的支撑力，及车厢所承受的重力。活塞杆的推力f经过三角臂分解为一个方向的拉力f1和另一个方向的支撑力f2，同时带动主动摇杆摆动，主动摇杆可以给车厢一个支撑力，使得车厢在拉力与支撑力的共同作用下被举起。

1—铰支座；2—车厢；3—油缸；4—三角臂