一种小型拉臂钩可靠性试验装置

刘庆超

LIU Qing chao-

上海华冠希尔博专用车辆有限公司 上海 201707

1 前言

为提升垃圾装载工作效率，避免垃圾运输中的二次污染，车厢可卸式垃圾车在城市环卫系统中越来越受到青睐。拉臂钩是车厢可卸式垃圾车的核心装置，因此，需在设计定型阶段根据QC/T 52-2000 《 垃圾车》作业可靠性试验方法对拉臂钩装置进行作业可靠性试验[1]。

2 可靠性试验设计说明

根据需求，公司研制了一款小型车厢可卸式垃圾车，依据前述，需对该车的R型拉臂钩进行可靠性作业试验。试验时，原需采用如图1所示的二类底盘安装R型拉臂钩后，用V2车厢进行可靠性试验，但考虑到拉臂钩的常规试验重复利用性较高，且为了节省燃油，故设计开发了一款拉臂钩可靠性试验装置。

3 可靠性试验装置设计考虑的因素

拉臂钩的可靠性试验是指拉臂钩在额定载荷下进行若干次工作循环操作而无异常的试验。结合QC/T 52-2000标准的要求，R型拉臂钩可靠性试验装置设计时要考虑的因素有：

a. 必须能实现拉臂钩工作循环的全部动作，且动作顺序与实际相同。该R型拉臂钩一个工作循环，在QC/T 52-2000标准中描述为“装载机构将置于地面的满载垃圾桶（箱）提升并将垃圾倾卸到垃圾车内，然后将空桶（箱）放置于地面为一次”，实际分解动作由拉厢、车厢举升（自卸）、卸厢等组成，这些动作是有先后顺序的，如图2所示。

b. 试验装置必须能加装额定载荷以模拟车厢满载状态，不加额定载荷进行的试验不能称为可靠性试验。

c. 试验装置中的工装部分应有足够的强度和刚度，以满足试验中拉臂钩在负载状态下多次工作循环的重复冲击。

d. 拉臂钩结构件及关键元器件能在可靠性试验中得到验证。该R型拉臂钩可靠性试验，不仅能验证结构件的设计合理性、焊接强度符合性，也能验证主油缸、锁紧油缸、液压橡胶管等关键零件是否可靠，为早期失效分析提供试验证据。

e. 工作循环时间和液压系统压力可实现调整功能。拉臂钩的拉厢、卸厢、举升等动作的时间以及液压系统的压力，在设计时都做了规定，因此，试验装置应将该因素考虑进去，以保证可靠性试验与实际工况接近一致。

f. 可靠性试验过程中，液压系统的油温不能超过70 ℃。这是QC/T 52-2000标准的明确要求，由于液压系统零件在超过70 ℃的工作环境中发生失效的概率急剧增大，可靠性试验作为呈连续状态的多次工作，更需要考虑这个因素。

g. 可靠性试验的安全性。试验过程中拉臂钩会将四轮试验架举升超过45°，并具有一定的冲击性，长时间试验时要避免存在危及安全的因素。因此，可靠性试验装置四腿支撑架要与地面固定，防止装置挪移，且周围预留一定距离。

h. 可靠性试验的操作方便性和易观察性。图2所示的拉臂钩装卸操作，需要操作人员进入驾驶室内，扭头朝后透过驾驶室后面的窗口观察动作情况，如多次重复试验，试验操作人员很容易出现疲劳。可靠性试验装置设计时需考虑解决这一问题。

4 可靠性试验装置的组成

R型拉臂钩可靠性试验装置可分为装卸单元、液压控制单元和PLC控制单元三部分，下面分别简要介绍，可靠性试验装置如图3所示。

4.1 装卸单元

装卸单元分为三部分：拉臂钩钢构部件、四轮试验架及四腿支撑架。拉臂钩钢构部件是可靠性试验的基本试验对象，是定型R型拉臂钩产品。四轮试验架在试验中的功能是代替V2车厢，即试验时把V2车厢的前、后、左、右、上部的结构去掉，保留底梁结构并用角钢加固，这样既能够保证试验架的强度和刚度，也可参照产品的额定装载能力，在四轮试验架底梁面板上安装一件质量为1 t的标准砝码作为额定载荷，标准砝码用角钢固定，不可滑动和脱落。四条支腿支撑架是拉臂钩产品和四轮试验架的承载工装，高度尺寸设计时与原二类汽车底盘高度一致，框架由Q345B材料矩形钢焊接而成，四腿交叉焊接为三角形使其稳固，保证其具有足够的强度和刚度。四腿支撑架的四条支腿采用膨胀螺栓固定于地面，保证试验冲击时整个系统不会出现挪移和振动。

4.2 液压控制单元

液压控制单元是该R型可靠性试验装置的动力提供单元，由电磁多路阀、油箱、油温冷却风扇、液压金属管件、橡胶管件等组成，其原理如图4所示。电磁多路阀由两个三位四通电磁阀和一个两位两通电磁阀（主控阀）组成，两个三位四通电磁阀分别控制钩臂油缸（主油缸）和锁钩油缸的伸缩，主控阀则协同完成工作，钩臂电磁多路阀为O型（阀芯在中位时A、B、P、T四个油口互不相通），锁钩电磁多路阀为Y型（阀芯在中位时A、B、T三油口相通，P油口不与任何一个油口相通），分别用两根橡胶管和钩臂（锁紧）油缸和多路阀相连，两个电磁阀不可同时联动，这也是拉臂钩装卸车厢的设计要求。橡胶管液压控制单元的动力部分由380 V的交流电机提供。电机安装于油箱上，带动安装于油箱内的油泵，油箱出油口装有循环液压油滤网，以保证液压系统中的工作油处于清洁状态。为防止油温超出标准范围，液压油回路中加装了栅格油温冷却风扇，对液压管路流过的液压油冷却。液压控制单元安装了压力表，可对液压油工作时的系统压力进行调节和监控，并可通过对阀路和液压系统压力的调整实现调整装卸等动作的时间，冷却风扇如图5所示。

4.3 PLC控制单元

PLC控制单元是人机对话部分，以实现试验的具体操作。该部分由380 V电源接口、变压器、过载保护继电器、阀组控制器、计数器、显示开关、遥控器等组成。380 V电源接口直接取于厂房供电箱，变压器将380 V交流电源转换为24 V直流电源，用于电磁阀组控制器。为防止电流过大损坏电器元件，控制回路加装了过载保护继电器。为提高计数准确性以及计数方便性，该R型拉臂钩试验装置加装了计数传感器，并在PLC控制单元中增加了计数器，自动计算可靠性循环次数。PLC控制单元设计时考虑为手动和自动可自由切换的操纵方式，手动方式是普通模式，自动方式是遥控模式，加装的遥控器单元极大地方便了试验操作，试验人员通过遥控器按钮即可完成拉臂钩装卸和锁紧动作，减少了工作强度。由于可靠性试验装置视野开阔，较容易观察试验过程中是否发生异常，计数传感器位置如图6所示。

5 应用

该可靠性试验装置制作完成后，对R型拉臂钩进行了可靠性试验。试验开始时对试验装置进行了调试，使拉臂钩装卸工作循环时间和系统压力保持在设计要求范围之内。试验表明，只需一个人便可通过遥控器（不靠近试验装置）进行可靠性试验，系统自动进行可靠性试验次数计数并显示，试验人员操作安全而又便于观察。R型拉臂钩背负载荷5 000次可靠性试验数据统计如表1所示。从表1可以看出，R型拉臂钩在可靠性试验中装厢、卸厢及自卸方面表现稳定，试验结束后，对R型拉臂钩钢构件焊接、钩环、后滚轮、钩臂油缸、锁紧油缸、多路阀密封性及液压管路清洁度等检查无异常，达到试验设计和应用的目的。

为明确在不加栅格油温冷却风扇下的液压系统油温情况，在可靠性试验初期，关闭油温冷却风扇并对油温数据进行了记录，结果如表2所示。

表1 R型拉臂钩背负载荷5 000次可靠性试验数据的统计

表2 冷却风扇处于关闭状态下的液压系统的油温度测量记录

表2说明，在可靠性试验中，当冷却风扇关闭时，液压系统的液压油温度逐渐上升，试验至90 min后，油温即上升超过70℃，必须开启风扇工作。当风扇开始工作后，液压油的温度得到控制，可保持在50℃左右。

6 结语

通过对该试验装置的设计和应用，有效地解决了R型拉臂钩可靠性试验问题，该思路同时也可以应用和推广到其他拉臂钩可靠性定型试验或额定提升能力试验当中。

[1] QC/T 52-2000中华人民共和国行业标准[S].