重型载货汽车驾驶室自解锁翻转机构设计*

陈曼龙刘侠康青山

重型载货汽车驾驶室自解锁翻转机构设计*

陈曼龙1刘侠2康青山3

（1.陕西理工学院；2.中航飞机起落架有限责任公司燎原分公司；3.西安燎原液压有限责任公司）

在介绍重型载货汽车驾驶室采用解锁软轴解锁的液压翻转系统工作原理基础上，指出了采用解锁软轴解锁液压翻转机构存在的技术问题，提出了采用自解锁驾驶室液压翻转机构的解决方案。设计了采用解锁油缸进行自动解锁的驾驶室翻转油缸装置，分析了自解锁油缸设计要点，并给出了设计结构。经试验验证可知，所设计的自解锁翻转机构操作简单，不易发生故障。

重型载货汽车驾驶室广泛采用液压翻转机构[1]。为确保安全，驾驶室必须配置有机械锁止装置[2]，比如棘爪棘齿机构，其通过驾驶室下落时先让棘爪脱开棘齿，翻转油缸再驱动驾驶室下降的方法，以保障液压元件失灵时维护人员的安全[3]。这就造成要翻转驾驶室必须先打开机械锁止机构，然后再操作液压装置翻转驾驶室的操作过程。由于驾驶室翻转是重型载货汽车日常检修工作必要环节，而操作过程复杂的锁止机构反而会降低翻转机构应用安全性，因此需要设计出更为简单易行的解锁机构或选择方便的解锁方式。

1 驾驶室解锁问题的提出

1.1 采用解锁软轴解锁的液压翻转机构简介

目前，带机械锁止的液压翻转机构多采用解锁软轴解锁的方法[4]，此种机构需要先操纵解锁软轴将翻转系统中锁止机构的锁舌与锁槽板脱开，再通过液压阀操纵液压翻转泵输出压力油，进而驱动翻转油缸将驾驶室回落到初始位置，最后操纵解锁软轴合上翻转油缸上的锁舌与锁槽板[5]。

图1为采用解锁软轴解锁的重型载货汽车驾驶室翻转油缸及锁止机构结构示意图。在液压缸两侧有与活塞杆铰接的两块棘齿板，液压缸上还固定有拉丝导架和棘爪座，棘爪铰接在棘爪座上，棘爪拉簧一端与棘爪连接，另一端与固定在液压缸缸筒上的棘爪座连接，棘爪拉簧保证棘爪始终与棘齿板接触。解锁软轴即拉丝系在棘爪的孔a上，经拉丝导架连接在油路换向分配阀上。当扳动油路换向分配阀时，拉丝随即被拉动，使棘爪逆时针转动而打开棘爪锁止机构，活塞就可相对于缸筒移动。由于液压缸缸筒铰接在汽车底盘上，而活塞则与驾驶室连接，当活塞可相对于缸筒移动时，就会驱动驾驶室翻转。

1.2 解锁软轴解锁存在的技术问题

实际使用中发现，用解锁软轴的翻转机构常常发生锁止件棘爪或棘齿板损坏的情况。经调查发现，维修人员经常会在未操纵解锁软轴将翻转油缸上的锁舌与锁槽板脱开的情况下就操纵液压翻转油泵控制翻转油缸使驾驶室回落，由于此时棘爪锁舌还卡在棘齿板齿槽内，锁止机构未打开，翻转油缸活塞杆产生的拉力就会造成棘爪或棘齿板损坏，进而使得锁止机构失效。改进后的设计方法将解锁软轴的拉丝一端连接在油路换向分配阀上，当控制换向分配阀使得驾驶室回落时，换向分配阀随即拉动拉丝打开锁止棘爪[6]。但因为重型载货汽车工况恶劣，这种方式经常由于拉丝锈蚀、缠绕或与泥土、杂草粘连，致使实际使用效果不佳。

2 驾驶室解锁设计改进

2.1 改进方案

因重型载货汽车驾驶室在举升和回落时都需要翻转机构提供作用力，因而重型载货汽车驾驶室翻转机构一般采用活塞式液压油缸作为作动器，并且均采用液压锁来保证其工作时的可靠性。由于翻转机构只在驾驶室回落时需要解锁，因而如在驾驶室回落油路上增设解锁油缸，实现自动解锁，则既不增加操作步骤，又可避免使用解锁软轴。如图2所示，当要检修时，控制相应液压阀使A路接入压力油，B路接回油路，此时压力油经过滤器打开液控单向阀进入液压缸左腔，液压缸右腔回油，液压缸活塞向右运动克服驾驶室重力作用，驾驶室举升。在此阶段，由于液压缸右腔接回油路，压力低，解锁油缸在其复位弹簧作用下不能向上运动打开锁止机构，棘爪棘齿锁止机构可以确保正在举升的驾驶室不会因故障而突然下落；当检修完成需要驾驶室回落时，再次控制相应液压阀使B路接入压力油，A路接回油路，此时压力油经过滤器打开液控单向阀进入液压缸1右腔，液压缸左腔回油，液压缸活塞向左运动，驾驶室回落。在此阶段，由于液压缸右腔接压力油路，解锁油缸克服其复位弹簧作用向上运动打开锁止机构，驾驶室回落。在此阶段，如驾驶室回落过快，即液压缸右腔失压时，解锁油缸在其复位弹簧作用下向下运动松开棘爪，此时棘爪在其弹簧作用下卡入棘齿槽内，锁止驾驶室，以保证驾驶室回落安全。棘齿锁止机构可以确保正在举升的驾驶室不会因故障而突然下落。

2.2 结构设计

考虑到重型载货汽车驾驶室翻转装置安装空间有限，在尽量不影响驾驶室翻转机构已有零部件尺寸和安装关系的前提下，设计方案中增加的解锁油缸不仅要求总体尺寸小，还要求尽可能布置在已有翻转装置的空隙内。由此设计出图3所示的自解锁油缸布置方式，将解锁油缸布置在棘爪座两块侧板之间的空隙内，即利用解锁油缸的底部平面，将其放置在拉簧座的上部，并利用棘爪座和棘爪的连接销轴进行铰接安装，而解锁油缸油管直接铺设在液压缸1外壁上，其它主要构件如液压缸、棘齿板、棘爪拉簧、拉簧座等均未改变，达到了未给翻转机构增加额外安装空间和尽量不改变已有零件结构尺寸的既定要求。

解锁油缸功用只是顶开棘爪，故其结构形式选择为柱塞缸，并利用棘爪拉簧复位。由于解锁油缸功能是在驾驶室回落前即翻转油缸动作前将棘爪从棘齿板的齿槽中脱离出来，因此其启动压力应小于翻转油缸的启动压力，设计时解锁油缸启动压力取为翻转油缸启动压力的60%～70%；解锁油缸工作时与翻转油缸压力保持一致，所以解锁油缸的耐压力应与翻转油缸的耐压力相同，即为翻转油缸额定压力的1.5倍；解锁油缸提供的推力应大于棘爪脱开棘齿板齿槽时回位弹簧的拉力，所以需要先计算出此拉力，设计时按棘爪拉簧发生最大变形量时的拉力，即最大拉力，再考虑一定的可靠系数，得出解锁油缸设计工作推力：

式中，k为可靠系数，取为1.1～1.3；F为解锁油缸工作推力；λ为棘爪拉簧最大变形量,可用棘爪拉簧工作时最大拉伸长度与自由长度之差计算；G为棘爪拉簧材料切变模量；d为簧丝直径；D为弹簧中径；n为棘爪拉簧工作圈数。

解锁油缸的工作行程是要保证棘爪能有效脱开棘齿板齿槽，因此其可由下式确定：

式中，δ为棘齿板齿槽深度。

依据以上计算方法和分析数据可设计出如图4所示解锁油缸结构和主要尺寸情况。图4中油嘴通过图3中解锁油缸油管旁接在翻转油缸有杆腔油口侧，并通过缸体的注油孔与解锁油缸内腔连通，可保证解锁时进入翻转油缸有杆腔的压力油同时进入解锁油缸内腔。在压力作用下，活塞杆由导套导向而向上运动顶起图3中棘爪，完成解锁。O型密封圈用来防止缸体腔体压力油外泄，导套简单的用螺钉固定在缸体上，密封垫片用来防止油嘴与缸体连接端面油液泄漏。

图4中解锁油缸利用Ф10.2孔安装在棘爪座的销轴上，并利用缸体底面b放置在拉簧座上部平面，解锁油缸的油嘴通过M12×1.5与翻转油缸有杆腔油口连接，安装方便。

3 自解锁翻转机构试验验证

按企业标准Q/LYXJ02005《非差动式汽车驾驶室翻转机构技术条件》对该自解锁翻转机构总成工作寿命、工作稳定性、耐压和密封性进行试验验证。分别使用3种常用牌号液压油，将换向阀处于设计要求的举升和下降位置摇动手摇泵工作，液压泵出油顺畅。系统加压至40 MPa，保压2 min无外泄；手动操作手摇泵，在25 MPa下往复3 000次后工作正常，活塞缸全行程运行平稳，无外泄；22 MPa下保压1 min，解锁油缸内腔压力降为0.4 MPa,小于1 MPa的标准要求；将油泵、油缸浸入气密性检测溶液中，分别从手摇泵两管嘴通入0.2 MPa压缩气体，观测6 s后检测溶液液面无气泡冒出。初始动力检测值为1.2 MPa，小于1.5 MPa标准值。翻转油缸总成达到验收技术条件。

4 结束语

通过对解锁软轴解锁驾驶室液压翻转机构技术特点分析，设计了利用解锁油缸实现自动解锁的重型载货汽车驾驶室液压翻转装置，给出了解锁油缸设计时工作参数的选择和确定依据。该自解锁液压翻转油缸简化了维修人员操作，有效避免了因维修人员误操作引起的翻转机构构件损坏现象。该机构经北京福田戴姆勒汽车有限公司和上汽红岩依维柯汽车有限公司装车使用，效果良好。

1 徐金志.某重型卡车驾驶室液压翻转机构的改进.汽车实用技术,2014,4:69～71.

2 段奇德，唐善政，周波，武朝峰，潘习炎，肖玉华.驾驶室液压翻转机构使用的带棘爪油缸:中国，CN2005200983 55.5.2006-12-13.

3 徐勇刚，何仁.重型汽车驾驶室电动/手动液压翻转机构.重型汽车,2004,1:11～13.

4 王欣,宋正和,秦松祥.载重汽车驾驶室翻转机构的分析.重型汽车,2007,2:16～17.

5 潘习炎,朱碧霞.汽车驾驶室液压翻转升降系统的产品技术.汽车科技,2008,4:39～42.

6 潘习炎，王玉松，段奇德，周波.汽车驾驶室液压翻转机构:中国，CN03254909.1.2003-07-19.

（责任编辑帘 青）

修改稿收到日期为2015年3月1日。

Design of Self-unlocking Turnover Mechanism of Heavy Truck Cab

Chen Manlong1,Liu Xia2,Kang Qingshan3
（1.Shaanxi University of Technology;2.Liaoyuan AVIC Aircraft Landing Gear Co.,Ltd;3.Xi'an Liaoyuan Hydraulic Co.,Ltd）

The paper firstly introduces operating principle of using flexible shaft to unlock hydraulic turnover mechanism of heavy truck cab,then it points out the technical problems existing in this unlocking operation,and presents the self-unlocking solution for cab hydraulic turnover mechanism.The self-unlocking cylinder with turnover hydro-cylinder for heavy vehicle cab is designed,the design essentials of self unlocking cylinder are analyzed,and the design structure is described.Test verifies that the design of the self-unlocking turnover mechanism is easy to operate, and seldom malfunctions.

Heavy truck,Cab,Turnover mechanism,Self-unlocking,Mechanism design

重型载货汽车 驾驶室 翻转机构 自动解锁 机构设计

U463.81

A

1000-3703（2015）05-0038-03

陕西省科技厅工业攻关项目(No.2014K06-44)。