平地機整體前翻發(fā)動機罩的設(shè)計

周海林，盧南潮，周引強，陳宗波

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

目前平地機機罩一般分為分體式和整體式兩種。分體式機罩由固定罩和后罩組成，后罩上兩側(cè)設(shè)有側(cè)門，用于機罩內(nèi)零件的維護與檢修，由于側(cè)門尺寸比較有限，所以維護空間比較狹??；整體式機罩一般分為前翻和后翻兩種，機罩繞銷軸前翻或后翻至一定的角度，將機罩內(nèi)的零件全部暴露出來，方便日常維護與檢修。為了避免上述傳統(tǒng)機罩的缺陷，改善整機的可維護性、可視性及可靠性，通過三維設(shè)計軟件模擬建立數(shù)據(jù)模型，設(shè)計一款由液壓驅(qū)動，整體前翻的發(fā)動機罩，使整機性能得到極大的改善。

1 整體前翻式發(fā)動機罩的工作原理

圖1是一種由液壓驅(qū)動的整體前翻式機罩，其包括安裝在車架上的固定罩、左右圍板、上蓋板、可整體前翻的后罩及液壓舉升機構(gòu)。后罩骨架前端通過銷軸與鉸鏈支座鉸接安裝，骨架中前端兩側(cè)分別與舉升油缸鉸接，當(dāng)向上扳動舉升泵電動按鈕時，通過舉升油缸的驅(qū)動，后罩可繞銷軸整體向前翻轉(zhuǎn)一定的角度，將發(fā)動機罩內(nèi)的零件全部暴露出來；當(dāng)向下扳動舉升機構(gòu)的泄壓手柄時，后罩在自重的作用下緩慢關(guān)閉，通過液壓鎖將后罩鎖定。

圖1 一種由液壓驅(qū)動的整體前翻式機罩

2 發(fā)動機罩設(shè)計要點

2.1 發(fā)動機罩尺寸的確定

在確定發(fā)動機罩的外觀尺寸時，不僅需要考慮發(fā)動機、進排氣系統(tǒng)及散熱系統(tǒng)的尺寸，同時還需要給機罩內(nèi)部骨架的設(shè)計留下一定的空間，不然會很容易出現(xiàn)罩體與其他部件干涉的情況。由于發(fā)動機整機在工作過程中晃動較大，同時考慮制造及裝配的誤差，在確定機罩的尺寸時，需要保證發(fā)動機、散熱系統(tǒng)、液壓油箱與機罩的最小間隙為30 mm。一般情況下，機罩的長度和寬度在保證與機罩內(nèi)零件不干涉的前提下，盡可能的小，以便控制成本。在確定發(fā)動機罩的外形尺寸后，需要進一步對整機的后視野進行校核，機罩設(shè)計應(yīng)符合標準規(guī)定的司機視野要求[1]，并盡可能達到最優(yōu)結(jié)果。

通過三維設(shè)計軟件模擬操作者視野建立數(shù)據(jù)模型，根據(jù)操作者關(guān)注的后輪視野繪制平地機后視野模型圖（圖2），根據(jù)視野模型圖將機罩遮擋視野的部位進行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，最終形成機罩的外觀模型。

圖2 平地機后視野模型圖

2.2 發(fā)動機罩分型設(shè)計

發(fā)動機罩分析面設(shè)計需要考慮以下3方面因素：（1）后罩舉升后，能最大限度將發(fā)動機罩內(nèi)的零件全部暴露出來；（2）在后罩翻轉(zhuǎn)過程中，后罩與固定罩不能存在干涉現(xiàn)象；（3）翻起角度越小，機構(gòu)制造難度越低，機罩穩(wěn)定性也就越好。經(jīng)過三維設(shè)計放樣，最終形成如圖3所示的分型方案。

圖3 機罩分型方案

2.3 固定罩和后罩的結(jié)合方式

隨著國家噪音標準的要求越來越高，對整車機外噪音的控制越來越嚴格，降低機外噪音迫在眉睫，發(fā)動機罩的結(jié)合方式對噪音起著非常重要的作用。通常固定罩與后罩的結(jié)合方式可分錯位對接的結(jié)構(gòu)形式（圖4）和平面對接的結(jié)構(gòu)形式（圖5）。錯位對接式可以降低發(fā)動機噪音向整車的正側(cè)方輻射，可有效降低噪音，同時對制造及裝配要求不高；而平面對接式固定罩和后罩對接的裝配縫隙對機罩的制造精度要求較高，裝配間隙很難達到均勻美觀的效果。因此，從噪音阻隔性、可制造性及外觀質(zhì)量上考慮，固定罩和后罩采用圖4所示的錯位對接的結(jié)合方式。

圖4 錯位對接式

圖5 平面對接式

2.4 發(fā)動機罩上功能件的布置

需要布置在發(fā)動機罩上的功能件主要有發(fā)動機排氣管、空濾、散熱系統(tǒng)的進風(fēng)和出風(fēng)口及后組合燈，排布方案如圖6所示。發(fā)動機排氣管及空濾一般布置在機罩上方，安裝在獨立支撐架上固定不動，根據(jù)發(fā)動機的位置，結(jié)合視野方面的考慮，將排氣管及空濾排布在機罩中心線上，使其與駕駛室后立柱位于同一視線上。為了滿足整機的散熱能力，分別在機罩的左右兩邊及上端設(shè)計有進風(fēng)口，整個機罩后部設(shè)計為出風(fēng)口，進出風(fēng)口采用六邊形網(wǎng)孔板沖壓成型，通風(fēng)順暢，可靠耐用，外形美觀。機罩后部網(wǎng)板上設(shè)計有后組合燈安裝位置，滿足國家標準要求。

圖6 功能件布置圖

2.5 發(fā)動機罩骨架設(shè)計

本機罩覆蓋件采用環(huán)保耐用的進口高分子材料PDCPD，具有較好的綜合機械性能，具有良好的抗沖擊強度，耐老化性、耐酸堿性能，密度較低、油漆的附著力好、可回收等優(yōu)點，但其剛性略有不足，需要設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)骨架配合使用。機罩根據(jù)操作者后視野線的輻射狀態(tài)設(shè)計成由窄至寬的斜坡梯形，為了有效利用機罩內(nèi)部的空間，骨架設(shè)計成與機罩一致的斜坡梯形結(jié)構(gòu)，如圖7所示，其內(nèi)部空間與機罩覆蓋件形狀相匹配，骨架主梁采用鋼管拼焊而成，支架則采用較小的鋼管沿覆蓋件周邊折彎，與主梁焊接在一起，鋼管上焊接有彎板用于安裝覆蓋件。機罩舉升鉸接點位于骨架上部的前端，此設(shè)計的目的在于主梁位于發(fā)動機上方，后罩在舉升過程中避免與發(fā)動機及相關(guān)零件干涉，同時避免后罩與固定罩干涉；后罩舉升點設(shè)計在骨架前端的兩側(cè)（靠近舉升鉸接點），其優(yōu)點在于油缸行程短，只需很短的行程即可滿足機罩舉升角度的要求，同時油缸擺動角度極小，在狹小空間內(nèi)極易布置。

圖7 骨架結(jié)構(gòu)圖

3 液壓舉升機構(gòu)的設(shè)計

液壓舉升機構(gòu)采用一套獨立的液壓泵站來控制，它由一個電機泵、手動泵、兩個舉升油缸、液壓鎖及管路等組成，通過電機泵的運轉(zhuǎn)、控制機罩油缸的升降，實現(xiàn)機罩舉升的功能，此外該舉升機構(gòu)還配置有手動應(yīng)急操作。手油泵及電動按鈕安裝在后車架外側(cè)，電動泵安裝在后車架上方；舉升油缸下端用銷軸鉸接在油缸支撐座上，上端用銷軸鉸接在后罩骨架的支耳上；液壓鎖安裝在車架尾部上表面，如圖8所示。

圖8 機罩舉升機構(gòu)

油管（1）的一端與手油泵吸油口連接，另一端與電動泵吸油口連接；油管（2）一端與電動泵出油口連接，另一端與手油泵出油口連接；油管（3）一端與手油泵出油口連接，另一端與舉升油缸連接；兩個油缸之間通過油管（4）連接，油管（5）的一端與舉升油缸連接，另一端與液壓鎖連接。向上扳動電動按鈕，液壓油進入管路，當(dāng)管路內(nèi)壓力達到液壓鎖開啟壓力0.6～1.5 MPa時，液壓鎖優(yōu)先打開；隨著管路內(nèi)壓力的持續(xù)上升，當(dāng)壓力達到滿足后罩所需的舉升力時，油缸活塞桿伸出，驅(qū)動后罩翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)后罩舉升。

3.1 舉升機構(gòu)受力分析

根據(jù)后罩鉸接點及油缸舉升點的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇油缸的行程為190 mm，油缸內(nèi)徑φ32 mm，缸徑φ45 mm，油缸額定壓力為P=18 MPa，油缸額定推力為[2]：

通過建立機罩受力模型，驗算油缸舉升力是否滿足要求。當(dāng)機罩處于關(guān)閉狀態(tài)準備開啟時，此時油缸受力最大，做出機罩受力簡圖（圖9）。

圖9 機罩受力簡圖

通過計算后罩重量為W=198 kg，油缸力臂為L=300 mm，由力矩平衡原理得知[2]:

其中，F(xiàn)舉升為機罩舉升機力，N；G后罩為后罩重量，N；L為舉升油缸力臂，mm；L1為后罩重心力臂，mm。

舉起后罩的最小舉升力為

本機罩設(shè)計采用2個油缸舉升，則單個油缸舉升力為F油缸=F舉升/2=6897 N

通過驗算得出舉起后罩所需的油缸舉升力F油缸=6897 N，小于油缸的額定壓力F額定=14144 N，機罩舉升機構(gòu)設(shè)計滿足使用要求。

4 結(jié)語

針對平地機整體翻轉(zhuǎn)式發(fā)動機罩設(shè)計需求，設(shè)計了由液壓舉升驅(qū)動的整體前翻式機罩，相比于當(dāng)前應(yīng)用的其他形式的機罩，該機罩具有開啟便捷、省力、可靠，開啟速度快，維護空間開闊、后視野好等優(yōu)點；同時覆蓋件采用了環(huán)保耐用的進口高分子材料，根據(jù)操作者后視野線的輻射狀態(tài)設(shè)計成由窄至寬的斜坡梯形，使司機能直接從駕駛室看到后輪及后配重兩端作業(yè)區(qū)域，有效提高作業(yè)安全性。