對汽車兩種自卸機(jī)構(gòu)的探究

王玨

摘 要：本文通過對曲柄搖塊機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的分析，得出采用兩種機(jī)構(gòu)的汽車自卸裝置在應(yīng)用性能上所具有的相近與不同點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)性能 擺角 舉升效率

汽車自卸裝置的應(yīng)用實(shí)例——分別為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)（見圖1）和雙搖桿機(jī)構(gòu)（見圖2）。

圖1 自翻卸料裝置中的曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 圖2 自卸翻斗裝置中的雙搖桿機(jī)構(gòu)

兩機(jī)構(gòu)的性能特點(diǎn)及其理論依據(jù)概述如下。

一、從運(yùn)動(dòng)性能看，兩機(jī)構(gòu)有相同點(diǎn)

圖1中搖塊機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件是活塞桿（導(dǎo)桿）2，圖2中的雙搖桿裝置中的主動(dòng)件為搖桿AB。

機(jī)構(gòu)的構(gòu)成均為四桿機(jī)構(gòu)或等效的四桿機(jī)構(gòu)，二者的自由度可由下式算出：

F=3n-2PL-PH

式中： F——機(jī)構(gòu)的自由度；

n——活動(dòng)構(gòu)件；

PL——低副的個(gè)數(shù)；

PH——高副的個(gè)數(shù)。

分別計(jì)算得：

①搖塊機(jī)構(gòu)的自由度為：F=3×3-2×4-0=1

②雙搖桿機(jī)構(gòu)的自由度為：F=3×7-2×10-0=1

在②中，已將液壓缸及活塞部分一并計(jì)入；復(fù)合鉸鏈處的低副數(shù)目按K個(gè)構(gòu)件以（K-1）個(gè)低副數(shù)計(jì)入。

可見，盡管兩者的運(yùn)動(dòng)副形式有所不同，但機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相同，可完成相同的工作任務(wù)。

二、從動(dòng)件的擺角不同影響到各自的使用性能

1.曲柄搖塊機(jī)構(gòu)

圖1曲柄搖塊機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)件車廂為曲柄，在理論上的回轉(zhuǎn)角度可以達(dá)到360°。但是具體情況通過圖3進(jìn)行分析。

圖3 搖塊機(jī)構(gòu)簡圖

（1）導(dǎo)桿為一剛性構(gòu)件，受車體的限制，作為搖塊的液壓缸的擺動(dòng)角度不應(yīng)朝向車體下方，而應(yīng)在車體的上方擺動(dòng)，否則無法完成舉升的推力作用。車廂的擺動(dòng)角度范圍要小于180°。

（2）B1、B2點(diǎn)即為該機(jī)構(gòu)的左右兩極限位置。該機(jī)構(gòu)要使主動(dòng)件導(dǎo)桿2能夠通過左右兩極限位置，則需要該導(dǎo)桿2的長度足夠長。若車廂的擺角越大，作為主動(dòng)件的導(dǎo)桿即活塞桿的行程就要越長，這就是該機(jī)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中通常需要用多級伸縮液壓缸實(shí)現(xiàn)舉升的原因，因此，增加了液壓部分結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

2.分析圖2中的雙搖桿機(jī)構(gòu)

雙搖桿機(jī)構(gòu)可分為兩大類：

滿足曲柄存在必要條件的雙搖桿機(jī)構(gòu)；不滿足曲柄存在必要條件的雙搖桿機(jī)構(gòu)。

在第一類雙搖桿機(jī)構(gòu)中，兩搖桿都在機(jī)架AD的同一側(cè)擺動(dòng)，即兩搖桿的擺動(dòng)角度都小于180°。以其中任一搖桿為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)都存在兩個(gè)死點(diǎn)位置，如圖4中的AB1C1D，及AB3C3D兩個(gè)位置。若要避開死點(diǎn)位置，此類機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)范圍則需較小，在實(shí)際應(yīng)用中較少采用，而通常是采用第二種雙搖桿機(jī)構(gòu)。

圖4 第一類雙搖桿機(jī)構(gòu)

在第二類雙搖桿機(jī)構(gòu)中，用教具演示如圖5所示，看到此機(jī)構(gòu)可以出現(xiàn)三個(gè)死點(diǎn)位置，分別為圖中a）、b）、c）三個(gè)位置。該機(jī)構(gòu)從動(dòng)搖桿的擺動(dòng)角度依然很大，可以達(dá)到僅小于360°，即使避開死點(diǎn)位置，從動(dòng)件也能具有較大的擺動(dòng)角度，且翻轉(zhuǎn)靈活、便利，應(yīng)用范圍廣泛。由于雙搖桿及三角形桿件的使用，使得活塞桿的行程縮短很多，使用單級液壓缸便可。

a） b）

c）

圖5 第二類雙搖桿機(jī)構(gòu)的三個(gè)死點(diǎn)位置

3.實(shí)際應(yīng)用

一般汽車的自卸裝置最大擺動(dòng)角度即最大舉升角要求為50°～60°，原因是確定車廂最大舉升角的依據(jù)是傾卸貨物的安息角（見下表），即自卸裝置的最大擺角或稱為最大舉升角應(yīng)大于安息角，才能將貨物清理干凈。兩種機(jī)構(gòu)都能滿足對車廂擺動(dòng)角度的要求。

三、兩機(jī)構(gòu)中車廂受力不同使得舉升效率不同

1.搖塊機(jī)構(gòu)的受力分析

圖6

由圖6可以看到：車廂在舉升過程中，主要受到三個(gè)方向的力。一個(gè)是車廂所受的重力，一個(gè)是活塞桿的推力，另一個(gè)就是鉸鏈C處的支撐力。三者達(dá)到力平衡，車廂得以勻速舉升。其中，活塞桿的推力全部用于舉升車廂，舉升效率較高。

2.雙搖桿機(jī)構(gòu)的受力分析

由圖7可見：車廂主要受力是三角臂給予的推力，鉸鏈支座處的支撐力，及車廂所承受的重力。活塞桿的推力f經(jīng)過三角臂分解為一個(gè)方向的拉力f1和另一個(gè)方向的支撐力f2，同時(shí)帶動(dòng)主動(dòng)搖桿擺動(dòng)，主動(dòng)搖桿可以給車廂一個(gè)支撐力，使得車廂在拉力與支撐力的共同作用下被舉起。

1—鉸支座；2—車廂；3—油缸；4—三角臂

圖7

四、結(jié)論

汽車兩種自卸機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)比較如下。

兩種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相同，均可依靠液壓傳動(dòng)系統(tǒng)提供的動(dòng)力來完成汽車自卸工作。

搖塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，較易于設(shè)計(jì)。但由于是油缸直接頂起車廂，為了達(dá)到一定的舉升角度，往往需采用多級油缸，既增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，又易導(dǎo)致油缸泄漏。

雙搖桿機(jī)構(gòu)利用三角形連桿機(jī)構(gòu)的放大特性，減小了油缸的行程，同時(shí)還利用連桿系統(tǒng)的橫向跨距來加強(qiáng)卸貨時(shí)的穩(wěn)定性，只需采用單級單缸的油缸形式就可滿足要求。

兩種機(jī)構(gòu)的舉升效率不同。搖塊機(jī)構(gòu)舉升效率較高，該類舉升機(jī)構(gòu)主要用于重型或側(cè)翻自卸汽車上。雙搖桿機(jī)構(gòu)舉升效率較低，適用于中、輕型自卸汽車。

（作者單位：肇慶市技師學(xué)院）