提高防汛自卸車使用效能的輔助裝置研制

周彥林，劉 芳，肖 玥，段根奎

（1.開封黃河河務局第一機動搶險隊，河南 開封 475001；2.開封黃河河務局，河南 開封 475002）

0 引言

在黃河防汛搶險及工程施工中，大型自卸車發(fā)揮著重要作用，但由于一些外在條件的影響，自卸汽車在工作過程中還存在以下幾個問題：（1）由于黃河防汛搶險自卸汽車行駛的道路條件一般較差，自卸汽車的貨廂要承受裝載時的沖擊負荷，使車廂底面、側(cè)面、后廂門變得凹凸不平，后廂門鎖會失去正常鎖止功能，需要頻繁進行人工操作。 （2）黏土會粘在車廂底部，冬季運輸潮濕物料時，貨物還容易凍結(jié)于車廂底板上，靠原有設計不能徹底卸下，造成自動卸貨不徹底，影響工作效率和運行經(jīng)濟性。 （3）一旦自卸汽車加入到防汛搶險隊伍中，超負荷工作不可避免地會造成的輪胎爆胎、雜物對外胎的破壞，且缺乏足夠的維修保養(yǎng)時間。 以上情況，使自卸汽車在防汛搶險過程中不能充分發(fā)揮其應有的效能。 為了解決防汛搶險自卸汽車面臨的難題，開封黃河河務局提出增設防汛搶險自卸汽車輔助保障系統(tǒng)的設想，以期降低故障發(fā)生的頻率，快速修復車輛，提高車輛的利用率，使防汛自卸汽車發(fā)揮最大的效能。

1 后車門輔助自鎖裝置的設計與研究

自卸汽車設計時，為了防止重物從后廂門外漏，均設計有機械后廂門鎖。 卸料時，后廂門鎖自動打開，車廂回落到位后，后廂門鎖自動鎖止。 在一般情況下，自卸汽車的自身設計和配套維修管理制度，可以保障車輛的正常功能。 但是，在防汛搶險的特殊工作條件下，石料在裝卸時對車廂、后廂門的破壞較大，使車廂底面、側(cè)面、后廂門變得凸凹不平，后車廂鎖會因變形而失效。

1.1 后車門輔助自鎖裝置原理分析

如圖1 所示，自卸汽車后車門輔助自鎖裝置主要由牽引繩2（鋼絲繩或鏈條，圖示DEF 段）和轉(zhuǎn)動的鎖板1 組成。 鎖板1 鉸接在車廂4 后下部的支撐架上，牽引繩一端固定在鎖板上，另一端固定在自卸汽車的車架3（大梁）上,中間穿過車廂后下部E 處的小孔。 當車廂繞A 點順時針轉(zhuǎn)動時， 因牽引繩2的長度是一定的，E 點離F 點的距離會越來越小，故鎖板1 就一邊隨著車廂繞A 點轉(zhuǎn)動，一邊繞G 點轉(zhuǎn)動，達到一定角度后，車廂門打開，車廂繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動，鎖板1 垂落。 當車廂回落時，由于EF 尺寸逐漸變大，ED 尺寸變小， 鎖板1 繞G 點相對旋轉(zhuǎn)，車廂門被鎖止[1]。

圖1 后車門輔助自鎖裝置原理圖Fig.1 Auxiliary self-locked device principle of back-door

1.2 后車門輔助自鎖裝置設計方案比較

本設計的理論依據(jù)是，通過車廂的轉(zhuǎn)動，改變牽引繩DEF 中兩直線段DE 和EF 的尺寸，從而實現(xiàn)鎖板繞鉸接點G 的轉(zhuǎn)動。 所以，項目組提出3 種設計方案：（1）鉸接點G 選在車架上，單鎖板結(jié)構(gòu)。 （2）鉸接點G 選在車廂下部，單鎖板結(jié)構(gòu)。 （3）鉸接點G選在車廂下部，雙鎖板結(jié)構(gòu)。

3 種方案的工作原理基本相同，只是結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。 方案1 和方案2 均由一個鎖板、一個鎖板銷、一條牽引繩等組成，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、零部件數(shù)量較少，通過設計可以實現(xiàn)輔助自鎖功能，也能夠自動打開。 但是，方案1 的G 點位置需向后延伸車架來實現(xiàn)，要考慮車廂翻轉(zhuǎn)時相互干擾問題，還影響汽車后部的美觀。 而方案2 的點G 選在了車廂下部的支架上，該設計易于實現(xiàn)，不影響車后部美觀。 方案3采用兩套裝置，分別安裝在后廂左右兩側(cè)。 該設計鎖止效果將更好，后車門變形更小，但結(jié)構(gòu)比方案2復雜，加工成本高。

通過對3 種方案的比較，項目組決定選用方案2 為最終方案，方案3 可以在部分車輛上采用。

1.3 后車門輔助自鎖裝置現(xiàn)場試驗

項目組對后車門輔助自鎖裝置的不同設計方案進行了多次現(xiàn)場試驗。 現(xiàn)場試驗效果顯示，方案2的單鎖板結(jié)構(gòu)比較合理。但牽引繩長度會逐漸變長，對鎖止效果稍有影響，故在部分車輛加裝了牽引繩長度調(diào)整裝置。

2 防汛搶險自卸汽車箱底積土自動清除裝置的設計與研究

積土產(chǎn)生的主要原因有：（1）車輛作業(yè)時間長，露天停放，箱底、箱幫容易銹蝕，土料與車廂摩擦系數(shù)增大。 （2）長期使用，會使箱底鋼板下沉，出現(xiàn)凹凸不平。 （3）在裝運過程中，受土料自重及振動影響，加大了土料密實度以及與車箱底的結(jié)合力。（4）所運輸?shù)耐练胶枯^高、黏性大，容易產(chǎn)生與箱底的粘接。（5）冬季低溫會使含水的黏土凍結(jié)箱底。幾種情況均會使車廂內(nèi)側(cè)及箱底積土越來越多， 越來越密實、直至大量土料卸不下來，運輸效率大大下降。

2.1 自卸汽車箱底積土自動清除裝置設計方案比較

項目組擬定了2 種方案，從原理上均可以實現(xiàn)箱底自動清除集土的功能，但結(jié)構(gòu)形式各有不同。

方案1，電機正反向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)鏟土板（鏟刀）往復運動。 如圖2 所示，當車廂向上翻轉(zhuǎn)到極限位置時，直流電動機轉(zhuǎn)動，通過減速機帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，拉動兩根鏟土鋼絲繩1 繞上卷筒，同時返回的鋼絲繩2 脫離卷筒，鏟土板從車廂頂端向下移動，完成清除集土任務。 而后，控制直流電動機反向旋轉(zhuǎn)，鏟土鋼絲繩1 脫離卷筒，同時返回的鋼絲繩2 繞上卷筒，鏟土板從車廂尾部向上移動到頂端，使鏟土板原路返回車廂前端，完成回位功能[2]。 本方案的特點是，鏟土板完全自動，只需要改變電動機的轉(zhuǎn)向，就能夠?qū)崿F(xiàn)往復運動，空車試驗效果較好。 但是，電動機消耗的功率過大，自卸汽車電源無法滿足需要，而且電動機開始轉(zhuǎn)動時，需要一個安裝在車廂尾部的觸點開關(guān)控制，結(jié)束時，還需要電路控制裝置進行電動機的關(guān)閉。 電器控制部分比較復雜，精確度不容易保證，鋼絲繩、電動機容易損壞。 故項目組認為，方案可實施性較差。

圖2 箱底積土自動清除裝置原理圖Fig.2 Self-cleaning device principle of bottom board sand

方案2，車廂翻轉(zhuǎn)帶動鏟土板下移，清除集土，電機正向旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)鏟土板回位。 該方案主要是由滑輪機構(gòu)來實現(xiàn)其功能的。 清除集土裝置的牽引鋼絲繩（從鏟土板通過滑輪1、4 到大梁上的固定點3）長度一定。 當車廂向上翻轉(zhuǎn)時，由于車廂前端離開大梁，鏟土板便向尾部移動，實現(xiàn)清除集土作業(yè)，鏟土板移動的距離等于BC 與原始長度的差值。 自動清除裝置組成如圖3 所示。

圖3 箱底積土自動清除裝置組成圖Fig.3 Self-cleaning device components of bottom board sand

該裝置的特點是， 靠車廂的翻轉(zhuǎn)（液壓系統(tǒng)作用）動力來實現(xiàn)積土自動清除（鏟土板下移），可以提供足夠的拉力，同時裝置不會消耗汽車電源的電能，機構(gòu)不需要電機正反方向的控制，結(jié)構(gòu)簡單，具有可實施性。

通過對2 種方案的比較，項目組決定采用方案2 為最終實施方案。 并付諸制作、安裝、試驗、改進，確定裝置的最終結(jié)構(gòu)。

2.2 箱底積土自動清除裝置運行情況

從2008 年以來，河南華潤水利水電工程有限公司、開封黃河工程開發(fā)有限公司等施工企業(yè)，在安徽界－阜－蚌高速公路、商丘－亳州高速公路和濟-邵高速等施工工地安裝清理裝置，效果良好。

3 大型防汛車輛快速扒胎器的設計與研究

輪胎內(nèi)胎漏氣是輪式機械最常見的故障。 一般情況下，搶險現(xiàn)場都在野外，沒有專業(yè)修補輪胎的地方，這就給司機增加了維修難度。 設計一套簡單的拆卸工具，使單人就能快速拆卸輪胎，成為防汛搶險機動隊成員的迫切要求。 故將該內(nèi)容作為“防汛搶險自卸汽車輔助保障系統(tǒng)設計”的重要部分，予以研究和設計。

3.1 大型防汛車輛便攜式快速扒胎器設計方案

快速扒胎器工作原理是，先將支架固定在鋼圈上，通過受力方向的改變，使千斤頂推力向下推動壓桿，使擋圈下移，與彈性鎖圈分離，再用小撬杠輕輕撬出彈性鎖圈，完成壓條拆卸。 這樣很容易取出內(nèi)外輪胎，以便修補或更換[3]。

項目組根據(jù)以往經(jīng)驗，并經(jīng)過多次試驗，設計了2 種方案，其組合分別如圖4、圖5 所示。 項目組對2個方案分別進行現(xiàn)場試驗，經(jīng)過對比，方案2 安裝拆卸更為便捷，省時省力，被確定為為最終實施方案。

圖4 方案1 防汛車輛快速扒胎器Fig.4 Swift tyre changing device of flood-prevention truck of plan one

圖5 方案2 防汛車輛快速扒胎器Fig.5 Swift tyre changing device of flood-prevention truck of plan two

3.2 防汛車輛便攜式快速扒胎器的主要創(chuàng)新點

（1）傳統(tǒng)的拆卸輪胎方法是，利用大錘夯打三角鐵，使彈性鎖圈與擋圈松動，用大、小撬杠等工具來完成，維修人員的體力消耗較大。 快速扒胎器采用液壓裝置（千斤頂）下壓擋圈，大大減輕了維修人員的勞動強度。

（2）快速扒胎器工作原理簡單，動力傳動裝置組成元件少，元件結(jié)構(gòu)簡單、加工要求不高、制造成本低廉，一般汽車維修部門都可加工。

（3）快速扒胎器能夠平穩(wěn)、可靠地將擋圈壓下，使彈性鎖圈非常容易被撬出，可大大節(jié)省維修時間，為防汛搶險、保護國家和人民財產(chǎn)贏得更多的機會，經(jīng)濟社會效益明顯。同時，它還消除傳統(tǒng)拆卸方法存在的安全隱患。

（4）該裝置經(jīng)研制、試驗、改進完善后，可廣泛應用于各種大型運輸車輛。

4 結(jié)語

“提高防汛自卸車使用效能的輔助裝置研制與應用”成果可以整體應用于防汛搶險、水利施工、土石方等工程用的自卸汽車。 自卸汽車箱底積土自動清除裝置，可以清除由任何原因造成的箱底積土，快速扒胎器還可以在普通輪式運輸機械上應用。 每一種裝置均簡單實用，采用人性化設計，可以有效地減輕司機的勞動強度，提高運行和維修的經(jīng)濟效率。

[1] 卞學良. 專用汽車結(jié)構(gòu)與設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007：124-129.

[2] 徐達. 專用汽車結(jié)構(gòu)與設計[M]. 北京：人民交通出版社，2008：78-82.

[3] 任成高.機械設計基礎[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2007：144-149.