某工程車后門鎖緊裝置的匹配設(shè)計(jì)

王廣亮

（安徽江淮汽車股份有限公司輕型車研究所，安徽 合肥 230000）

前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國內(nèi)需求不斷擴(kuò)大，尤其是我國近些年對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施加大投資以來，工程車市場(chǎng)取得了飛速發(fā)展，隨著制造業(yè)的創(chuàng)新，不斷將新的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于工程車上，大大提高了工程車的設(shè)計(jì)效率，縮短了生產(chǎn)周期。

工程車是利用本車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將其車廂傾斜一定角度卸貨，并依靠車廂自重使其自動(dòng)復(fù)位的特種汽車。后門鎖緊機(jī)構(gòu)是工程車的重要組成部分，通過對(duì)該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)貨箱后門在貨箱卸貨和復(fù)位過程中在相應(yīng)的位置實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉。

1 后門鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

后門鎖緊機(jī)構(gòu)是工程車特有的結(jié)構(gòu)，它是配合貨箱卸貨和保證貨箱在非卸貨狀態(tài)時(shí)后門不發(fā)生運(yùn)動(dòng)的重要零部件。而后門鎖緊機(jī)構(gòu)根據(jù)工程車貨箱的分類也分為運(yùn)輸類和工程類兩種，這里介紹的是配合工程類貨箱使用的后門鎖緊機(jī)構(gòu)。

如圖1所示，工程車的工程類貨箱的后門鎖緊機(jī)構(gòu)選用的是鏈條式結(jié)構(gòu)。如圖2所示，它分別由鎖鉤座總成，鎖鉤座支架，鏈條，銷軸、開口銷、平墊圈組合使用，調(diào)節(jié)鎖桿，緩沖塊，螺母和大平墊等件組合而成。

圖1 鏈條式后門鎖緊機(jī)構(gòu)

2 后門鎖緊機(jī)構(gòu)安裝位置

鎖緊機(jī)構(gòu)是配合貨箱翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的，所以一部分要連接貨箱，一部分要連接車架及相應(yīng)結(jié)構(gòu)。由圖3可知，鎖鉤座總成和鎖鉤座支架是用螺栓固定在貨箱上，而調(diào)節(jié)鎖桿，緩沖塊，螺母等都是固定在車架上。而實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于車架與其他零部件存在干涉問題，所以有時(shí)也會(huì)把調(diào)節(jié)鎖桿等件安裝在后防護(hù)支架上。鏈條則是兩組零件之間的連接件。

圖2 鏈條式后門鎖緊機(jī)構(gòu)二維圖

圖3 后門鎖緊機(jī)構(gòu)裝置圖

3 后門鎖緊機(jī)構(gòu)工作原理

行駛狀態(tài)，貨箱底板落在車架上，而貨箱后門鎖緊機(jī)構(gòu)中的鏈條拉緊鎖鉤座總成，使其處于鎖止?fàn)顟B(tài)，在這種狀態(tài)下，不論車輛處于何種路況，后門都不會(huì)打開。該鎖緊機(jī)構(gòu)無任何彈性元件，所以貨箱后門的開啟是依靠卸載貨物時(shí)貨物對(duì)后門的擠壓力來實(shí)現(xiàn)的。在工程車卸貨的過程中，貨物會(huì)一直給后門一個(gè)向后的力，后門鎖緊機(jī)構(gòu)限制著后門向后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)達(dá)到后門完全開啟的角度之后，后門與鎖緊機(jī)構(gòu)分開，后門受到貨物的力向后擺動(dòng)。而當(dāng)貨箱再次貼合車架時(shí)，鎖鉤與后門接合，從而達(dá)到鎖緊貨廂后門的目的。

4 后門鎖緊機(jī)構(gòu)配合設(shè)計(jì)

4.1 后門鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

根據(jù)實(shí)際使用需求，得出設(shè)計(jì)須滿足如下要求：

a.在行車中鎖止可靠，不得鎖止失效，造成意外打開。

b.貨箱后門鎖緊機(jī)構(gòu)應(yīng)保證后門在車箱舉升至 6°～10°時(shí)完全開啟，要求開啟靈活。

c.貨箱降落時(shí)，貨箱后門要先于后鎖鉤回位。

d.適應(yīng)工程車的使用工況，要求各零部件能堅(jiān)固耐用，不易損壞。

4.2 后門鎖緊機(jī)構(gòu)配合設(shè)計(jì)

1）設(shè)計(jì)重點(diǎn)。根據(jù)鏈條式后門鎖緊機(jī)構(gòu)中各零部件結(jié)構(gòu)和布置位置，對(duì)5.1中的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行簡單分析：因?yàn)榇随湕l式后門鎖緊機(jī)構(gòu)已在其他車型上得到驗(yàn)證，所以零部件的耐久性可以保證；鎖鉤座總成伸出部位與后門后平面接觸，未舉升時(shí)起到了鎖緊的作用，所以a項(xiàng)符合要求；貨箱舉升多少度時(shí)后門能夠完全開啟由鎖緊機(jī)構(gòu)和后門的相對(duì)位置決定，所以需要重新計(jì)算；貨箱降落時(shí)會(huì)不會(huì)出現(xiàn)鎖鉤座總成與后門動(dòng)態(tài)干涉也得重新計(jì)算得出。最終設(shè)計(jì)要求中a項(xiàng)和d項(xiàng)可以滿足要求而b項(xiàng)和c項(xiàng)需要校核。

2）貨箱后門完全開啟時(shí)鎖鉤座總成旋轉(zhuǎn)的角度a。后門鎖緊機(jī)構(gòu)各零件的安裝位置如圖3所示。后門鎖緊機(jī)構(gòu)在貨箱舉升過程中會(huì)限制后門開啟。在后門正好完全開啟時(shí)，此時(shí)的后門和鎖鉤座總成正好分離，所以找到這個(gè)臨界點(diǎn)是首要的。因?yàn)樨浵浜箝T和鎖鉤座總成和鎖鉤座支架都是固定在貨箱上的，所以他倆之間的變化都是以貨箱為基礎(chǔ)的。而貨箱后門的運(yùn)動(dòng)軌跡是后門以后門鉸鏈銷的中心為圓心做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；而鎖鉤座總成的運(yùn)動(dòng)軌跡則是以和鎖鉤座支架連接中心為圓心做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。所以以后門鉸鏈銷中心為圓心，后門總成距離此圓心最遠(yuǎn)距離為半徑做圓1，圓1的面積即為貨箱后門所能掃略的面積。以鎖鉤座總成和鎖鉤座支架連接中心為圓心，鎖鉤座總成距離圓心最遠(yuǎn)距離為半徑做圓2，圓2的面積即為鎖鉤座所能掃略的面積。如圖4所示，兩圓相交點(diǎn)所在的位置即為貨箱后門完全開啟時(shí)鎖鉤座總成所在的位置，而此狀態(tài)下與最初狀態(tài)下的鎖鉤座總成的夾角即為角度a。

圖4 后門完全開啟時(shí)鎖鉤座總成旋轉(zhuǎn)的角度a

3）后門完全開啟時(shí)舉升角度b的計(jì)算。因?yàn)樵诤箝T完全開啟前鎖鉤座總成都在限制后門，即后門一直都會(huì)給它向后的一個(gè)力，所以鏈條在這過程中一直都是拉緊的狀態(tài)，即可以簡化成一跟直桿。此時(shí)以調(diào)節(jié)鎖桿與鏈條連接中心為圓心，圓心到未舉升時(shí)鎖鉤座總成與鏈條連接中心的距離為半徑畫圓 3，則貨箱后門在完全開啟之前，鎖鉤座總成與鏈條連接中心會(huì)在圓3上運(yùn)動(dòng)。將貨箱后門完全開啟時(shí)鎖鉤座總成的位置裝配到整車中，連接它與鏈條連接中心點(diǎn)和貨箱翻轉(zhuǎn)中心點(diǎn)，并以此距離為半徑r，以貨箱翻轉(zhuǎn)中心為圓心畫圓4。因?yàn)殒i鉤座總成是固定在貨箱上，而且貨箱是繞著貨箱翻轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的，所以在后門沒有完全開啟的過程中不管舉升角度為多少，角度a和半徑r都是定值。綜上說明了貨箱翻轉(zhuǎn)到后門完全開啟時(shí)鎖鉤座總成的位置與鏈條連接中心點(diǎn)在圓4上。結(jié)合圓3和圓4后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)圓的交點(diǎn)即為實(shí)際上此款貨箱的后門完全開啟時(shí)鎖鉤座總成的位置與鏈條連接中心點(diǎn)。連接此點(diǎn)和貨箱翻轉(zhuǎn)中心點(diǎn)畫一條線，此線和未舉升時(shí)貨箱后門完全開啟時(shí)鎖鉤座總成與鏈條連接中心和貨箱翻轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的連線的夾角即為貨箱翻轉(zhuǎn)的角度b。求解過程如圖5所示。

圖5 后門完全開啟時(shí)舉升角度b的計(jì)算

4）貨箱降落時(shí)，鎖鉤座總成與貨箱后門的動(dòng)態(tài)校核。在貨箱降落時(shí)，因?yàn)闆]有貨物的存在，后門沒有向后的作用力，所以在降落過程中，它只受重力。貨箱翻轉(zhuǎn)過程，后門總成受后門鉸鏈銷的約束，只能繞銷旋轉(zhuǎn)，因自身結(jié)構(gòu)在重力作用下會(huì)和豎直方向有個(gè)夾角，夾角為角度 c，也就是在貨箱翻轉(zhuǎn)角度為c時(shí)，后門和貨箱整體才分離、貼合。因?yàn)檎囎藨B(tài)角要求在0.5-1.5°之間，一直為正，考慮整車姿態(tài)角的存在，貨箱為空載狀態(tài)時(shí)，后門與貨箱整體分離時(shí)貨箱翻轉(zhuǎn)的角度為角度c加上姿態(tài)角。所以只要角度c ＞ 角度b即可保證鉸鏈座總成與貨箱后門不會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)干涉。

求解角度c時(shí)應(yīng)用了NX的運(yùn)動(dòng)仿真功能。NX運(yùn)動(dòng)仿真模塊（NX/motion simulation）是NX仿真中的一個(gè)模塊，它能對(duì)任何二維或三維機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、動(dòng)力分析和靜力分析。通過NX的三維建模功能建立一個(gè)三維實(shí)體模型，利用運(yùn)動(dòng)仿真模塊的功能給三維實(shí)體模型的各個(gè)部件賦予一定的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，再在各個(gè)部件之間建立一定的連接關(guān)系即可建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型。NX運(yùn)動(dòng)仿真模塊可以對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量的裝配分析工作、運(yùn)動(dòng)和理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡(luò)等，得到大量運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。通過對(duì)這個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)分析就可以驗(yàn)證該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并且可以利用圖形輸出各個(gè)部件的位移、坐標(biāo)、加速度、速度和力的變化情況，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

圖6 夾角c的求解

圖7 某工程車后門鎖緊機(jī)構(gòu)三維校核

這里我們應(yīng)用運(yùn)動(dòng)仿真模塊的重力功能對(duì)后門在只能繞后門鉸鏈銷旋轉(zhuǎn)的約束下進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)后門鉸鏈銷的中心進(jìn)行約束并釋放X方向的旋轉(zhuǎn)自由度，讓貨箱后門在重力的情況下自由擺動(dòng)，最終后門會(huì)靜止成一個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)即為貨箱后門只釋放繞銷的旋轉(zhuǎn)約束后的自由靜止?fàn)顟B(tài)，后門平面與豎直Z方向的夾角即為角度c。如圖6所示。

5 總結(jié)

圖6顯示貨箱在降落時(shí)，貨箱后門釋放繞銷的旋轉(zhuǎn)約束后，后門平面與豎直Z方向的夾角為16.3°，大于9.8°，不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)干涉，符合設(shè)計(jì)要求中的c項(xiàng)要求。

應(yīng)用以上的計(jì)算方法并結(jié)合此款工程車各零部件的實(shí)際參數(shù)，最終確定后門鎖緊機(jī)構(gòu)的各個(gè)參數(shù)和具體的布置位置。如圖7所示，結(jié)合此車參數(shù)求出貨箱在翻轉(zhuǎn)9.8°時(shí)貨箱后門能夠完全脫離后門鎖緊機(jī)構(gòu)的限制，后門完全打開，度數(shù)也符合后門鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求中的b項(xiàng)要求。

綜合以上分析，此參數(shù)下的后門鎖緊機(jī)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求，可以使用。設(shè)計(jì)過程中各參數(shù)數(shù)值如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)過程中各參數(shù)數(shù)值

后門鎖緊裝置的最終二維裝置圖如圖8所示。

6 結(jié)論

本文簡介了一種工程車后門鎖緊機(jī)構(gòu)的匹配設(shè)計(jì)方法。沿用成熟鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以保證零部件使用，通過對(duì)后門開啟和關(guān)閉過程的校核，達(dá)到了設(shè)計(jì)和使用的要求，匹配設(shè)計(jì)完成。本文的設(shè)計(jì)方法不能適應(yīng)所有后門鎖緊裝置的設(shè)計(jì)，但提供了一種方法，望能對(duì)讀者有一定的參考價(jià)值。

圖8 某工程車后門鎖緊機(jī)構(gòu)二維裝置圖

[1] 梅國興.基于Pro/E的自卸車鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),北京汽車,2012.

[2] 郝建根,袁光濤.礦用自卸車貨箱后門啟閉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)探析,專用汽車與配件,2012.6.

[3] 胡志國.車箱可卸式垃圾車后門鎖緊機(jī)構(gòu)改進(jìn),專用汽車,2006.9.