雙排輕卡駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汪涵 王連虎 張厚婷 胡從義

摘 要：文章基于市場需求，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一套適用于雙排輕卡車型的駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠在雙排輕卡車型上良好匹配并穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)駕駛室翻轉(zhuǎn)、鎖止功能，而且操作方便自動(dòng)化程度高，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：雙排；駕駛室；翻轉(zhuǎn)；鎖止；系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U462.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-220-03

Abstract： Based on the market demand， a flip and lock system is created for the double-row light truck cab， which is not only suitable for the double-row light truck to function as cab flipping and locking reliably， but also operated easily with a high degree of automation. Thus this system has a high practical value.

Keywords： Double-row； Cab； Flip； Lock； System

CLC NO.： U462.1 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-220-03

前言

雙排輕卡受駕駛室體積大、重量大、重心遠(yuǎn)離前端（重力臂長）且空間過于緊湊等因素制約，難以設(shè)計(jì)布置駕駛室翻轉(zhuǎn)、鎖止機(jī)構(gòu)，故現(xiàn)有雙排輕卡駕駛室一般為不可翻轉(zhuǎn)。駕駛室不可翻轉(zhuǎn)則不便于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱（位于駕駛室下方）等的檢修。目前為解決發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱檢修問題，一般在駕駛室地板上開檢修孔，該方案發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱接近性差檢修極其不便（檢修前須拆除座椅、地毯，之后掀開檢修孔蓋；檢修完成后需重新裝配檢修孔蓋、地毯、座椅等），且破壞了駕駛室地板結(jié)構(gòu)的整體性，對(duì)車輛安全性及NVH性能不利，難以滿足市場需求。

本文通過對(duì)重卡車型上普遍使用的液壓翻轉(zhuǎn)、鎖止系統(tǒng)各模塊進(jìn)行小型化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并對(duì)現(xiàn)有單排輕卡上普遍使用的“單扭桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)”進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)，之后將二者有效結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套“雙排輕卡駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止系統(tǒng)”，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊可以方便在雙排輕卡車型上布置匹配，并能使雙排輕卡駕駛室方便可靠的翻轉(zhuǎn)和鎖止，可以有效解決雙排輕卡發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱檢修不便的問題。

1 雙排輕卡翻轉(zhuǎn)鎖止系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

下圖1所示為本雙排駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及工作狀態(tài)，本系統(tǒng)主要包含扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)助力機(jī)構(gòu)（支撐以及輔助舉升駕駛室）、液壓缸總成（舉升駕駛室）、液壓鎖止減震機(jī)構(gòu)（駕駛室落下后鎖止固定，以及駕駛室支撐減震）、液壓泵總成（操縱、控制系統(tǒng)）以及若干高壓管路、線路、固定支架等。液壓泵依靠蓄電池供電，通過調(diào)節(jié)液壓泵總成上的方向閥并按下按鈕，控制液壓缸、扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)助力機(jī)構(gòu)共同作用使駕駛室自動(dòng)舉升或降落，并在駕駛室落下后由液壓鎖自動(dòng)將駕駛室可靠的鎖緊固定在車架上。本方案駕駛室可整體翻轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱檢修方便，故不需在駕駛室地板上開孔。

在某款雙排輕卡車型上，經(jīng)計(jì)算駕駛室最大重力矩為5700N·m（方向如上圖1逆時(shí)針大箭頭所示），單扭桿彈簧可保持穩(wěn)定工作的最大扭力矩為2200N·m（方向如上圖1順時(shí)針小箭頭所示），當(dāng)匹配扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)助力機(jī)構(gòu)時(shí)，液壓舉升機(jī)構(gòu)只需輸出3500N·m（方向如上圖1順時(shí)針大箭頭所示）即可使實(shí)現(xiàn)駕駛室翻轉(zhuǎn)。此方案一方面可以降低液壓舉升機(jī)構(gòu)的功率，有利于液壓舉升機(jī)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)小型化、輕量化，同時(shí)可以節(jié)能（扭桿彈簧采用機(jī)械儲(chǔ)能可反復(fù)存儲(chǔ)及釋放，液壓泵一般使用電能），節(jié)省成本（扭桿彈簧價(jià)格低廉）；另一方面可以有效避免駕駛室局部受力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)開裂或翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)（液壓缸舉升力僅作用于駕駛室地板局部，扭桿彈簧通過支承臂使作用力分散于駕駛室地板整體）。此方案結(jié)合了機(jī)械式單扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)鎖止機(jī)構(gòu)與液壓翻轉(zhuǎn)鎖止機(jī)構(gòu)二者的優(yōu)點(diǎn)，避免了二者的缺陷。

2 各分總成設(shè)計(jì)

2.1 液壓缸總成設(shè)計(jì)

根據(jù)駕駛室翻轉(zhuǎn)角度需求確定液壓缸上下支點(diǎn)坐標(biāo)等參數(shù)（見下表1），輸入后獲得液壓缸及駕駛室簡化運(yùn)動(dòng)模型（見下圖2）。

由以上運(yùn)動(dòng)簡化模型，可知液壓缸工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并可測出液壓缸初始長度、初始角度、舉升極限長度、舉升極限角度等關(guān)鍵參數(shù)，最終設(shè)計(jì)出液壓缸總成（見下圖3）。

2.2 扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)助力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)助力機(jī)構(gòu)（見上圖4），是在傳統(tǒng)機(jī)械式單扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)鎖止機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)，去掉原機(jī)械式后鎖止機(jī)構(gòu)以及中支撐桿總成，僅保留前翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，簡化設(shè)計(jì)后的扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)助力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊可以在雙排輕卡上良好匹配且成本較低。一般單扭桿彈簧扭力不足以單獨(dú)舉升雙排駕駛室，但可以作為有效的輔助助力機(jī)構(gòu)與液壓舉升機(jī)構(gòu)形成合力共同舉升駕駛室，并有效提升駕駛室翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

2.3 液壓鎖止減震機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于雙排輕卡布置空間有限，而一般車型（主要為中重卡）上使用的液壓鎖止減震機(jī)構(gòu)體積大重量重在雙排輕卡上無法匹配，因此必須對(duì)液壓鎖止減震機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)小型化、輕量化設(shè)計(jì)（經(jīng)過創(chuàng)新設(shè)計(jì)后的液壓鎖止減震機(jī)構(gòu)見下圖5）。

本液壓鎖止減震機(jī)構(gòu)為分體式左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，具有液壓控制鎖止、解鎖功能以及支承減震功能，具有“結(jié)構(gòu)緊湊體積小”、“重量輕便于生產(chǎn)線生產(chǎn)裝配”、“可以廣泛應(yīng)用于輕卡、中卡、重卡等各類車型”等特點(diǎn)。

2.4 液壓泵總成設(shè)計(jì)

本液壓泵總成（見上圖6）結(jié)構(gòu)緊湊占用空間小，可在雙排輕卡上靈活布置。本雙排輕卡駕駛室翻轉(zhuǎn)、鎖止系統(tǒng)，只需調(diào)整液壓泵上的方向閥并按下電動(dòng)泵控制開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)駕駛室自動(dòng)舉升、降落以及鎖止。

3 結(jié)論

本文通過優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)械式單扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)鎖止機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，對(duì)液壓翻轉(zhuǎn)、鎖止機(jī)構(gòu)（液壓鎖止減震機(jī)構(gòu)、液壓泵總成等）進(jìn)行小型化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并將二者進(jìn)行整合，采用“扭桿彈簧翻轉(zhuǎn)助力機(jī)構(gòu)與液壓舉升機(jī)構(gòu)共同作用”的原理，設(shè)計(jì)出雙排輕卡駕駛室翻轉(zhuǎn)、鎖止系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在空間極其有限的雙排輕卡車型上良好布置匹配，應(yīng)用本系統(tǒng)的車型只需調(diào)整位于液壓泵上的方向閥并按下按鈕就可以實(shí)現(xiàn)“駕駛室自動(dòng)且穩(wěn)定可靠的翻轉(zhuǎn)鎖止”，具有自動(dòng)化程度高、操縱方便等優(yōu)點(diǎn)，使雙排輕卡駕駛室從“不可翻轉(zhuǎn)”到“只需按下按鈕就可以自動(dòng)翻轉(zhuǎn)、鎖止”，解決了過去雙排輕卡駕駛室因無法翻轉(zhuǎn)而只能在駕駛室底部開孔以解決發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱檢修的問題。另外本系統(tǒng)成本可控，可以在各類雙排輕卡上推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)[J].2012.7.

[2] 林程，王文偉，陳瀟凱.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[J].2016.4.

[3] 羊拯民，高玉華.汽車車身設(shè)計(jì)[J].2008.8.

[4] 靳媛，樊紅亮.汽車工程手冊(cè)3[J].2010.12.