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        提高防汛自卸車使用效能的輔助裝置研制

        2010-12-08 09:41:34周彥林段根奎
        關(guān)鍵詞:箱底車廂防汛

        周彥林,劉 芳,肖 玥,段根奎

        (1.開封黃河河務(wù)局第一機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)隊(duì),河南 開封 475001;2.開封黃河河務(wù)局,河南 開封 475002)

        0 引言

        在黃河防汛搶險(xiǎn)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(gè)問題:(1)由于黃河防汛搶險(xiǎn)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(shí)的沖擊負(fù)荷,使車廂底面、側(cè)面、后廂門變得凹凸不平,后廂門鎖會(huì)失去正常鎖止功能,需要頻繁進(jìn)行人工操作。 (2)黏土?xí)吃谲噹撞?,冬季運(yùn)輸潮濕物料時(shí),貨物還容易凍結(jié)于車廂底板上,靠原有設(shè)計(jì)不能徹底卸下,造成自動(dòng)卸貨不徹底,影響工作效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。 (3)一旦自卸汽車加入到防汛搶險(xiǎn)隊(duì)伍中,超負(fù)荷工作不可避免地會(huì)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(shí)間。 以上情況,使自卸汽車在防汛搶險(xiǎn)過程中不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的效能。 為了解決防汛搶險(xiǎn)自卸汽車面臨的難題,開封黃河河務(wù)局提出增設(shè)防汛搶險(xiǎn)自卸汽車輔助保障系統(tǒng)的設(shè)想,以期降低故障發(fā)生的頻率,快速修復(fù)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(shè)計(jì)與研究

        自卸汽車設(shè)計(jì)時(shí),為了防止重物從后廂門外漏,均設(shè)計(jì)有機(jī)械后廂門鎖。 卸料時(shí),后廂門鎖自動(dòng)打開,車廂回落到位后,后廂門鎖自動(dòng)鎖止。 在一般情況下,自卸汽車的自身設(shè)計(jì)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(xiǎn)的特殊工作條件下,石料在裝卸時(shí)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(huì)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(dòng)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(dāng)車廂繞A 點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 因牽引繩2的長度是一定的,E 點(diǎn)離F 點(diǎn)的距離會(huì)越來越小,故鎖板1 就一邊隨著車廂繞A 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),一邊繞G 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到一定角度后,車廂門打開,車廂繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),鎖板1 垂落。 當(dāng)車廂回落時(shí),由于EF 尺寸逐漸變大,ED 尺寸變小, 鎖板1 繞G 點(diǎn)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(shè)計(jì)方案比較

        本設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是,通過車廂的轉(zhuǎn)動(dòng),改變牽引繩DEF 中兩直線段DE 和EF 的尺寸,從而實(shí)現(xiàn)鎖板繞鉸接點(diǎn)G 的轉(zhuǎn)動(dòng)。 所以,項(xiàng)目組提出3 種設(shè)計(jì)方案:(1)鉸接點(diǎn)G 選在車架上,單鎖板結(jié)構(gòu)。 (2)鉸接點(diǎn)G 選在車廂下部,單鎖板結(jié)構(gòu)。 (3)鉸接點(diǎn)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(gè)鎖板、一個(gè)鎖板銷、一條牽引繩等組成,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、零部件數(shù)量較少,通過設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)輔助自鎖功能,也能夠自動(dòng)打開。 但是,方案1 的G 點(diǎn)位置需向后延伸車架來實(shí)現(xiàn),要考慮車廂翻轉(zhuǎn)時(shí)相互干擾問題,還影響汽車后部的美觀。 而方案2 的點(diǎn)G 選在了車廂下部的支架上,該設(shè)計(jì)易于實(shí)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(shè)計(jì)鎖止效果將更好,后車門變形更小,但結(jié)構(gòu)比方案2復(fù)雜,加工成本高。

        通過對3 種方案的比較,項(xiàng)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(yàn)

        項(xiàng)目組對后車門輔助自鎖裝置的不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了多次現(xiàn)場試驗(yàn)。 現(xiàn)場試驗(yàn)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(huì)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(xiǎn)自卸汽車箱底積土自動(dòng)清除裝置的設(shè)計(jì)與研究

        積土產(chǎn)生的主要原因有:(1)車輛作業(yè)時(shí)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(huì)使箱底鋼板下沉,出現(xiàn)凹凸不平。 (3)在裝運(yùn)過程中,受土料自重及振動(dòng)影響,加大了土料密實(shí)度以及與車箱底的結(jié)合力。(4)所運(yùn)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(huì)使含水的黏土凍結(jié)箱底。幾種情況均會(huì)使車廂內(nèi)側(cè)及箱底積土越來越多, 越來越密實(shí)、直至大量土料卸不下來,運(yùn)輸效率大大下降。

        2.1 自卸汽車箱底積土自動(dòng)清除裝置設(shè)計(jì)方案比較

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

        方案1,電機(jī)正反向旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)鏟土板(鏟刀)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 如圖2 所示,當(dāng)車廂向上翻轉(zhuǎn)到極限位置時(shí),直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),通過減速機(jī)帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn),拉動(dòng)兩根鏟土鋼絲繩1 繞上卷筒,同時(shí)返回的鋼絲繩2 脫離卷筒,鏟土板從車廂頂端向下移動(dòng),完成清除集土任務(wù)。 而后,控制直流電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn),鏟土鋼絲繩1 脫離卷筒,同時(shí)返回的鋼絲繩2 繞上卷筒,鏟土板從車廂尾部向上移動(dòng)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(diǎn)是,鏟土板完全自動(dòng),只需要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向,就能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng),空車試驗(yàn)效果較好。 但是,電動(dòng)機(jī)消耗的功率過大,自卸汽車電源無法滿足需要,而且電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),需要一個(gè)安裝在車廂尾部的觸點(diǎn)開關(guān)控制,結(jié)束時(shí),還需要電路控制裝置進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的關(guān)閉。 電器控制部分比較復(fù)雜,精確度不容易保證,鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)容易損壞。 故項(xiàng)目組認(rèn)為,方案可實(shí)施性較差。

        圖2 箱底積土自動(dòng)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(dòng)鏟土板下移,清除集土,電機(jī)正向旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)鏟土板回位。 該方案主要是由滑輪機(jī)構(gòu)來實(shí)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(diǎn)3)長度一定。 當(dāng)車廂向上翻轉(zhuǎn)時(shí),由于車廂前端離開大梁,鏟土板便向尾部移動(dòng),實(shí)現(xiàn)清除集土作業(yè),鏟土板移動(dòng)的距離等于BC 與原始長度的差值。 自動(dòng)清除裝置組成如圖3 所示。

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

        該裝置的特點(diǎn)是, 靠車廂的翻轉(zhuǎn)(液壓系統(tǒng)作用)動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)積土自動(dòng)清除(鏟土板下移),可以提供足夠的拉力,同時(shí)裝置不會(huì)消耗汽車電源的電能,機(jī)構(gòu)不需要電機(jī)正反方向的控制,結(jié)構(gòu)簡單,具有可實(shí)施性。

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

        2.2 箱底積土自動(dòng)清除裝置運(yùn)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(jì)-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(shè)計(jì)與研究

        輪胎內(nèi)胎漏氣是輪式機(jī)械最常見的故障。 一般情況下,搶險(xiǎn)現(xiàn)場都在野外,沒有專業(yè)修補(bǔ)輪胎的地方,這就給司機(jī)增加了維修難度。 設(shè)計(jì)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(xiǎn)機(jī)動(dòng)隊(duì)成員的迫切要求。 故將該內(nèi)容作為“防汛搶險(xiǎn)自卸汽車輔助保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的重要部分,予以研究和設(shè)計(jì)。

        3.1 大型防汛車輛便攜式快速扒胎器設(shè)計(jì)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(dòng)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(bǔ)或更換[3]。

        項(xiàng)目組根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),并經(jīng)過多次試驗(yàn),設(shè)計(jì)了2 種方案,其組合分別如圖4、圖5 所示。 項(xiàng)目組對2個(gè)方案分別進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn),經(jīng)過對比,方案2 安裝拆卸更為便捷,省時(shí)省力,被確定為為最終實(shí)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

        (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(dòng),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(dòng)強(qiáng)度。

        (2)快速扒胎器工作原理簡單,動(dòng)力傳動(dòng)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(shí)間,為防汛搶險(xiǎn)、保護(hù)國家和人民財(cái)產(chǎn)贏得更多的機(jī)會(huì),經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益明顯。同時(shí),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(yàn)、改進(jìn)完善后,可廣泛應(yīng)用于各種大型運(yùn)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(yīng)用”成果可以整體應(yīng)用于防汛搶險(xiǎn)、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(dòng)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(yùn)輸機(jī)械上應(yīng)用。 每一種裝置均簡單實(shí)用,采用人性化設(shè)計(jì),可以有效地減輕司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高運(yùn)行和維修的經(jīng)濟(jì)效率。

        [1] 卞學(xué)良. 專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:124-129.

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

        [3] 任成高.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:144-149.

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