王玨

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

關(guān)鍵詞：曲柄搖塊機構(gòu) 雙搖桿機構(gòu) 運動性能 擺角 舉升效率

汽車自卸裝置的應用實例——分別為曲柄搖塊機構(gòu)（見圖1）和雙搖桿機構(gòu)（見圖2）。

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

兩機構(gòu)的性能特點及其理論依據(jù)概述如下。

一、從運動性能看，兩機構(gòu)有相同點

圖1中搖塊機構(gòu)的主動件是活塞桿（導桿）2，圖2中的雙搖桿裝置中的主動件為搖桿AB。

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

F=3n-2PL-PH

式中： F——機構(gòu)的自由度；

n——活動構(gòu)件；

PL——低副的個數(shù)；

PH——高副的個數(shù)。

分別計算得：

①搖塊機構(gòu)的自由度為：F=3×3-2×4-0=1

②雙搖桿機構(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入；復合鉸鏈處的低副數(shù)目按K個構(gòu)件以（K-1）個低副數(shù)計入。

可見，盡管兩者的運動副形式有所不同，但機構(gòu)的運動性質(zhì)相同，可完成相同的工作任務。

二、從動件的擺角不同影響到各自的使用性能

1.曲柄搖塊機構(gòu)

圖1曲柄搖塊機構(gòu)中的從動件車廂為曲柄，在理論上的回轉(zhuǎn)角度可以達到360°。但是具體情況通過圖3進行分析。

圖3 搖塊機構(gòu)簡圖

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

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

2.分析圖2中的雙搖桿機構(gòu)

雙搖桿機構(gòu)可分為兩大類：

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

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

圖4 第一類雙搖桿機構(gòu)

在第二類雙搖桿機構(gòu)中，用教具演示如圖5所示，看到此機構(gòu)可以出現(xiàn)三個死點位置，分別為圖中a）、b）、c）三個位置。該機構(gòu)從動搖桿的擺動角度依然很大，可以達到僅小于360°，即使避開死點位置，從動件也能具有較大的擺動角度，且翻轉(zhuǎn)靈活、便利，應用范圍廣泛。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 第二類雙搖桿機構(gòu)的三個死點位置

3.實際應用

一般汽車的自卸裝置最大擺動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大于安息角，才能將貨物清理干凈。兩種機構(gòu)都能滿足對車廂擺動角度的要求。

三、兩機構(gòu)中車廂受力不同使得舉升效率不同

1.搖塊機構(gòu)的受力分析

圖6

由圖6可以看到：車廂在舉升過程中，主要受到三個方向的力。一個是車廂所受的重力，一個是活塞桿的推力，另一個就是鉸鏈C處的支撐力。三者達到力平衡，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?；钊麠U的推力f經(jīng)過三角臂分解為一個方向的拉力f1和另一個方向的支撐力f2，同時帶動主動搖桿擺動，主動搖桿可以給車廂一個支撐力，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

汽車兩種自卸機構(gòu)的應用特點比較如下。

兩種機構(gòu)的運動性質(zhì)相同，均可依靠液壓傳動系統(tǒng)提供的動力來完成汽車自卸工作。

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

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

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

（作者單位：肇慶市技師學院）