單長(zhǎng)洲，王香廷

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

幾種中卡駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)扭桿的匹配設(shè)計(jì)

單長(zhǎng)洲，王香廷

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

平頭卡車為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)維修、保養(yǎng)等的需要，要求駕駛室能夠翻轉(zhuǎn)，而江淮中型卡車的幾種駕駛室總成重達(dá)695～765公斤，為了使駕駛室能輕便地翻轉(zhuǎn)，必須借助于助力機(jī)構(gòu)。文章通過(guò)建立駕駛室翻轉(zhuǎn)過(guò)程的三維模型及數(shù)學(xué)模型，從中得出最佳的翻轉(zhuǎn)扭桿直徑尺寸，并進(jìn)行了輕便性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輕便性大大改善，為翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了一種有效方法。

中型卡車；駕駛室；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；扭桿；輕便性

Abstract:To satisfy the maintain of engine, the cab need be overturned. The cab of the Jianghuai medium truck weighs nearly 695～765 kilograms. The overturn framework must be needed because manpower is not strong enough to achieve its overturn. In this paper, on basis of the mathematic model of process of the overturn, the optimized diameter of the torsion bar during installation is calculated out. The handiness performance is tested. The test results show that the handiness performance of overturn framework is improved. An effective way to improve quality of overturn framework is presented.

Keywords: Medium truck; cab; Overturn framework; torsion bar; Handiness performance

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-25-03

引言

隨著中型卡車用戶對(duì)車輛的整車性能、駕駛環(huán)境及操作維修的方便性要求的提高，為了便于發(fā)動(dòng)機(jī)的維修保養(yǎng)，要求駕駛室能夠向前翻轉(zhuǎn)。

中、重卡駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可分為液壓翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和助力式人力翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其中助力式人力翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中扭桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、使用方便、操作省力、結(jié)構(gòu)緊湊、便于布置、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性的需要，江淮中型卡車翻轉(zhuǎn)裝置采用機(jī)械扭桿式，由于駕駛室較重，故采用雙扭桿結(jié)構(gòu)，從而使單根扭桿的受力較小，也使駕駛室左右受力均勻，避免形成扭曲現(xiàn)象。但由于中型卡車駕駛室種類繁多（平頂、半高頂、高頂）及選裝部件不同，就造成了駕駛室重量及重心的變化，一套翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不能適用于不同配置的駕駛室。

本文對(duì)駕駛室翻轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行了分析，借鑒前期對(duì)扭桿的研究成果，針對(duì)不同駕駛室的翻轉(zhuǎn)扭桿直徑進(jìn)行計(jì)算、設(shè)計(jì)，從而使翻轉(zhuǎn)輕便可靠，達(dá)到人機(jī)工程學(xué)要求和整車的設(shè)計(jì)要求。

1 主要結(jié)構(gòu)與工作原理

江淮HFC1130KR1中型卡車翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1所示。左、右扭桿2、3一端（固定端）和右支座4、左支座10通過(guò)花鍵連接，另一端穿過(guò)支座 10、4后和左、右力臂 9、5也通過(guò)花鍵連接，駕駛室通過(guò)滾輪作用于力臂上的重力就會(huì)使扭桿產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。在翻轉(zhuǎn)駕駛室時(shí)，預(yù)先將扭桿扭過(guò)一定角度，即在汽車處于正常使用狀態(tài)時(shí)，扭桿處于最大扭角及最大受力狀態(tài)。當(dāng)需要把駕駛室翻起來(lái)時(shí)，打開(kāi)鎖緊機(jī)構(gòu)主、副鉤，這樣扭桿通過(guò)力臂作用在駕駛室上的力，使其繞翻轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，等翻轉(zhuǎn)到極限位置，駕駛室撐桿撐起，固定駕駛室。

圖1 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 不同駕駛室的翻轉(zhuǎn)扭桿分析

2.1 半高頂駕駛室

前期通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試和計(jì)算得到半高頂駕駛室的基本設(shè)計(jì)參數(shù)：（表1 圖2 表2）

2.1.1 重量和重心

表1 重量和重心坐標(biāo)

2.1.2 扭桿具體尺寸

圖2 扭桿尺寸示意圖

表2 扭桿具體尺寸

如圖3所示，當(dāng)駕駛室副鎖鎖緊時(shí)，由翻轉(zhuǎn)中心的力矩平衡方程得：

圖3 駕駛室鎖緊簡(jiǎn)圖

式中L——扭桿的長(zhǎng)度，m

φ—— 扭桿鎖緊時(shí)扭轉(zhuǎn)角度，rad

F——駕駛室鎖緊副鉤的鎖緊力，N

A——鎖緊力F到翻轉(zhuǎn)中心的力臂，m根據(jù)實(shí)際車況，取：

2.2 半高頂雙臥鋪駕駛室

在原半高頂駕駛室上新增的上臥鋪（圖4，約30kg），駕駛室重心后移。使翻轉(zhuǎn)扭桿所受力矩增大，仍使用原扭桿導(dǎo)致上翻困難，此時(shí)可以考慮增大扭桿直徑（d），以增大扭轉(zhuǎn)剛度，扭桿花鍵、左右扭桿最大工作角度（左：37°、右：40°）與預(yù)扭角度（4.5°）不變，可以改進(jìn)翻轉(zhuǎn)輕便性。

圖4 半高頂雙臥鋪駕駛室簡(jiǎn)圖

2.2.1 駕駛室重心X坐標(biāo)計(jì)算

由力矩平衡方程：

其中 W1—原駕駛室重(N) W2—上臥鋪重(N)

代入公式（2）得：B=0.69m 即現(xiàn)重心坐標(biāo)X=690mm。

2.2.2 扭桿直徑計(jì)算：

根據(jù)公式（1）

2.3 高頂雙臥鋪駕駛室

在2.2駕駛室上更換高頂（圖5，比原頂重約40kg），可近似認(rèn)為增加的重量在駕駛室的頂中心，即 b＝L/2（L－駕駛室長(zhǎng)度），b＝0.97m＞a=0.69m，當(dāng)前駕駛室重心后移。使翻轉(zhuǎn)扭桿所受力矩增大，此時(shí)仍可以考慮增大扭桿直徑（d），以增大扭轉(zhuǎn)剛度，扭桿花鍵、左右扭桿最大工作角度（左：37°、右：40°）與預(yù)扭角度（4.5°）不變，可以改進(jìn)翻轉(zhuǎn)輕便性。

圖5 高頂雙臥鋪駕駛室簡(jiǎn)圖

2.3.1 駕駛室重心X坐標(biāo)計(jì)算

由力矩平衡方程（2）：

其中 W1—原駕駛室重(N) W2—頂增加重(N)

代入（2）得：B=0.704m 即現(xiàn)重心坐標(biāo)X=704mm。

2.3.2 扭桿直徑計(jì)算

根據(jù)公式（1）

以上計(jì)算可知，在不改變駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)下，匹配三種不同重量及重心位置的中卡駕駛室的扭桿的直徑分別為24mm、24.6mm和25.2mm。

3 驗(yàn)證與結(jié)論

3.1 驗(yàn)證

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合相應(yīng)的制造工藝，制造出符合設(shè)計(jì)要求的翻轉(zhuǎn)扭桿，并裝配實(shí)車，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)，用電子測(cè)力儀測(cè)量上翻和下翻中的操作力見(jiàn)表3：

表3 實(shí)際裝車運(yùn)行試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3.2 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)輕便性分析研究，使江淮中型卡車幾種駕駛室在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中上翻和下翻的平均最大操作力分別為187.8N和169.4N，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月的路試（每天正常行駛100公里，駕駛室翻轉(zhuǎn)兩次）后，整個(gè)翻轉(zhuǎn)過(guò)程仍然用力均勻，操作較輕便，說(shuō)明達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)（翻轉(zhuǎn)操作力小于200N）。

（2）本文僅是從扭桿的直徑方面著手分析及優(yōu)化，而整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變化，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，為類似的變動(dòng)變型駕駛室的翻轉(zhuǎn)方便性提升提供了一種有效途徑。

[1] 王立祥,王常清,賈國(guó)強(qiáng).駕駛室翻轉(zhuǎn)扭桿的設(shè)計(jì).[J]拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2004.

[2] 王彥才.車輛扭桿彈簧設(shè)計(jì)與制造.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1996.

[3] 汽車工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇.北京:人民交通出版社,2001.

[4] 張炳力.某中型卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究2008.

[5] 王香廷.基于單扭桿結(jié)構(gòu)的車身翻轉(zhuǎn)匹配設(shè)計(jì)2014.

Matching Design of cab Overturn framework torsion bars of Several Medium truck

Shan Changzhou, Wang Xiangting
（Anhui Jianghuai Automobile Group co., LTD. Technology center, Anhui Hefei 230601）

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-25-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.010

單長(zhǎng)洲，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，從事重卡車身設(shè)計(jì)。