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

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

1 后門鎖緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)

后門鎖緊機構(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)時后門不發(fā)生運動的重要零部件。而后門鎖緊機構(gòu)根據(jù)工程車貨箱的分類也分為運輸類和工程類兩種，這里介紹的是配合工程類貨箱使用的后門鎖緊機構(gòu)。

如圖1所示，工程車的工程類貨箱的后門鎖緊機構(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 鏈條式后門鎖緊機構(gòu)

2 后門鎖緊機構(gòu)安裝位置

鎖緊機構(gòu)是配合貨箱翻轉(zhuǎn)機構(gòu)進行工作的，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。而實際設(shè)計中，由于車架與其他零部件存在干涉問題，所以有時也會把調(diào)節(jié)鎖桿等件安裝在后防護支架上。鏈條則是兩組零件之間的連接件。

圖2 鏈條式后門鎖緊機構(gòu)二維圖

圖3 后門鎖緊機構(gòu)裝置圖

3 后門鎖緊機構(gòu)工作原理

行駛狀態(tài)，貨箱底板落在車架上，而貨箱后門鎖緊機構(gòu)中的鏈條拉緊鎖鉤座總成，使其處于鎖止狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，不論車輛處于何種路況，后門都不會打開。該鎖緊機構(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貨物對后門的擠壓力來實現(xiàn)的。在工程車卸貨的過程中，貨物會一直給后門一個向后的力，后門鎖緊機構(gòu)限制著后門向后運動。當達到后門完全開啟的角度之后，后門與鎖緊機構(gòu)分開，后門受到貨物的力向后擺動。而當貨箱再次貼合車架時，鎖鉤與后門接合，從而達到鎖緊貨廂后門的目的。

4 后門鎖緊機構(gòu)配合設(shè)計

4.1 后門鎖緊機構(gòu)設(shè)計要求

根據(jù)實際使用需求，得出設(shè)計須滿足如下要求：

a.在行車中鎖止可靠，不得鎖止失效，造成意外打開。

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

c.貨箱降落時，貨箱后門要先于后鎖鉤回位。

d.適應(yīng)工程車的使用工況，要求各零部件能堅固耐用，不易損壞。

4.2 后門鎖緊機構(gòu)配合設(shè)計

1）設(shè)計重點。根據(jù)鏈條式后門鎖緊機構(gòu)中各零部件結(jié)構(gòu)和布置位置，對5.1中的設(shè)計要求進行簡單分析：因為此鏈條式后門鎖緊機構(gòu)已在其他車型上得到驗證，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，未舉升時起到了鎖緊的作用，所以a項符合要求；貨箱舉升多少度時后門能夠完全開啟由鎖緊機構(gòu)和后門的相對位置決定，所以需要重新計算；貨箱降落時會不會出現(xiàn)鎖鉤座總成與后門動態(tài)干涉也得重新計算得出。最終設(shè)計要求中a項和d項可以滿足要求而b項和c項需要校核。

2）貨箱后門完全開啟時鎖鉤座總成旋轉(zhuǎn)的角度a。后門鎖緊機構(gòu)各零件的安裝位置如圖3所示。后門鎖緊機構(gòu)在貨箱舉升過程中會限制后門開啟。在后門正好完全開啟時，此時的后門和鎖鉤座總成正好分離，所以找到這個臨界點是首要的。因為貨箱后門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。而貨箱后門的運動軌跡是后門以后門鉸鏈銷的中心為圓心做逆時針轉(zhuǎn)動；而鎖鉤座總成的運動軌跡則是以和鎖鉤座支架連接中心為圓心做順時針運動。所以以后門鉸鏈銷中心為圓心，后門總成距離此圓心最遠距離為半徑做圓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，兩圓相交點所在的位置即為貨箱后門完全開啟時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 后門完全開啟時鎖鉤座總成旋轉(zhuǎn)的角度a

3）后門完全開啟時舉升角度b的計算。因為在后門完全開啟前鎖鉤座總成都在限制后門，即后門一直都會給它向后的一個力，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。此時以調(diào)節(jié)鎖桿與鏈條連接中心為圓心，圓心到未舉升時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在圓3上運動。將貨箱后門完全開啟時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和貨箱翻轉(zhuǎn)中心點，并以此距離為半徑r，以貨箱翻轉(zhuǎn)中心為圓心畫圓4。因為鎖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)到后門完全開啟時鎖鉤座總成的位置與鏈條連接中心點在圓4上。結(jié)合圓3和圓4后發(fā)現(xiàn)兩個圓的交點即為實際上此款貨箱的后門完全開啟時鎖鉤座總成的位置與鏈條連接中心點。連接此點和貨箱翻轉(zhuǎn)中心點畫一條線，此線和未舉升時貨箱后門完全開啟時鎖鉤座總成與鏈條連接中心和貨箱翻轉(zhuǎn)中心點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 后門完全開啟時舉升角度b的計算

4）貨箱降落時，鎖鉤座總成與貨箱后門的動態(tài)校核。在貨箱降落時，因為沒有貨物的存在，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)在重力作用下會和豎直方向有個夾角，夾角為角度 c，也就是在貨箱翻轉(zhuǎn)角度為c時，后門和貨箱整體才分離、貼合。因為整車姿態(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，后門與貨箱整體分離時貨箱翻轉(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發(fā)生動態(tài)干涉。

求解角度c時應(yīng)用了NX的運動仿真功能。NX運動仿真模塊（NX/motion simulation）是NX仿真中的一個模塊，它能對任何二維或三維機構(gòu)進行復(fù)雜的運動學仿真、動力分析和靜力分析。通過NX的三維建模功能建立一個三維實體模型，利用運動仿真模塊的功能給三維實體模型的各個部件賦予一定的運動學特性，再在各個部件之間建立一定的連接關(guān)系即可建立一個運動仿真模型。NX運動仿真模塊可以對運動機構(gòu)進行大量的裝配分析工作、運動和理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡(luò)等，得到大量運動機構(gòu)的運動參數(shù)。通過對這個運動仿真模型進行運動學或動力學運動分析就可以驗證該運動機構(gòu)設(shè)計的合理性，并且可以利用圖形輸出各個部件的位移、坐標、加速度、速度和力的變化情況，對運動機構(gòu)進行優(yōu)化。

圖6 夾角c的求解

圖7 某工程車后門鎖緊機構(gòu)三維校核

這里我們應(yīng)用運動仿真模塊的重力功能對后門在只能繞后門鉸鏈銷旋轉(zhuǎn)的約束下進行動力學分析。對后門鉸鏈銷的中心進行約束并釋放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，最終后門會靜止成一個狀態(tài)，此狀態(tài)即為貨箱后門只釋放繞銷的旋轉(zhuǎn)約束后的自由靜止狀態(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，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°，不會出現(xiàn)動態(tài)干涉，符合設(shè)計要求中的c項要求。

應(yīng)用以上的計算方法并結(jié)合此款工程車各零部件的實際參數(shù)，最終確定后門鎖緊機構(gòu)的各個參數(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°時貨箱后門能夠完全脫離后門鎖緊機構(gòu)的限制，后門完全打開，度數(shù)也符合后門鎖緊機構(gòu)設(shè)計要求中的b項要求。

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

表1 設(shè)計過程中各參數(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構(gòu)的匹配設(shè)計方法。沿用成熟鎖緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以保證零部件使用，通過對后門開啟和關(guān)閉過程的校核，達到了設(shè)計和使用的要求，匹配設(shè)計完成。本文的設(shè)計方法不能適應(yīng)所有后門鎖緊裝置的設(shè)計，但提供了一種方法，望能對讀者有一定的參考價值。

圖8 某工程車后門鎖緊機構(gòu)二維裝置圖

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

[2] 郝建根,袁光濤.礦用自卸車貨箱后門啟閉機構(gòu)的設(shè)計探析,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構(gòu)改進,專用汽車,2006.9.