張林濤，李 旭，楊富凱

（陜西保利特種車制造有限公司，陜西 西安 710200）

引言

部分車輛載員較多且對上下車時間有限制，為保證上下車便捷，部分車輛采用旋轉(zhuǎn)式車門[1]。旋轉(zhuǎn)式車門多數(shù)采用定速伸縮缸驅(qū)動車門啟閉，該結(jié)構(gòu)不能避免車門啟閉運動不勻速，導(dǎo)致車門運動速度忽快忽慢，運動沖擊[2]較大。

1 某車型旋轉(zhuǎn)式車門存在的問題

某車型旋轉(zhuǎn)式車門在開啟時車門運動沖擊較大，開啟瞬間車門旋轉(zhuǎn)速度較大，調(diào)節(jié)油缸速度后沖擊減小，但其旋轉(zhuǎn)角速度變慢，無法滿足開門時間要求?，F(xiàn)就以該旋轉(zhuǎn)式車門為例，對該車門進行啟閉過程分析，不計摩擦阻力。

2 運動分析

2.1 相關(guān)參數(shù)

該旋轉(zhuǎn)式車門采用定速伸縮缸驅(qū)動后門啟閉運動，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

其中：點A為伸縮缸與車體鉸接點，點O為車門與車體鉸接點，點B為車門與伸縮缸鉸接點，點C為車門上距旋轉(zhuǎn)軸最遠的點，點D為車體上的點，OA為1042 mm，OB為244 mm，∠BOC為定值。車門在關(guān)閉位置時∠BOC=0°、AB為803 mm，車門需開啟100°。

2.2 該車門結(jié)構(gòu)評價

由圖1中△ABO，根據(jù)余弦定理[3]可知：

圖1 旋轉(zhuǎn)式車門結(jié)構(gòu)圖

該結(jié)構(gòu)中OA代表車體固定結(jié)構(gòu)，OB代表車門旋轉(zhuǎn)臂，將∠COD的值從0°旋轉(zhuǎn)至100°，AB代表定速伸縮缸，按伸縮缸每秒遞增1 mm模擬伸縮缸勻速運動時車門旋轉(zhuǎn)的角速度。

按上述參數(shù)計算可繪制如下圖形：

結(jié)合圖2分析可知，該旋轉(zhuǎn)式車門開啟時初期角速度較大，末期角速度較?。婚_啟初期角加速度較大，末期角加速度較小。由此可知開門時初期運動不穩(wěn)定，末期運動較為平滑。車門開啟時角速度最大值為1.4497°/s、最小值為0.2348°/s；角加速度最大值為0.22541936°/s、最小值為0.00000045°/s。

圖2 伸縮缸勻速運動時不同位置的角速度和角加速度圖

在該結(jié)構(gòu)下伸縮缸伸長速度保持不變時，旋轉(zhuǎn)門的角速度與油缸伸長的線速度呈非線性關(guān)系，旋轉(zhuǎn)門的角速度先減小后基本保持不變。

2.3 旋轉(zhuǎn)式車門啟閉過程分析

伸縮缸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)式車門的啟閉過程主要局限于伸縮缸與車門鉸接點和車門與車體鉸接點的相對位置。

由圖1可知，該車門結(jié)構(gòu)類似于曲柄連桿機構(gòu)[4]。OB為曲柄，AB為連桿。在某一AB值下，該結(jié)構(gòu)為驅(qū)動曲柄連桿機構(gòu)，故可以把車門啟閉過程建立成多個曲柄連桿機構(gòu)在某一連桿長度下的運動過程。以此類推可知，該結(jié)構(gòu)存在兩個死點位置并且存在急回特性。

現(xiàn)不考慮開啟角度要求，按伸縮缸每秒遞增1 mm模擬伸縮缸勻速運動時車門旋轉(zhuǎn)的角速度。車門閉狀態(tài)下AB=803 mm、∠COD=0°，由式（1）計算可知∠AOB=6.43°，由三角函數(shù)計算可知∠ABO=171.62°。模擬伸縮缸伸長，即AB值增大，由圖1可知AB最大為AO+OB，其值為1286 mm，此時∠AOB=180°，此時∠COD=180°－6.43°=173.57°，∠ABO=0°。

結(jié)合圖3分析可知，該旋轉(zhuǎn)式車門不同位置下角速度與線速度呈非線性關(guān)系。伸縮缸線速度保持不變時，旋轉(zhuǎn)門的角速度先減小后增大，伸縮缸線速度保持不變時，旋轉(zhuǎn)門的角加速度先減小后增大。

圖3 伸縮缸勻速運動時不同位置的角速度和角加速度圖

由圖4可知，∠ABO=89.79°時角加速度最小時。

因該旋轉(zhuǎn)式車門為伸縮缸驅(qū)動，故可知驅(qū)動角為∠ABO。由以上分析并結(jié)合余弦函數(shù)特性可知，該旋轉(zhuǎn)式車門啟閉過程中運動沖擊較大。當(dāng)油缸勻速伸長或縮短時，旋轉(zhuǎn)門的角速度變化率先減小后增大，當(dāng)伸縮缸與旋轉(zhuǎn)臂的夾角（∠ABO）在90°時旋轉(zhuǎn)門的角速度變化率最小。當(dāng)伸縮缸與旋轉(zhuǎn)臂的夾角在90°±35°之間時，旋轉(zhuǎn)門角加速度較小，可以忽略；當(dāng)伸縮缸與旋轉(zhuǎn)臂的夾角在30°～55°、125°～150°之間時，旋轉(zhuǎn)門角加速度逐漸增大；當(dāng)伸縮缸與旋轉(zhuǎn)臂的夾角在0°～30°、150°～180°之間時，旋轉(zhuǎn)門角加速度較大。

3 旋轉(zhuǎn)式車門結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在設(shè)計旋轉(zhuǎn)門時期望得到伸縮缸的伸縮速度與旋轉(zhuǎn)門的角速度之比恒定。結(jié)合上述計算分析可知，伸縮缸與旋轉(zhuǎn)臂之間的夾角（∠ABO）在90°附近時，車門旋轉(zhuǎn)角度較為穩(wěn)定。

在原有車體及車門結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，調(diào)整車門油缸支耳結(jié)構(gòu)，保證車門旋轉(zhuǎn)中點位置時車門油缸支耳的油缸鉸接點與車門車體鉸接點連線垂直于油缸中心軸線。即車門關(guān)閉時，（α為車門需旋轉(zhuǎn)的角度）。

計算可知，∠ABO=140°。此時AO為1045 mm；OB為244 mm；AB為846 mm。具體結(jié)構(gòu)如下圖：

圖5 旋轉(zhuǎn)式車門結(jié)構(gòu)圖

該結(jié)構(gòu)中點A為伸縮缸與車體鉸接點，點O為車門與車體鉸接點，點B為車門與伸縮缸鉸接點，點C為車門上距旋 轉(zhuǎn)軸最遠的點，點D為車體上的點，車門在關(guān)閉位置時∠COD=0°、AB為846 mm，車門需開啟100°。將∠AOC的值從0°增大至100°，AB代表定速伸縮缸，按伸縮缸每秒遞增1 mm模擬伸縮缸勻速運動時車門旋轉(zhuǎn)的角速度。

結(jié)合圖6分析可知，車門開啟時角速度最大值為0.3645°/s、最小值為0.2348°/s；角加速度最大值為0.00330026°/s、最小值為0.00000045°/s。該旋轉(zhuǎn)式車門開啟整個過程角速度變化量較小，運動較為穩(wěn)定，優(yōu)化后該旋轉(zhuǎn)式車門啟閉過程中運動沖擊較小。

圖6 伸縮缸勻速運動時不同位置的角速度和角加速度圖

4 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)優(yōu)化前車門開啟時角速度最大值為1.4497°/s、最小值為0.2348°/s；角加速度最大值為0.22541936°/s、最小值為0.00000045°/s。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后角速度最大值為0.3645°/s、最小值為0.2348°/s；角加速度最大值為0.00330026°/s、最小值為0.00000045°/s。其角速度最大值降幅達75%，角加速度最大值降幅達98%。有效緩解了開門時的運動沖擊。

由以上分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程可知，旋轉(zhuǎn)式車門在開啟和關(guān)閉的過程中存在運動沖擊與伸縮缸與旋轉(zhuǎn)臂之間的夾角存在較大關(guān)系。在車門啟閉的整個過程中應(yīng)將此角度對稱分布在90°兩側(cè)，車門開啟角度不宜大于70°，建議不超過120°。