周海林，盧南潮，周引強(qiáng)，陳宗波

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

目前平地機(jī)機(jī)罩一般分為分體式和整體式兩種。分體式機(jī)罩由固定罩和后罩組成，后罩上兩側(cè)設(shè)有側(cè)門，用于機(jī)罩內(nèi)零件的維護(hù)與檢修，由于側(cè)門尺寸比較有限，所以維護(hù)空間比較狹?。徽w式機(jī)罩一般分為前翻和后翻兩種，機(jī)罩繞銷軸前翻或后翻至一定的角度，將機(jī)罩內(nèi)的零件全部暴露出來，方便日常維護(hù)與檢修。為了避免上述傳統(tǒng)機(jī)罩的缺陷，改善整機(jī)的可維護(hù)性、可視性及可靠性，通過三維設(shè)計(jì)軟件模擬建立數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)一款由液壓驅(qū)動(dòng)，整體前翻的發(fā)動(dòng)機(jī)罩，使整機(jī)性能得到極大的改善。

1 整體前翻式發(fā)動(dòng)機(jī)罩的工作原理

圖1是一種由液壓驅(qū)動(dòng)的整體前翻式機(jī)罩，其包括安裝在車架上的固定罩、左右圍板、上蓋板、可整體前翻的后罩及液壓舉升機(jī)構(gòu)。后罩骨架前端通過銷軸與鉸鏈支座鉸接安裝，骨架中前端兩側(cè)分別與舉升油缸鉸接，當(dāng)向上扳動(dòng)舉升泵電動(dòng)按鈕時(shí)，通過舉升油缸的驅(qū)動(dòng)，后罩可繞銷軸整體向前翻轉(zhuǎn)一定的角度，將發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)的零件全部暴露出來；當(dāng)向下扳動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)的泄壓手柄時(shí)，后罩在自重的作用下緩慢關(guān)閉，通過液壓鎖將后罩鎖定。

圖1 一種由液壓驅(qū)動(dòng)的整體前翻式機(jī)罩

2 發(fā)動(dòng)機(jī)罩設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)罩尺寸的確定

在確定發(fā)動(dòng)機(jī)罩的外觀尺寸時(shí)，不僅需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)排氣系統(tǒng)及散熱系統(tǒng)的尺寸，同時(shí)還需要給機(jī)罩內(nèi)部骨架的設(shè)計(jì)留下一定的空間，不然會(huì)很容易出現(xiàn)罩體與其他部件干涉的情況。由于發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)在工作過程中晃動(dòng)較大，同時(shí)考慮制造及裝配的誤差，在確定機(jī)罩的尺寸時(shí)，需要保證發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱系統(tǒng)、液壓油箱與機(jī)罩的最小間隙為30 mm。一般情況下，機(jī)罩的長(zhǎng)度和寬度在保證與機(jī)罩內(nèi)零件不干涉的前提下，盡可能的小，以便控制成本。在確定發(fā)動(dòng)機(jī)罩的外形尺寸后，需要進(jìn)一步對(duì)整機(jī)的后視野進(jìn)行校核，機(jī)罩設(shè)計(jì)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的司機(jī)視野要求[1]，并盡可能達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。

通過三維設(shè)計(jì)軟件模擬操作者視野建立數(shù)據(jù)模型，根據(jù)操作者關(guān)注的后輪視野繪制平地機(jī)后視野模型圖（圖2），根據(jù)視野模型圖將機(jī)罩遮擋視野的部位進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，最終形成機(jī)罩的外觀模型。

圖2 平地機(jī)后視野模型圖

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)罩分型設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)罩分析面設(shè)計(jì)需要考慮以下3方面因素：（1）后罩舉升后，能最大限度將發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)的零件全部暴露出來；（2）在后罩翻轉(zhuǎn)過程中，后罩與固定罩不能存在干涉現(xiàn)象；（3）翻起角度越小，機(jī)構(gòu)制造難度越低，機(jī)罩穩(wěn)定性也就越好。經(jīng)過三維設(shè)計(jì)放樣，最終形成如圖3所示的分型方案。

圖3 機(jī)罩分型方案

2.3 固定罩和后罩的結(jié)合方式

隨著國家噪音標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高，對(duì)整車機(jī)外噪音的控制越來越嚴(yán)格，降低機(jī)外噪音迫在眉睫，發(fā)動(dòng)機(jī)罩的結(jié)合方式對(duì)噪音起著非常重要的作用。通常固定罩與后罩的結(jié)合方式可分錯(cuò)位對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式（圖4）和平面對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式（圖5）。錯(cuò)位對(duì)接式可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪音向整車的正側(cè)方輻射，可有效降低噪音，同時(shí)對(duì)制造及裝配要求不高；而平面對(duì)接式固定罩和后罩對(duì)接的裝配縫隙對(duì)機(jī)罩的制造精度要求較高，裝配間隙很難達(dá)到均勻美觀的效果。因此，從噪音阻隔性、可制造性及外觀質(zhì)量上考慮，固定罩和后罩采用圖4所示的錯(cuò)位對(duì)接的結(jié)合方式。

圖4 錯(cuò)位對(duì)接式

圖5 平面對(duì)接式

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)罩上功能件的布置

需要布置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩上的功能件主要有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管、空濾、散熱系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)口及后組合燈，排布方案如圖6所示。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管及空濾一般布置在機(jī)罩上方，安裝在獨(dú)立支撐架上固定不動(dòng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，結(jié)合視野方面的考慮，將排氣管及空濾排布在機(jī)罩中心線上，使其與駕駛室后立柱位于同一視線上。為了滿足整機(jī)的散熱能力，分別在機(jī)罩的左右兩邊及上端設(shè)計(jì)有進(jìn)風(fēng)口，整個(gè)機(jī)罩后部設(shè)計(jì)為出風(fēng)口，進(jìn)出風(fēng)口采用六邊形網(wǎng)孔板沖壓成型，通風(fēng)順暢，可靠耐用，外形美觀。機(jī)罩后部網(wǎng)板上設(shè)計(jì)有后組合燈安裝位置，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 功能件布置圖

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)罩骨架設(shè)計(jì)

本機(jī)罩覆蓋件采用環(huán)保耐用的進(jìn)口高分子材料PDCPD，具有較好的綜合機(jī)械性能，具有良好的抗沖擊強(qiáng)度，耐老化性、耐酸堿性能，密度較低、油漆的附著力好、可回收等優(yōu)點(diǎn)，但其剛性略有不足，需要設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)骨架配合使用。機(jī)罩根據(jù)操作者后視野線的輻射狀態(tài)設(shè)計(jì)成由窄至寬的斜坡梯形，為了有效利用機(jī)罩內(nèi)部的空間，骨架設(shè)計(jì)成與機(jī)罩一致的斜坡梯形結(jié)構(gòu)，如圖7所示，其內(nèi)部空間與機(jī)罩覆蓋件形狀相匹配，骨架主梁采用鋼管拼焊而成，支架則采用較小的鋼管沿覆蓋件周邊折彎，與主梁焊接在一起，鋼管上焊接有彎板用于安裝覆蓋件。機(jī)罩舉升鉸接點(diǎn)位于骨架上部的前端，此設(shè)計(jì)的目的在于主梁位于發(fā)動(dòng)機(jī)上方，后罩在舉升過程中避免與發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)零件干涉，同時(shí)避免后罩與固定罩干涉；后罩舉升點(diǎn)設(shè)計(jì)在骨架前端的兩側(cè)（靠近舉升鉸接點(diǎn)），其優(yōu)點(diǎn)在于油缸行程短，只需很短的行程即可滿足機(jī)罩舉升角度的要求，同時(shí)油缸擺動(dòng)角度極小，在狹小空間內(nèi)極易布置。

圖7 骨架結(jié)構(gòu)圖

3 液壓舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

液壓舉升機(jī)構(gòu)采用一套獨(dú)立的液壓泵站來控制，它由一個(gè)電機(jī)泵、手動(dòng)泵、兩個(gè)舉升油缸、液壓鎖及管路等組成，通過電機(jī)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)、控制機(jī)罩油缸的升降，實(shí)現(xiàn)機(jī)罩舉升的功能，此外該舉升機(jī)構(gòu)還配置有手動(dòng)應(yīng)急操作。手油泵及電動(dòng)按鈕安裝在后車架外側(cè)，電動(dòng)泵安裝在后車架上方；舉升油缸下端用銷軸鉸接在油缸支撐座上，上端用銷軸鉸接在后罩骨架的支耳上；液壓鎖安裝在車架尾部上表面，如圖8所示。

圖8 機(jī)罩舉升機(jī)構(gòu)

油管（1）的一端與手油泵吸油口連接，另一端與電動(dòng)泵吸油口連接；油管（2）一端與電動(dòng)泵出油口連接，另一端與手油泵出油口連接；油管（3）一端與手油泵出油口連接，另一端與舉升油缸連接；兩個(gè)油缸之間通過油管（4）連接，油管（5）的一端與舉升油缸連接，另一端與液壓鎖連接。向上扳動(dòng)電動(dòng)按鈕，液壓油進(jìn)入管路，當(dāng)管路內(nèi)壓力達(dá)到液壓鎖開啟壓力0.6～1.5 MPa時(shí)，液壓鎖優(yōu)先打開；隨著管路內(nèi)壓力的持續(xù)上升，當(dāng)壓力達(dá)到滿足后罩所需的舉升力時(shí)，油缸活塞桿伸出，驅(qū)動(dòng)后罩翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)后罩舉升。

3.1 舉升機(jī)構(gòu)受力分析

根據(jù)后罩鉸接點(diǎn)及油缸舉升點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇油缸的行程為190 mm，油缸內(nèi)徑φ32 mm，缸徑φ45 mm，油缸額定壓力為P=18 MPa，油缸額定推力為[2]：

通過建立機(jī)罩受力模型，驗(yàn)算油缸舉升力是否滿足要求。當(dāng)機(jī)罩處于關(guān)閉狀態(tài)準(zhǔn)備開啟時(shí)，此時(shí)油缸受力最大，做出機(jī)罩受力簡(jiǎn)圖（圖9）。

圖9 機(jī)罩受力簡(jiǎn)圖

通過計(jì)算后罩重量為W=198 kg，油缸力臂為L(zhǎng)=300 mm，由力矩平衡原理得知[2]:

其中，F(xiàn)舉升為機(jī)罩舉升機(jī)力，N；G后罩為后罩重量，N；L為舉升油缸力臂，mm；L1為后罩重心力臂，mm。

舉起后罩的最小舉升力為

本機(jī)罩設(shè)計(jì)采用2個(gè)油缸舉升，則單個(gè)油缸舉升力為F油缸=F舉升/2=6897 N

通過驗(yàn)算得出舉起后罩所需的油缸舉升力F油缸=6897 N，小于油缸的額定壓力F額定=14144 N，機(jī)罩舉升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足使用要求。

4 結(jié)語

針對(duì)平地機(jī)整體翻轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)罩設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)了由液壓舉升驅(qū)動(dòng)的整體前翻式機(jī)罩，相比于當(dāng)前應(yīng)用的其他形式的機(jī)罩，該機(jī)罩具有開啟便捷、省力、可靠，開啟速度快，維護(hù)空間開闊、后視野好等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)覆蓋件采用了環(huán)保耐用的進(jìn)口高分子材料，根據(jù)操作者后視野線的輻射狀態(tài)設(shè)計(jì)成由窄至寬的斜坡梯形，使司機(jī)能直接從駕駛室看到后輪及后配重兩端作業(yè)區(qū)域，有效提高作業(yè)安全性。