童 望，萬 珊

（1.湖北中科智能裝備制造有限公司，湖北 黃岡 438000；2.湖北黃岡應急管理職業(yè)技術(shù)學院，湖北 黃岡 438000）

0 引言

調(diào)平支腿廣泛應用于各種需要調(diào)整高度和保持穩(wěn)定性的場合。在檢修調(diào)試時，手動操作帶來便利。手動操作與自動操作必須互鎖，保證人身安全。

現(xiàn)有的手動機構(gòu)有3 種：1）沒有手動機構(gòu)[1-4]，不能進行手動操作；2）有手動機構(gòu)，無互鎖機構(gòu)[2]；3）有手動機構(gòu)，有互鎖機構(gòu)。其在減速箱內(nèi)部設有離合器，還設有傳感器檢測離合齒輪的位置。該方案結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，容易產(chǎn)生故障，檢修難度大。為此提出一種適用于液壓馬達驅(qū)動的調(diào)平支腿互鎖設計方案。該方案采用了簡化的結(jié)構(gòu)設計，具有成本低、耐用性強、檢修方便等優(yōu)點，大大提高了其使用便利性和效率。

設計帶有上述互鎖裝置的調(diào)平支腿整機，通過理論分析和實驗驗證，證明該設計方案的有效性和優(yōu)越性。希望通過該方案的研究，為調(diào)平支腿的設計在提升安全性，降低成本方面為相關(guān)領域提供有價值的參考。

1 總體設計思路

在確定平臺支撐方案[5]后，開始設計調(diào)平支腿部件。如圖1 所示。

圖1 調(diào)平支腿結(jié)構(gòu)簡圖

根據(jù)平臺總體設計，調(diào)平支腿的驅(qū)動部分采用液壓馬達。減速部分為齒輪減速箱。伸展撤收部分采用滑動螺旋傳動，并通過選擇合適的螺旋升角實現(xiàn)自鎖。

驅(qū)動部分有兩路動力源，一路是液壓馬達，另一路是手動，兩個動力源都連接到驅(qū)動軸上。為保證手動操作的安全，在手動操作時，液壓馬達必須停機，這個要求由互鎖機構(gòu)實現(xiàn)。

互鎖機構(gòu)采用了新的思路。其兩路動力源始終與驅(qū)動軸保持連接。在自動狀態(tài)下，阻塞手動操作搖把與支腿之間的機械連接。在手動操作時，電控系統(tǒng)切斷液壓馬達供油。

2 螺旋傳動的設計計算和校核

梯形螺桿選用40Cr 調(diào)質(zhì)處理，物理性能優(yōu)良，螺母選用ZCuZn25Al6Fe3Mn3 鋁黃銅。以耐磨性和強度計算基本尺寸，對可能存在風險的項目進行校核計算[6]，見表1。

表1 校核計算分析情況

3 液壓馬達選型

液壓馬達的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T和效率η，根據(jù)這些參數(shù)之間的關(guān)系進行馬達選型。

由梯形絲桿軸的扭矩和齒輪箱的傳動比可得：T=223N·m，n=85 r/min，取η=0.8。

優(yōu)選選擇工作壓力高、排量低的馬達，在輸出功率相同時，減小液壓系統(tǒng)的體積和重量。

根據(jù)供應商產(chǎn)品目錄中馬達的工作壓力范圍，選取p=14 MPa。

計算得到流量Q=10.6 L/min，排量q0=125 mL/rev。

根據(jù)排量q0，額定壓力p，額定扭矩T，轉(zhuǎn)速n的范圍，從目錄中選擇合適的型號。

4 齒輪減速箱的設計

減速器主要由兩對直齒輪和一對錐齒輪組成，有三根立軸、一根水平軸（手動軸）及相應的軸承，以及箱體、箱蓋、軸承座。在減速器上設計有手柄接口，在維修時，通過手柄操作實現(xiàn)支腿的伸縮?；窘Y(jié)構(gòu)見圖2 所示。

圖2 齒輪箱剖視圖

驅(qū)動軸上的圓柱齒輪與中軸上的大圓柱齒輪嚙合實現(xiàn)第一級減速，中軸上的小齒輪與螺桿軸上的齒輪嚙合實現(xiàn)第二級減速。與液壓設計協(xié)同計算，確定馬達與螺桿軸的傳動比為4.1。

錐齒輪嚙合提供手柄操作接口。手柄的回轉(zhuǎn)半徑≤350 mm，操作力≤160 N。據(jù)此計算出錐齒輪的傳動比為4.08。

5 手動自動互鎖設計

在液壓馬達運行時，不得進行手動操作?；ユi機構(gòu)通過機電結(jié)合的方式得以實現(xiàn)該功能。

自動操作時，手柄接口被遮擋（圖3 左），驅(qū)動軸由液壓馬達驅(qū)動。此時，手動軸上的錐齒輪會跟轉(zhuǎn)；由于此時在手動軸上幾乎沒有負載，而且手動軸的使用頻率很低，故對整機壽命沒有的影響。

圖3 互鎖機構(gòu)

手動操作時，手柄接口沒有被遮擋（圖3 右），可以連接手柄。此時，電控檢測到手柄接口處于開放狀態(tài)，在此狀態(tài)下液壓馬達的供油被切斷。需要了解的是，手動操作時，液壓馬達會跟轉(zhuǎn)。由于液壓馬達在卸載后僅有很小的阻力，對操作力的影響很小。

6 實驗驗證

在設計完成后，需要采用樣機驗證關(guān)鍵性能。按如下步驟進行：

（1）將樣機固定到推力實驗臺上（見圖4）。

圖4 調(diào)平支腿推力實驗圖

（2）用手柄操作使支腿伸展至最大行程的90%左右。

（3）給樣機逐步施加載荷，至200 kN 停止，保持5 分鐘后卸除載荷。注意觀察實驗過程中是否有異常噪音，在保持載荷的過程中是否有回退現(xiàn)象；卸除載荷后檢查是否有彎曲變形、結(jié)構(gòu)損壞，操作是否靈活。

（4）給樣機施加150 kN 的初始載荷，保持試驗臺加載板的位置。用手柄操作使支腿伸展，載荷逐漸增加。在載荷達到160 kN 時，用推力計推動手柄繼續(xù)加載，讀取推力計顯示的值。

實驗結(jié)果見表2。

表2 實驗結(jié)果

由實驗結(jié)果可知，機械設計方案是適當?shù)?，能滿足技術(shù)要求。

經(jīng)用戶裝車聯(lián)調(diào)測試（見圖5），互鎖裝置實現(xiàn)了期望的功能，安全有效。

圖5 調(diào)平支腿裝車狀態(tài)

7 結(jié)語

調(diào)平支腿在工程車輛和特種車輛上應用廣泛，其設計成熟可靠。而且動力來源和執(zhí)行方式多種多樣，減速器的設計各有特色。為了安全起見，帶有手動功能的調(diào)平腿需要有手動自動互鎖裝置。文中的互鎖機構(gòu)的設計結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)量少，減輕了整機重量，提升了整機的可靠性，降低了生產(chǎn)成本和使用維護成本，可根據(jù)使用場景評估后酌情采納。