李華田

駐馬店中集華駿車輛有限公司　　河南駐馬店　　463000

一種可升降底板的散糧半掛車的結(jié)構(gòu)設(shè)計

李華田

駐馬店中集華駿車輛有限公司河南駐馬店463000

通過分析現(xiàn)有散糧半掛車的優(yōu)缺點，在借鑒該類車卸料便捷優(yōu)點的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種可升降前后活動底板的散糧半掛車。對前后活動底板的主要結(jié)構(gòu)布置、活動底板的密封、多級油缸的空間布置、電液控制原理進(jìn)行了介紹及相關(guān)結(jié)構(gòu)件的計算分析。

半掛車 散糧結(jié)構(gòu)設(shè)計活動底板液壓缸

1　前言

目前，我國糧食運輸基本上采用傳統(tǒng)的包裝方式運輸，整個過程靠人工操作，勞動強度大、效率低、成本高。而國外糧食運輸廣泛采用的是散裝化運輸，糧食裝卸運輸過程中已全部實現(xiàn)了散儲、散運、散裝、散卸的機械自動化作業(yè)方式。因此，我國面臨著全面推進(jìn)糧食物流現(xiàn)代化的艱巨任務(wù)。

2　現(xiàn)有散糧運輸半掛車簡介

現(xiàn)有散糧運輸半掛車多采用前后傾斜式底板和中間凸起式底板兩種方式，如圖1所示，這兩種方式雖然卸料方便，但犧牲了廂體內(nèi)部的很大空間，使裝載量大為減少，同時由于車輛底板的傾斜，回程時不方便裝載其他散貨而使運輸成本增大，因此不能滿足車輛運輸?shù)亩鄻踊枨蟆?/p>

圖1　散糧運輸半掛車兩種方式

3　新型散糧運輸半掛車的整車結(jié)構(gòu)布置

針對現(xiàn)有散糧運輸半掛車存在的不足，并吸取現(xiàn)有散糧運輸半掛車卸料便捷的設(shè)計結(jié)構(gòu)，開發(fā)出一種新型散糧運輸半掛車。該半掛車主要由廂體、前后活動底板、電動液壓系統(tǒng)、多級液壓缸、篷布頂蓋裝置、漏斗裝置等組成，如圖2所示。

圖2　外觀及結(jié)構(gòu)

該車外觀形式為廂式半掛車，側(cè)面設(shè)置一對開門，頂部設(shè)置手動橫向篷布結(jié)構(gòu)，卸料方式采用底部卸料。與現(xiàn)有散糧運輸半掛車不同的是，該半掛車前后底板是可活動的，在多級液壓缸的作用下，可以傾斜至一定的角度，以適應(yīng)不同種類糧食的安息角（如圖3、圖4）。

圖3　初始狀態(tài)

圖4　舉升狀態(tài)

根據(jù)常規(guī)糧食類安息角的大小，進(jìn)行設(shè)計前后活動底板的最大傾斜角度。一般情況下，水稻約為36°，玉米約為27°，大豆約為30°，小麥約為31°；因此可以把36°作為最大舉升的角度進(jìn)行考慮。在GB 1589規(guī)定的車輛限值尺寸下，以13 m半掛車為例，三軸半掛車前后活動底板可以舉升的最大角度為36°。半掛車具體的相關(guān)參數(shù)如圖5所示，活動底板的最大舉升角度跟半掛車的長度、前懸、后懸、軸距、廂高以及活動底板的長度等都有關(guān)系；如果想把舉升角度設(shè)計得更大，可以考慮總高度限定在4 m的情況下，半掛車的底架承載面降低，以增加廂體內(nèi)部的高度；也可以在廂高不變的情況下，減小車輛長度?？傊贾们昂蠡顒拥装鍟r，要綜合考慮相關(guān)因素的影響，以使活動底板舉升后的角度最大化。

圖5　13 m散糧半掛車相關(guān)參數(shù)

4　新型散糧運輸半掛車主要總成結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 活動底板

4.1.1活動底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計

活動底板是由縱撐、邊框、橫撐、斜撐、油缸支撐及底板組成的一個焊合件，固定在車架上方，一端與車架連接，其余三面通過橡膠密封條與廂體平板、圓弧前后墻板相接觸?；顒拥装宓脑O(shè)計主要考慮其整個框架的強度，因多級油缸的舉升力是通過活動底板作用在貨物上的。增加框架強度，可以采取增加縱梁、橫撐截面的高度、增加縱撐的數(shù)量、采用高強度材料等方式，而且也要注意油缸支撐點處受力的分散設(shè)計，圖6是的活動底板框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計示意圖。

圖6　活動底板框架結(jié)構(gòu)示意圖

4.1.2活動底板框架的強度校核

根據(jù)圖6所示活動底板框架結(jié)構(gòu)示意圖，可以看出前后活動底板在油缸初始舉升狀態(tài)時受力最大，此時活動底板架可以簡化為兩種工況（懸臂梁和簡支梁），并需要對它們進(jìn)行受力分析校核。根據(jù)梁彎曲時的強度計算公式[1]：

進(jìn)行強度校核計算。

4.1.3活動底板的密封設(shè)計

活動底板一端與固定在車架上的漏斗側(cè)板通過轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，在轉(zhuǎn)軸上面加蓋一塊篷布，篷布用鉚釘分別固定在漏斗側(cè)板及活動底板上，既可以防止從轉(zhuǎn)軸處的間隙遺漏糧食，又不影響活動底板的轉(zhuǎn)動?；顒拥装宓钠溆嗳嫱ㄟ^鉚接橡膠密封條與車廂平板相連接。為了保證活動底板與車廂平板的良好密封性，在安裝橡膠密封條時，要有一定的擠壓量，同時在橡膠密封條內(nèi)側(cè)采用L型密封條固定板，使密封條固定板的L型折邊可以支撐橡膠密封條，同時與車廂平板要留有一定的間隙，以避免橡膠密封條在糧食的壓力作用下變形，確保在活動底板運動過程中，始終與車廂平板、圓弧前后墻板緊密接觸。活動底板初始工作狀態(tài)下的密封示意圖和密封條固定板與橡膠密封條的安裝示意圖如圖7、圖8所示。

由于散糧在運輸過程中受重力作用，容易產(chǎn)生漲廂，從而出現(xiàn)密封條密封不嚴(yán)的情況。針對這種情況，需要在車廂平板外側(cè)加扣多個瓦棱板，在活動底板轉(zhuǎn)動的區(qū)域外增加活動拉撐，防止車廂平板變形，確保密封良好。

4.2多級液壓缸的空間布置及參數(shù)計算

4.2.1多級液壓缸的空間布置

活動底板架與車架之間的空間，決定了多級液壓缸的布置方式。對于半掛車車架來說，由于車橋上方大梁高度較高，很容易布置多級液壓油缸，而車架的大梁鵝頸處因高度較小，不易布置多級液壓油缸。大梁鵝頸處多級液壓油缸的空間布置，常采用兩種布置方式，即油缸下沉式固定（如圖9）和油缸上凸式固定（如圖10）。油缸下沉式固定主要用于車架大梁鵝頸較高且油缸安裝距較小的車輛，而油缸上凸式固定主要用于車架大梁鵝頸較低且油缸安裝距較大的車輛。

圖7　活動底板密封示意

圖8　密封條固定板固定方式

圖9　油缸下沉式固定

圖10　油缸上凸式固定

油缸下沉式固定的半掛車鵝頸高度為250 mm，活動底板架截面高為100 mm，整個油缸布置在活動底板上平面之下。油缸上凸式固定的半掛車鵝頸高度為150 mm，活動底板截面高為100 mm，安裝的油缸有一部分凸出在活動底板上平面之上，油缸的上鉸接點與活動底板架上面的油缸固定座相連接，通過舉升油缸固定座帶動活動底板，同樣可以起到舉升活動底板架的作用。只是油缸固定座在設(shè)計時要盡可能地減小尺寸，長度和寬度也應(yīng)盡量控制在300 mm×500 mm范圍內(nèi)，并做成帶圓弧過渡的形式，以防止凸出的油缸固定座處積存散糧。

多級液壓缸除考慮上下空間的布置之外，還要考慮前后空間的布置，前后空間的布置主要考慮車架大梁鵝頸處的受力。如圖9中所示的尺寸L，如果油缸最下面不超出車架大梁鵝頸處的下平面，則盡可能把油缸向靠近牽引銷處布置，但同時油缸的行程會加大，這兩個方面須綜合考慮。如果油缸的下平面超出了車架大梁鵝頸處的下平面，在不影響牽引車鞍座轉(zhuǎn)動的情況下，盡可能地把油缸向牽引銷處布置，當(dāng)然也要考慮油缸的行程。如果不想讓油缸的下平面超出大梁鵝頸處的下平面，可以把油缸更多地向上凸出于活動底板。

當(dāng)車架大梁鵝頸較低時，考慮到鵝頸處的受力情況，可以把鵝頸處進(jìn)行加強設(shè)計，通常的加強方式是在鵝頸處增加加固板或采用鵝頸多縱梁結(jié)構(gòu)，以達(dá)到滿足油缸的受力情況。

4.2.2多級油缸參數(shù)的設(shè)計計算

因活動底板工作時，隨著活動底板的傾斜，被舉升物料質(zhì)心C位置隨之變化。質(zhì)心到活動底板翻轉(zhuǎn)中心的水平距離不斷減小，則舉升的力矩逐漸減小。所以通常以每節(jié)伸縮缸將要伸出時的工況，進(jìn)行受力計算，作為油缸參數(shù)選擇的依據(jù)。

活動底板舉升狀態(tài)時的簡化受力示意圖如圖11所示，其中，α為油缸支點A與活動底板翻轉(zhuǎn)點O與X軸的水平夾角，θ為活動底板傾斜的最大角度。

圖11　油缸舉升受力示意圖

4.2.2.1多級油缸總節(jié)數(shù)n的確定

在確定多級油缸總節(jié)數(shù)n時，首先確定多級液壓油缸單節(jié)液壓油缸的工作行程l。通常多級液壓油缸單節(jié)行程相等。單節(jié)工作行程，應(yīng)由總布置允許占用的空間來確定，并考慮多級液壓油缸產(chǎn)品的系列化、通用化。

求多級液壓油缸的總行程L：

多級液壓缸的總節(jié)數(shù)n：

4.2.2.2多級油缸最大有效直徑d1的確定

當(dāng)?shù)谝还?jié)油缸即將伸出時，第一節(jié)油缸舉升力矩MZ1為：

式中，F(xiàn)1為第一節(jié)油缸的推力；α為油缸支點A與活動底板翻轉(zhuǎn)點O與X軸的水平夾角。

第二節(jié)油缸伸出時的阻力矩MF1為：

式中，W為舉升力質(zhì)量；X01為第一節(jié)油缸伸出時W作用點的X坐標(biāo)值。

第一節(jié)油缸將要伸出時的舉升力矩與阻力矩之比η1為：

式中，通常取η=3～4[2]；P為可取液壓系統(tǒng)最高工作壓力；

1 d1為第一節(jié)油缸有效工作直徑。

整理d1得：

5　新型散糧運輸半掛車電液控制系統(tǒng)及原理

該系統(tǒng)的動力源采用牽引車所帶24 V電源，使用環(huán)保節(jié)能的電液控制系統(tǒng)。主要有由電源、電機、油泵、換向閥、限位閥、管路、電控裝置等組成。不采用傳統(tǒng)的在牽引車上進(jìn)行加裝取力裝置進(jìn)行取力的方式。這樣可以不受牽引車的限制，每個牽引車均可牽引這種半掛車。

該系統(tǒng)的油路原理如圖12，電路控制原理如圖13。

圖12　油路原理

圖13　電控原理

6　裝載使用性能

當(dāng)裝載散糧時，先把頂部的篷布打開，同時確保活動底板水平放置，散糧裝載通過傳輸帶先從前部裝載開始，并依次向后裝載，裝載后將篷布裝置鎖緊。

當(dāng)卸料時，先把底部的漏斗打開，糧食在重力的作用下，先從漏斗卸下一部分，然后再操縱電磁閥使前、后活動底板緩慢升起，直到前、后活動底板在限位閥的作用下停止運動。卸料完畢后，再操縱電磁閥使活動底板架下降，直到水平放置。

回程時，由于該車輛側(cè)面設(shè)置一對開門，且在漏斗上方設(shè)置有縱向和橫向的圓管支撐，可以通過側(cè)面的對開門裝載一些散裝貨物，比如家電類、郵政包裹、日常用品等貨物，避免回程時空車，以提高車輛的利用率，增加運輸?shù)氖找?，起到一車多用的作用?/p>

7　小結(jié)

本文主要針對散糧半掛車的可升降底板結(jié)構(gòu)、升降底板的密封、多級油缸的計算與布置進(jìn)行了介紹，為解決現(xiàn)有散糧半掛車裝載容積小、卸料不凈及單一用途的實際問題，提供了一種新型散糧半掛車的解決方案。

[1]胡德金.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社.1997.

[2]蔣崇賢,何明輝.專用汽車設(shè)計[M].武漢:武漢大學(xué)工業(yè)出版社.1994.

Structure Design of Bulk Grain Semi-trailer Capable of Lifting Bottom Plate

LI Hua-tian

Through the analysis of the advantages and disadvantages of the existing bulk grain semi-trailer, based on the advantages of the unloading of the vehicle, a new type of semi-trailer. The main structure of the front and rear active floor, the seal of the movable base plate, the space layout of the multi-stage cylinder, the principle of electro hydraulic control are introduced and the calculation and analysis of the related structure are introduced

semi-trailer; bulk grain; structure design; movable floor; hydraulic cylinder

李華田，男，1978年生，工程師，現(xiàn)從事半掛車產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)管理工作。

U469.5+3.03

A

1004-0226(2016)07-0096-04

2016-05-11