自卸半掛車液壓系統的設計

徐國坪

摘 要：物料運輸行業近年來的發展速度是非常可觀的，自卸車作為物料運輸與裝卸的重要設施之一，其應用范圍也日益廣泛與發展。但 以往自卸半掛車液壓系統設計運轉存在一定缺陷，導致自卸半掛車在實際使用中頻繁存在運輸效率低下、運輸貨物容易受到污染、以及裝卸料不徹底等問題。在這一背景下，文章設計一種全新的自卸半掛車，通過對液壓系統關鍵元件進行優化設計的方式，能夠提高自卸半掛車整體結構的合理性，兼顧操作方便、工作效率高等優勢，可以在自卸運輸業內廣泛推廣。

關鍵詞：自卸半掛車；液壓系統；設計

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0005-02

自卸半掛車是目前建筑施工等工業領域中廣泛使用的運輸車輛之一，此類運輸車輛在液壓系統的控制下可完成舉升、中停、限位、回位、頂棚開閉等多個功能，具有良好的應用價值。且既往工程實踐經驗表明，自卸半掛車無論是在作業效率、運輸效率、還是物料剩余率方面均具有其他運輸車輛所不可比擬的優勢。本文即針對此類型自卸半掛車液壓系統的設計問題展開探討與分析，望能夠確保液壓系統的安全、平穩運行。

1 自卸半掛車液壓系統結構

在自卸半掛車的運轉過程中，液壓系統是非常重要的模塊之一，其主要作用是使車廂能夠按照設計角度傾斜舉升，在完成貨物裝卸作業后自動回落至初始高度，同時也是保證自卸半掛車車廂頂棚正常開閉的重要裝置之一。液壓系統的基本結構設計圖，如圖1所示。

在自卸半掛車需要操作貨物進行傾卸時，操控組合手動換向閥手柄，液壓油經過氣控換向閥裝置引入液壓缸體內部（A腔），此時受到油壓的推動作用力影響，液壓缸內各級油缸缸筒遞次伸出，操作自卸半掛車車廂上升。在自卸半掛車車廂上升至最大行程后轉入回落程序，此時需要操作手動換向閥手柄裝置，使油缸A腔內的液壓油自動回路，而液壓油由于具有一定壓力，則引入液壓缸體B腔內部，通過回拉伸出末級油缸的方式，操作自卸半掛車車廂下降。

2 液壓系統設計要點

2.1 液壓缸設計

常規使用自卸車舉升角角度一般設計為45.0 °，可用于多種品類物料的裝載作業，也可以對散裝貨物進行運輸。如糧食、砂石等一類流動性較強的物料來說，其安息角多在38.0 °左右，常規自卸半掛車安息角多選擇在45.0 °左右，因此可以滿足裝卸要求。但對于濕礦粉、粘性土等粘接性較強的物料而言，安息角相對較大，自卸半掛車通常需要50.0 °～55.0 °左右的舉升角度才能夠實現對物料的傾斜。因此，綜合對不同物料裝卸角度的要求，在液壓系統設計中應當考慮將傾卸角控制為55.0 °。

同時，考慮到自卸半掛車在物料舉升初始階段中各個鉸支點所對應的靜摩擦力矩均較大，為了避免沖擊，確保自卸半掛車液壓系統的平穩、安全運轉，在液壓系統的設計中還應當增加力矩比系數，該系數建議取值為2.0，即自卸半掛車液壓系統舉升機構所提供舉升力矩與舉升阻力比值應為2.0。

從自卸半掛車液壓系統運作全程上來看，舉升缸舉升作用力最大值出現在剛剛舉升后，隨著車廂的不斷提高，所承受舉升作用力有一定的下降趨勢。因此，自卸半掛車液壓系統液壓缸最大推力可以按照如下方式進行設計：

液壓缸最大推力=[力矩比系數×（載質量+車廂質量）]/（2×cos油缸安裝角度）；

根據實際情況計算具體推力取值，然后根據可供選用的油缸參數，選擇適宜型號。所選型液壓缸內應配置限位閥裝置，借助于該裝置實現對液壓系統舉升最大行程的控制，并支持車廂在回落至車架時速度自動減緩，起到削弱沖擊作用力，提高循環速度以及抗高壓能力，延長使用壽命的目的。

2.2 液壓泵設計

在自卸半掛車液壓系統中增加液壓泵會直接增大回油面積以及管道面積，導致自卸半掛車的經濟效益降低，且存在材料浪費的問題。因此，為有效節約材料以及成本開支，建議在液壓系統設計中采用雙聯齒輪泵形式。

由于在自卸半掛車液壓系統的運轉過程中，舉升缸所通過油液流量顯著高于馬達部位通過油液流量，且馬達與舉升缸不同步工作，因此液壓泵設計中泵流量的選擇主要考慮舉升缸通過油液流量即可。當前技術支持下，液壓系統將車廂舉升至極限角度55.0 °下的時間應不超過40.0 s，系統泄露系數取恒定值為1.1。綜上，液壓泵流量可以按照如下方式計算：

油泵流量=（1.1×油缸工作容積）/40.0 s；

在此基礎之上，考慮到液壓泵在實際運行中的動力來源以牽引車變速箱為主，故可以確定液壓泵額定轉速，然后按照如下方式計算液壓泵排量：

液壓泵排量≥1.1×∑油泵流量最大值=油泵流量/液壓泵額定轉速；

根據所計算得到液壓泵排量，即可在不同液壓泵型號中作出合理選擇與設計。

2.3 氣控換向閥設計

由于本設計中該自卸半掛車液壓系統車廂舉升角度大（需達到55.0 °），因此在油缸的選用中采用了末級雙作用油缸的設計方案，故而還必須在氣控管路中制定相應的控制方案。經綜合研究，選擇四位四通氣控換向閥，其設計結構，如圖2所示。

在自卸半掛車儲氣筒壓縮空氣的作用下，該裝置可操作手動換向閥進行不同位間的組合與控制，實現與各個接口的連接/斷開，根據實際需求完成氣控換向功能。

本裝置的主要優勢是將溢流功能與換向功能綜合起來，圖2中所示氣控換向閥A/B/T/P口均與自卸半掛車油路系統連接，K點則與自卸半掛車手動換向閥氣孔接口連接。在整套裝置實際運行過程中，K口不同進氣組合可以控制壓縮空氣單獨或聯合氣動活塞運動，根據運動方式的不同，實現軸向左右側運動，在閥芯不同路徑的移動下實現閥體內不同位油路的聯通或斷開，從而實現換向功能。

除此以外，本裝置中還設置有專門的溢流裝置，用以確保系統運轉暗轉。若壓縮空氣作用力消失，則彈簧復位裝置可推動閥芯移動至停止點位，實現P/T口的聯通，在這一動作方案下，自卸半掛車液壓系統液壓泵所輸出液壓油回流至油缸內，空循環且不做功。

3 結 語

以往自卸半掛車液壓系統設計運轉存在一定缺陷，導致自卸半掛車在實際使用中頻繁存在運輸效率低下、運輸貨物容易受到污染、以及裝卸料不徹底等問題。

為了彌補自卸半掛車液壓系統在設計方面存在的局限性，本研究中提出了液壓系統優化設計的關鍵方法，并對液壓缸、液壓泵、以及氣控換向閥等關鍵元件的設計要點進行了探討分析，可以通過液壓系統實現自卸半掛車舉升、中停、限位、回位、頂棚開閉等多個功能，具有良好的應用價值，并且能夠為各類物料的安全運輸與裝卸提供保障。

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