拉臂車拉臂結構及力學特點分析

【摘要】：拉臂車同時具備貨物自卸（卸料作業）和箱體 （裝卸作業，整裝整卸）功能，可減少卡車返程空載時的能源浪費和裝卸時間的延遲，有效提高卡車利用率，不但在環衛領域得到廣泛應用，而且在市政、建筑、廢棄物處理回收和采礦等行業受到越來越多客戶的青睞，作為一種特殊的裝卸裝置，也廣泛應用于軍事項目。拉臂車可分為液壓拉臂車和鋼絲繩式拉臂架兩大類，它們都非常適合安裝在輕型和重型卡車上。在我國，應用較為廣泛的是液壓拉臂車，其起重能力為2-40 t。拉臂車在20世紀80年代引入我國后，雖然應用比較品設計中多采用測繪或經驗取值的方法了拉臂車產品性能的進一步提高。本文介紹拉臂車主要部件——拉臂的幾種結構及特點，以求為生產設計單位提供一些參考。

一、拉臂車的總體結構

拉臂車主要由汽車底盤及拉臂式自裝卸裝置組成。拉臂式自裝卸裝置由副車架、拉臂、翻轉架、鎖緊裝置、箱體和液壓系統、電氣系統等部分構成。副車架固定于汽車底盤上，主要用于支撐箱體，并作為其他部分的安裝連接架；拉臂用于吊裝、卸離箱體或傾卸物料，為拉臂車主要工作裝置；翻轉架主要用于傾卸物料；鎖緊架主要用于傾卸物料時帶動翻轉架翻轉，并在運輸過程中起到鎖緊限位作用，保證運輸安全；液壓系統用于實現箱體的吊裝、卸離和傾卸物料，并控制相關部件進行有效工作；電氣系統主要用于監控報警，在采用電動控制時控制動作的實現。

二、拉臂結構及特點分析

拉臂結構主要包括鉤臂固定式、鉤臂擺動式、鉤臂滑移式及復合式4種，其中復合式為鉤臂擺動式與鉤臂滑移式的組合，本文僅對拉臂的3種基本結構加以介紹、分析。

1、鉤臂固定式

鉤臂固定式拉臂為L形整體結構，L形折角為直角，如圖1所示。這種拉臂結構的優點是結構簡單，吊臂本身生產及裝配難度較低，操作相對容易；缺點是在作業過程中要求有較大的操作空間，裝載角度大，控制精度相對較低。

2、鉤臂擺動式

鉤臂擺動式拉臂結構合理，拉臂的吊鉤臂與舉升臂相互鉸接，吊鉤臂可繞鉸點轉動（即相對于舉升臂擺動），由于其作業過程首先為吊鉤臂相對于舉升臂擺動，使箱體前后移動，所以相對固定式拉臂可明顯減少操作空間，減小裝載角度，提高控制精度。與鉤臂固定式拉臂相比，在相同的系統壓力下，鉤臂擺動式拉臂可對更大載重量的箱體進行操作。

3、鉤臂滑移式

鉤臂滑移式拉臂由兩部分——吊鉤臂與舉升臂組成，吊鉤臂可相對于舉升臂水平滑動，如圖2所示。其作業過程為：吊鉤臂相對于舉升臂前后滑動，使箱體前后移動。與鉤臂擺動式拉臂相似，相比鉤臂固定式拉臂，鉤臂滑移式拉臂也可減少操作空間，減小裝載角度，提高控制精度，在相同的系統壓力下可對更大載重量的箱體進行操作。鉤臂滑移式拉臂相對于鉤臂擺動式拉臂最大的優點為作業過程平穩，沖擊小，對鉤頭內弧形狀要求較低，但由于結構需要，生產過程相對復雜，拉臂質量增加，使整車載重量降低。

三、種拉臂結構優缺點對比分析

拉臂車的作業工況可分為：裝卸作業和卸料作業。下面分別就這兩種作業工況對3種拉臂結構進行分析。

1、裝卸作業工況

拉臂車的裝卸作業分為兩個階段，第一階段，箱體底部支撐在車架的滾輪口點上，受力簡圖如圖3所示；第二階段，箱體底部的滾輪支撐在路面上，工作狀態簡圖如圖4所示。

在裝卸作業第一階段，以翻轉架與副車架之間的鉸點D點為坐標原點，建立如圖5所示坐標系，設鉸點C，D和E與箱體掛鉤點F，箱體重心G，滾輪對箱體底部支撐點8的橫縱坐標分別為：（，），（，），（，），（x， Yf），（Xg，yg）和（xb，yb）。

設為舉升液壓缸DE與Ⅸ軸所成的角度，為舉升臂HD與x軸所成的角度，y為CD與x軸所成的角度。對拉臂進行運動分析：鉤臂固定式拉臂三肋保持不變，而鉤臂擺動式及滑移式拉臂，在作業過程中可以通過吊鉤臂的擺動或滑動直接影響拉臂車的作業高度，參考圖5，因此采用鉤臂擺動式和滑移式拉臂的拉臂車相對于采用鉤臂固定式拉臂的拉臂車，所需作業空間可明顯減小，作業更加方便靈活。由于鉤臂擺動式和滑移式拉臂及減小，所以在舉升液壓缸提供相同推力的情況下，采用這兩種結構的拉臂車能對更大載重量的箱體進行作業。在裝卸作業第二階段，以地面對箱體的支撐點為坐標原點，建立坐標系，對拉臂車及箱體進行力學分析（具體分析過程同第一階段，不再作詳細分析），同樣可得，作業過程中，由于吊鉤臂的擺動或滑移，采用鉤臂擺動式及滑移式拉臂的拉臂車，在舉升液壓缸提供相同拉力的情況下，能對更大載重量的箱體進行作業。

2、卸料作業工況

在卸料作業工況，以翻轉架與副車架之間的鉸點0點為坐標原點，建立如圖5所示坐標系。

同裝卸作業工況第一階段相同，采用鉤臂擺動式及滑移式拉臂的拉臂車相對于鉤臂固定式拉臂車，在卸料作業工況也有較小的作業空間。將拉臂和箱體作為一體進行力學分析檢察發現，鉆桿自下向上4 m處，與繩子所拉直線有10 mm左右的間隙，可以確定鉆桿在該位置存在彎曲。

三、解決方案

通過以上具體分析可以判斷，鉆桿存在彎曲，在旋轉鉆進過程中，鉆桿會出現“打擺”現象，導致成孔直徑大于理論值，成孔直徑偏大，影響正常施工方案，最終導致超方現象出現。可能導致鉆桿彎曲的原因：

（1）制造鉆桿所用外購鋼管的直線度不滿足要求，校直工序沒做好，導致加工完畢的鉆桿存在彎曲。

（2）鉆桿存儲不當，水平存放時，長期受徑向力作用，導致鉆桿彎曲。將以上情況分析整理，反饋給設備生產廠家，廠家同意更換鉆桿。

通過更換鉆桿，旋挖鉆機施工過程中超方問題得到解決，設備及時復工，保證了項目進度。