基于ADAMS的一種新型液壓尾門機構優化設計

孫智勇，陳 光，俞 飛，李 軍，吳宏寶，張峻方

（山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治 046000）

0 引言

隨著人們生活水平的提高和社會信息化的進步，物流業發展日新月異，廂式運輸車集密封、安全、快速等一體的特點使其成為了一種重要的運輸工具［1－3］。作為廂式運輸車的一個關鍵部件，液壓尾門機構直接關系到物料的裝載效率。對于重載貨物，需要叉車等輔助車輛進行物料裝填，傳統的液壓尾門由于坡度大的原因，致使輔助車輛無法完成作業［4－5］，因此本文提出了一種新型可折疊式液壓尾門，不僅可以作為尾門使用，還可以下放作為液壓爬梯，通過增加爬梯坡道長度以減小坡度，從而使得輔助車輛順利完成裝填作業。

本文介紹了新型折疊式液壓尾門機構的結構組成和工作原理，分析了該機構的結構特點，并利用ADAMS軟件建立虛擬樣機，對其進行了優化分析。

1 折疊式液壓尾門機構組成

折疊式液壓尾門安裝在廂式運輸車后，其結構組成如圖1所示，主要由內門1、外門2、尾門油缸3、撐桿4、支腿5和滾輪6組成。

圖1 折疊式液壓尾門機構組成

其中，內門1通過鉸軸連接在底盤連接塊0上，外門2、支腿5和內門1通過一根鉸軸鉸接，滾輪6鉸接于外門2尾部，尾門油缸3一端和撐桿4一端通過同一鉸軸鉸接于底盤連接塊0上，尾門油缸3另一端鉸接于內門1上，撐桿4另一端采用長圓孔結構鉸接于外門2上。

2 折疊式液壓尾門機構的工作原理

尾門油缸3是折疊式液壓尾門機構的動力源，其工作過程分為上升和下放兩個互逆過程，分別由尾門油缸的伸出和收回實現。液壓尾門下放過程如圖2所示，具體步驟見表1。

圖2 折疊式液壓尾門下放過程

表1 折疊式液壓尾門下放過程分解

當尾門油缸活塞桿伸出，內門上翻，撐桿拉動外門收回，尾門上升，直至全部折疊于廂式運輸車尾部。

3 折疊式液壓尾門機構分析

折疊式液壓尾門運動過程共有兩種工況：①滾輪未接觸地面；②滾輪接觸地面。要使機構實現預期的確定運動，機構自由度F必須滿足下列要求［6］：

（1）F＞0。

（2）F的數量等于原動件的數量。

3.1 工況1

圖3為折疊式液壓尾門工作過程中滾輪未接觸地面機構簡圖（支腿和滾輪在該工況中不參與機構運動，在機構分析中將其忽略）。圖3中，A、B、C、D、E分別為鉸接回轉中心，1、2、3為連桿，4為尾門油缸活塞桿，5為尾門油缸缸筒，則自由度F為：

其中：n為活動構件數目，n＝5；Pl為低副數目，Pl＝7；Ph為髙副數目，Ph＝0。

3.2 工況2

圖4為折疊式液壓尾門工作過程中滾輪接觸地面機構簡圖（在該工況中支腿不參與機構運動，撐桿與外門連接處采用長圓孔也不參與機構運動，在機構分析中將其忽略）。圖4中，3為尾門油缸活塞桿，4為尾門油缸缸筒，5為滾輪。由圖4可知，構件數n＝5，低副數Pl＝7，高副數Ph＝0，則自由度F為：

圖3 折疊式液壓尾門機構工況1簡圖

圖4 折疊式液壓尾門機構工況2簡圖

該機構中尾門油缸活塞桿為唯一主動件，因此F等于主動件數目，兩種工況均滿足運動要求。

4 折疊式液壓尾門機構受力分析

在折疊式液壓尾門的上升和下放過程中，尾門油缸作為唯一主動件需要克服所有其他外力。因為上升和下放為互逆過程，這里僅進行下放過程受力分析。結合某型號廂式運輸車液壓尾門下放初始狀態參數（見表2），利用ADAMS建立折疊式液壓尾門機構虛擬樣機 ZDSYYWM［7－8］，如圖5所示。

表2 折疊式液壓尾門機構參數

圖5 折疊式液壓尾門機構虛擬樣機

經虛擬樣機仿真分析可得內門從0°開啟到103°過程中尾門油缸受力情況，如圖6所示。

5 折疊式液壓尾門機構優化分析

根據折疊式液壓尾門機構簡圖分析可知，在機構運動過程中尾門油缸安裝位置是影響其受力的主要因素。因此對點A、C進行參數化設計，具體坐標見表3。

圖6 尾門油缸受力曲線

表3 點A、C參數設計

為使尾門油缸受力平穩，建立尾門油缸受力大小測量值.ZDSYYWM.JOINT＿1＿MEA＿1，以式（3）為目標函數進行機構優化［9－10］：

其中：f（i）為尾門油缸受力。

優化結果如圖7所示。

圖7 優化后尾門油缸受力曲線

對比圖6、圖7可見，優化后尾門油缸受力最大值更小，受力曲線更平滑，受力更平穩，壽命更長。

6 結語

介紹了一種新型折疊式液壓尾門機構的結構組成和工作原理，分析了該機構的結構特點。利用ADAMS軟件建立虛擬樣機，分析了其受力情況，并對其進行了優化分析，提高了尾門油缸的使用壽命，對廂式運輸車液壓尾門的設計具有一定的參考意義。