廂式面包車液壓尾板的設計分析

單光朋 田杰 馮梓陌 方慧 胡懼

摘要：本文根據液壓尾板工作過程中的主要動作，對整體機構的尺寸進行設計;確定舉升機構的轉角范圍;對液壓缸缸筒和活塞桿進行設計計算，選擇液壓泵;用CATIA V5軟件對液壓尾板進行三維建模，虛擬裝配和運動仿真;用ANSYS軟件對液壓缸缸筒以及活塞進行有限元分析，以驗證是否滿足設計要求。

關鍵詞：液壓尾板;三維建模;運動仿真;有限元分析

0? 引言

目前，液壓尾板主要用在載貨汽車上。為了滿足廂式面包車裝運貨物的需求，有必要針對性地設計一款可折疊在車廂內的液壓尾板，以實現貨物的舉升。將液壓尾板折疊在車內可節省車廂底部和車門外部的空間，方便隨時打開使用，且充分利用車內空間，有別于市場上已經存在的產品類型，以便于多元化發展。

1? 廂式面包車液壓尾板機構綜合設計

由車體尾部基本尺寸可初步設定起始狀態L1=750mm，與承載尾板相連的舉升臂長度L2=700mm，連接平行四桿機構與承載尾板的活動搖臂的長度L3=660mm，尾板外觀厚度H0=10mm，如圖1。

由圖2可知，當尾板在舉升過程中到達與車廂底面平齊位置時，H1為固定底座到車門的距離，H2為此時車門距承載尾板的長度。根據所選車輛的尾部參數，可初步確定尾板寬L4=950mm。

當尾板位于起始位置，即最高位置時，舉升液壓缸的伸縮桿與水平面呈90°夾角，此時轉角α=79°;當尾板下降到與車廂底面平齊時，H1=200mm，H2=33mm，L2=700mm，L3=660mm，此時轉角為70°;當尾板位于終止位置，即尾板下降到接觸地面時，由汽車尾部參數可知，F點與G點垂直距離為500mm，即車廂地板到地面的距離，此時轉角為13°。綜合上述分析，可確定轉角α的轉動范圍是13°～79°。

2? 液壓尾板液壓傳動系統的設計

綜合考慮設計的總體方案，選用單活塞桿液壓缸作為執行元件，且活塞缸選用差動連接，保證往返出力和速度相同，令無桿腔為工作腔[1]。

2.1 液壓缸缸筒的設計和計算

液壓缸內徑和缸筒壁厚分別按下式計算

式中，D為液壓缸內徑;F為液壓缸推力;P為選定的系統工作壓力;[σ]為許用應力，為141MPa;py為缸筒試驗壓力，為6MPa。

2.2 活塞桿的設計與計算

活塞桿直徑和強度分別按下式計算

2.3 液壓泵的選擇

本設計將工作壓力設置為4MPa選用低壓齒輪泵，由于該類液壓泵污染敏感度不高，故同時可以為其配備過濾精度較低的濾油器[2]。

3? 液壓尾板三維建模與運動仿真

運用CATIA V5根據設計尺寸分別繪制承載面板，液壓油缸，舉升機構等草圖，然后運用[多截面實體]、[凸臺]等命令建立三維模型;選定液壓尾板為固定件，點擊[固定約束]，然后再使用[相合約束]、[全部更新]等工具完成裝配，如圖3所示;確定各相關部件的運動副形式，應用運動仿真工作臺模擬液壓尾板運動。

4? 基于ANSYS的液壓尾板有限元分析

首先添加材料屬性，進行網格劃分[3]。分別選擇液壓缸缸底和活塞的吊耳內圓柱面作為受約束面，使無相對運動的軸線保持相合固定，僅釋放Y軸的旋轉自由度。分別選擇缸筒內壁及缸底，以及活塞大端作為受力面，液壓缸的工作壓力為4MPa，對其進行1.25倍載荷的施加[4，5]，鍵入數值為5MPa。

由圖4和圖5可知缸筒和活塞的最大應力分別為179.3MPa，1853.1MPa，均不超過許用應力，故滿足設計要求。

5? 結論

本文將液壓尾板設計成折疊在車內的形式，不僅能夠收攏在車廂內，而且能夠展開并前后和升降運載貨物，具備一定的承載能力，牢固可靠實用性強且使用方便，還可以有效延長汽車尾板的使用壽命，有別于市場上已經存在的產品類型。

參考文獻：

[1]楊永梅.探討小型地面鉆機給進液壓缸設計[J].世界有色金屬，2018（20）：217-218.

[2]張宇.液壓泵的選擇、安裝及調試[J].化學工程師，2004，18（12）：29-30.

[3]田麗紅，吳繼勝，史磊.雙出桿長行程液壓缸的有限元分析[J].鍛壓裝備與制造技術，2018，53（6）：49-51.

[4]吳世超.基于ANSYS的擠壓機液壓缸的有限元分析[D].內蒙古：內蒙古科技大學，2015.

[5]程東霽，胡雯婷，雷定中.汽車尾板舉升機構的設計及有限元分析[J].皖西學院學報，2014，30（2）：49-51.