馬勒里舉升機(jī)構(gòu)校核分析

摘要：中型工程自卸車板塊中馬勒里舉升機(jī)構(gòu)是應(yīng)用較為廣泛的一種液壓舉升機(jī)構(gòu)。馬勒里舉升機(jī)構(gòu)舉升平穩(wěn)，超載能力強(qiáng)，系統(tǒng)油壓特性好，結(jié)構(gòu)緊湊，橫向剛度好，安裝靈活，被越來越多的中型汽車生產(chǎn)廠家所采用。基于此，針對自卸車馬勒里舉升機(jī)構(gòu)，進(jìn)行了機(jī)構(gòu)受力分析，以及齒輪泵、換向閥、液壓油管的選型和舉升時(shí)間的校核。

關(guān)鍵詞：馬勒里；液壓油缸；舉升結(jié)構(gòu)；校核分析

中圖分類號：U461" 收稿日期：2024-11-22

DOI：1019999/jcnki1004-0226202503014

1 前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，人們對自卸車在可靠性和穩(wěn)定性方面的要求也逐漸提高。自卸車液壓舉升機(jī)構(gòu)的可靠性是車輛的關(guān)鍵性能之一，對其性能的計(jì)算及相關(guān)部件的選型要求也相對較高。

當(dāng)前，在國家拉動(dòng)內(nèi)需并加快城市建設(shè)的引導(dǎo)下，對于基礎(chǔ)設(shè)施的投入將日漸加大，因此自卸車市場將面臨巨大的需求。自卸車輛性能中液壓舉系統(tǒng)占重要組成部分，其工作的可靠性和零部件的選用會(huì)直接影響到車輛的性能指標(biāo)及使用壽命。

市面上自卸車在舉升工作中常會(huì)出現(xiàn)一些液壓系統(tǒng)方面的故障，這大部分與液壓系統(tǒng)的匹配和液壓零部件的選用有關(guān)系，如有的因沒考慮系統(tǒng)壓力儲(chǔ)備系數(shù)；有的因齒輪泵排量選取過小，舉升時(shí)間慢；有的因液壓油管直徑過小等。本文對液壓舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行較為精確及清晰的計(jì)算，對液壓系統(tǒng)的各零部件進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算及分析，最后確定最優(yōu)方案，既能滿足液壓舉升系統(tǒng)本身的舉升性能，又能達(dá)到車輛可靠性的要求。

2 馬勒里機(jī)構(gòu)舉升力計(jì)算方法

21 已知條件

a.貨箱內(nèi)部尺寸為4 200 mm×2 100 mm×1 000 mm[8]，貨物密度1 800 kg·m3，載重質(zhì)量為42 m×21 m×10 m×1 800 kg/m3≈15 900 kg，貨箱自重為1 500 kg，舉升總質(zhì)量=載重質(zhì)量+貨箱自重量=15 900+1 500=17 400 kg=17.4 t；b.液壓缸的機(jī)械效率ηm=097；c.容積效率ηv=098；d.液壓缸、拉桿及三角架的位置如圖1所示；e.貨箱旋轉(zhuǎn)中心；f.系統(tǒng)額定壓力P=16 MPa。

22 液壓油缸的計(jì)算

液壓油缸在車輛中的位置及油缸行程的大小根據(jù)上裝布置及貨箱最大舉升傾角來決定。為了避免貨箱舉升角度過小和防止貨箱放平狀態(tài)時(shí)油缸由于行程不夠而頂死，油缸行程在理論行程基礎(chǔ)上加15～20 mm。車輛未舉升時(shí)油缸活塞行程長度700 mm，活塞直徑為[?]160 mm，單級缸，初選油缸型號HG-E160×700。

221 貨箱在初始位置時(shí)的計(jì)算

貨箱在初始位置時(shí)（貨箱舉升角度為0°時(shí)）的受力分析見圖2（注：F三角架與F三角架反的大小相等，方向相反）。

先以三角架為研究對象，以A點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，根據(jù)力的平面匯交原理，可知FC必通過A0D與B0E的交點(diǎn)，由力矩平衡[9]FC0·LC0=FB0·LB0可得：

FC0=[312 048×241366] N=205 474 N=20 9668 kgf" " " "（1）

式中，F(xiàn)B0為油缸舉升力。

FB0=[π×0.162×16×106×0.974] N=312 048 N" " （2）

這里取安全閥開啟壓力為16 MPa。

以貨箱為研究對象，并以貨箱旋轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，由力矩平衡G0·LG=FC0·LC0可得：

G0=[FC0?LC0LG=20 966.8×1 4661 392]kgf=22 0814 kgf" " （3）

因此，理論舉升質(zhì)量為22 0814 kg，即2208 t。

液壓油缸在初始位置時(shí)，液壓油缸理論舉升質(zhì)量2208 t大于實(shí)際裝載質(zhì)量174 t，液壓油缸在將要舉升時(shí)系統(tǒng)壓力儲(chǔ)備富余，能順利舉升起貨物。

2.2.2 貨箱舉升角度為5°時(shí)的計(jì)算

貨箱舉升角度為5°時(shí)的力學(xué)分析圖見圖3。

以A5點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，由力矩平衡[9]FC5·LC5=FB5·LB5可得：

FC5=[FB5?LB5LC5]=[312 048×245398]N=

192 0898 N=19 601 N" " " " " " " " " " "（4）

以貨箱旋轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，由力矩平衡G5·LG5=FC5·LC5可得：

G5=[FC5?LC5LG5]=[19 601×1 4041 323]kgf=20 801 kgf" " " "（5）

理論舉升質(zhì)量為20 801 kg，即208 t。

液壓油缸理論舉升質(zhì)量208 t大于實(shí)際裝載質(zhì)量174 t，液壓油缸在舉升時(shí)系統(tǒng)壓力儲(chǔ)備富余，能順利舉升起貨物。

2.2.3 貨箱舉升角度為10°時(shí)的計(jì)算

貨箱舉升10°時(shí)的力學(xué)分析圖見圖4。

以A10點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，由力矩平衡[9]FC10·LC10=FB10·LB10可得：

FC10 =[ FB10?LB10LC10 ]=[ 312 048×248491] N

=157 6128 N=160 83 kgf" " " " " " " " " " （6）

以貨箱旋轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，由力矩平衡G10·LG10=FC10·LC10可得：

G10=[FC10?LC10LG10]=[16 083×1 6121 244] kgf=20 8407 kgf" " " （7）

理論舉升質(zhì)量為20 840.7 kg，約208 t。

液壓油缸理論舉升質(zhì)量208 t大于實(shí)際裝載質(zhì)量174 t，液壓油缸在舉升時(shí)系統(tǒng)壓力儲(chǔ)備富余，能順利舉升起貨物。

以此類推，可以得出此油缸可以滿足舉升要求。貨物的安裝角一定時(shí)，當(dāng)貨箱舉升角度越來越大，貨物將會(huì)隨著貨箱舉升角度的加大，會(huì)有部分貨物從貨箱上卸下來，使承載質(zhì)量減輕，液壓油缸舉升的重量減小，油缸壓力變小。

通過計(jì)算得出：油缸型號選HG-E160×700[6]，滿足該車輛舉升性能的要求。

2.2.4 拉桿強(qiáng)度計(jì)算

以三角架為研究對象，以C0點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心，由力矩平衡可得，拉桿所受拉力為：

貨箱舉升0°時(shí)拉桿的受力：

FA0=[312 048×225151] N=464 972 N=47 446 kgf" " " " "（8）

貨箱舉升5°時(shí)拉桿的受力：

FA5=[312 048×291206] N=440 806 N=44 980 kgf" " " " "（9）

貨箱舉升10°時(shí)拉桿的受力：

FA10=[312 048×372300] N=386 939 N=39 4836 kgf" " "（10）

以此類推，貨箱舉升0°時(shí)拉桿所受拉力最大為47 446 N，根據(jù)對拉桿危險(xiǎn)截面的計(jì)算可知：截面C-C處截面積最小，SC-C=0008 m2，見圖5。

[σC-C=464 9720.008Pa=58 121 500 Pa≈58.1 MPa]" " " "（11）

拉桿材料為Q235A，[σ=σS2=]1175 MPa。

由此可知，σC-Clt;[σ]，所以拉桿滿足強(qiáng)度要求。

3 液壓元件的選型

31 齒輪泵的選取和主要參數(shù)的計(jì)算

311 最小流量Qmin

依據(jù)汽車標(biāo)準(zhǔn)QC/T 222《自卸汽車通用技術(shù)條件》[5]的要求，車箱內(nèi)部長度小于等于48 m時(shí)，車箱舉升時(shí)間t應(yīng)不大于20 s，計(jì)算滿足法規(guī)要求時(shí)，液壓系統(tǒng)的最小流量Qmin。

系統(tǒng)的最小流量：

Qmin=[60V缸ηV]=432 L/min" " " " " " " " "（12）

其中：

V缸=πSD2/4=141 L" " " " " " " " " "（13）

312 齒輪泵具體參數(shù)選擇的計(jì)算

a.齒輪泵的最高轉(zhuǎn)速：

nbmax≥[nei]=[2 8001.588] r/min=1 763 r/min" " " " " " " "（14）

式中，i為取力器傳動(dòng)比i=1588；ne為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速2 800 r/min。

b.齒輪泵最小流量Qbmin（取齒輪泵泄漏系數(shù)為13）[4]：

Qbmin=13 Qmin=562" L/min" " " " " " " " "（15）

c.根據(jù)齒輪泵最小流量，計(jì)算出齒輪泵最小排量：

q=[Qbminnbmax×0.98]=325 mL/r" " " " " " " " "（16）

在自卸車輛舉升操縱時(shí)，車輛電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般小于最大功率下的理論轉(zhuǎn)速，在計(jì)算齒輪泵參數(shù)時(shí)，一般以齒輪泵在最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速下的排量值為準(zhǔn)。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可選取CB-E50型齒輪泵[7]，齒輪泵的性能參數(shù)：公稱排量為50 mL/r，額定壓力為16 MPa，最高壓力為20 MPa，公稱轉(zhuǎn)速為2 000 r/min。

32 換向閥的選型

換向閥的額定工作壓力應(yīng)大于系統(tǒng)的工作壓力，額定流量滿足法規(guī)要求的車箱舉升時(shí)間，即額定流量應(yīng)大于系統(tǒng)的最小流量[1]Qmin。

[Q分≥1.2q泵n泵η泵1 000=104 L/min]" " " " " " " （17）

選取換向閥參數(shù)：額定壓力為20 MPa，額定流量為110 L/min。

車箱舉升時(shí)間不僅與泵的排量大小有關(guān)，還與換向閥的流量大小密不可分。因此在計(jì)算校核車箱舉升時(shí)間時(shí)兩者均需要分別計(jì)算，最后取其較大值與法規(guī)要求值相比較，計(jì)算結(jié)果是否滿足法規(guī)要求。

a.以泵的額定排量Q泵來計(jì)算時(shí)，考慮泄漏因素時(shí)，取系統(tǒng)泄漏系數(shù)為13，則：

t1=[60×1.3V缸ηVQ泵]=[60×1.3×14.40.98×0.05×1 763] s=127 s" " " （18）

b.以換向閥的額定流量Q分來分析時(shí)，有

t2=[60V缸ηVQ分]=[60×14.10.98×110] s=79 s" " " " " " " " （19）

綜上所述，計(jì)算得出舉升時(shí)間為127 s，小于法規(guī)要求的不大于20 s，達(dá)到法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。

33 液壓油管的計(jì)算和選型

a.齒輪泵吸油管的最大直徑［3］：

[d1max=4Qbmax6πV]" " " " " " " " " " " " （20）

式中，[Qbmax]為齒輪泵的最大流量（齒輪泵泄漏系數(shù)為13）；V為膠管的允許流速，一般取V≤6 m/s[2]。

[Qbmax=q泵nbmax1.3][67" 808" mL/min≈67.8" L/min]" " " （21）

[d1max=4Qbmax6π×V=4×67.86π×6] cm=155 cm=155 mm" " （22）

b.齒輪泵的排油管最小直徑。

[d2min=4Qmin6π×V] cm" " " " " " " " " " （23）

式中，Qmin為系統(tǒng)最小流量Qmin=432 L/min。

[d2min=4Qmin6π×V=4×43.26π×6] cm=124 cm=124 mm

該車型液壓舉升機(jī)構(gòu)，選用50泵，吸油管內(nèi)徑為20 mm，排油管內(nèi)徑為15 mm。

4 結(jié)語

液壓系統(tǒng)性能參數(shù)的理論計(jì)算在自卸車領(lǐng)域是至關(guān)重要的，在其他行業(yè)凡是用到液壓系統(tǒng)的裝備中均能參考以上計(jì)算方法。液壓系統(tǒng)零部件的參數(shù)計(jì)算及選型也可參考上述計(jì)算方法進(jìn)行分析。當(dāng)理論計(jì)算分析滿足要求，才能在實(shí)際運(yùn)行過程中將故障降到最低，系統(tǒng)才能工作穩(wěn)定。為了便于液壓系統(tǒng)零部件的通用化和提高市場售后的快速響應(yīng)，液壓元器件的參數(shù)選型應(yīng)盡可能模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]李壯云液壓元件與系統(tǒng)[M]3版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011

[2]王益群，高殿榮主編液壓工程師技術(shù)手冊[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2020

[3]周長城液壓技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021

[4]趙晶淺談自卸車整車布置設(shè)計(jì)[J]專用汽車，2020（1）：59-60

[5]QC/T 222-2010 自卸汽車通用技術(shù)條件[S]

[6]JB/T 7041-2006 液壓齒輪泵[S]

[7]QC/T 460-2010 自卸汽車液壓缸技術(shù)條件[S]

[8]GB 1589-2016 汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值[S]

[9]陳守艷，賈秋蘭前舉自卸車貨箱及舉升裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算[J]專用汽車與配件，2021（2）：45-47

作者簡介：

胡新才，男，1984年生，高級工程師，研究方向?yàn)樯逃密嚿涎b。