驾驶室翻转液压系统设计说明

驾驶室翻转液压系统设计说明

1 驾驶室液压翻转机构

1.1 工作原理

驾驶室的液压翻转机构是以液压为动力，通过液压缸的伸缩，使驾驶室绕翻转轴有限度的旋转，从而完成驾驶室的举升和下落。翻转油缸总成是将液压能转变成机械能的、做直线往复运动的液压执行元件。他结构简单、工作可靠，用它来实现驾驶室的翻转时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳。当它伸出时，驾驶室受到向上的支撑力，驾驶室开始绕翻转轴向上翻转；当液压缸收缩时，驾驶室都到支撑力逐渐减小，驾驶室绕翻转轴向下回落。

图1.1 翻转油缸总成

翻转机构的布置主要对驾驶室翻转轴的位置和液压缸安装点的确定，在驾驶室翻转角度确定后，其相互间的位置关系也会影响到液压缸承载力和工作行程。

1.2液压缸的布置

液压缸在驾驶室翻转的整个过程中，可以看作一个二力杆构件，其一端固定在驾驶室纵梁上，另一端固定在与汽车车架相连的车架上，两端同为铰链连接并可自由旋转，两端点连线应与汽车Y基准平面平行。液压缸布置得与翻转轴距离越近，对液压缸的承载力就要求相应提高，工作行程相应减短，反之距离越远，对液压缸的承载力就要求相应减小，但对液压缸的形程要求增大。

1.3驾驶室的翻转角度与液压缸的选配

1.3.1驾驶室的翻转角度

驾驶室的翻转角度，是指驾驶室绕翻转轴的最大角度。他理论上等于重心角的余角，实际上应小于重心角余角。下面我们来介绍下重心角，如图1.3.1所示，在Y基准平面

上，从翻转轴中心到驾驶室重心的连线与水平线的夹角即为重心角，可按arcthH/L求得重心角。

图1.3.1驾驶室翻转角

极限状态下，驾驶室的翻转角度与重心角互余，此时驾驶室的重心在翻转轴线上，驾驶室的全部质量都由驾驶室前支撑点支撑，液压缸的支撑力为零，驾驶室翻转轴上的剪力和挤压力也达到最大值。极限状态是不安全的，此时一旦驾驶室在其他外力作用下向前翻转，驾驶室的重心将越过翻转轴重心的垂线，对液压缸产生“拉力”，给车辆和人员将带来危险。所以为了保证安全，驾驶室翻转角度应小于重心角的余角，其角度能满足驾驶室翻起维修时，发动机等设备吊装方便即可。

1.3.2 液压缸的选配

通过前面所讲的内容，我们可以把驾驶室翻转角度、翻转轴和液压缸在整车上的位置画在分析图中，从而去定液压缸的工作行程。如图1.3.2-1所示

图1.3.2驾驶室翻转图

A点是驾驶室翻转轴，G点代表驾驶室的重心，B点事液压缸固定在车架上的支撑点，a角是驾驶室重心角。驾驶室翻转到最大角度后，液压缸的长度和行程，可以再

图1.3.2所示BC的杆长变化求得，在驾驶室翻转的过程中驾驶室的重心距是不断减小的，而液压缸与翻转轴之间的距离变化不大，如果近似忽略这段距离的变化量，我们可以得出液压缸的举升力在驾驶室初始位置时最大，在驾驶室翻转到最大角度是最小。以此为条件，我们可以去定液压缸的额定载荷。到此，液压缸的长度、行程、额定载荷、都已确定下来，我们对这些参数进行圆整，根据已有的液压缸产品进行选择即可，或者根据机械设计手册从新设计液压缸。

1.4 液压控制系统

驾驶室液压翻转机构中的液压系统，主要由手动油泵、液压缸、以及相连液压管件组成。手动油泵实际上是由换向阀和柱塞泵组成的；液压缸是由单活塞杆双作用液压缸与液控单向阀组成的。下面我们结合示图，对液压翻转系统的工作原理做以说明。图1.4-1是液压缸举升状态的原理图。

1.4-1 液压缸举升状态原理图

油箱1中的液压油经单向阀2，被柱塞泵3压入换向阀4，然后一路液压油被压入液压缸6的右腔，另一路液压油经过液控单向阀5，被压入液压缸6的左腔。由于有活塞杆的一侧活塞受力面积小，故液压缸6的活塞杆在柱塞泵3的作用下伸出。在液控单向阀5的止回作用下，是液压缸可以停留在任意位置。图1.4-2是液压缸收缩状态的原理图。

油箱1中的液压油经单向阀2，被柱塞泵3压入换向阀4，一路液压油被压入液压缸6的右腔，且这路油的分支将液控单向阀5推开，使液压缸6左腔中的液压油经过液控单向阀5，流入换向阀4，最后推开一个单向阀回流到邮箱1中。

1.4-2 液压缸收缩状态原理图

1.5 翻转油缸的设计

1.5.1 翻转油缸的设计内容和步骤

(1) 选择液压缸的类型和各部分结构形式

(2) 确定液压缸的工作参数和结构尺寸

(3) 结构强度、刚度的计算和校核

(4) 导向、密封、防尘、排气和缓冲等装置的设计

1.5.1.1选择液压缸的类型和各部分结构形式

在设计液压缸之前，必须对整个液压系统进行工况分析，编制负载图，选定系统的工作压力，然后根据使用要求选择结构类型，按负载情况、运动要求、最大行程等确定其主要工作尺寸。

1.5.1.2确定液压缸的工作参数和结构尺寸

液压缸的结构尺寸主要有三个：缸筒内径D、活塞杆外径d和缸筒长度L。

(1)缸筒内径D

液压缸的缸筒内径D是根据负载的大小来选定工作压力或往返运动速度比，求得液

压缸的有效工作面积，从而得到缸筒内径D，再从GB2348—80标准中选取最近的标准值作为所设计的缸筒内径。根据负载和工作压力的大小确定D

①以无杆腔作工作腔时

(2-67)

②以有杆腔作工作腔时

(2-68)

式中：pI为缸工作腔的工作压力，可根据机床类型或负载的大小来确定；

Fmax为最大作用负载。

(2) 活塞杆外径d

活塞杆外径d通常先从满足速度或速度比的要求来选择，然后再校核其结构强度和稳定性。

若速度比为λ，则：活塞杆外径d

(2-69) 也可根据活塞杆受力状况来确定

一般为受拉力作用时，d=0.3～0.5D

受压力作用时

pI＜5MPa时，d=0.5～0.55D

5MPa＜pI＜7MPa时，d=0.6～0.7D

pI＞7MPa时, d=0.7D

pI为缸工作腔的工作压力，

(3) 缸筒长度L

缸筒长度L由最大工作行程长度加上各种结构需要来确定，一般缸筒的长度最好不超过内径的20倍。即：

L=l+B+A+M+C

式中：l为活塞的最大工作行程

B为活塞宽度，一般为(0.6-1)D

A为活塞杆导向长度，取(0.6-1.5)D

M为活塞杆密封长度，由密封方式定