一種小型拉臂鉤可靠性試驗(yàn)裝置

劉慶超

LIU Qing chao-

上海華冠希爾博專用車輛有限公司 上海 201707

1 前言

為提升垃圾裝載工作效率，避免垃圾運(yùn)輸中的二次污染，車廂可卸式垃圾車在城市環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)中越來(lái)越受到青睞。拉臂鉤是車廂可卸式垃圾車的核心裝置，因此，需在設(shè)計(jì)定型階段根據(jù)QC/T 52-2000 《 垃圾車》作業(yè)可靠性試驗(yàn)方法對(duì)拉臂鉤裝置進(jìn)行作業(yè)可靠性試驗(yàn)[1]。

2 可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明

根據(jù)需求，公司研制了一款小型車廂可卸式垃圾車，依據(jù)前述，需對(duì)該車的R型拉臂鉤進(jìn)行可靠性作業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，原需采用如圖1所示的二類底盤安裝R型拉臂鉤后，用V2車廂進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，但考慮到拉臂鉤的常規(guī)試驗(yàn)重復(fù)利用性較高，且為了節(jié)省燃油，故設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一款拉臂鉤可靠性試驗(yàn)裝置。

3 可靠性試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)考慮的因素

拉臂鉤的可靠性試驗(yàn)是指拉臂鉤在額定載荷下進(jìn)行若干次工作循環(huán)操作而無(wú)異常的試驗(yàn)。結(jié)合QC/T 52-2000標(biāo)準(zhǔn)的要求，R型拉臂鉤可靠性試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素有：

a. 必須能實(shí)現(xiàn)拉臂鉤工作循環(huán)的全部動(dòng)作，且動(dòng)作順序與實(shí)際相同。該R型拉臂鉤一個(gè)工作循環(huán)，在QC/T 52-2000標(biāo)準(zhǔn)中描述為“裝載機(jī)構(gòu)將置于地面的滿載垃圾桶（箱）提升并將垃圾傾卸到垃圾車內(nèi)，然后將空桶（箱）放置于地面為一次”，實(shí)際分解動(dòng)作由拉廂、車廂舉升（自卸）、卸廂等組成，這些動(dòng)作是有先后順序的，如圖2所示。

b. 試驗(yàn)裝置必須能加裝額定載荷以模擬車廂滿載狀態(tài)，不加額定載荷進(jìn)行的試驗(yàn)不能稱為可靠性試驗(yàn)。

c. 試驗(yàn)裝置中的工裝部分應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足試驗(yàn)中拉臂鉤在負(fù)載狀態(tài)下多次工作循環(huán)的重復(fù)沖擊。

d. 拉臂鉤結(jié)構(gòu)件及關(guān)鍵元器件能在可靠性試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。該R型拉臂鉤可靠性試驗(yàn)，不僅能驗(yàn)證結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)合理性、焊接強(qiáng)度符合性，也能驗(yàn)證主油缸、鎖緊油缸、液壓橡膠管等關(guān)鍵零件是否可靠，為早期失效分析提供試驗(yàn)證據(jù)。

e. 工作循環(huán)時(shí)間和液壓系統(tǒng)壓力可實(shí)現(xiàn)調(diào)整功能。拉臂鉤的拉廂、卸廂、舉升等動(dòng)作的時(shí)間以及液壓系統(tǒng)的壓力，在設(shè)計(jì)時(shí)都做了規(guī)定，因此，試驗(yàn)裝置應(yīng)將該因素考慮進(jìn)去，以保證可靠性試驗(yàn)與實(shí)際工況接近一致。

f. 可靠性試驗(yàn)過(guò)程中，液壓系統(tǒng)的油溫不能超過(guò)70 ℃。這是QC/T 52-2000標(biāo)準(zhǔn)的明確要求，由于液壓系統(tǒng)零件在超過(guò)70 ℃的工作環(huán)境中發(fā)生失效的概率急劇增大，可靠性試驗(yàn)作為呈連續(xù)狀態(tài)的多次工作，更需要考慮這個(gè)因素。

g. 可靠性試驗(yàn)的安全性。試驗(yàn)過(guò)程中拉臂鉤會(huì)將四輪試驗(yàn)架舉升超過(guò)45°，并具有一定的沖擊性，長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)時(shí)要避免存在危及安全的因素。因此，可靠性試驗(yàn)裝置四腿支撐架要與地面固定，防止裝置挪移，且周圍預(yù)留一定距離。

h. 可靠性試驗(yàn)的操作方便性和易觀察性。圖2所示的拉臂鉤裝卸操作，需要操作人員進(jìn)入駕駛室內(nèi)，扭頭朝后透過(guò)駕駛室后面的窗口觀察動(dòng)作情況，如多次重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)操作人員很容易出現(xiàn)疲勞。可靠性試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)時(shí)需考慮解決這一問(wèn)題。

4 可靠性試驗(yàn)裝置的組成

R型拉臂鉤可靠性試驗(yàn)裝置可分為裝卸單元、液壓控制單元和PLC控制單元三部分，下面分別簡(jiǎn)要介紹，可靠性試驗(yàn)裝置如圖3所示。

4.1 裝卸單元

裝卸單元分為三部分：拉臂鉤鋼構(gòu)部件、四輪試驗(yàn)架及四腿支撐架。拉臂鉤鋼構(gòu)部件是可靠性試驗(yàn)的基本試驗(yàn)對(duì)象，是定型R型拉臂鉤產(chǎn)品。四輪試驗(yàn)架在試驗(yàn)中的功能是代替V2車廂，即試驗(yàn)時(shí)把V2車廂的前、后、左、右、上部的結(jié)構(gòu)去掉，保留底梁結(jié)構(gòu)并用角鋼加固，這樣既能夠保證試驗(yàn)架的強(qiáng)度和剛度，也可參照產(chǎn)品的額定裝載能力，在四輪試驗(yàn)架底梁面板上安裝一件質(zhì)量為1 t的標(biāo)準(zhǔn)砝碼作為額定載荷，標(biāo)準(zhǔn)砝碼用角鋼固定，不可滑動(dòng)和脫落。四條支腿支撐架是拉臂鉤產(chǎn)品和四輪試驗(yàn)架的承載工裝，高度尺寸設(shè)計(jì)時(shí)與原二類汽車底盤高度一致，框架由Q345B材料矩形鋼焊接而成，四腿交叉焊接為三角形使其穩(wěn)固，保證其具有足夠的強(qiáng)度和剛度。四腿支撐架的四條支腿采用膨脹螺栓固定于地面，保證試驗(yàn)沖擊時(shí)整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)挪移和振動(dòng)。

4.2 液壓控制單元

液壓控制單元是該R型可靠性試驗(yàn)裝置的動(dòng)力提供單元，由電磁多路閥、油箱、油溫冷卻風(fēng)扇、液壓金屬管件、橡膠管件等組成，其原理如圖4所示。電磁多路閥由兩個(gè)三位四通電磁閥和一個(gè)兩位兩通電磁閥（主控閥）組成，兩個(gè)三位四通電磁閥分別控制鉤臂油缸（主油缸）和鎖鉤油缸的伸縮，主控閥則協(xié)同完成工作，鉤臂電磁多路閥為O型（閥芯在中位時(shí)A、B、P、T四個(gè)油口互不相通），鎖鉤電磁多路閥為Y型（閥芯在中位時(shí)A、B、T三油口相通，P油口不與任何一個(gè)油口相通），分別用兩根橡膠管和鉤臂（鎖緊）油缸和多路閥相連，兩個(gè)電磁閥不可同時(shí)聯(lián)動(dòng)，這也是拉臂鉤裝卸車廂的設(shè)計(jì)要求。橡膠管液壓控制單元的動(dòng)力部分由380 V的交流電機(jī)提供。電機(jī)安裝于油箱上，帶動(dòng)安裝于油箱內(nèi)的油泵，油箱出油口裝有循環(huán)液壓油濾網(wǎng)，以保證液壓系統(tǒng)中的工作油處于清潔狀態(tài)。為防止油溫超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，液壓油回路中加裝了柵格油溫冷卻風(fēng)扇，對(duì)液壓管路流過(guò)的液壓油冷卻。液壓控制單元安裝了壓力表，可對(duì)液壓油工作時(shí)的系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)和監(jiān)控，并可通過(guò)對(duì)閥路和液壓系統(tǒng)壓力的調(diào)整實(shí)現(xiàn)調(diào)整裝卸等動(dòng)作的時(shí)間，冷卻風(fēng)扇如圖5所示。

4.3 PLC控制單元

PLC控制單元是人機(jī)對(duì)話部分，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的具體操作。該部分由380 V電源接口、變壓器、過(guò)載保護(hù)繼電器、閥組控制器、計(jì)數(shù)器、顯示開(kāi)關(guān)、遙控器等組成。380 V電源接口直接取于廠房供電箱，變壓器將380 V交流電源轉(zhuǎn)換為24 V直流電源，用于電磁閥組控制器。為防止電流過(guò)大損壞電器元件，控制回路加裝了過(guò)載保護(hù)繼電器。為提高計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性以及計(jì)數(shù)方便性，該R型拉臂鉤試驗(yàn)裝置加裝了計(jì)數(shù)傳感器，并在PLC控制單元中增加了計(jì)數(shù)器，自動(dòng)計(jì)算可靠性循環(huán)次數(shù)。PLC控制單元設(shè)計(jì)時(shí)考慮為手動(dòng)和自動(dòng)可自由切換的操縱方式，手動(dòng)方式是普通模式，自動(dòng)方式是遙控模式，加裝的遙控器單元極大地方便了試驗(yàn)操作，試驗(yàn)人員通過(guò)遙控器按鈕即可完成拉臂鉤裝卸和鎖緊動(dòng)作，減少了工作強(qiáng)度。由于可靠性試驗(yàn)裝置視野開(kāi)闊，較容易觀察試驗(yàn)過(guò)程中是否發(fā)生異常，計(jì)數(shù)傳感器位置如圖6所示。

5 應(yīng)用

該可靠性試驗(yàn)裝置制作完成后，對(duì)R型拉臂鉤進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行了調(diào)試，使拉臂鉤裝卸工作循環(huán)時(shí)間和系統(tǒng)壓力保持在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。試驗(yàn)表明，只需一個(gè)人便可通過(guò)遙控器（不靠近試驗(yàn)裝置）進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)次數(shù)計(jì)數(shù)并顯示，試驗(yàn)人員操作安全而又便于觀察。R型拉臂鉤背負(fù)載荷5 000次可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。從表1可以看出，R型拉臂鉤在可靠性試驗(yàn)中裝廂、卸廂及自卸方面表現(xiàn)穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)R型拉臂鉤鋼構(gòu)件焊接、鉤環(huán)、后滾輪、鉤臂油缸、鎖緊油缸、多路閥密封性及液壓管路清潔度等檢查無(wú)異常，達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的目的。

為明確在不加?xùn)鸥裼蜏乩鋮s風(fēng)扇下的液壓系統(tǒng)油溫情況，在可靠性試驗(yàn)初期，關(guān)閉油溫冷卻風(fēng)扇并對(duì)油溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，結(jié)果如表2所示。

表1 R型拉臂鉤背負(fù)載荷5 000次可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

表2 冷卻風(fēng)扇處于關(guān)閉狀態(tài)下的液壓系統(tǒng)的油溫度測(cè)量記錄

表2說(shuō)明，在可靠性試驗(yàn)中，當(dāng)冷卻風(fēng)扇關(guān)閉時(shí)，液壓系統(tǒng)的液壓油溫度逐漸上升，試驗(yàn)至90 min后，油溫即上升超過(guò)70℃，必須開(kāi)啟風(fēng)扇工作。當(dāng)風(fēng)扇開(kāi)始工作后，液壓油的溫度得到控制，可保持在50℃左右。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，有效地解決了R型拉臂鉤可靠性試驗(yàn)問(wèn)題，該思路同時(shí)也可以應(yīng)用和推廣到其他拉臂鉤可靠性定型試驗(yàn)或額定提升能力試驗(yàn)當(dāng)中。

[1] QC/T 52-2000中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].