車(chē)輛操縱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：本文根據(jù)某型車(chē)輛制動(dòng)操縱裝置的工作原理和性能要求，對(duì)操縱裝置進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。以該型車(chē)輛的制動(dòng)器操縱裝置為對(duì)象，通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、SolidWorks三維建模以及結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度的校核和人機(jī)適應(yīng)性的研究，并對(duì)此裝置的省力效果、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：操縱裝置；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.231

0 三種制動(dòng)器操縱裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

機(jī)械式制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)由制動(dòng)踏板、拉桿等機(jī)械桿件組成，完全由人力來(lái)操縱，是指完全依靠傳動(dòng)桿件的傳動(dòng)比傳遞力和行程的裝置。

氣力式制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)是利用壓縮空氣的壓力作為動(dòng)力，使車(chē)輛制動(dòng)，氣力式制動(dòng)系由駕駛員踩踏板，制動(dòng)控制閥使儲(chǔ)氣筒內(nèi)的壓縮空氣通入制動(dòng)器室，壓縮空氣的壓力把制動(dòng)器室的推桿向外推出，使制動(dòng)器的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，撐開(kāi)蹄式制動(dòng)器的蹄片，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)。

液壓式制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)有的由液壓油油泵供給動(dòng)力是動(dòng)力式液壓剎車(chē)；有的是靠人力，用踏板踩動(dòng)油泵，是人力液壓剎車(chē)。裝置是由制動(dòng)踏板、制動(dòng)主缸、制動(dòng)輪缸、車(chē)輪制動(dòng)器、制動(dòng)滾、管路等組成，依靠液壓能傳遞來(lái)制動(dòng)車(chē)輛。

制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)也稱為制動(dòng)系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)，通常主要包括制動(dòng)踏板總成、回位彈簧、平衡機(jī)構(gòu)、主力機(jī)構(gòu)和調(diào)整裝置等，制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)的安裝位置和結(jié)構(gòu)是否符合人體工程學(xué)的要求，是駕駛員剎車(chē)是否舒服、長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)車(chē)是否容易疲勞的決定性因素之一，而其結(jié)構(gòu)形式和杠桿比等參數(shù)則決定了踩踏板力的大小、制動(dòng)起作用的時(shí)間和制動(dòng)力的作用快慢，從而直接影響整車(chē)的制動(dòng)性能。制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的就是根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式和杠桿比等參數(shù)分析制動(dòng)時(shí)踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)量和制動(dòng)器單子盤(pán)運(yùn)動(dòng)徑向的行程、腳踏力與作用在摩擦片上的正壓力的關(guān)系，判斷該操縱裝置結(jié)構(gòu)在性能上是否滿足設(shè)計(jì)者的要求。

本車(chē)的操縱機(jī)構(gòu)主要包括有一般的拉桿、在結(jié)構(gòu)上連接為一體的助力機(jī)構(gòu)和均力機(jī)構(gòu)，以及安裝在變速箱殼體內(nèi)的平衡器組成。助力機(jī)構(gòu)可以用了減小在踏板上制動(dòng)車(chē)輛時(shí)所必須的力，節(jié)省操作人員的能量消耗。 均力機(jī)構(gòu)可以用來(lái)保證均勻同步地拉緊兩側(cè)變速箱制動(dòng)器，使制動(dòng)時(shí)，各個(gè)制動(dòng)的力均等且同時(shí)。平衡體與變速箱內(nèi)的左右撥叉體接觸，同時(shí)使作用力保證變速箱兩個(gè)制動(dòng)離合器均勻同步的工作。均力機(jī)構(gòu)和平衡器的工作可保證兩側(cè)履帶同時(shí)制動(dòng)。

1 設(shè)計(jì)方案及要求

為了達(dá)到滿足緊急制動(dòng)時(shí)人腳踏板力的要求，現(xiàn)在設(shè)計(jì)一套助力裝置，在緊急制動(dòng)時(shí)，使人在踏板處的踏力滿足參數(shù)要求。

應(yīng)該采用液壓缸和桿件的簡(jiǎn)單連接，對(duì)機(jī)械操縱裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使其達(dá)到助力要求，幫助操縱人員在緊急制動(dòng)車(chē)輛時(shí)，人踏踏板的力滿足標(biāo)準(zhǔn)800N以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)。因此設(shè)計(jì)的目標(biāo)為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的助力最少要滿足在踏板上，減少800N的踏力。

為了達(dá)到提供助力的目的，我們一般利用杠桿的原理和液壓助力的方式得到，此處設(shè)計(jì)的裝置，是在不改變杠桿比的前提下，單獨(dú)使用液壓缸來(lái)提供助力的。在不改變?cè)瓉?lái)裝置的行程的前提下，預(yù)先假設(shè)在拉臂處裝入一個(gè)液壓缸裝置，由機(jī)械操縱裝置的特點(diǎn)可以得到，計(jì)算滿足制動(dòng)時(shí)，助力液壓缸在踏板處表現(xiàn)出800N力的計(jì)算推導(dǎo)，以此來(lái)估算出液壓缸的液壓助力大小。

初步計(jì)劃在拉臂前安裝一個(gè)助力缸，推算在各處所需在各部件處的力的大小。腳踏板處1000N的力在拉臂處表現(xiàn)的力的數(shù)值：根據(jù)整體結(jié)構(gòu)的力和行程的推導(dǎo)，可以得到F=1248N

此值為液壓缸助力作用在制動(dòng)裝置中最小值。

2 液壓部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算

初步設(shè)想為將液壓缸與車(chē)底板內(nèi)緣面成一定的夾角，設(shè)計(jì)安裝一個(gè)液壓助力缸，在拉臂前安裝一個(gè)助力缸，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)推算在各處所需在各部件處的力的大小，推出的液壓缸作用在桿件上力為1560N。使其滿足液壓缸在成一定角度后作用在桿件的力應(yīng)大于1560N。先估計(jì)選取液壓缸助力為不小于2000N的液壓缸。

通過(guò)國(guó)標(biāo)可以查出，筒徑40mm選用活塞桿的尺寸不小于14mm，根據(jù)不同的速比可以選定更為精確的尺寸。為了設(shè)計(jì)的方便和工作的可靠，可以選取液壓缸活塞桿桿外徑為40mm，達(dá)到提供液壓助力的目的，又根據(jù)裝配的特點(diǎn)可以選定，其液壓缸活塞桿選定為實(shí)心桿件，保證缸的工作效果和可靠性。

3 連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

液壓缸的安裝一側(cè)必須與車(chē)體底的平面內(nèi)緣表面固定，底板的尺寸只要滿足前后支座的安裝尺寸即可，初步設(shè)定尺寸如圖1所示： 底板厚度為10mm，長(zhǎng)為600mm，寬度為130mm，為了滿足強(qiáng)度的要求，底板選材為45號(hào)鋼，將底板焊接到車(chē)內(nèi)緣表面。

然后可以得到前支座尺寸。其中的高為70mm 寬為35 mm，長(zhǎng)為60mm，中間開(kāi)軸直徑為24mm 中間開(kāi)槽寬15mm，用材為45鋼。

得到后支座尺寸，高為62mm，寬為35mm，長(zhǎng)為24mm，中間開(kāi)軸直徑為12mm。根據(jù)根據(jù)缸的耳軸尺寸得到中間開(kāi)槽寬15mm，用材為45鋼。

缸徑為40mm大于所得的35mm，

活塞的長(zhǎng)度為85mm大于缸的行程65mm，

缸壁厚度為5mm大于2σ（σ壁厚最小為1mm，為了更加安全，我們選定的壁厚不小于2σ）。

從一系列的數(shù)據(jù)可以得出，工作環(huán)境為1.9MPa，缸完全可以提供所需的力，并且符合強(qiáng)度要求。

4 總結(jié)

本文根據(jù)制動(dòng)器操縱裝置的工作原理和助力要求使用，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案幾經(jīng)全面改動(dòng)，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)多次完善，最終采用了現(xiàn)在原有機(jī)械結(jié)構(gòu)與液壓缸相結(jié)合的方式來(lái)是實(shí)現(xiàn)助力制動(dòng)的功能。依據(jù)車(chē)輛內(nèi)部空間大小以及最終確定的制動(dòng)器操縱裝置省力的目標(biāo)要求，以便于結(jié)構(gòu)緊湊、快速準(zhǔn)確為原則，設(shè)計(jì)和改進(jìn)出了制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和各零部件的尺寸。

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