孙智勇，陈 光，俞 飞，李 军，吴宏宝，张峻方

（山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046000）

0 引言

随着人们生活水平的提高和社会信息化的进步，物流业发展日新月异，厢式运输车集密封、安全、快速等一体的特点使其成为了一种重要的运输工具［1－3］。作为厢式运输车的一个关键部件，液压尾门机构直接关系到物料的装载效率。对于重载货物，需要叉车等辅助车辆进行物料装填，传统的液压尾门由于坡度大的原因，致使辅助车辆无法完成作业［4－5］，因此本文提出了一种新型可折叠式液压尾门，不仅可以作为尾门使用，还可以下放作为液压爬梯，通过增加爬梯坡道长度以减小坡度，从而使得辅助车辆顺利完成装填作业。

本文介绍了新型折叠式液压尾门机构的结构组成和工作原理，分析了该机构的结构特点，并利用ADAMS软件建立虚拟样机，对其进行了优化分析。

1 折叠式液压尾门机构组成

折叠式液压尾门安装在厢式运输车后，其结构组成如图1所示，主要由内门1、外门2、尾门油缸3、撑杆4、支腿5和滚轮6组成。

图1 折叠式液压尾门机构组成

其中，内门1通过铰轴连接在底盘连接块0上，外门2、支腿5和内门1通过一根铰轴铰接，滚轮6铰接于外门2尾部，尾门油缸3一端和撑杆4一端通过同一铰轴铰接于底盘连接块0上，尾门油缸3另一端铰接于内门1上，撑杆4另一端采用长圆孔结构铰接于外门2上。

2 折叠式液压尾门机构的工作原理

尾门油缸3是折叠式液压尾门机构的动力源，其工作过程分为上升和下放两个互逆过程，分别由尾门油缸的伸出和收回实现。液压尾门下放过程如图2所示，具体步骤见表1。

图2 折叠式液压尾门下放过程

表1 折叠式液压尾门下放过程分解

当尾门油缸活塞杆伸出，内门上翻，撑杆拉动外门收回，尾门上升，直至全部折叠于厢式运输车尾部。

3 折叠式液压尾门机构分析

折叠式液压尾门运动过程共有两种工况：①滚轮未接触地面；②滚轮接触地面。要使机构实现预期的确定运动，机构自由度F必须满足下列要求［6］：

（1）F＞0。

（2）F的数量等于原动件的数量。

3.1 工况1

图3为折叠式液压尾门工作过程中滚轮未接触地面机构简图（支腿和滚轮在该工况中不参与机构运动，在机构分析中将其忽略）。图3中，A、B、C、D、E分别为铰接回转中心，1、2、3为连杆，4为尾门油缸活塞杆，5为尾门油缸缸筒，则自由度F为：

其中：n为活动构件数目，n＝5；Pl为低副数目，Pl＝7；Ph为髙副数目，Ph＝0。

3.2 工况2

图4为折叠式液压尾门工作过程中滚轮接触地面机构简图（在该工况中支腿不参与机构运动，撑杆与外门连接处采用长圆孔也不参与机构运动，在机构分析中将其忽略）。图4中，3为尾门油缸活塞杆，4为尾门油缸缸筒，5为滚轮。由图4可知，构件数n＝5，低副数Pl＝7，高副数Ph＝0，则自由度F为：

图3 折叠式液压尾门机构工况1简图

图4 折叠式液压尾门机构工况2简图

该机构中尾门油缸活塞杆为唯一主动件，因此F等于主动件数目，两种工况均满足运动要求。

4 折叠式液压尾门机构受力分析

在折叠式液压尾门的上升和下放过程中，尾门油缸作为唯一主动件需要克服所有其他外力。因为上升和下放为互逆过程，这里仅进行下放过程受力分析。结合某型号厢式运输车液压尾门下放初始状态参数（见表2），利用ADAMS建立折叠式液压尾门机构虚拟样机 ZDSYYWM［7－8］，如图5所示。

表2 折叠式液压尾门机构参数

图5 折叠式液压尾门机构虚拟样机

经虚拟样机仿真分析可得内门从0°开启到103°过程中尾门油缸受力情况，如图6所示。

5 折叠式液压尾门机构优化分析

根据折叠式液压尾门机构简图分析可知，在机构运动过程中尾门油缸安装位置是影响其受力的主要因素。因此对点A、C进行参数化设计，具体坐标见表3。

图6 尾门油缸受力曲线

表3 点A、C参数设计

为使尾门油缸受力平稳，建立尾门油缸受力大小测量值.ZDSYYWM.JOINT＿1＿MEA＿1，以式（3）为目标函数进行机构优化［9－10］：

其中：f（i）为尾门油缸受力。

优化结果如图7所示。

图7 优化后尾门油缸受力曲线

对比图6、图7可见，优化后尾门油缸受力最大值更小，受力曲线更平滑，受力更平稳，寿命更长。

6 结语

介绍了一种新型折叠式液压尾门机构的结构组成和工作原理，分析了该机构的结构特点。利用ADAMS软件建立虚拟样机，分析了其受力情况，并对其进行了优化分析，提高了尾门油缸的使用寿命，对厢式运输车液压尾门的设计具有一定的参考意义。