專利名稱：卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)力臂裝配角度優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)過程的輕便性的優(yōu)化方法，更具體地說是卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)力臂裝配角度優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)卡車駕駛室的翻轉(zhuǎn)都需要借助機(jī)械式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。如圖1、圖2所示，該機(jī)構(gòu)由左扭桿3和右扭桿5構(gòu)成雙扭桿結(jié)構(gòu)，扭桿的兩端是花鍵，扭桿以其各自的一端與所在一側(cè)的支架6連接，另一端和相對(duì)一側(cè)的力臂連接4，其與支架連接的一端為固定設(shè)置，駕駛室的重量作用在力臂上就可以使扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)化成扭桿的扭矩。駕駛室是安裝在駕駛室安裝架上，可以繞翻轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。駕駛室的翻轉(zhuǎn)過程是操作人員的操作力矩、扭桿的扭矩，以及駕駛室的重力矩的共同作用的結(jié)果。扭桿的扭矩和扭桿的扭轉(zhuǎn)角度成正比；而駕駛室的重力矩不隨扭桿的扭轉(zhuǎn)角度變化，因而扭矩的變化會(huì)使得操作力矩變化。
如1圖所示，扭桿的扭矩通過力臂4轉(zhuǎn)化成力作用在駕駛室上，扭桿的扭轉(zhuǎn)角度是由力臂4的裝配角度確定的，實(shí)際操作中，就是通過調(diào)節(jié)力臂4裝配角度來改變扭桿的扭矩的。原有的裝配方法是憑借經(jīng)驗(yàn)給出力臂4一個(gè)裝配角度，將翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)裝配車身上，試驗(yàn)人力能否實(shí)現(xiàn)駕駛室的翻轉(zhuǎn)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，就將這一安裝角度確定為力臂的裝配角度。如果不能實(shí)現(xiàn)，就調(diào)整裝配角度，直到人力能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛室的翻轉(zhuǎn)，將調(diào)整后的裝配角度確定為力臂的裝配角度。
顯然，這種裝配方法人為誤差較大，不能得出最佳的裝配角度。由于駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的力臂裝配角度不當(dāng)，駕駛室上翻和下翻操作力度相差太大，帶來兩個(gè)問題第一，上翻或下翻所需的操作力太大，翻轉(zhuǎn)過程不易實(shí)現(xiàn)；第二，上翻或下翻所需的操作力太小，有時(shí)甚至不需要施力，當(dāng)上翻打開鎖緊副鉤或下翻拉桿時(shí)，駕駛室會(huì)不受人控制，瞬間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象因存在安全隱患可能造成事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)力臂裝配角度優(yōu)化方法，以保證卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)過程中的輕便和安全。
本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案。
本發(fā)明卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)力臂裝配角度優(yōu)化方法的特點(diǎn)是按如下方法確定力臂的裝配角度
a、建立駕駛室翻轉(zhuǎn)過程的數(shù)學(xué)模型將駕駛室翻轉(zhuǎn)中心和力臂轉(zhuǎn)動(dòng)中心視為同一點(diǎn)位，則有駕駛室翻轉(zhuǎn)角度θ與扭桿工作角度相等，扭桿的最大工作角度與駕駛室到達(dá)極限位置的翻轉(zhuǎn)角度相等力臂的裝配角度等于駕駛室到極限位置的翻轉(zhuǎn)角度與扭桿的預(yù)扭角之和；建立數(shù)學(xué)模型如下 T2=GIp×π×n×(θ+a)180L]]>Ip=πd432]]>T=T1-T2=WB2+C2COS[(arctanCB+2π9)-πθ180]-nπ2d4G(θ+a)5760L...(1)]]>上式中T為操作力矩、單位為N·m；Ts為上翻時(shí)最大操作力矩、Tx為下翻時(shí)的最大操作力矩；T1為駕駛室的重力矩、單位為N·m；T2為扭桿的扭矩，單位為N·m；其中，單扭桿n為1，雙扭桿n為2；a為駕駛室上翻在最大位置時(shí)，扭桿預(yù)扭角度；為駕駛室到極限位置的翻轉(zhuǎn)角度；θ為駕駛室翻轉(zhuǎn)角度(0≤θ≤)；IP為扭桿截面對(duì)圓心的極慣性矩；上式中的各測量量分別為駕駛室重量W、單位為N；駕駛室中心X、Z坐標(biāo)B和C、單位為m；扭桿的長度L、單位為m；扭桿材料的剪切模量G、單位為Pa；扭桿的直徑d、單位為m；駕駛室翻轉(zhuǎn)角度最大值為；b、求極值點(diǎn)dTdθ=π180WB2+C2Sin[(arctanCB+2π9)-πθ180]-nπ2d4G5760L=0⇒θ′...(1)]]>分別將駕駛室的翻轉(zhuǎn)角度的極值點(diǎn)θ′、端點(diǎn)0和值代入(1)式求出Ts、Tx；
c、求取力臂裝配角度令Ts+Tx＝0；求得最佳扭桿預(yù)扭角度；則力臂的裝配角為+a。
圖4示出了駕駛室重力矩和扭桿扭矩與翻轉(zhuǎn)角度關(guān)系曲線，其中，Ta為扭桿預(yù)扭時(shí)產(chǎn)生的扭矩。改變Ta能使扭桿的扭矩上下移動(dòng)，Ts、Tx值隨之改變，但駕駛室的重力矩是不隨Ta改變的，因此只要找到最佳的預(yù)扭矩值，就可使翻轉(zhuǎn)過程中Ts和Tx值符合人機(jī)工程學(xué)原理，達(dá)到輕便性、安全性設(shè)計(jì)要求。
如圖4所示，Ts、Tx的和是定值，不隨Ta變化而變化，只要Ts和Tx相等，就使得上翻和下翻力矩分配合理，操作過程符合人機(jī)工程學(xué)原理，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明通過理論計(jì)算獲得最佳的力臂裝配角度，使裝配過程簡單，消除人為誤差。按所獲得的最佳力臂裝配角度裝配的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，裝配到卡車底盤上，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以說明，在駕駛室翻轉(zhuǎn)過程中，上翻和下翻的操作力相當(dāng)，輕便安全，符合人機(jī)工程學(xué)。
2、本發(fā)明方法適用于任何機(jī)械式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)駕駛室的翻轉(zhuǎn)過程，不同的駕駛室，只要給定相應(yīng)的測量量，即可獲得最佳的力臂裝配角度，方法簡單可靠。


圖1為本發(fā)明翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明駕駛室翻轉(zhuǎn)過程的示意圖。
圖3為本發(fā)明駕駛室重力矩和扭桿扭矩與翻轉(zhuǎn)角度關(guān)系曲線。
圖中曲線A為駕駛室重力矩，曲線B為扭桿扭矩。
圖4為輕便性優(yōu)化前的操作力矩和翻轉(zhuǎn)角度關(guān)系曲線。
圖5為本發(fā)明方法輕便性優(yōu)化后的操作力矩和翻轉(zhuǎn)角度關(guān)系曲線。
圖中標(biāo)號(hào)1翻轉(zhuǎn)中心、2駕駛室安裝架、3右扭桿、4力臂、5左扭桿、6支架、7駕駛室。
以下通過具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述具體實(shí)施方式
本實(shí)施例針對(duì)圖1和圖2所示的已有結(jié)構(gòu)形式的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中是由左扭桿3和右扭桿5構(gòu)成雙扭桿結(jié)構(gòu)，扭桿的兩端是花鍵，扭桿以其各自的一端與所在一側(cè)的支架6連接，另一端和相對(duì)一側(cè)的力臂4連接，其與支架連接的一端為固定設(shè)置，駕駛室7的重量作用在力臂4上可以使扭桿發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)化成扭桿的扭矩。駕駛室7安裝在駕駛室安裝架2上，可以繞翻轉(zhuǎn)中心1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。駕駛室7的翻轉(zhuǎn)過程是操作人員的操作力矩、扭桿的扭矩，以及駕駛室的重力矩共同作用的結(jié)果。
圖2所示的各位置和角度定義為位置I為副鎖鎖緊時(shí)力臂的位置，位置II為駕駛室上翻的極限位置，位置III為力臂自由狀態(tài)的位置；按如下方法確定力臂的裝配角度首先建立駕駛室翻轉(zhuǎn)過程的數(shù)學(xué)模型將駕駛室翻轉(zhuǎn)中心和力臂轉(zhuǎn)動(dòng)中心視為同一點(diǎn)位，則有駕駛室翻轉(zhuǎn)角度θ與扭桿工作角度相等，扭桿的最大工作角度與駕駛室到達(dá)極限位置的翻轉(zhuǎn)角度相等力臂的裝配角度等于駕駛室到極限位置的翻轉(zhuǎn)角度與扭桿的預(yù)扭角之和；建立數(shù)學(xué)模型如下 T2=GIp×π×n×(θ+a)180L]]>Ip=πd432]]>T=T1-T2=WB2+C2COS[(arctanCB+2π9)-πθ180]-nπ2d4G(θ+a)5760L...(1)]]>上式中T為操作力矩、單位為N·m；Ts為上翻時(shí)最大操作力矩、Tx為下翻時(shí)的最大操作力矩；T1為駕駛室的重力矩、單位為N·m；T2為扭桿的扭矩，單位為N·m；其中，單扭桿n為1，雙扭桿n為2；a為駕駛室上翻在最大位置時(shí)，扭桿預(yù)扭角度；為駕駛室到極限位置的翻轉(zhuǎn)角度；θ為駕駛室翻轉(zhuǎn)角度(0≤θ≤)；IP為扭桿截面對(duì)圓心的極慣性矩；上式中的各測量量分別為駕駛室重量W、單位為N；駕駛室中心X、Z坐標(biāo)B和C、單位為m；扭桿的長度L、單位為m；扭桿材料的剪切模量G、單位為Pa；扭桿的直徑d、單位為m；駕駛室翻轉(zhuǎn)角度最大值為；利用所建立的數(shù)學(xué)模型求極值點(diǎn)
dTdθ=π180WB2+C2Sin[(arctanCB+2π9)-πθ180]-nπ2d4G5760L=0⇒θ′...(1)]]>分別將駕駛室的翻轉(zhuǎn)角度的極值點(diǎn)θ′、端點(diǎn)0和值代入(1)式求出Ts、Tx；最終獲得力臂裝配角度令Ts+Tx＝0；求得最佳扭桿預(yù)扭角度；則力臂的裝配角為+a。
本實(shí)施例針對(duì)采用雙扭桿結(jié)構(gòu)的某中型卡車，n為2，有以下數(shù)據(jù)W＝6958N，B＝0.66m，C＝0.699m，d＝0.024m，G＝80×109pa，L＝0.895m，＝45°＝0.785rad，根據(jù)數(shù)學(xué)模型T=T1-T2=WB2+C2COS[(arctanCB+2π9)-πθ180]-π2d4G(θ+a)2880L]]>獲得T=6540.52cos(1.49-πθ180)-101.52(θ+a)]]>求極值點(diǎn)dTdθ=π180WB2+C2Sin[(arctanCB+2π9)-πθ180]-π2d4G2880L=0]]> 分別將極值點(diǎn)θ′＝22.56°和端點(diǎn)0 °、＝45°代入(1)式求出Ts、Tx；求取力臂裝配角度令Ts+Tx＝0；求得最佳扭桿預(yù)扭角度a＝6 °；則力臂的裝配角為+a＝46°。
輕便性優(yōu)化前后的操作力矩和翻轉(zhuǎn)角度關(guān)系曲線如圖5和圖6所示，圖5和圖6中，橫軸以上為上翻操作力矩，橫軸以下為下翻操作力矩。圖5中，曲線明顯偏離到橫坐標(biāo)軸的上方，上翻所需的操作力矩遠(yuǎn)大于下翻操作力矩，上翻困難，并且會(huì)自動(dòng)下翻，出現(xiàn)事故。不符合人機(jī)工程學(xué)原理；圖6中，上翻操作力矩和下翻操作力矩均勻分布在橫坐標(biāo)軸兩邊，兩者的大小相差很小，翻轉(zhuǎn)輕便，操作安全，符合人機(jī)工程學(xué)原理。
權(quán)利要求
1.卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)力臂裝配角度優(yōu)化方法，其特征是按如下方法確定力臂的裝配角度a、建立駕駛室翻轉(zhuǎn)過程的數(shù)學(xué)模型將駕駛室翻轉(zhuǎn)中心和力臂轉(zhuǎn)動(dòng)中心視為同一點(diǎn)位，則有駕駛室翻轉(zhuǎn)角度θ與扭桿工作角度相等，扭桿的最大工作角度與駕駛室到達(dá)極限位置的翻轉(zhuǎn)角度相等力臂的裝配角度等于駕駛室到極限位置的翻轉(zhuǎn)角度與扭桿的預(yù)扭角之和；建立數(shù)學(xué)模型如下 T2=GIp×π×n×(θ+a)180L]]>Ip=πd432]]>T=T1-T2=WB2+C2COS[(arctanCB+2π9)-πθ180]-nπ2d4(θ+a)5760L---(1)]]>上式中T為操作力矩、單位為N·m；Ts為上翻時(shí)最大操作力矩、Tx為下翻時(shí)的最大操作力矩；T1為駕駛室的重力矩、單位為N·m；T2為扭桿的扭矩，單位為N·m；其中，單扭桿n為1，雙扭桿n為2；a為駕駛室上翻在最大位置時(shí)，扭桿預(yù)扭角度；為駕駛室到極限位置的翻轉(zhuǎn)角度；θ為駕駛室翻轉(zhuǎn)角度(0≤θ≤)；IP為扭桿截面對(duì)圓心的極慣性矩；上式中的各測量量分別為駕駛室重量W、單位為N；駕駛室中心X、Z坐標(biāo)B和C、單位為m；扭桿的長度L、單位為m；扭桿材料的剪切模量G、單位為Pa；扭桿的直徑d、單位為m；駕駛室翻轉(zhuǎn)角度最大值為；b、求駕駛室翻轉(zhuǎn)角度極值點(diǎn)θdTdθ=π180WB2+C2Sin[(arctanCB+2π9)-πθ180]-nπ2d4G5760L=0⇒θ′---(1)]]>分別將駕駛室的翻轉(zhuǎn)角度的極值點(diǎn)θ、端點(diǎn)0和值代入(1)式求出Ts、Tx；c、求取力臂裝配角度令Ts+Tx＝0；求得最佳扭桿預(yù)扭角度；則力臂的裝配角為+a。
全文摘要
卡車駕駛室翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)力臂裝配角度優(yōu)化方法，其特征是建立駕駛室翻轉(zhuǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，通過求取極值點(diǎn)，確定力臂的最佳裝配角度。本發(fā)明通過理論計(jì)算獲得最佳的力臂裝配角度，使裝配過程簡單，消除人為誤差。本發(fā)明方法適用于任何機(jī)械式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)駕駛室的翻轉(zhuǎn)過程，不同的駕駛室，只要給定相應(yīng)的測量量，即可獲得最佳的力臂裝配角度，方法簡單可靠。
文檔編號(hào)B62D33/06GK101037119SQ200710021369
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者張炳力, 張平平 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)