平地机整体前翻发动机罩的设计

周海林，卢南潮，周引强，陈宗波

（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）

0 引言

目前平地机机罩一般分为分体式和整体式两种。分体式机罩由固定罩和后罩组成，后罩上两侧设有侧门，用于机罩内零件的维护与检修，由于侧门尺寸比较有限，所以维护空间比较狭小；整体式机罩一般分为前翻和后翻两种，机罩绕销轴前翻或后翻至一定的角度，将机罩内的零件全部暴露出来，方便日常维护与检修。为了避免上述传统机罩的缺陷，改善整机的可维护性、可视性及可靠性，通过三维设计软件模拟建立数据模型，设计一款由液压驱动，整体前翻的发动机罩，使整机性能得到极大的改善。

1 整体前翻式发动机罩的工作原理

图1是一种由液压驱动的整体前翻式机罩，其包括安装在车架上的固定罩、左右围板、上盖板、可整体前翻的后罩及液压举升机构。后罩骨架前端通过销轴与铰链支座铰接安装，骨架中前端两侧分别与举升油缸铰接，当向上扳动举升泵电动按钮时，通过举升油缸的驱动，后罩可绕销轴整体向前翻转一定的角度，将发动机罩内的零件全部暴露出来；当向下扳动举升机构的泄压手柄时，后罩在自重的作用下缓慢关闭，通过液压锁将后罩锁定。

图1 一种由液压驱动的整体前翻式机罩

2 发动机罩设计要点

2.1 发动机罩尺寸的确定

在确定发动机罩的外观尺寸时，不仅需要考虑发动机、进排气系统及散热系统的尺寸，同时还需要给机罩内部骨架的设计留下一定的空间，不然会很容易出现罩体与其他部件干涉的情况。由于发动机整机在工作过程中晃动较大，同时考虑制造及装配的误差，在确定机罩的尺寸时，需要保证发动机、散热系统、液压油箱与机罩的最小间隙为30 mm。一般情况下，机罩的长度和宽度在保证与机罩内零件不干涉的前提下，尽可能的小，以便控制成本。在确定发动机罩的外形尺寸后，需要进一步对整机的后视野进行校核，机罩设计应符合标准规定的司机视野要求[1]，并尽可能达到最优结果。

通过三维设计软件模拟操作者视野建立数据模型，根据操作者关注的后轮视野绘制平地机后视野模型图（图2），根据视野模型图将机罩遮挡视野的部位进行适当优化调整，最终形成机罩的外观模型。

图2 平地机后视野模型图

2.2 发动机罩分型设计

发动机罩分析面设计需要考虑以下3方面因素：（1）后罩举升后，能最大限度将发动机罩内的零件全部暴露出来；（2）在后罩翻转过程中，后罩与固定罩不能存在干涉现象；（3）翻起角度越小，机构制造难度越低，机罩稳定性也就越好。经过三维设计放样，最终形成如图3所示的分型方案。

图3 机罩分型方案

2.3 固定罩和后罩的结合方式

随着国家噪音标准的要求越来越高，对整车机外噪音的控制越来越严格，降低机外噪音迫在眉睫，发动机罩的结合方式对噪音起着非常重要的作用。通常固定罩与后罩的结合方式可分错位对接的结构形式（图4）和平面对接的结构形式（图5）。错位对接式可以降低发动机噪音向整车的正侧方辐射，可有效降低噪音，同时对制造及装配要求不高；而平面对接式固定罩和后罩对接的装配缝隙对机罩的制造精度要求较高，装配间隙很难达到均匀美观的效果。因此，从噪音阻隔性、可制造性及外观质量上考虑，固定罩和后罩采用图4所示的错位对接的结合方式。

图4 错位对接式

图5 平面对接式

2.4 发动机罩上功能件的布置

需要布置在发动机罩上的功能件主要有发动机排气管、空滤、散热系统的进风和出风口及后组合灯，排布方案如图6所示。发动机排气管及空滤一般布置在机罩上方，安装在独立支撑架上固定不动，根据发动机的位置，结合视野方面的考虑，将排气管及空滤排布在机罩中心线上，使其与驾驶室后立柱位于同一视线上。为了满足整机的散热能力，分别在机罩的左右两边及上端设计有进风口，整个机罩后部设计为出风口，进出风口采用六边形网孔板冲压成型，通风顺畅，可靠耐用，外形美观。机罩后部网板上设计有后组合灯安装位置，满足国家标准要求。

图6 功能件布置图

2.5 发动机罩骨架设计

本机罩覆盖件采用环保耐用的进口高分子材料PDCPD，具有较好的综合机械性能，具有良好的抗冲击强度，耐老化性、耐酸碱性能，密度较低、油漆的附着力好、可回收等优点，但其刚性略有不足，需要设计钢结构骨架配合使用。机罩根据操作者后视野线的辐射状态设计成由窄至宽的斜坡梯形，为了有效利用机罩内部的空间，骨架设计成与机罩一致的斜坡梯形结构，如图7所示，其内部空间与机罩覆盖件形状相匹配，骨架主梁采用钢管拼焊而成，支架则采用较小的钢管沿覆盖件周边折弯，与主梁焊接在一起，钢管上焊接有弯板用于安装覆盖件。机罩举升铰接点位于骨架上部的前端，此设计的目的在于主梁位于发动机上方，后罩在举升过程中避免与发动机及相关零件干涉，同时避免后罩与固定罩干涉；后罩举升点设计在骨架前端的两侧（靠近举升铰接点），其优点在于油缸行程短，只需很短的行程即可满足机罩举升角度的要求，同时油缸摆动角度极小，在狭小空间内极易布置。

图7 骨架结构图

3 液压举升机构的设计

液压举升机构采用一套独立的液压泵站来控制，它由一个电机泵、手动泵、两个举升油缸、液压锁及管路等组成，通过电机泵的运转、控制机罩油缸的升降，实现机罩举升的功能，此外该举升机构还配置有手动应急操作。手油泵及电动按钮安装在后车架外侧，电动泵安装在后车架上方；举升油缸下端用销轴铰接在油缸支撑座上，上端用销轴铰接在后罩骨架的支耳上；液压锁安装在车架尾部上表面，如图8所示。

图8 机罩举升机构

油管（1）的一端与手油泵吸油口连接，另一端与电动泵吸油口连接；油管（2）一端与电动泵出油口连接，另一端与手油泵出油口连接；油管（3）一端与手油泵出油口连接，另一端与举升油缸连接；两个油缸之间通过油管（4）连接，油管（5）的一端与举升油缸连接，另一端与液压锁连接。向上扳动电动按钮，液压油进入管路，当管路内压力达到液压锁开启压力0.6～1.5 MPa时，液压锁优先打开；随着管路内压力的持续上升，当压力达到满足后罩所需的举升力时，油缸活塞杆伸出，驱动后罩翻转，实现后罩举升。

3.1 举升机构受力分析

根据后罩铰接点及油缸举升点的结构设计，选择油缸的行程为190 mm，油缸内径φ32 mm，缸径φ45 mm，油缸额定压力为P=18 MPa，油缸额定推力为[2]：

通过建立机罩受力模型，验算油缸举升力是否满足要求。当机罩处于关闭状态准备开启时，此时油缸受力最大，做出机罩受力简图（图9）。

图9 机罩受力简图

通过计算后罩重量为W=198 kg，油缸力臂为L=300 mm，由力矩平衡原理得知[2]:

其中，F举升为机罩举升机力，N；G后罩为后罩重量，N；L为举升油缸力臂，mm；L1为后罩重心力臂，mm。

举起后罩的最小举升力为

本机罩设计采用2个油缸举升，则单个油缸举升力为F油缸=F举升/2=6897 N

通过验算得出举起后罩所需的油缸举升力F油缸=6897 N，小于油缸的额定压力F额定=14144 N，机罩举升机构设计满足使用要求。

4 结语

针对平地机整体翻转式发动机罩设计需求，设计了由液压举升驱动的整体前翻式机罩，相比于当前应用的其他形式的机罩，该机罩具有开启便捷、省力、可靠，开启速度快，维护空间开阔、后视野好等优点；同时覆盖件采用了环保耐用的进口高分子材料，根据操作者后视野线的辐射状态设计成由窄至宽的斜坡梯形，使司机能直接从驾驶室看到后轮及后配重两端作业区域，有效提高作业安全性。