液壓平臺(tái)車多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

王吳光

摘要：用三維設(shè)計(jì)軟件研究設(shè)計(jì)了液壓平臺(tái)車多軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三維模型，主要研究了液壓平臺(tái)車行走機(jī)構(gòu)橫向和縱向調(diào)平，使車輪能夠很好地和路面相適應(yīng)，懸架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保證良好的道路友好性和輪胎的使用壽命，為后續(xù)的設(shè)計(jì)和計(jì)算建立了合理的數(shù)學(xué)模型。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)： U463.42.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，工業(yè)中用到的大型物件越來(lái)越多，通常大型物件的運(yùn)輸都是采用重型掛車進(jìn)行的。掛車本身無(wú)動(dòng)力，這就需要能夠準(zhǔn)確控制車輛轉(zhuǎn)向，那么獲取整車的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量輪胎彈性和阻尼等參數(shù)顯得尤為重要。一般情況下，獲得整車參數(shù)的方法有兩種，即實(shí)驗(yàn)方法和建模方法。如果采用第二種方法—建模法，那就需要在軟件中建立整車的精確模型，只有準(zhǔn)確的建立數(shù)學(xué)模型，后續(xù)才能在軟件中計(jì)算得到整車的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

1 液壓平臺(tái)車三維模型的建立

本文研究的液壓平臺(tái)車是用于船廠運(yùn)輸船段，在proe軟件中建立模型，整車長(zhǎng)為5000mm，寬為300mm，空載高度為950mm。左右兩側(cè)共裝有12根車軸，每根車軸上裝配了4只315/80R22.5車輪。整車的額定裝載量為300噸，最高車速36km/h。

2 液壓平臺(tái)車結(jié)構(gòu)

2.1 液壓平臺(tái)車行走機(jī)構(gòu)

該液壓平臺(tái)車是“機(jī)-電-液”一體化產(chǎn)品。全車采用液壓驅(qū)動(dòng)、液壓懸掛、全輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向和平臺(tái)液壓調(diào)平等技術(shù)。車輛的行走機(jī)構(gòu)集車輪行駛、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和懸掛功能于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)精巧，如圖2所示。整車由12組行走機(jī)構(gòu)組成，所有行走機(jī)構(gòu)通過(guò)大型的回轉(zhuǎn)軸承與車架連接。為了簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，車輛橫向方向的同一條軸線上的兩組行走機(jī)構(gòu)只有一組是通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的，而另外一組則是從動(dòng)的，這樣可以減少轉(zhuǎn)向過(guò)程中輪胎的磨損。對(duì)于多軸車輛而言，多根軸在空間上如何布局也是一個(gè)研究的重點(diǎn)。對(duì)于本文的研究車輛，12根車軸份兩列、六排是平行放置。為了保證車輛行駛過(guò)程中不發(fā)生跑偏，在沿著車輛縱方向，驅(qū)動(dòng)軸與從動(dòng)軸是交錯(cuò)布置的。

2.2 液壓平臺(tái)車懸架系統(tǒng)

該車輛主要用于廠內(nèi)運(yùn)輸，是一種特種低速裝置，由于路面凹凸不平傳遞給懸架系統(tǒng)的振動(dòng)比常規(guī)公路車輛低很多，因此并不需要像一般車輛配備高性能的減振系統(tǒng)。但是這種車輛的懸架系統(tǒng)必須滿足高負(fù)荷要求，才能負(fù)荷重載，所以采用了液壓懸架系統(tǒng)。與常規(guī)懸架相比，液壓懸架具有以下特點(diǎn)：

（1） 液壓懸架系統(tǒng)中雖不是傳統(tǒng)意義上的平衡懸架，但是同樣要求滿足各車輪的載荷應(yīng)保持相同的要求，在液壓懸架系統(tǒng)中可以通過(guò)控制各個(gè)獨(dú)立回路中的油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)；

（2） 由于裝載量非常大，使得懸架系統(tǒng)的垂向載荷也很大，因此每根車軸上有兩組車輪，為了保證整車在橫向平面內(nèi)保持水平，同一根車軸上車輪的應(yīng)能根據(jù)路面調(diào)整高度。

（3）行走機(jī)構(gòu)對(duì)路面的微觀不平?jīng)_擊的緩沖主要由輪胎組的彈性來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是路面崎嶇不平時(shí)，則懸架系統(tǒng)應(yīng)能夠快速相應(yīng)，以保證平臺(tái)水平。

行走機(jī)構(gòu)可通過(guò)液壓控制方式實(shí)現(xiàn)車身升降。降低車身時(shí)，懸掛液壓缸中排出一定量的液壓油，促使液壓缸活塞桿向上移動(dòng)，懸臂與支座之間有銷軸鏈接，液壓缸活塞桿拉著懸臂繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鉸接在懸臂上的車軸組件向上移動(dòng)，從而使載貨平臺(tái)高度下降。相反，抬高車身時(shí)，向懸掛液壓缸中輸入液壓油，活塞桿伸長(zhǎng)，載貨平臺(tái)因懸臂下擺而抬高高度。

當(dāng)車輛在傾斜的路面上行駛時(shí)，由于裝載量較大，整車質(zhì)心較高，沒有任何調(diào)節(jié)裝置的普通車輛容易發(fā)生整車側(cè)傾甚至翻車，導(dǎo)致貨物掉落，如圖4（a）所示。為保證所運(yùn)輸貨物的安全，此時(shí)應(yīng)采用液壓調(diào)平技術(shù)對(duì)車架進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其始終保持在一個(gè)水平面上，如圖4（b）所示。

行車過(guò)程中遇到較大的凹坑或路面凸起時(shí)，必然會(huì)引起某一個(gè)車輪上的垂向載荷的急劇變化，懸架液壓缸中壓力隨之增減。為了保證懸掛液壓缸對(duì)地面的變化快速反應(yīng)，在每套懸架液壓缸上均串聯(lián)了一套蓄能器，當(dāng)車輪上跳時(shí)，液壓缸中壓力增加，液壓油流入蓄能器中；當(dāng)車輪下跳時(shí)，液壓缸中壓力降低，蓄能器中液壓油流入懸架液壓缸中。液壓缸的伸縮運(yùn)動(dòng)使得懸臂繞支承銷上下擺動(dòng)，使懸架高度與路面相適應(yīng)，能夠始終保持相平，同時(shí)蓄能器還可以起到類似常規(guī)懸架中的油氣彈簧的緩沖和減振作用。

2.3 液壓平臺(tái)車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

由于文中研究的車輛軸數(shù)多，軸距大，整車承載量大，為了保證良好的道路友好性和輪胎的使用壽命，十二根車橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用獨(dú)立控制方式，可以實(shí)現(xiàn)每根車橋的轉(zhuǎn)角并不相同。其中一組轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

支座8上部通過(guò)螺栓與齒輪5相連接，中部通過(guò)回轉(zhuǎn)軸承6支撐在連接支座7上，下部與懸臂10 鉸接。懸臂10屬于懸架系統(tǒng)，與之相連的有車橋組件11。由于連接支座與車架9通過(guò)螺栓剛性連接，整車的重量及其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種力和力矩就傳遞到連接支座7上，再經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)軸承6傳遞到支座8上，然后經(jīng)過(guò)銷軸傳遞到懸臂、車橋和車輪。

該車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓控制主要由微控制器完成。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出指令需要轉(zhuǎn)向，電液比例閥通電，液壓系統(tǒng)的高壓液壓油進(jìn)入轉(zhuǎn)向油缸2的某一腔，并推動(dòng)活塞1移動(dòng)，由于兩只活塞的中部連接齒條3，因此齒條3會(huì)隨活塞作軸向移動(dòng)。齒條3與中間的齒輪5相嚙合，齒條軸向移動(dòng)就驅(qū)動(dòng)齒輪5、支座8、懸臂10和車橋組件11整體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了液壓平臺(tái)車的行走機(jī)構(gòu)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，闡述了液壓平臺(tái)車輛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，得到的結(jié)論是，行走機(jī)構(gòu)、懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成在一起，行走機(jī)構(gòu)可以橫向和縱向調(diào)平，使車輪能夠很好地和路面相適應(yīng)，懸架系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降，為后續(xù)的設(shè)計(jì)、計(jì)算建立了合理的三維模型。

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