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设计?试验?研究
两轴矿用车转向机构设计研究
李晓华胡吉军徐代友
航天重型工程装备有限公司)
摘要】由于行驶道路条件恶劣,转向性能参数及机构可靠性设计对于矿用车来说至关重
要。本文结合两轴矿用车整体式转向梯形机构设计,对矿用车转向机构进行研究。在考虑到机
构形式、连接要求的条件下,利用虚拟样机仿真分析软件 ADAMS建立了两轴矿用车转向机
构模型,对转向角度进行优化设计,并对转向机构限位形式和车辆工况进行分析,解决了矿用
车转向机构设计和制造过程中的关键问题,同时也对今后相关课题的研究起到一定的促进
作用。
关键词:矿用车转向机构 ADAMS软件工况分析
前言
矿用车主要用于矿山土石方、矿石运输以及公
路、铁路等建设领域、非公路运输领域的物料运输。
由于工作环境复杂及行驶路况恶劣,轮胎磨损快,
增加了使用成本,因此减少轮胎磨损,使车辆具有
良好的道路通过性是矿用车转向机构设计的关键
所在。
转向机构分为两种:一种是整体式转向梯形
机构,即转向横拉杆为整体式,转向助力缸推动左
图1两轴矿用车整车图片
右车轮实现转向动作,此种方式结构简单,可靠;
种是断开式转向梯形机构,即转向横拉杆分段
两轴矿用车转向机构设计理论
设计,通过中心转向盘连接,转向油缸推动中心
车辆行驶时,受弹性轮腧側倾角的影响,所有
转向盘或左右车轮,进而协调横拉杆运动,实现车轮不是绕位于后轴沿长线上的点滚动,而是绕位
转向动作,此种方式协调点较多,结构复杂。由于前轴和后轴之间的汽车内側某一点滚动。此点
于矿区道路条件恶劣,转向机构的可靠性至关位置与前轮和后轮的側偏角大小有关。由于影响
重要。
轮胎侧偏角的因素很多,且难以精确确定,故在忽
通常情况下,转向梯形机构形式主要取决于前略侧偏角影响的条件下,分析车辆理想的转向关
悬架结构形式。对于大型电动轮矿用自卸车,若前系。车辆理想的转向关系是要求转向机构能够保
悬架为非独立悬架和烛式悬架时,转向传动机构为证每个车轮都绕着一个转向中心滚动,也就是说每
整体式;若前悬架为双横臂、麦弗逊等独立悬架时
个车轮中心轴线交于一点,对于两轴车辆来说,前
转向传动机构为断开式。两轴矿用车整体结构如轴线上两转向轮中心轴线的延长线应交于后轴车
图1所示。
轮的中心线延长线上,如图2所示,设a、B分别是内
外转向车轮转角,L为汽车轴距,B为两主销中心线
可用车
2015年第1期
设计?试验?研究★
延长线到地面交点之间的距离。若要保证内外转
两轴矿用车转向机构的设计应满足路况需
向车轮绕同一瞬时中心行驶,则转向机构应保证内要,减小轮胎側向滑移和轮胎磨损。两轴矿用车
外转向车轮的转角关系为:
转向机构结构如图3所示。转向机构主要由油
coty -cota I
缸、横拉杆组成,转向油缸的转向动力来自于安装
在车辆上的液压泵站,转向油缸直接连接在第
若自变角为a,则因变角β的期望值为
轴线左右车轮的回转臂上,横拉杆两端分别于左、
e-f(a)= arc cot(cot+B/L)
右车轮转向节臂相连,实现第一轴线左右车轮协
调转向。
回转臂
转向节臂
----
转向油缸
转向横拉杆
图2理想的内、外车轮转角关系简图
图3转向机构布量
以上即为在转向任意时刻第1轴外侧车轮的理
论转角公式,是第一轴内侧车轮转角a的函数。在2.2转向机构参数化模型的建立
实际设计中,要控制由转向杆系决定的第1轴外轮
多刚体动力学软件 ADAMS软件提供了强大
实际转角与理想转角的差值,使实际转角尽可能接的参数化建模功能。根据分析需要,确定设计变
近理想转角,一般要求偏差值控制在3度范围内,能量,改变设计变量输人值,转向机构相应的设计参
够较好地减小轮胎麾损。
数随之自动更新。在 ADAMS/VIEW里有4种参
数化方法,分为参数化点坐标、使用设计变量、运动
2两轴矿用车整体式转向梯形机构设计
参数化、使用参数化表达式。参数化模型可以方便
2.1转向梯形机构结构布置
地修改模型而不必考虑模型内部之间的关联变动,
本课题中两轴矿用车转向总体参数见表1。
达到优化模型的目的
表1电动轮自卸车转向总体数表
对两轴矿用车整体转向机构进行参数化建
项目
参数
备注
模。以矿用车第1轴线所在轴为Y轴,矿用车纵
转向方式
前轮转向
向中心线为X轴建立坐标系,坐标系的建立与汽
前轮距(mm)
主销中心距(B)
车设计中通用坐标系(车辆前进方向为一X,车辆
4000
左边为一Y)的建立相同,以确保参数表达的一致
轴距(mm)
5000
L
性。参数化模型如图4所示,仿真运动视图如图5
最大转向角度
40
所
转角误差
≤3°
2015年第1期
爿汽车