山西中北大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院　吉文博　楊世文

某礦用自卸車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)匹配

山西中北大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院吉文博楊世文

本文以阿克曼原理為基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹了某自卸車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，其中還包括了轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸及轉(zhuǎn)向油泵的匹配計(jì)算，充分考慮了物理干涉、方向盤作用力校核、動(dòng)力缸行程校核等問題，為今后類似重型車輛的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

阿克曼；轉(zhuǎn)向機(jī)；動(dòng)力缸；油泵

引言

由于井下防爆礦用膠輪自卸車作業(yè)靈活，故障率低，當(dāng)今世界越來越多的露天及井下礦業(yè)開采使用了這一類型的重型車輛，對這一類型車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)使得整車具有良好的操縱穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輕便性，并使得上述性能達(dá)到國外同類車型的先進(jìn)水平，保證了車輛行駛和作業(yè)的安全性。

1轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)如表1及表2所示。輞偏置距207.5mm，負(fù)荷下靜半徑為640mm，滿載下前胎充氣壓力為850kPa。

表1　整車參數(shù)

表2　四輪定位參數(shù)

2最小轉(zhuǎn)彎半徑

對于只用前橋轉(zhuǎn)向的二軸汽車，計(jì)算轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)，可以用雙軸汽車的后輪軸線。

圖1　轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算圖可得出最小轉(zhuǎn)彎半徑 R=9975+ （2471-2100）/2=10160.5mm。

3理論轉(zhuǎn)角和實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系

圖2　內(nèi)外輪實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系圖

圖3　內(nèi)外輪理論轉(zhuǎn)角關(guān)系圖

根據(jù)圖2和圖3得出表3數(shù)據(jù)。

表3　各轉(zhuǎn)角關(guān)系（單位：°）

4轉(zhuǎn)向力計(jì)算

4.1轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算

轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用到轉(zhuǎn)向盤上的手力與轉(zhuǎn)向輪在地面上回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向阻力矩有關(guān)。影響轉(zhuǎn)向阻力矩的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷、輪胎與地面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)和輪胎氣壓等。計(jì)算公式如下：

其中：

Mr—在瀝青或混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩，N·m；

f—輪胎與地面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.7；

G1—轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，N；

P—輪胎氣壓，MPa。

因此：Mr=0.7×［（16000×9.8）3/0.85］0.5/3=15714N·m

其中：

Fh—作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力，N；

R—轉(zhuǎn)向盤半徑，mm；

R=480/2=240mm；

η—轉(zhuǎn)向系正效率，轉(zhuǎn)向系的正效率一般在0.67～0.85，此處取η=0.8；

△βk—轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；（見圖4）

△ф—對應(yīng)△βk的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量；

圖4　轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向搖臂的轉(zhuǎn)角關(guān)系

因此，在沒有助力轉(zhuǎn)向的情況下，原地轉(zhuǎn)向所需的方向盤手力：

2809N已超出人體承受極限，需要加設(shè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。

5結(jié)論

經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)后所選用的轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸、液壓油泵都能符合設(shè)計(jì)及使用要求；其中，對于大型重載車輛，方向盤一般需要轉(zhuǎn)向助力，對于其轉(zhuǎn)向助力校核很有必要，否則會造成駕駛員疲勞駕駛并且造成轉(zhuǎn)向困難；第二次選用動(dòng)力缸時(shí)，動(dòng)力缸所提供的驅(qū)動(dòng)力矩較大，可以在適合范圍內(nèi)選用較小輸出力矩的動(dòng)力缸；整個(gè)設(shè)計(jì)過程還是比較令人滿意的，為今后類似重載商用車的設(shè)計(jì)研發(fā)提供了可參考的實(shí)例，并鞏固了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］周志國，詹遠(yuǎn)武等.雙前橋載貨汽車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障與輪胎異常磨損研究 ［J］.浙江杭州：農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009：No.12.

［2］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.4版.北京：機(jī)械工程出版社，2006：161-17.

［3］王望予.汽車設(shè)計(jì)［M］.3版.北京：機(jī)械工程出版社，2002：134-139.

［4］孟剛.車輛的轉(zhuǎn)向特性與阿卡曼轉(zhuǎn)向原理的分析［J］.甘肅蘭州：機(jī)械研究與應(yīng)用，2007-8：Vol 20，No.4.

吉文博，1990年生，山西運(yùn)城人，碩士，研究方向：重型商用車研發(fā)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。