孫亞偉，趙華杰，韓梅

雙前軸自卸車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

孫亞偉1，趙華杰1，韓梅2

（1.陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710043；2.陜西汽車控股集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710043）

對(duì)某公司生產(chǎn)的8×4雙前軸自卸車輪胎異常磨損故障使用作圖法進(jìn)行了分析，找出了導(dǎo)致車輛前輪異常磨損的原因。提出雙前軸車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置時(shí)需要注意的基本原則，通過(guò)作圖法，找出導(dǎo)致車輛吃胎的原因，重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向節(jié)臂的高度，解決了車輛異常磨損的現(xiàn)狀。對(duì)于雙前軸車輛轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和該類車輛前軸輪胎異常磨損故障診斷具有一定的借鑒意義。

自卸車；雙前軸；輪胎異常磨損；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)優(yōu)化

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-66-03

前言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度越來(lái)越大，工程自卸車輛獲得了巨大的發(fā)展空間，工程自卸車輛不斷的向重載化，大型化發(fā)展。雙前軸8×4多軸自卸車是近幾年出現(xiàn)的主要車型，具有重載，轉(zhuǎn)彎半徑小等優(yōu)點(diǎn)。但是，相對(duì)于單轉(zhuǎn)向前軸車輛而言，由于雙轉(zhuǎn)向前軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果轉(zhuǎn)向連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，容易造成轉(zhuǎn)向前輪異常磨損或跑偏現(xiàn)象。

1 雙轉(zhuǎn)向前軸的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是為了保證汽車按照駕駛員的意愿直線或轉(zhuǎn)向行駛。在汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，為了避免車輪邊滾邊滑，造成轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生阻力，增加輪胎磨損，必須保證輪胎在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，處于純滾動(dòng)狀態(tài)。

相對(duì)于一個(gè)根轉(zhuǎn)向橋而言，雙前軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)更復(fù)雜，既要保證雙前軸轉(zhuǎn)向角符合阿克曼幾何關(guān)系，還要保證轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與懸架要協(xié)調(diào)匹配，即要確保轉(zhuǎn)向直拉桿和板簧運(yùn)動(dòng)不能干涉，且保持一致。

在汽車前懸架采用鋼板彈簧的情況下(見圖1)，要求轉(zhuǎn)向搖臂下端的B點(diǎn)盡量與轉(zhuǎn)向節(jié)臂的球銷中心A2的擺動(dòng)中心點(diǎn)O2接近，O2點(diǎn)位置取決于彈簧主片中點(diǎn)A1的擺動(dòng)中心O1。根據(jù)試驗(yàn)研究，A1點(diǎn)的軌跡近似于一段弧，其圓心O1的位置與彈簧固定端的卷耳中心在水平方向相距，在垂直方向相距(L1和L2為鋼板彈簧前半段和后半段的有效長(zhǎng)度，e為卷耳內(nèi)孔半徑)。由于A1點(diǎn)與A2點(diǎn)在空間作同一運(yùn)動(dòng)，其連線作平移運(yùn)動(dòng)，故找到了A1點(diǎn)的擺動(dòng)中心O1后，即可按平行四邊形機(jī)構(gòu)原理，作平行四邊形O1A1A2O2找出O2點(diǎn)。然后以轉(zhuǎn)向節(jié)臂球銷中心A2的擺動(dòng)中心O2為中心，以O(shè)2A2為半徑畫出圓弧，再以轉(zhuǎn)向器搖臂下端B為圓心，BA2為半徑作圓弧KK '。過(guò)A2點(diǎn)作主片卷耳連線的垂直線NN '，并以A2點(diǎn)向上截取距離為動(dòng)撓度f(wàn)d的點(diǎn)，向下截以距離為靜撓度f(wàn)c的點(diǎn)，通過(guò)這兩點(diǎn)作垂直于NN '的直線與兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡分別交于GH和G 'H '四點(diǎn)，GH和G 'H '為鋼板彈簧與轉(zhuǎn)向縱拉桿運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)所造成的軌跡偏差，GH和GH應(yīng)盡量小一些,才能保證車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)不出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過(guò)度或轉(zhuǎn)向不足現(xiàn)象。

圖1 轉(zhuǎn)向與懸架干涉示意圖

2 車輛存在的問(wèn)題

市場(chǎng)反映某公司生產(chǎn)的工程自卸SX3316DT366，8×4超強(qiáng)版雙前軸自卸車在使用過(guò)程中，第二個(gè)轉(zhuǎn)向前軸輪胎單側(cè)側(cè)面存在異常磨損現(xiàn)象，輪胎的磨耗明顯大于正常磨耗（見圖2）。

圖2 輪胎磨損部位

3 車輛故障原因分析過(guò)程

針對(duì)車輛雙前軸輪胎磨損情況，我們初步分析判定主要原因還是該車雙前軸同步差存在問(wèn)題，于是對(duì)該車空載和滿載情況下分別測(cè)量雙前軸同步差（見表1）。

表1 四輪定位參數(shù)對(duì)比

由以上測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)比兩臺(tái)車空載和滿載狀態(tài)，兩臺(tái)車一軸車輪偏轉(zhuǎn)量分別是2.1mm和2mm，2軸車輪偏轉(zhuǎn)量分別是13.5mm和12.7mm，由此可知，車輛在重載狀態(tài)下，二軸懸架垂直跳動(dòng)對(duì)于二軸轉(zhuǎn)向直拉桿水平跳動(dòng)的影響要比一軸大的多。車輪偏轉(zhuǎn)量的幾何意義是在1米長(zhǎng)度上偏離的毫米數(shù)。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的車輛，不管是空載還是滿載，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和懸架干涉應(yīng)該最小，即在空載和滿載狀態(tài)下，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直拉桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂轉(zhuǎn)動(dòng)量最小或?yàn)榱恪?duì)于雙前軸而言，由于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和懸架的干涉原因，不但要保證懸架垂直跳動(dòng)對(duì)于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)水平跳動(dòng)的影響最小，還要保證由于懸架垂直跳動(dòng)而造成一軸、二軸轉(zhuǎn)向直拉桿的水平跳動(dòng)同步，如果不同步，由于轉(zhuǎn)向直拉桿的作用，雙前軸車輪平行度就會(huì)過(guò)大，從而造成車輛在行駛過(guò)程中異常磨損。

為了進(jìn)一步分析問(wèn)題，筆者簡(jiǎn)化了雙前軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，按照1∶1比例繪制出了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連桿圖，該機(jī)構(gòu)連桿圖只反映位置關(guān)系，不包含質(zhì)量，體積等物理量（見圖3）。

圖3 雙前軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)圖

為了研究雙前軸懸架垂直跳動(dòng)對(duì)于一軸、二軸轉(zhuǎn)向直拉桿水平跳動(dòng)的影響，我們應(yīng)用作圖法對(duì)于進(jìn)行分析。見圖3、4，將CD平移C'D'，C'與A重合，分別以A（C'）點(diǎn)為圓心，以AB，C'D'為半徑作圓弧EF和圓弧E'F'，圓弧EF和圓弧E'F'與水平線L分別相交于G和G'，以D'為起點(diǎn)垂直向上畫直線與水平線L相交于H'，以B點(diǎn)為起點(diǎn)垂直向上畫直線與水平線L相交于H，測(cè)量GH和G'H'距離，分別為7.07mm , 21.37mm。GH和G'H'距離是懸架垂直跳動(dòng)對(duì)于雙前前軸一軸、二軸轉(zhuǎn)向直拉桿水平跳動(dòng)影響的最大距離，兩者之間相差3倍多，雖然這個(gè)只是簡(jiǎn)化模型，和實(shí)際相比有些誤差，但是還是能夠說(shuō)明了該批車輛雙前軸一軸、二軸轉(zhuǎn)向直拉桿水平跳動(dòng)確實(shí)存在不同步的問(wèn)題。

由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析可知，該批車輛出現(xiàn)輪胎異常磨損現(xiàn)象，主要原因是一軸、二軸轉(zhuǎn)向直拉桿位置布置不不合理導(dǎo)致轉(zhuǎn)向直拉桿水平跳動(dòng)不同步，與轉(zhuǎn)向直拉桿相連接的一軸、二軸轉(zhuǎn)向節(jié)臂由于轉(zhuǎn)向直拉桿的作用，發(fā)生不同角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而造成一軸、二軸轉(zhuǎn)向車輪在行駛過(guò)程中不平行。

圖4 轉(zhuǎn)向直拉桿水平跳動(dòng)示意圖

4 車輛故障解決方法

由以上分析可知，要想保證雙前軸在行駛過(guò)程中不出現(xiàn)異常磨損，除過(guò)將懸架垂直跳動(dòng)對(duì)于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)水平跳動(dòng)的影響減小到最小，還要確保雙前軸一軸、二軸兩個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)水平跳動(dòng)要保持同步，這樣才能保證一、二軸同側(cè)車輪行駛時(shí)的平行度，避免車輛輪胎的異常磨損。所以要從根本上解決本批車輛異常磨損問(wèn)題，必須重新設(shè)計(jì)該批車輛轉(zhuǎn)向直拉桿的布置位置，基本原則保證一軸、二軸轉(zhuǎn)向直拉桿處于近似平行狀態(tài)，即提高二軸轉(zhuǎn)向節(jié)臂的高度（如圖5），同樣用作圖法，以C'點(diǎn)為圓心，C'D'為半徑劃弧，交AB于D''，以D''為起點(diǎn)向上畫直線，與水平線L相交于H''，測(cè)量H''G'距離為5.63mm。比較H''G'與HG的距離，兩者之間距離很接近，所以能夠保證一、二軸水平跳動(dòng)的同步性。

依據(jù)圖5，調(diào)整線C'D'中D'點(diǎn)的高度，轉(zhuǎn)向機(jī)搖臂2位置不變，即將二軸的轉(zhuǎn)向節(jié)臂錐形銷孔平面(也就是點(diǎn)D')的高度在目前的基礎(chǔ)上抬高55mm，其余設(shè)計(jì)參數(shù)不變。在該批車輛轉(zhuǎn)向二軸上使用重新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，經(jīng)過(guò)路試后，客戶反映車輛輪胎磨耗正常，車輛輪胎異常磨損的故障消除。

圖5 二軸轉(zhuǎn)向直拉桿位置變化示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)作圖法，對(duì)某公司生產(chǎn)的8×4雙前軸自卸車輪胎異常磨損故障進(jìn)行了分析，找出了導(dǎo)致車輛前輪異常磨損的原因是由于雙前軸轉(zhuǎn)向直拉桿水平跳動(dòng)不同步而造成。重新設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向直拉桿的位置布置，提出雙前軸車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置時(shí)需要注意的基本原則，通過(guò)更改轉(zhuǎn)向節(jié)臂的高度，解決了車輛異常磨損的現(xiàn)狀。對(duì)于雙前軸車輛轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和該類車輛前軸輪胎異常磨損故障診斷具有一定的借鑒意義。

[1] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計(jì).[M]北京∶清華大學(xué)出版社,2010.

[2] 劉振聲.重型汽車雙軸轉(zhuǎn)向特性研究與優(yōu)化,2013.

Double front axle dump truck steering mechanism optimization

Sun Yawei1, Zhao Huajie1, Han Mei2
( 1. Automobile engineering research institute of Shaanxi heavy automobile co., LTD., Shaanxi Xi 'an 710043; 2. Technical center of Shaanxi automobile holding group co., LTD., Shaanxi Xi 'an 710043 )

based on the analysis of the abnormal wear and tear on the abnormal wear of the 8 x 4 double-front axle dump truck, the reasons for the abnormal wear of the front wheels are found. Put forward the double front axle vehicle steering gear arrangement need to be aware of the basic principles, through mapping method, find out the cause of vehicles for tyres, redesign the height of the steering knuckle arm, solved the vehicle status of abnormal wear. It can be used for reference for the design of the double-front axle vehicle steering structure and the diagnosis of abnormal abrasion failure in the front axle of the vehicle.

dump truck; Double front axle; Abnormal wear of tires; Steering mechanism optimization

U462.1

A

1671-7988 (2017)16-66-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.024

孫亞偉，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。