液压平台车多轴转向系统结构设计研究

王吴光

摘要：用三维设计软件研究设计了液压平台车多轴转向系统结构的三维模型，主要研究了液压平台车行走机构横向和纵向调平，使车轮能够很好地和路面相适应，悬架系统实现平台的升降，转向系统保证良好的道路友好性和轮胎的使用寿命，为后续的设计和计算建立了合理的数学模型。

关键词：转向系统结构

中图分类号： U463.42.02 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

随着国民经济持续发展，工业中用到的大型物件越来越多，通常大型物件的运输都是采用重型挂车进行的。挂车本身无动力，这就需要能够准确控制车辆转向，那么获取整车的动力学参数，如质心位置、转动惯量轮胎弹性和阻尼等参数显得尤为重要。一般情况下，获得整车参数的方法有两种，即实验方法和建模方法。如果采用第二种方法—建模法，那就需要在软件中建立整车的精确模型，只有准确的建立数学模型，后续才能在软件中计算得到整车的动力学参数。

1 液压平台车三维模型的建立

本文研究的液压平台车是用于船厂运输船段，在proe软件中建立模型，整车长为5000mm，宽为300mm，空载高度为950mm。左右两侧共装有12根车轴，每根车轴上装配了4只315/80R22.5车轮。整车的额定装载量为300吨，最高车速36km/h。

2 液压平台车结构

2.1 液压平台车行走机构

该液压平台车是“机-电-液”一体化产品。全车采用液压驱动、液压悬挂、全轮独立转向和平台液压调平等技术。车辆的行走机构集车轮行驶、转向、制动和悬挂功能于一体，结构紧凑，设计精巧，如图2所示。整车由12组行走机构组成，所有行走机构通过大型的回转轴承与车架连接。为了简化转向时对驱动系统的控制，车辆横向方向的同一条轴线上的两组行走机构只有一组是通过液压马达驱动的，而另外一组则是从动的，这样可以减少转向过程中轮胎的磨损。对于多轴车辆而言，多根轴在空间上如何布局也是一个研究的重点。对于本文的研究车辆，12根车轴份两列、六排是平行放置。为了保证车辆行驶过程中不发生跑偏，在沿着车辆纵方向，驱动轴与从动轴是交错布置的。

2.2 液压平台车悬架系统

该车辆主要用于厂内运输，是一种特种低速装置，由于路面凹凸不平传递给悬架系统的振动比常规公路车辆低很多，因此并不需要像一般车辆配备高性能的减振系统。但是这种车辆的悬架系统必须满足高负荷要求，才能负荷重载，所以采用了液压悬架系统。与常规悬架相比，液压悬架具有以下特点：

（1） 液压悬架系统中虽不是传统意义上的平衡悬架，但是同样要求满足各车轮的载荷应保持相同的要求，在液压悬架系统中可以通过控制各个独立回路中的油压来实现；

（2） 由于装载量非常大，使得悬架系统的垂向载荷也很大，因此每根车轴上有两组车轮，为了保证整车在横向平面内保持水平，同一根车轴上车轮的应能根据路面调整高度。

（3）行走机构对路面的微观不平冲击的缓冲主要由轮胎组的弹性来实现，但是路面崎岖不平时，则悬架系统应能够快速相应，以保证平台水平。

行走机构可通过液压控制方式实现车身升降。降低车身时，悬挂液压缸中排出一定量的液压油，促使液压缸活塞杆向上移动，悬臂与支座之间有销轴链接，液压缸活塞杆拉着悬臂绕销轴转动，铰接在悬臂上的车轴组件向上移动，从而使载货平台高度下降。相反，抬高车身时，向悬挂液压缸中输入液压油，活塞杆伸长，载货平台因悬臂下摆而抬高高度。

当车辆在倾斜的路面上行驶时，由于装载量较大，整车质心较高，没有任何调节装置的普通车辆容易发生整车侧倾甚至翻车，导致货物掉落，如图4（a）所示。为保证所运输货物的安全，此时应采用液压调平技术对车架进行调节，使其始终保持在一个水平面上，如图4（b）所示。

行车过程中遇到较大的凹坑或路面凸起时，必然会引起某一个车轮上的垂向载荷的急剧变化，悬架液压缸中压力随之增减。为了保证悬挂液压缸对地面的变化快速反应，在每套悬架液压缸上均串联了一套蓄能器，当车轮上跳时，液压缸中压力增加，液压油流入蓄能器中；当车轮下跳时，液压缸中压力降低，蓄能器中液压油流入悬架液压缸中。液压缸的伸缩运动使得悬臂绕支承销上下摆动，使悬架高度与路面相适应，能够始终保持相平，同时蓄能器还可以起到类似常规悬架中的油气弹簧的缓冲和减振作用。

2.3 液压平台车转向系统

由于文中研究的车辆轴数多，轴距大，整车承载量大，为了保证良好的道路友好性和轮胎的使用寿命，十二根车桥转向系统采用独立控制方式，可以实现每根车桥的转角并不相同。其中一组转向系统结构如图3所示。

支座8上部通过螺栓与齿轮5相连接，中部通过回转轴承6支撑在连接支座7上，下部与悬臂10 铰接。悬臂10属于悬架系统，与之相连的有车桥组件11。由于连接支座与车架9通过螺栓刚性连接，整车的重量及其运行过程中产生的各种力和力矩就传递到连接支座7上，再经过回转轴承6传递到支座8上，然后经过销轴传递到悬臂、车桥和车轮。

该车转向系统的液压控制主要由微控制器完成。当系统发出指令需要转向，电液比例阀通电，液压系统的高压液压油进入转向油缸2的某一腔，并推动活塞1移动，由于两只活塞的中部连接齿条3，因此齿条3会随活塞作轴向移动。齿条3与中间的齿轮5相啮合，齿条轴向移动就驱动齿轮5、支座8、悬臂10和车桥组件11整体转动，实现了行走机构的转向。

3 結语

本文主要研究了液压平台车的行走机构、悬架系统和转向系统，阐述了液压平台车辆的结构特点，得到的结论是，行走机构、悬架系统和转向系统集成在一起，行走机构可以横向和纵向调平，使车轮能够很好地和路面相适应，悬架系统可以实现平台的升降，为后续的设计、计算建立了合理的三维模型。

参考文献

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