150T平板车转向机构设计及其运动学分析

张海东 冯小东 赵继全 邵绘林 王敏

摘 要：150t系列的平板车中转向系统设计直接影响着车辆的平稳性和操作性，采用连杆转向机构提高传动效率高、制造成本低、适应性强、传动效果好，运动分析论证了其选择及设计应用。

关键词：平板车;连杆转向机构;运动学分析;仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.037

1 150t动力平板车国内外现状及存在的问题

随着交通运输业和建筑行业不断发展，传统的车辆已经不能满足工程发展的需要，特种车的制造也逐渐自动化，多样化，种类不断增多。重型平板车采用了机电液一体化的技术，可以满足一些特殊工程的需要，属专用特种车辆，目前，国外平板车转向大都采用液压独立转向，由计算机控制角度可达180°，可以实现横向行驶，我国在这方面还存在很大的差距。

2 连杆转向机构的结构转向角度相关计算

如连杆机构简图，可以看出液压缸推杆的往复的直线运动直接推动杆件l3进行转动，最终转化为转向臂推动回转支承进行旋转，液压缸l7与杆l6、l5组成的四杆机构EFD 的传动角为∠EFD ，连杆机构ABCD 的传动角为∠ABC。A、B、C 三点是不共线的，而且杆l3的转动范围在0-180，运动规律可以看出左右两个极限位置处为最大最小传动角，考虑转向空间和所需转向力矩等要求后，规定∠EFD的范围为40°到140°之间 ，∠ABC 的范围在30°到 150°之间。

令∠EFD =γ，则在△EFD 中，可得γ的约束函数为：

令∠ABC= γ，则矢量封闭方程向x 轴投影，得两极限位置方程为：l1 cos （α0） + l2 cos （θ） = l3 cos （β0） + l4。

l1 cos （α1+ 180°） +l2 cos（θ） =l3 cos （β1） +l4，其中：θ = α0 -（180°- γmax）θ =α0+γmin由以上四式可求出γ的范围为：

γmax=1800+cos-1[（l3cosβ0+l4-l1cosα0）/l2]-α0150°

γmin=cos-1[（l3cosβ0+l4-l1cosα0）/l2]-α030°

最大转向转向阻力矩的计算：索罗夫经验公式：。

则有：Q=F3=211050.34N。

3 连杆转向机构运动学分析

连杆机构的机构简图如上图2所示，已知车轮转向速度，即回转支撑的角速度为=0.4rad/min，l1=320mm，假设B点的速度为vB，方向：垂直AB杆向左，由公式v =*l可得：vB=*l1如下图3所示，将AB杆延长与DC杆的延长线交于O，在AB杆上，B点的速度垂直杆件向左。且在CD杆上，C点的速度也垂直杆件向左，故O点可以看做是BC杆的速度瞬心。在三角形△OAD里，∠O+∠OAD=β，∠OAD=α，又有在三角形△BCD里，∠OBC=α-θ;所以在△OBC里边∠O=β-α，BC=305mm，由公式可以得到。

同理得， OB=设点C的速度为vC，杆BC的角速度为，则=，vC=*OC 。

将△CDF看成一个整体，则杆DC与杆DF角速度相同均为，且杆DC=550mm，杆DF=475mm均已知，所以点F的速度可根據公式：解得vF= vF=128mm/s。

经过SolidWorks仿真得到的曲线图仿真液压缸活塞杆的最大速v=128mm/s与计算结果相同。

4 结语

150t平板车转向机构采用连杆机构设计具有传动效率高、制造成本低、适应性强、传动效果好等优点，解决了传统平稳性和刚度问题，但在智能计算机控制方面还存在进一步的设计和研究。

参考文献：

[1]冯之敬.机械制造工程原理[M].-2版.北京：清华大学出版社，2008（06）.

[2]王卫卫.材料成型设备[M].-2版.北京：机械工业出版社，2011（06）.