多軸重型全掛車機(jī)械液壓全輪轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)研究分析

陳恒超，楊 龍

（濟(jì)南職業(yè)學(xué)院，濟(jì)南 250100）

多軸重型全掛車機(jī)械液壓全輪轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)研究分析

陳恒超，楊 龍

（濟(jì)南職業(yè)學(xué)院，濟(jì)南 250100）

多軸重型全掛車機(jī)械液壓全輪轉(zhuǎn)向裝置，在車輛低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下能夠增強(qiáng)轉(zhuǎn)向的靈活性，在車輛高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下可以增強(qiáng)轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。由此可見(jiàn)，對(duì)車輛全輪轉(zhuǎn)向裝置的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著車輛的安全性能。本文筆者將通過(guò)分析轉(zhuǎn)向裝置的動(dòng)力學(xué)關(guān)系式，積極的建立其一個(gè)相關(guān)的優(yōu)化模型，同時(shí)也可以使用負(fù)荷型的優(yōu)化式算法，從而建立起一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模型來(lái)進(jìn)行求解，以此來(lái)表明該設(shè)計(jì)理念可以在一定程度上優(yōu)化多軸重型全掛車的轉(zhuǎn)向性能。

多軸重型全掛車；機(jī)械液壓；轉(zhuǎn)向裝置；設(shè)計(jì)

多軸重型全掛車，是專門(mén)用來(lái)運(yùn)輸整部分大件或者大型設(shè)備的一種平板車。其被廣泛應(yīng)用在水利工程、土建施工、電力工程等施工領(lǐng)域。由于多軸重型全掛車具有可拼接性與模塊性，所以它可以運(yùn)載超重或者超尺寸的貨物。對(duì)掛車使用機(jī)械液壓轉(zhuǎn)向，能夠達(dá)到全輪轉(zhuǎn)向的目的。并且轉(zhuǎn)向過(guò)程中要盡量的減少輪胎的平行滑動(dòng)，避免造成不必要的磨損或者由輪胎滑動(dòng)引起的一系列惡性事故。為達(dá)到這種設(shè)計(jì)目的，本文將以5軸線重型全掛車的轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)為例，建立相關(guān)的模型并對(duì)模型求解和檢驗(yàn)，以確保模型具有實(shí)用性。

1 機(jī)械液壓型全輪轉(zhuǎn)向裝置的大體構(gòu)造

在對(duì)多軸重型全掛車的轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)前，我們首先應(yīng)該詳細(xì)了解該轉(zhuǎn)向裝置的大體構(gòu)造。只有了解了基本構(gòu)造，才能設(shè)計(jì)出符合實(shí)際的轉(zhuǎn)向裝置。

通常意義上來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向裝置是由轉(zhuǎn)向油缸、轉(zhuǎn)向橫（縱）拉桿、轉(zhuǎn)向控制板以及懸架臂等多種結(jié)構(gòu)構(gòu)成。同時(shí)相應(yīng)的轉(zhuǎn)向性裝置也是由其固定的軸進(jìn)行固定的，其相應(yīng)的固定軸上所出現(xiàn)的梯形是一個(gè)正轉(zhuǎn)式梯形，其后邊是反轉(zhuǎn)型梯形。不管是正轉(zhuǎn)的梯形還是反轉(zhuǎn)的梯形都是對(duì)實(shí)際的車輪來(lái)說(shuō)的，如果和車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)向的一致的就是正轉(zhuǎn)型梯形，反之則為反轉(zhuǎn)梯形。而整輛車的轉(zhuǎn)向操作是通過(guò)轉(zhuǎn)向架來(lái)進(jìn)行總體操控的，再由轉(zhuǎn)向縱拉桿以及轉(zhuǎn)向控制板和轉(zhuǎn)向橫拉桿來(lái)驅(qū)動(dòng)各個(gè)懸架臂，以保障所有的車輪都按照需要的轉(zhuǎn)角進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。假如車的軸數(shù)繁多的話，可以嘗試用牽引桿帶動(dòng)的機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)制同液壓隨動(dòng)機(jī)制配合起來(lái)進(jìn)行全輪轉(zhuǎn)向，只有這樣才能真正達(dá)到機(jī)械轉(zhuǎn)向以及車輛的轉(zhuǎn)向同時(shí)進(jìn)行的最終目的。對(duì)車輛的實(shí)際轉(zhuǎn)向來(lái)說(shuō)其主要分分為多種形式，分為隨動(dòng)式轉(zhuǎn)向以及主動(dòng)性轉(zhuǎn)向等狀態(tài)。而所謂的主動(dòng)性轉(zhuǎn)向來(lái)說(shuō)就是相應(yīng)牽引車的轉(zhuǎn)向和相應(yīng)掛車的轉(zhuǎn)向是完全分開(kāi)的進(jìn)行的，通過(guò)人工來(lái)操作液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。隨動(dòng)轉(zhuǎn)向恰恰相反，是牽引車與掛車進(jìn)行的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向，駕駛員只需對(duì)牽引車進(jìn)行調(diào)整與控制即可。

2 轉(zhuǎn)向裝置與動(dòng)力學(xué)探索

以五軸線重型全掛車為例，假使要減小輪胎的磨損以及輪胎的滑動(dòng)，就要保證相同軸線上的車輪必須要相交在一個(gè)固定的點(diǎn)上。所以在對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際裝置進(jìn)行力學(xué)的分析的時(shí)候，是完全可以采用相應(yīng)的假象裝置來(lái)進(jìn)行真實(shí)車輪的想象。進(jìn)行簡(jiǎn)單明模型的建立，同時(shí)當(dāng)相應(yīng)的車輪和短軸車輪相等時(shí)，當(dāng)量的車輪和主銷車輪是完全相同的。此時(shí)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向車輪應(yīng)對(duì)稱性，因此就要對(duì)轉(zhuǎn)向的中心軸進(jìn)行仔細(xì)的研究就可以了。

3 轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)化模型

在研究轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)化模型時(shí)，我們將從模型的建立入手，然后給出解決優(yōu)化模型的具體方法。

3.1 轉(zhuǎn)向裝置優(yōu)化模型的建立

考慮到多軸車輛轉(zhuǎn)向時(shí)只能有一個(gè)轉(zhuǎn)向中心，所以，理論上內(nèi)外側(cè)的車輪在轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎半徑的誤差應(yīng)該趨近于零。由以上式子可得轉(zhuǎn)彎半徑差為：

除上述方式外，還可以建立車輪轉(zhuǎn)角的差的加權(quán)和的優(yōu)化模型。方法同上述方法類似，只不過(guò)將半徑差換成角度差。在此筆者不做詳細(xì)介紹。

3.2 求解轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)化模型

對(duì)于優(yōu)化模型的求解，筆者應(yīng)用的是復(fù)合型的優(yōu)化算法，對(duì)車輪的轉(zhuǎn)彎半徑差與轉(zhuǎn)角差的加權(quán)進(jìn)行求解，使用VB語(yǔ)言對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行編寫(xiě)。除此之外，優(yōu)化算法還具有一定的檢驗(yàn)功能。液壓懸梁與橫向拉連接的懸架臂常取600毫米，轉(zhuǎn)向控制板與控制軸線的距離K常取450毫米，相鄰軸距常取1600毫米，D常取2020毫米。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑及轉(zhuǎn)角差的加權(quán)的求解，得出obifun明顯小于原定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)值。由于差值與優(yōu)化效果成反比，因此，充分的說(shuō)明優(yōu)化模型達(dá)到了理想的效果。為了檢驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解并算出車輪轉(zhuǎn)角和優(yōu)化前后的實(shí)際轉(zhuǎn)角的差的絕對(duì)值的和。最終得出，目標(biāo)函數(shù)的解小于原數(shù)據(jù)，并且相應(yīng)的絕對(duì)值之和也明顯小于原數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，優(yōu)化模型是有效的，并且優(yōu)化設(shè)計(jì)符合生活實(shí)際。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，本文通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)關(guān)系式的分析，由此建立起相應(yīng)的優(yōu)化模型，并運(yùn)用復(fù)合型的優(yōu)化算法，對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化求解，通過(guò)求解得出優(yōu)化模型在一定程度上改善了車輛的轉(zhuǎn)向性能，有效的減少了車輛在運(yùn)輸大型物件過(guò)程中的車輪磨損程度，延長(zhǎng)了車輪的使用壽命。并在一定程度上對(duì)于半掛車的轉(zhuǎn)向優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及低平板掛車的轉(zhuǎn)向優(yōu)化設(shè)計(jì)起到了一定的借鑒作用。在一定程度上，提高了多軸重型掛車的轉(zhuǎn)向安全。

［1]羅燈明，鮑遠(yuǎn)通，林海.多軸重型全掛車機(jī)械液壓全輪轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)［J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013（06）.

［2]鞏建坡.多軸車輛全輪轉(zhuǎn)向仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證［D].山東理工大學(xué)，2012.

［3]楊銘.基于主動(dòng)轉(zhuǎn)向和橫擺力矩控制的多軸車輛制動(dòng)穩(wěn)定性研究［D].吉林大學(xué)，2011.

陳恒超，男，山東濟(jì)南人，講師，本科，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。