礦用車輛轉向機構運動仿真分析

孫鐵華 張樹齊

摘要：轉向機構是車輛重要組成部分，其機構的穩定性決定了車輛的運行性能，本文運用PRO/E運動仿真對轉向機構進行優化，分析礦用車輛的轉向機構設計合理性，提高車輛的性能。

關鍵詞：轉向機構;運動仿真

本文是對某礦用自卸車轉向機構運用PRO/E進行運動仿真的優化結果。其結果可能與轉向機構實際試驗數據有一定誤差，但不影響其作為轉向機構技術設計的主要參考依據。

本文分別對某礦車轉向機構進行了三維建模和運動連接設置、優化分析、運動分析。

1.運動學優化仿真

1.1優化目標

本文根據設計指導思想將內外輪轉角關系作為優化目標，以期減少輪胎磨損，延長輪胎使用壽命。

1.2優化原理

優化原理：滿足阿可曼轉向原理（見下式）。

1.3優化模型

圖1??轉向機構運動學模型

1.4優化方案

根據優化模型，采用PRO/E中的可行性/優化功能將內外輪轉角誤差作為優化約束條件，將轉向臂長度、曲柄長度和曲柄頭柱孔開距作為優化變量進行優化。

1.5優化結果

根據優化分析和機構布置空間要求得出一組較合適的優化結果，運用優化尺寸構建的運動模型進行運動仿真，得到礦車內外輪轉角關系的特性曲線，見圖2示。其中表1列出了部分內外輪轉角值。

圖2礦車內外輪轉角關系特性曲線

表1轉向機構內外輪轉角對應值

1.6優化模型下轉向缸行程曲線

在礦車中由于部件劃分原因，未將轉向缸作為轉向機構的部件，但作為轉向系統的一部分，本次運動分析中也對轉向缸的運動加以仿真，以期為轉向缸的設計提供基礎數據。圖3示為轉向缸從直行位置轉到最大轉角位置時兩側轉向缸的長度變化曲線。

圖3?轉向缸長度變化曲線（直行位置→極限轉角位置）

2.運動學干涉檢查及結論

通過對轉向機構優化模型進行運動分析，發現轉向連桿機構在整個有效轉向角度（40°）內無死點現象發生。同時轉向機構在滿載工況下各零部件間也無干涉現象發生。

參考文獻：

[1]徐科峰.某國產轎車白車身結構的靜態特性分析及優化[D].重慶理工大學，2009.

[2]吳曉健.齒輪齒條式轉向機構轉向特性研究[D].重慶理工大學，2009.

[3]王秀宇.多輪重載車輛轉向系統的設計與仿真研究[D].西安理工大學，2010.

第一作者簡介：孫鐵華，男，遼寧阜新人，1980年10月25日生，機械工程師，畢業于沈陽工業大學機械設計制造及其自動化專業，現工作于三一重型裝備有限公司，主要從事采掘機械的研發工作。