液壓平臺車多軸轉向系統結構設計研究

王吳光

摘要：用三維設計軟件研究設計了液壓平臺車多軸轉向系統結構的三維模型，主要研究了液壓平臺車行走機構橫向和縱向調平，使車輪能夠很好地和路面相適應，懸架系統實現平臺的升降，轉向系統保證良好的道路友好性和輪胎的使用壽命，為后續的設計和計算建立了合理的數學模型。

關鍵詞：轉向系統結構

中圖分類號： U463.42.02 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

隨著國民經濟持續發展，工業中用到的大型物件越來越多，通常大型物件的運輸都是采用重型掛車進行的。掛車本身無動力，這就需要能夠準確控制車輛轉向，那么獲取整車的動力學參數，如質心位置、轉動慣量輪胎彈性和阻尼等參數顯得尤為重要。一般情況下，獲得整車參數的方法有兩種，即實驗方法和建模方法。如果采用第二種方法—建模法，那就需要在軟件中建立整車的精確模型，只有準確的建立數學模型，后續才能在軟件中計算得到整車的動力學參數。

1 液壓平臺車三維模型的建立

本文研究的液壓平臺車是用于船廠運輸船段，在proe軟件中建立模型，整車長為5000mm，寬為300mm，空載高度為950mm。左右兩側共裝有12根車軸，每根車軸上裝配了4只315/80R22.5車輪。整車的額定裝載量為300噸，最高車速36km/h。

2 液壓平臺車結構

2.1 液壓平臺車行走機構

該液壓平臺車是“機-電-液”一體化產品。全車采用液壓驅動、液壓懸掛、全輪獨立轉向和平臺液壓調平等技術。車輛的行走機構集車輪行駛、轉向、制動和懸掛功能于一體，結構緊湊，設計精巧，如圖2所示。整車由12組行走機構組成，所有行走機構通過大型的回轉軸承與車架連接。為了簡化轉向時對驅動系統的控制，車輛橫向方向的同一條軸線上的兩組行走機構只有一組是通過液壓馬達驅動的，而另外一組則是從動的，這樣可以減少轉向過程中輪胎的磨損。對于多軸車輛而言，多根軸在空間上如何布局也是一個研究的重點。對于本文的研究車輛，12根車軸份兩列、六排是平行放置。為了保證車輛行駛過程中不發生跑偏，在沿著車輛縱方向，驅動軸與從動軸是交錯布置的。

2.2 液壓平臺車懸架系統

該車輛主要用于廠內運輸，是一種特種低速裝置，由于路面凹凸不平傳遞給懸架系統的振動比常規公路車輛低很多，因此并不需要像一般車輛配備高性能的減振系統。但是這種車輛的懸架系統必須滿足高負荷要求，才能負荷重載，所以采用了液壓懸架系統。與常規懸架相比，液壓懸架具有以下特點：

（1） 液壓懸架系統中雖不是傳統意義上的平衡懸架，但是同樣要求滿足各車輪的載荷應保持相同的要求，在液壓懸架系統中可以通過控制各個獨立回路中的油壓來實現；

（2） 由于裝載量非常大，使得懸架系統的垂向載荷也很大，因此每根車軸上有兩組車輪，為了保證整車在橫向平面內保持水平，同一根車軸上車輪的應能根據路面調整高度。

（3）行走機構對路面的微觀不平沖擊的緩沖主要由輪胎組的彈性來實現，但是路面崎嶇不平時，則懸架系統應能夠快速相應，以保證平臺水平。

行走機構可通過液壓控制方式實現車身升降。降低車身時，懸掛液壓缸中排出一定量的液壓油，促使液壓缸活塞桿向上移動，懸臂與支座之間有銷軸鏈接，液壓缸活塞桿拉著懸臂繞銷軸轉動，鉸接在懸臂上的車軸組件向上移動，從而使載貨平臺高度下降。相反，抬高車身時，向懸掛液壓缸中輸入液壓油，活塞桿伸長，載貨平臺因懸臂下擺而抬高高度。

當車輛在傾斜的路面上行駛時，由于裝載量較大，整車質心較高，沒有任何調節裝置的普通車輛容易發生整車側傾甚至翻車，導致貨物掉落，如圖4（a）所示。為保證所運輸貨物的安全，此時應采用液壓調平技術對車架進行調節，使其始終保持在一個水平面上，如圖4（b）所示。

行車過程中遇到較大的凹坑或路面凸起時，必然會引起某一個車輪上的垂向載荷的急劇變化，懸架液壓缸中壓力隨之增減。為了保證懸掛液壓缸對地面的變化快速反應，在每套懸架液壓缸上均串聯了一套蓄能器，當車輪上跳時，液壓缸中壓力增加，液壓油流入蓄能器中；當車輪下跳時，液壓缸中壓力降低，蓄能器中液壓油流入懸架液壓缸中。液壓缸的伸縮運動使得懸臂繞支承銷上下擺動，使懸架高度與路面相適應，能夠始終保持相平，同時蓄能器還可以起到類似常規懸架中的油氣彈簧的緩沖和減振作用。

2.3 液壓平臺車轉向系統

由于文中研究的車輛軸數多，軸距大，整車承載量大，為了保證良好的道路友好性和輪胎的使用壽命，十二根車橋轉向系統采用獨立控制方式，可以實現每根車橋的轉角并不相同。其中一組轉向系統結構如圖3所示。

支座8上部通過螺栓與齒輪5相連接，中部通過回轉軸承6支撐在連接支座7上，下部與懸臂10 鉸接。懸臂10屬于懸架系統，與之相連的有車橋組件11。由于連接支座與車架9通過螺栓剛性連接，整車的重量及其運行過程中產生的各種力和力矩就傳遞到連接支座7上，再經過回轉軸承6傳遞到支座8上，然后經過銷軸傳遞到懸臂、車橋和車輪。

該車轉向系統的液壓控制主要由微控制器完成。當系統發出指令需要轉向，電液比例閥通電，液壓系統的高壓液壓油進入轉向油缸2的某一腔，并推動活塞1移動，由于兩只活塞的中部連接齒條3，因此齒條3會隨活塞作軸向移動。齒條3與中間的齒輪5相嚙合，齒條軸向移動就驅動齒輪5、支座8、懸臂10和車橋組件11整體轉動，實現了行走機構的轉向。

3 結語

本文主要研究了液壓平臺車的行走機構、懸架系統和轉向系統，闡述了液壓平臺車輛的結構特點，得到的結論是，行走機構、懸架系統和轉向系統集成在一起，行走機構可以橫向和縱向調平，使車輪能夠很好地和路面相適應，懸架系統可以實現平臺的升降，為后續的設計、計算建立了合理的三維模型。

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