150T平板車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

張海東 馮小東 趙繼全 邵繪林 王敏

摘 要：150t系列的平板車中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響著車輛的平穩(wěn)性和操作性，采用連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)提高傳動(dòng)效率高、制造成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、傳動(dòng)效果好，運(yùn)動(dòng)分析論證了其選擇及設(shè)計(jì)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：平板車;連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu);運(yùn)動(dòng)學(xué)分析;仿真

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

1 150t動(dòng)力平板車國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

隨著交通運(yùn)輸業(yè)和建筑行業(yè)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的車輛已經(jīng)不能滿足工程發(fā)展的需要，特種車的制造也逐漸自動(dòng)化，多樣化，種類不斷增多。重型平板車采用了機(jī)電液一體化的技術(shù)，可以滿足一些特殊工程的需要，屬專用特種車輛，目前，國(guó)外平板車轉(zhuǎn)向大都采用液壓獨(dú)立轉(zhuǎn)向，由計(jì)算機(jī)控制角度可達(dá)180°，可以實(shí)現(xiàn)橫向行駛，我國(guó)在這方面還存在很大的差距。

2 連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向角度相關(guān)計(jì)算

如連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，可以看出液壓缸推桿的往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)直接推動(dòng)桿件l3進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，最終轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向臂推動(dòng)回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，液壓缸l7與桿l6、l5組成的四桿機(jī)構(gòu)EFD 的傳動(dòng)角為∠EFD ，連桿機(jī)構(gòu)ABCD 的傳動(dòng)角為∠ABC。A、B、C 三點(diǎn)是不共線的，而且桿l3的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍在0-180，運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以看出左右兩個(gè)極限位置處為最大最小傳動(dòng)角，考慮轉(zhuǎn)向空間和所需轉(zhuǎn)向力矩等要求后，規(guī)定∠EFD的范圍為40°到140°之間 ，∠ABC 的范圍在30°到 150°之間。

令∠EFD =γ，則在△EFD 中，可得γ的約束函數(shù)為：

令∠ABC= γ，則矢量封閉方程向x 軸投影，得兩極限位置方程為：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的范圍為：

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

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

最大轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算：索羅夫經(jīng)驗(yàn)公式：。

則有：Q=F3=211050.34N。

3 連桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

連桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如上圖2所示，已知車輪轉(zhuǎn)向速度，即回轉(zhuǎn)支撐的角速度為=0.4rad/min，l1=320mm，假設(shè)B點(diǎn)的速度為vB，方向：垂直AB桿向左，由公式v =*l可得：vB=*l1如下圖3所示，將AB桿延長(zhǎng)與DC桿的延長(zhǎng)線交于O，在AB桿上，B點(diǎn)的速度垂直桿件向左。且在CD桿上，C點(diǎn)的速度也垂直桿件向左，故O點(diǎn)可以看做是BC桿的速度瞬心。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里邊∠O=β-α，BC=305mm，由公式可以得到。

同理得， OB=設(shè)點(diǎn)C的速度為vC，桿BC的角速度為，則=，vC=*OC 。

將△CDF看成一個(gè)整體，則桿DC與桿DF角速度相同均為，且桿DC=550mm，桿DF=475mm均已知，所以點(diǎn)F的速度可根據(jù)公式：解得vF= vF=128mm/s。

經(jīng)過(guò)SolidWorks仿真得到的曲線圖仿真液壓缸活塞桿的最大速v=128mm/s與計(jì)算結(jié)果相同。

4 結(jié)語(yǔ)

150t平板車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有傳動(dòng)效率高、制造成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、傳動(dòng)效果好等優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)平穩(wěn)性和剛度問(wèn)題，但在智能計(jì)算機(jī)控制方面還存在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和研究。

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