某矿用自卸车转向系统的设计匹配

山西中北大学动力与机械工程学院　吉文博　杨世文

某矿用自卸车转向系统的设计匹配

山西中北大学动力与机械工程学院吉文博杨世文

本文以阿克曼原理为基础，详细介绍了某自卸车转向机构的设计过程，其中还包括了转向机、转向动力缸及转向油泵的匹配计算，充分考虑了物理干涉、方向盘作用力校核、动力缸行程校核等问题，为今后类似重型车辆的设计和生产提供了理论依据和技术指导。

阿克曼；转向机；动力缸；油泵

引言

由于井下防爆矿用胶轮自卸车作业灵活，故障率低，当今世界越来越多的露天及井下矿业开采使用了这一类型的重型车辆，对这一类型车辆的转向系统整体优化设计使得整车具有良好的操纵稳定性、转向轻便性，并使得上述性能达到国外同类车型的先进水平，保证了车辆行驶和作业的安全性。

1转向系统相关参数

整车转向系统参数如表1及表2所示。辋偏置距207.5mm，负荷下静半径为640mm，满载下前胎充气压力为850kPa。

表1　整车参数

表2　四轮定位参数

2最小转弯半径

对于只用前桥转向的二轴汽车，计算转弯半径时，可以用双轴汽车的后轮轴线。

图1　转弯半径计算图可得出最小转弯半径 R=9975+ （2471-2100）/2=10160.5mm。

3理论转角和实际转角关系

图2　内外轮实际转角关系图

图3　内外轮理论转角关系图

根据图2和图3得出表3数据。

表3　各转角关系（单位：°）

4转向力计算

4.1转向阻力矩计算

转向时驾驶员作用到转向盘上的手力与转向轮在地面上回转时产生的转向阻力矩有关。影响转向阻力矩的主要因素有转向轴的负荷、轮胎与地面之间的滑动摩擦系数和轮胎气压等。计算公式如下：

其中：

Mr—在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，N·m；

f—轮胎与地面间的滑动摩擦系数，取0.7；

G1—转向轴负荷，N；

P—轮胎气压，MPa。

因此：Mr=0.7×［（16000×9.8）3/0.85］0.5/3=15714N·m

其中：

Fh—作用在转向盘上的手力，N；

R—转向盘半径，mm；

R=480/2=240mm；

η—转向系正效率，转向系的正效率一般在0.67～0.85，此处取η=0.8；

△βk—转向节转角增量；（见图4）

△ф—对应△βk的转向盘转角增量；

图4　转向节与转向摇臂的转角关系

因此，在没有助力转向的情况下，原地转向所需的方向盘手力：

2809N已超出人体承受极限，需要加设动力转向装置。

5结论

经计算设计后所选用的转向机、转向动力缸、液压油泵都能符合设计及使用要求；其中，对于大型重载车辆，方向盘一般需要转向助力，对于其转向助力校核很有必要，否则会造成驾驶员疲劳驾驶并且造成转向困难；第二次选用动力缸时，动力缸所提供的驱动力矩较大，可以在适合范围内选用较小输出力矩的动力缸；整个设计过程还是比较令人满意的，为今后类似重载商用车的设计研发提供了可参考的实例，并巩固了理论和技术基础。

［1］周志国，詹远武等.双前桥载货汽车转向传动机构故障与轮胎异常磨损研究 ［J］.浙江杭州：农业装备与车辆工程，2009：No.12.

［2］余志生.汽车理论［M］.4版.北京：机械工程出版社，2006：161-17.

［3］王望予.汽车设计［M］.3版.北京：机械工程出版社，2002：134-139.

［4］孟刚.车辆的转向特性与阿卡曼转向原理的分析［J］.甘肃兰州：机械研究与应用，2007-8：Vol 20，No.4.

吉文博，1990年生，山西运城人，硕士，研究方向：重型商用车研发设计与优化。