《郭凌汾,黄海东,秦四成,成凯. 铰接式车辆静态转向阻力矩分析[j]. 农业机械学报. 1995(01)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《郭凌汾,黄海东,秦四成,成凯. 铰接式车辆静态转向阻力矩分析[j]. 农业机械学报. 1995(01)（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、?年?月农业 机械学报第? ?卷 第?期铰接式车辆静态转向阻力矩分析郭凌汾黄 海东秦四成成凯【摘要】从运 动学观 点建立铰接式车辆在静态转向情况下的力学模型,从动力学观点分析计算双桥驱 动与单桥驱 动的铰接车辆静态转 向阻力矩及其特点,并用实验 验证了理论分 析的正 确性。叙词自由度,转 向,阻力,铰接式装载机铰接式车辆有较高的机动性能,所以较广泛地用于低速车辆上,例如大功率轮式拖拉机及轮式装载机、推土机、平地机等工程机械。铰接式车辆静态转 向阻力矩即是其最大转向阻力矩,是设计转 向系的最原始数据,本文以铰接式车架和后桥可绕纵向轴线摆动的铰接式装 载机为例进行分析,这种结构也是双桥铰接车辆 最
2、普遍的结构型式,所以本文结论也适用于 一般铰接车辆。?铰接式装载机的自由度及运动分析装载机的机构简图如图? ?所示,该机后桥为摆动式平衡桥结构,能使四车轮在不平坦路面上同时贴地,计算 自由度时,是将机构放置在理想平面上进行的,所以后桥上纵向铰销不起作用,不予图?铰接式装载机机构简图?机构简图? ?计算自由度图考虑。消除车轮的局部自由度,假想车轮与车桥刚性固结为一体,如图?,其自由度为?一尸?尸?尸? 尸?一? ?一?,? ? 、?一、式中,尸?一尸?为?一?级运动副数,尸?一?,尸?一?,尸?一尸?一尸,一。,?为公共约束数,可用割断机架法判断,?一?。故?一?一 ?一? ?一?放置在地 面
3、上 的装载机自由度为?,但施加转向运动?折腰?仅给定一个原动件,所以机构运动不能唯一确定,很断断 磷磷? ? ? ? ?图?铰接 式装载机静态转向力学模型,、?为前、后桥负荷,?,、?为铰 点距前、后桥水平距离,?为摆直位轴距,?为转 向角。郭凌汾吉林工业大学工程机械系副教授,? 。? ?长春市黄海东吉林工业大学工程机械系讲师秦四成吉林工业大学工程机械系讲师成凯吉林工业大学工程机械系讲师农业机械学报? ?年难进行运动分析,为此,根据铰接车辆转 向特点和实 际情况作以下两点假设?车轮只沿其纵向运动而无侧滑,这是因为滚动阻力远小于侧 向附着力?其次,认为桥荷大的车桥,仅绕桥 中心的铅垂线转动而 不
4、移动。这一假设相当于对负荷大的车桥施加两项 约束,对负荷小的车桥施加一项约束。? 转向时四轮负荷不变。如果前车节质心位于前桥中点,这一假设是正确的。如质心不在上述位置,前桥两轮负荷略有改变,而后车节装有摆动式平衡桥,故后轮负荷基本不变。根据上述分析和假设条件,对?,?情况进行分析?,?情况分析方法相 同?,建立铰接式装载机静态转向力学模型,如图?所示。今?一?,? ?则后车架相对摆直位转角为月? ?、 ? ? ?田一一前车架相对摆直位转角为?夕? 今共二一? ,。?可?一,”“?一? ? ?了?一?了?一?“?“?、?声、?亡?流?了、了、后 车架角速度前车架角速度曲线?一?、月一?和泞一?见
5、 图?。?转向阻力矩。?泞。?一? ,?田?又?一七?田? ? ?车轮转向阻力矩改变铰接车辆转向角时,轮胎 产 生绕铅垂线 为轴线的转动,且此轴线通过轮胎与地面接触面的形心。据原苏联学者?莱德奇兹对低压胎试验得出的结论川? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 卫? ? ? 卜?鸿?二? ? ?二?、丫沪? ? ?二?, ?全?产城沪 级 吸?一戈? ? 一? ?丈迎?一一一一一才二几?,乙?。?电援联黎哥姐厂?,? ? ? ?笋少禅犷凡?、匕暇辉器褂姨? 转向角城“? ? 转向角,?。? ! ?!? 转向角,?“? 加?图?一?、月一?和冬?曲线?胎、地接触面视为?的矩形面积,如轮
6、胎的回转中心与接地面积的形心重合时,其阻力矩为?一粤?,? ?,任式中,?为轮胎负荷,产为摩擦系数,、?分别为矩形面积的长、短 边。第?期铰接式 车辆静态转向阻力矩分 析对于胎、地接触面为椭圆形时,可转化为面积相等的等效矩形计算一专万“一着万式中,?、?分别为椭圆的长、短轴。低压胎与地面为椭圆形接触面,故转 向阻力矩为? 一飞 歹行产丫兀气?“十?“? ? 轮胎花纹的疏密与形状,对车轮在坚实路面上的转向阻力矩影响甚小,可不予考虑。另据文献?中对? ?一? ?低压宽基轮胎在水泥地面上的印痕测试,轮荷为? ?一? ? ?,气压在? ?一? ?,椭圆印痕的长轴?不变?图? ?,始终等于胎冠宽度,即?
7、 ?式中,?为轮胎宽度。短轴长度随轮荷与气压而变?一?四轮与地面的转向阻力矩分别为?,、材月、从了、材。?图? ?前车节绕前桥中点转动阻力矩?,?,?材石?。,一几丁行?产丫井?“十?“少 ? 一?斌?图?轮胎 印痕式中,系数?。同样,后车节绕后桥中点转动阻力矩 从一从?材。一?石?左右车轮滚动方向不同产生的滚动阻力矩铰接车辆原地转 向时,内侧前、后车轮靠近,外侧前、后车轮远离,由此形成的前、后车节滚动阻力矩为?“一?二?一告? ?从”一?二“一告? ?“式中,?为滚动阻力系数,?,、?分别为前、后桥荷,?为轮距。?静态转向阻力矩转向阻力矩可按虚位移 原理计算习瓦厉,一?式中,梦,? ?,?,
8、?为主动 力,与? ?进行变分运算少?,? ?一?,?,?为第?个主动力对应的虚位移。对式?月?了?一?一右占?丫?一?占?一?一宁?占?一一一农业机械学报? ? 年后桥中 点?的 虚位移将主动力与对应的虚位移代入式一“?“? ? ?晋一,=kLsiny占 y(8)得材占了一 (Ml +Ml “ )占a一 (MZ+MZ “ )占夕一F奋=0令Ml, +Ml, =M,MZ,+MZ , =MZ解得转向阻力矩计算公式为M=MZ泞+(M:+k L Fsiny)(l一泞)(9)对上式作以下三点说明:双桥驱动而又无桥间差速器情况,两桥间由传动系统“刚性”联接,转向过程中随两桥 中点距离的缩短,首先消除传动
9、系统各构件的间隙,继而使各构件扭紧而产生应力和应变,并使轮胎与地面产 生剪切变形 和打滑,从而使负荷较小的后桥被拖动,其阻 力为F一 GZ甲。由于后轮相对地面打滑,认 为 MZ一。,故MZ一告fBGZ MI一 (noT+告f B) Gl 对单桥驱动或装有桥间差速器情况,式(9)中, F一。,M,一( n产T+鲁f B) G,从一(儿,T+告f B) GZ。如果G:Gl时,将式(4 )换,则得、(9)中的MI、M:分别用MZ、Ml代换,且将k值用(1一k)代(l一k)eo sy(10) 了1一 (1一k)ZsinZyM=Ml子+M:+(1一k)L矛5in 7(1一泞 )(11)对于双桥驱动:Fl
10、一G l甲,Ml -对于单桥驱动:M-1二n 兀干了乃行 乙M2. 1,n、。 一气n产丈十万了力少行2Ml泞+MZ(l一宁)(12 )6 4dd芝d坦出3计算举例与实验数据对ZL1 5装载 机静态转向阻力矩进行计 算,该机为铰 接车架,双桥驱动无桥间差速器。机重G一5 8. s kN,前桥负荷G, =26. 95kN,后桥负荷G:=31.85kN,轴距L=2.Zm,铰点距 前桥距离Ll0.8 8m, k一0.4,轮距B-L 6m,最大转 向角y一35 0,轮 胎16/70一2 0,.胎宽T- 0.4O6m,滚动阻力系数f一0.016,附着系数甲一产0.7。由于G:Gl,由式( l0 )得泞=
11、0.5234 6724 时问一t/sl,n1性:一二户I万行艺-=3 42.4Nm取n=0.265图5双桥驱 动静态转向油 压变 化曲线第1期铰接式 车辆静态转向阻力矩分析M:一 (n产T+1,。、。 下不J乃少行2 乙=2 8 0 6. 4NmF一 Gl甲-(1 1)得转向阻力矩M=8323N对单桥驱动或有桥间差速器情况 F一O18 865N由式由式Ml= (n成+M:一 (n产T十(12)得转向阻力矩音f B) Gl告f B) GZ=23 7 4.6 N=2806.4N少少“狡狡M=2 5 8 0.4 Nm。对ZL1 5装载机在室内良好的水泥地面进行静态转向实验,测试转图6转向油缸与铰点布
12、置 图向阻力矩,将BP R一2/2 0 0型电阻应变片油压传感器装在转向油缸的进出口处,输出信号输入动态应变仪D PM一6nA后,再送入磁带机进行记录。双桥驱动静态转向的油压变化曲线见 图 5,取值在转向终了时,即最大转 向角y一3 5。时的油压,进口压 力P,一7.45 6MP a,回油口压力 PZ一0. 6 47MP a,转向油缸与铰点布置见 图6,从中不难算出在转向角73 5“时,左右油缸与转向铰点O间的垂直距离分别为:ON一0.14 3m,OM一0. 3 60m。油缸直径D一6 3m m,活塞杆直径d一3 5m m,转向油缸(包括销轴)效率甲一9 6%。将测得的油压换算成转向阻力矩M一
13、手, D认 任一 (DZ一 dZ)PZON+平,( D任_dZ ) Pl一 D, PZjOM=7855.6Nm计算值与测试值误差M一MM一5.4%将Z L1 5装载机前传动轴拆下,重复上述试验,测得Pl一2. 9 7MPa,九一0.6 2 MP a,即单桥驱动车辆静态转向时,将转向油缸进出口油压换算成转向阻力矩对”一票,DZ户1任一(DZ一dZ)P:ON+手札( D“一d z )pl一D zP z任O入了=2 6 3 1.6Nm测试值与单桥驱动静态转 向阻力矩计算值的误差M一M“M2%4结论(l )铰接式车辆在地 面上静态时具有4个自由度,静态转向只有一个原动件,确定 的。欲使运动确定,需要
14、另 加入三 个约束条件。(2 )双桥或单桥驱动情况 下 的静态转向阻力矩计算值与测试值是非常接近的,态转向阻力矩计算公式的正确性。运动是不验证了静农业机械学报1 9 9 5年参考文献张光裕.工程机械底盘与设计.北京:建筑工业出版社,1 98 6.徐颧.机械设计手册 第2卷.北京:机械工业出版社, 199 1梁宗锉.铰接 车辆原地转向最大阻力矩 的理论计算和实验研究.矿山机械,1 98 2, 2:3 6一4 1李玉芬.双桥驱动铰接车辆转 向阻力矩和寄生功率研究:学位论文.长春:吉林工业大学, 1994 .THEANALYSISFORTHE MOMENTOFSTATICSTEERINGRESIST
15、ANCEOFARTICULATEDVEHICLEGuoLingfen HuangHa idongQin Sie hengChengKa i(Ji lin Unive r sit y o fT eehnolog y)AbstraetHavingfoun dtheana lysis metho dforthe degr eeo ffreedo m, the mee haniea lmo de lforanartieu late dve hie leun derthestatiesteering15establ is he dintheviewo fmee haniesinthispa-per.The mo mento fstatiesteer ingresistaneean ditse haraeter istieso fanartieulatedve hie lewithsingleor dou ble drivingax lesareana lyze dan dea
