矿用车辆转向机构运动仿真分析

孙铁华 张树齐

摘要：转向机构是车辆重要组成部分，其机构的稳定性决定了车辆的运行性能，本文运用PRO/E运动仿真对转向机构进行优化，分析矿用车辆的转向机构设计合理性，提高车辆的性能。

关键词：转向机构;运动仿真

本文是对某矿用自卸车转向机构运用PRO/E进行运动仿真的优化结果。其结果可能与转向机构实际试验数据有一定误差，但不影响其作为转向机构技术设计的主要参考依据。

本文分别对某矿车转向机构进行了三维建模和运动连接设置、优化分析、运动分析。

1.运动学优化仿真

1.1优化目标

本文根据设计指导思想将内外轮转角关系作为优化目标，以期减少轮胎磨损，延长轮胎使用寿命。

1.2优化原理

优化原理：满足阿可曼转向原理（见下式）。

1.3优化模型

图1  转向机构运动学模型

1.4优化方案

根据优化模型，采用PRO/E中的可行性/优化功能将内外轮转角误差作为优化约束条件，将转向臂长度、曲柄长度和曲柄头柱孔开距作为优化变量进行优化。

1.5优化结果

根据优化分析和机构布置空间要求得出一组较合适的优化结果，运用优化尺寸构建的运动模型进行运动仿真，得到矿车内外轮转角关系的特性曲线，见图2示。其中表1列出了部分内外轮转角值。

图2矿车内外轮转角关系特性曲线

表1转向机构内外轮转角对应值

1.6优化模型下转向缸行程曲线

在矿车中由于部件划分原因，未将转向缸作为转向机构的部件，但作为转向系统的一部分，本次运动分析中也对转向缸的运动加以仿真，以期为转向缸的设计提供基础数据。图3示为转向缸从直行位置转到最大转角位置时两侧转向缸的长度变化曲线。

图3 转向缸长度变化曲线（直行位置→极限转角位置）

2.运动学干涉检查及结论

通过对转向机构优化模型进行运动分析，发现转向连杆机构在整个有效转向角度（40°）内无死点现象发生。同时转向机构在满载工况下各零部件间也无干涉现象发生。

参考文献：

[1]徐科峰.某国产轿车白车身结构的静态特性分析及优化[D].重庆理工大学，2009.

[2]吴晓健.齿轮齿条式转向机构转向特性研究[D].重庆理工大学，2009.

[3]王秀宇.多轮重载车辆转向系统的设计与仿真研究[D].西安理工大学，2010.

第一作者简介：孙铁华，男，辽宁阜新人，1980年10月25日生，机械工程师，毕业于沈阳工业大学机械设计制造及其自动化专业，现工作于三一重型装备有限公司，主要从事采掘机械的研发工作。