多轴全地面起重机稳态转向特性分析

2018-08-02李庆瀛

时代农机 2018年5期

厉超，李庆瀛

（徐州重型机械有限公司，江苏徐州 221004）

多轴全地面起重机经济效益高，功率大，强度高，应用范围广泛。其自身重量越大，轴数越多，车身也就越长，在转向方面的复杂性就更大，因此，对其稳态特性加以分析和研究，具有非常重要的理论意义和工程意义。

1 多轴全面面起重机的特点

多轴全地面起重机是指二轴以上的车辆。从多轴全地面起重机来说，它的主要特点包括以下几个方面：一是车身长（可达10m及以上）；二是轴数多（多为三至七轴甚至于达到九轴）；三是重量大。特别是它的转向失真方面较为严重，甚至于在中速和低速条件下稳定行驶，也有可能产生转向失控的现象，造成十分严重的交通安全事故。

2 多轴全地面起重机的研究目的和现状

研究全地面起重机的转向特性，其好处是可以有利于进一步提高这种设备在低速运行时灵活性、高速运行的稳定性与高速运行时的安全性。特别是轴数更多的九轴全地面起重机的研究文献数量更少。然而，从二自由度所采用的模型来说，它相对较为简单，因此，所取得的关于影响转向方面的参数较少，难以对多轴车辆特有的转向特性进行全面体现。

3 多轴全地面起重机的转向特性分析

由多轴全地面起重机其整体结构可知，它的转向特向分析是一个非常复杂的过程。针对该起重机，以拉格朗日方程为依据，建立起全轮转向方式的三自由度模型。该模型中，对车辆产生的侧向运动、横摆运动和侧倾运动都纳入考虑之中，主要针对其稳态转向问题进行理论分析与理论研究。

根据该理想状态，对车辆的坐标系进行定义。

车辆的质心为确定的坐标原点。x轴的正方向确定为车国内行驶方向，z轴正向为垂直路面向下的方向，以右手法确定y轴正向。按此坐标，该九轴全地面起重机的车辆线性三自由度模型如图1所示。

图1

因该起重机沿x轴方向前进，其速度被视为定值，故它只有三种运动方式。即沿y轴进行的侧向运动，绕z轴进行的横摆运动和车身绕x轴进行的侧倾运动。

根据以上模型，引入“三自由度”多轴转向车辆微分方程，引入“稳态圆周运动微分方程”进行计算（该计算过程和结果由于其过程复杂，数据繁多，在此不再详细叙述）。

在此基础上，再以零质心侧偏角的控制策略，进行全轮转向特性分析，多轴全地面起重机其转向特性与以下几个方面密切相关：一是轴间距如何布置；二是各轴的车轮所具有的侧偏刚度；三是各轴的质量；四是整车的质心所具位置。

根据这些结论，在进行多轴全地面起重机的机构布置时，要适当前移质心的位置，其目的是使其转向不足方面的特性得以提升；以该机转向中心的车身投影点为基准，其后面参与转向轴的数量越多，转向特性不足的特点越为明显。如果使转向中心投影点位置后的各轴轮胎侧偏刚度增大，同时使投影点位置之前的各轴的轮胎侧偏刚度降低，对于增强转向不足方面的特性有益。