全液压四轮转向在自上料混凝土搅拌车上的应用

崔宗可，饶伟强，冷陆游，龚磊

（徐州徐工施维英机械有限公司，江苏 徐州 221004）

0 引言

自上料搅拌车主要用于道路铺设、水坝、基础设施建设等相关工程，以及城镇化建设中的小型工程。自上料搅拌车有类似装载机的装载功能，可实现自主装料到搅拌筒，能够计量各种物料及水的配比，最终搅拌出符合要求的混凝土。由于部分工况的特殊性，面对狭小的施工空间，对自上料搅拌车的灵活性要求较高。自上料采用四轮转向，能够实现三种转向模式，各种转向模式之间通过仪表按键切换。现对液压转向原理进行分析，并对转向系统中油缸、转向机等进行设计计算，以提供理论支撑。

1 液压转向系统组成和原理

自上料搅拌车转向系统原理图如图 1 所示。

图 1 自上料搅拌车转向系统原理图

图 1 中，液压转向系统主要由定量齿轮泵、液压转向器、电磁换向阀、电磁转向控制阀以及先导溢流阀组成。其中液压转向器采用负载传感式，内部有动态信号优先流量控制阀保证供给转向器的流量始终等于方向盘转速与转向器排量的乘积。

（1）前轮转向模式下（图 2），电磁转向控制阀7 处于中位，流向后轮转向油缸的液压油被控制阀 7 截止，此时处于前轮转向，当转向器转动时，油泵高压油一部分经负荷传感转向器 5 进入转向油缸 9，实现转向功能，一部分流向铲斗回路。当转向负载突然加大，则负荷传感转向器 5 中的动态信号优先流量控制阀通过感应回路中压差的变化，控制阀芯移动，使得流向转向器高压油流量增大，实现动态控制。

（2）四轮转向模式下（图 2），当电磁转向控制阀 7 右侧通电，阀芯被推向右侧，此时前后轮转向油缸推向相反，即实现四轮转向。特点是转向角小，能适应狭小施工空间。

（3）楔形转向模式下（图 2），当电磁转向控制阀 7 左侧通电，阀芯被推向左侧，此时前后轮转向油缸推向相同，即实现楔形转向。

（4）自上料搅拌车转向机安装在驾驶室转向台上，工作时可以转动转向台 180°，方便作业。但是旋转 180° 后使得原有转向驾驶习惯改变，现增加电磁换向阀 6，当驾驶员方位改变时，可以切换驾驶模式，从而不改变驾驶习惯。

图 2 转向模式示意图

2 液压转向系统计算与选型

2.1 转向阻力矩计算

液压转向系统匹配设计，先应计算转向阻力矩。一般地，转向阻力矩分为原地转向阻力矩和行驶转向阻力矩，考虑到原地转向阻力矩是行驶转向阻力矩的 2～3倍，自上料搅拌车转向系统应按满足实现原地转向力矩要求进行设计。影响汽车转向阻力矩的因素有汽车前轴负荷、轮胎与地面之间的摩擦系数、轮胎气压等。目前常用的经验计算公式：

式中：Mr1——转向阻力矩，N·m；

f ——轮胎与地面摩擦系数，取 0.7；

G1——车辆转向轴轴荷，N；

P——车辆轮胎胎压，kPa。

自上料搅拌车最大单轴轴荷 75000N，正常工作胎压 550kPa，代入数值可得 Mr1= 6462N·m。

2.2 转向油缸选型及校核

转向系统设计需要考虑两种情况，第一种情况，转向油缸随车桥确定，且受结构限制不能随意改变，此刻应计算转向桥载荷，通过调整整机质心，使转向桥载荷在合适的范围内，同时对转向油缸进行校核计算。第二种情况，转向桥所受载荷已确定，需要对转向油缸进行选型设计，使之符合转向要求。目前自上料搅拌车选用林德 10t 车桥，油缸性能参数已经确定，先需要对油缸进行校核，参数见表 1。

表 1 油缸参数

转向油缸最大推力为

代入数值，可得 Fmax=76302N

自上料搅拌车车桥转向油缸的转向作用力臂随转向角的关系曲线如图 3 所示。车桥最大转向角为 32°，由图可知最小力臂 Rmin＝125mm。根据转矩公式：Fmax= Mr2/ (Rminη)

图 3 力臂随转角变化曲线图

式中：Rmin——最小力臂，mm；

η——转向机械效率，取 0.8；

Mr2——转向力矩，N·m。

代入数值，可得 Mr2=7630.2N·m

根据计算结果 Mr2＞Mr1，满足使用要求。

2.3 转向器排量的确定

当转向轮从一个极限位置到另一个极限位置，方向盘转过的圈数 n，既要满足行驶工况，防止车轮转向过大导致车身稳定性差，又要满足有较少的作业循环，提高操作便利性。一般设计中，n=3～5 圈。

转向油缸全行程油液体积：V=SA

式中：S——活塞行程，mm；

A——油压作用面积，mm2。

代入数值，得出 V=858mL

先选取 n=4，则转向器排量为 V/n=858/4=214，对照转向器厂家样本，选用排量为 200mL/r 型号的转向器。

2.4 齿轮泵排量的确定

转向系统流量：Q=qn

式中：q——转向器排量，mL/r；

n——方向盘转速，取 0.8r/s。

代入数值，得出 Q=160mL/s

按照发动机怠速状态下分析，齿轮泵排量

qc=60Q/(ndη)

式中：nd——发动机怠速转速，取 750r/min；

η——转向泵效率，取 0.95。

代入数值，得出 qc=13.5mL/r

现选用齿轮泵排量为 16mL/r，满足使用要求。

3 结束语

全液压四轮转向系统具有布置方便、转向灵活的特点，目前在轮式挖掘机上有普遍应用。本文从液压转向原理着手，对四轮液压转向在自上料搅拌车上的应用做了详细介绍，并通过计算分析，对转向油缸的强度、排量进行校核，确定转向器及齿轮泵的排量，为液压转向系统设计提供一种参考。