一种二轴提升带转向的双前轴牵引车转向系统设计

张东 吴闯 郑尚林

摘 要：该论文以一种二轴提升带转向的双前轴牵引车为对象 考虑悬架与转向运动干涉量及Ackerman转角偏差 重点对转向系统各硬点的布置进行了讨论 同时基于Adams软件进行了转向器的匹配设计。

关键词：二轴提升带转向;双前轴;Adams

中图分类号：U463.4  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）18-84-03

Abstract： The thesis takes the design steering system of double front axle tractor with the second axle can be lifted and turned as the object. Considering the interference between suspension and steering motion and Ackerman Angle deviation， the arrangement of hard points in steering system is discussed， and the matching design of steering gear is carried out based on Adams software.

Keywords： Second axle can be lifted and turned; Double front axle tractor; Adams

CLC NO.： U463.4  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）18-84-03

1 前言

随着汽车物流运输行业的发展及法规的变化 多轴车越来越受到市场的青睐。但由于多轴汽车自身原因引起车辆燃油消耗量的增加 尤其是车辆空载运行时表现尤为明显 同时也加剧了轮胎的磨损 增加车辆运营成本。

为更好地降低车辆燃油消耗量及轮胎的磨损 达到降低车辆运营成本的目的 本文讨论一种二轴提升带转向车型转向传动机构的设计方法。

2 转向传动机构的设计

2.1 边界条件

某8×4牵引车 轴距：2100+1400+1400（mm）;悬架系统：一轴板簧悬架 二轴空气悬架;前轴满载载荷：当双前轴二轴提升时 一轴载荷占比23% 二轴载荷占比0;当双前轴二轴不提升时 一轴载荷占比16% 二轴载荷占比13%。

根据整车边界条件 转向传动机构布置图 如图1所示。

1.转向器;2.转向摇臂;3.第一中间拉杆;4 .中间摇臂;

5.第二中间拉杆;6.第二摇臂;7、8.直拉杆

2.2 设计校核

2.2.1 悬架与转向运动干涉量的设计

由于此车型的特殊性 在布置转向硬点位置时 应根据两种车辆满载状态 结合两种悬架的运动轨迹特点 合理布置转向传动机构硬点位置 以满足悬架与转向运动干涉的要求。

根据边界条件：悬架系统：一轴板簧悬架 二轴空气悬架;因此一轴转向拉杆与转向摇臂端球铰点B1 应靠近一轴转向拉杆（转向节臂端）球铰点A和该球铰点绕板簧运动中心点O1连线的延长线附近 而二轴转向拉杆与第二转向摇臂端球铰点E 应靠近空气悬架运动中心（即导向臂的旋转运动中心）点F。

一、二轴悬架与转向运动干涉校核图 如图2、图3所示。

2.2.2 一、二轴内外轮转角差的设计

首先根据Ackerman理论 初步确定转向传动机构角传动比：

式中：L1为二轴转向节臂长度;L2为第二中间拉杆（第二摇臂端）球铰点距离第二摇臂轴的长度;L3为第一中间拉杆（中间摇臂端）球铰点距离中间摇臂轴的长度;L4为二轴拉杆（第二摇臂端）球铰点距离第二摇臂轴的长度;L5为第二中间拉杆（中间摇臂端）球铰点距离中间摇臂轴的长度;L6为第一中间拉杆（转向摇臂端）球铰点距离转向摇臂旋的長度;θ1为一轴理论内轮转角;θ2为二轴理论内轮转角。

通过公式（1）及2.2.1悬架与转向运动干涉量对转向传动机构硬点的位置要求 结合整车边界情况 便可以确定转向传动机构各硬点的具体参数值 达到在一轴内轮转角30°的范围内 其余车轮理论转角与实际转角的差值满足设计要求。

2.3 转向传动机构型式及转向器的匹配

2.3.1 转向传动机构型式

常规的双前轴车型 转向系统采用一个整体式循环球式动力转向器 再加一个外置转向助力缸或随动器。

该车型受边界条件的影响 在二轴附近无法布置助力缸或随动器为二轴提供转向力矩 结合车辆两种满载状态一、二轴载荷的特点 采用一个大输出扭矩的整体式循环球式动力转向器 通过转向传动机构中间杆系来实现一、二轴的转向功能。

2.3.2 转向器的匹配

由于转向传动机构型式的特殊性 为充分考虑转向杆系对力矩传递的影响 本文基于Adams软件进行转向器输出力矩的匹配。

根据一、二轴载荷计算得出一、二轴的转向阻力距：M1=3847N·m M2=2891N·m。

基于转向传动机构Adams模型 如图4所示 分别在一轴左侧主销、二轴左侧主销添加转向阻力距 在转向摇臂处添加驱动 并测量左转极限和右转极限转向摇臂处的力矩 具体结果如下所示：

通过以上仿真可以得出 转向摇臂处最大力矩ML=7846 N·m。为满足车辆满载原地转向需求 同时提升转向手感 转向器匹配某型号变速比转向器转向器输出力矩：（7826～9369）N·m。

转向对称性 转向杆系夹角等设计方法与常规双前轴车型相同 本文不再赘述。

3 总结

本文通过对一种新型的转向传动机构进行分析研究 提出了转向传动机构硬点布置方法和转向器输出力矩的匹配原则。运用该方法 可以快速高效地完成转向传动机构硬点的布置 同时较准确完成转向器输出力矩的匹配。

参考文献

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