混合锅运输车转向机构优化设计

2021-04-20贾军池冯海青吴建刚

起重运输机械 2021年5期

关键词：曲柄运输车点位

邹杰贾军池冯海青吴建刚

1 湖北三江航天万山特种车辆有限公司孝感 432000 2 海军驻武汉地区第六军事代表室孝感 432000

0 引言

混合锅运输车是大型火药混合设备运输过程中必不可少的工艺装备，承担着重要的运输任务。转向灵活，操作简单是该车最主要的技术特征，其外形结构如图1所示。

图1 混合锅运输车外形图

随着技术的发展，混合锅的容量越来越大，对混合锅运输车的性能提出了更高的技术要求，相应的对混合锅运输车转向机构也提出了更大的挑战。

1 转向模式

混合锅运输车是在重型平板运输车的基础上发展而来，采用电控-液压转向，能实现多种模式转向，主要包括：普通驾驶模式、横向驾驶模式、汽车驾驶模式、斜向驾驶模式、90º角向驾驶模式、转圈行驶模式等转向模式，如图2 所示。

1）普通驾驶模式所有悬架以该形式转向，即所有轴的中心线将交于一个公共焦点O，O 点可在车外、车缘、车内，最小的内转半径为零；

2）汽车驾驶模式转向轴在后轴上；

3）横向驾驶模式所有轮架以这样的形式转向，即所有轴的中心线将交于一个公共焦点O，O 点在纵向中心线上；

4）斜向驾驶模式所有车轴转角和转向一致，可以选择从-90°～ +90°任意一个角度；

5）90º角向驾驶模式所有车轴转向90º，并能随遥控器转向按钮操作、进行小角度的转向调整；

6）转圈驾驶模式所有车轴移到固定程序位置，运输车围绕自身中心转圈。

图2 混合锅运输车主要转向模式

转向机构是实现整车多模式转向的结构基础。转向机构主要由转向臂、连杆、转向销轴、转向液压缸等组成，通常重型平板车的三维结构如图3 所示。

图3 混合锅运输车转向机构三维图

转向机构安装于车架上，通过转向臂和连杆将车架、悬架联接起来，组成一个四连杆增角机构。转向是通过转动与编码器相连的方向盘来实现的。每个悬架上都有1 个角度传感器，悬架的位置信号送到控制器，将实际位置与设定值进行比较，比例阀控制每个独立悬架的转向液压缸工作，保证运输车转向的精度。

3 优化模型

混合锅运输车虽然是在成熟的重型平板运输车的基础上发展而来，但其应用场合特殊，使用要求更高，对运输车转向机构进行优化十分必要，特别是通过优化转向机构的安装点位，可降低转向液压缸推力，提高转向液压缸的安全性和寿命。

Matlab 优化工具箱中fmincon 函数可以用于优化转向机构安装点位的问题。在优化前需建立转向机构优化的数学模型。

3.1 优化变量的确定

取转向机构悬架回转中心为坐标原点，建立坐标系如图4 所示，以转向液压缸最小长度时为初始状态。图中OA、AB、BCD、DE 分别表示转向机构的曲柄、连杆、转向臂和转向液压缸。因构件自身质量相对于负载较小，可忽略不计，优化的数学模型仅考虑负载对机构的影响。TOA、TCB、F 分别表示曲柄所受的转向阻力矩、转向臂所受的力矩和液压缸所受的推力。

考虑到优化成本和转向机构的通用性，不考虑对转向机构中曲柄长度、连杆、转向臂和转向液压缸进行优化，仅对转向臂安装位置、曲柄的初始角度和液压缸安装位置进行优化。故优化变量包含：曲柄的初始角度θ1；转向臂的安装位置，即C 点的横、纵坐标xc和yc；液压缸的安装位置，即E 点的横、纵坐标xE和yE。优化变量写成向量形式为X=[x1x2x3x4x5]=[xcycxEyEθ1][1]。