轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、礦用自卸車轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 設(shè)計(jì)：陳瓊 校核： 審核： 批準(zhǔn)： 2012.01.04目錄一、 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)參數(shù) 2二、 最小轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算 3三、 理論轉(zhuǎn)角和實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系 4四、 轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算 5五、 轉(zhuǎn)向機(jī)的選擇計(jì)算 5六、 轉(zhuǎn)向動(dòng)力缸的選擇計(jì)算 8七、 轉(zhuǎn)向油泵的匹配計(jì)算 91、 轉(zhuǎn)向機(jī)理論流量計(jì)算2、 動(dòng)力缸理論流量計(jì)算3、 油泵排量計(jì)算4、 油泵的選擇八、 轉(zhuǎn)向升縮軸升縮量計(jì)算 13九、 動(dòng)力缸行程計(jì)算 14十、 轉(zhuǎn)向系的運(yùn)動(dòng)校核 17設(shè)計(jì)原則 本車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使得整車具有良好的操縱穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向輕便性，并使得上述性能達(dá)到國外同類車型的先進(jìn)水平，保證車輛行駛安全性。一、 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相

2、關(guān)參數(shù)表一 整車參數(shù)軸距L（mm） 3800+1550/2 主銷距K（mm） 2100滿載前軸荷（前橋最大負(fù)荷）（kg） 16000方向盤外直徑（mm） 480 方向盤使用圈數(shù) 6.14內(nèi)輪最大轉(zhuǎn)角（deg） 38外輪最大轉(zhuǎn)角（deg） 27.3主銷偏置距C（mm） 57四輪定位參數(shù) 主銷內(nèi)傾角（） 5主銷后傾角（） 37車輪外傾角（） 1 前輪前束（mm） 1.51 .5前輪胎采用14.00-25，輪輞偏置距207.5mm，負(fù)荷下靜半徑為640mm，滿載下前胎充氣壓力850kpa 二、最小轉(zhuǎn)彎半徑： 對(duì)于只用前橋轉(zhuǎn)向的三軸汽車，由于中輪和后輪的軸線總是平行的，故不存在理想的轉(zhuǎn)向中心。計(jì)算轉(zhuǎn)彎

3、半徑時(shí)，可以用一根與中、后輪軸線等距離的平行線作為似想的與原三軸汽車相當(dāng)?shù)碾p軸汽車的后輪軸線。圖一 轉(zhuǎn)彎半計(jì)算圖最小轉(zhuǎn)彎半徑R=9975+（2471-2100）/2=10160.5mm二、 理論轉(zhuǎn)角和實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系圖2 內(nèi)外輪實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)系圖圖3 內(nèi)外輪理論轉(zhuǎn)角關(guān)系圖根據(jù)圖2和圖3得出表二數(shù)據(jù)表二外輪轉(zhuǎn)角() 0 5 10 15 20 25 27.3阿克曼理論內(nèi)輪轉(zhuǎn)角() 0 5.110.6 16.422.830.734.1實(shí)際內(nèi)輪轉(zhuǎn)角（） 0 4.9 10.91723.629.833.4 誤差（） 0 0.2 0.3 0.60.8 0.90.7 由上圖可見在外輪轉(zhuǎn)角在027.3范圍內(nèi)，實(shí)際轉(zhuǎn)角關(guān)

4、系與阿克曼轉(zhuǎn)角關(guān)系較接近，與阿克曼理論值差值在2以內(nèi)，轉(zhuǎn)向橋梯形臂符合設(shè)計(jì)要求。四、轉(zhuǎn)向力計(jì)算1.轉(zhuǎn)向阻力矩計(jì)算 轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用到轉(zhuǎn)向盤上的手力與轉(zhuǎn)向輪在地面上回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向阻力矩有關(guān)。影響轉(zhuǎn)向阻力矩的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷、輪胎與地面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)和輪胎氣壓。計(jì)算公式如下： Mr=f(G13/P)1/2/3其中： Mr在瀝青或混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩，N.m； f輪胎與地面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.7； G1轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷，N； P輪胎氣壓，Mpa； 因此： Mr=0.7(160009.8)3 /0.851/2 /3=15714N.m2.作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力用下式計(jì)算： Fh= Mrk

5、/（R） 其中： Fh作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力，N； R轉(zhuǎn)向盤半徑，mm； R=480/2=240mm； 轉(zhuǎn)向系正效率，轉(zhuǎn)向系的正效率一般在0.670.85,此處取=0.8； k轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)角增量；（見圖一） 對(duì)應(yīng)k 的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量； 圖4、轉(zhuǎn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向搖臂的轉(zhuǎn)角關(guān)系因此，在沒有助力轉(zhuǎn)向的情況下，原地轉(zhuǎn)向所需的方向盤手力： Fh= Mr k/ （ R ） =15714 103 (27.3+33.4)/(38.3+37.7) 23.27 2400.8 =2809（N） 2809已超出人體承受極限，需要加設(shè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置。 3.轉(zhuǎn)向系總傳動(dòng)比計(jì)算： 在轉(zhuǎn)向盤全行程中，轉(zhuǎn)向器傳動(dòng)比為23.27（見表3），則

6、轉(zhuǎn)向系總傳動(dòng)比為： i=(38.3+37.7) 23.27 /(27.3+33.4)=29.14五、轉(zhuǎn)向器的計(jì)算 所選轉(zhuǎn)向機(jī)需滿足前橋最大負(fù)荷要求。表三 轉(zhuǎn)向器參數(shù)角傳動(dòng)比 23.27最高使用壓力 17MPa 方向盤總?cè)?shù) 6.14輸出軸轉(zhuǎn)角 47.5 活塞行程 40mm 活塞線傳動(dòng)比 50mm/rad 轉(zhuǎn)向機(jī)正效率 90% 轉(zhuǎn)向機(jī)缸徑 120mm 適用最大前橋負(fù)荷9950kg最大輸出扭矩（效率90）8743N.m匹配流量18-25L/min使用溫度-40C130C自重55kg按照下式計(jì)算轉(zhuǎn)向系理論輸出力矩： 在原地助力轉(zhuǎn)向的情況下，原地阻力矩主要靠液壓油壓力提供，同時(shí)方向盤輸入力矩也起部分作

7、用，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)動(dòng)力泵的輸出壓力，按動(dòng)力轉(zhuǎn)向器的最大壓力計(jì)算，即： M=M1+M maxM轉(zhuǎn)向系輸出力矩N.mM1= FR wwF 靜態(tài)轉(zhuǎn)向方向盤手力（N）; Fw50 N ，取Fw=50N；M1=50240=12.4N.mMmax=M2L2/L1M2最大輸出扭矩（效率90）=8743N.mL1轉(zhuǎn)向搖臂長度=235（見圖2）L2轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度=280轉(zhuǎn)向系輸出效率，此處取=90%Mmax=874328090%/235 =9375.4（N.m）M=9375+12.4=9387.8Mr =15714轉(zhuǎn)向系輸出力矩不能滿足汽車原地轉(zhuǎn)向要求，需要增加動(dòng)力缸。六、動(dòng)力缸計(jì)算：表四 動(dòng)力缸參數(shù)特性參數(shù)工

8、作行程270mm缸徑70mm活塞桿32mm液壓18MPa匹配流量18-25L/min使用溫度-40C130C最大行程長度856.5mm最小行程長度586.5mm行程中位總長721.5最小輸出力矩：M3=PSLP液壓壓強(qiáng)=17MPaS活塞最小面積S=（70/2）2-（32/2）2=3042.66mm2L左轉(zhuǎn)向節(jié)臂長度，L=220動(dòng)力缸輸出效率，=90M=171063042.660.90.2210-6=10241 N.m設(shè)整車總的轉(zhuǎn)向輸出力矩為M4則：M4=M+M3可見M4 Mr=9387+10241=1962815714,可滿足輸出力矩要求七、轉(zhuǎn)向油泵選擇計(jì)算 1. 轉(zhuǎn)向機(jī)理論流量計(jì)算： 對(duì)于汽

9、車轉(zhuǎn)向盤的最大轉(zhuǎn)速n，此處取n=1rev/s 計(jì)算，計(jì)算公式如下： Q0=60 n I S h其中： S h油缸實(shí)際工作面積，mm2； 活塞缸徑=120mm對(duì)所選轉(zhuǎn)向機(jī)，S h =3600=11304mm2轉(zhuǎn)向機(jī)線傳動(dòng)比：i=40*2/6.14=13mm/rev； 取轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)速n=1rev/s 所以，理論流量Q0=60 ni S=601131.010410-6=7.8L/min 2.動(dòng)力缸理論流量計(jì)算對(duì)所選動(dòng)力缸，S=352=3 847；活塞缸徑=70mm動(dòng)力缸線傳動(dòng)比：i=240/5.25=45.7mm/rev；（當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)5.25圈時(shí)，動(dòng)力缸行程為240 mm）Q1=601384710

10、-645.7=10.5 L/min油泵工作流量的選取是根據(jù)轉(zhuǎn)向盤最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算的，先計(jì)算出滿足轉(zhuǎn)向盤最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)速所需要的理論流量Q2，然后再計(jì)算出實(shí)際需要的流量Q4。 前面算出理論流量Q2=Q0+Q1=7.8+10.5=18.3L/ min Q4 =(Q0+ Q1) /v+ Q3其中： Q4實(shí)際需要的流量，L/min； v油泵的容積效率，計(jì)算時(shí)一般取v=0.850.95；取0.9Q3動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和油泵允許的內(nèi)泄漏量(此值由廠家確定) L/min,此處取2L/min 計(jì)算。 實(shí)際需要的流量Q4=18.4/0.8+2 =22.3(L/min) 3.油泵排量計(jì)算 在怠速原地轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向油泵需滿足方向

11、盤在一定轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)向機(jī)和動(dòng)力缸能正常工作，不出現(xiàn)方向變重現(xiàn)象。其油泵排量計(jì)算公式如下： q= Qi/( nii0) 式中: q油泵排量，ml/rev； ni發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速；ni=600rev/min； i轉(zhuǎn)向泵與發(fā)動(dòng)機(jī)速比；i=1.47；故： q22.3103/(6001.47)=25.3ml/rev 4.油泵的選擇根據(jù)以上計(jì)算選擇轉(zhuǎn)向泵參數(shù)如下：表五 油泵參數(shù)油泵特性數(shù)值控制流量 25L/min 排量 21ml/rev 最高使用壓力 18.3MPa 工作轉(zhuǎn)速 5004000r/min 使用溫度-40C130C圖5 油泵流量圖在所選轉(zhuǎn)向泵條件下，方向盤的轉(zhuǎn)速： （1）.怠速條件下 Qi=Q1+

12、Q0Qi=nqi0=6002110-31.47=18.5L/min Q0=60 ni I S h/=60 ni 131.010410-6/0.9Q1=60 n I S h/=60ni384710-645.7/0.9所以：ni=18.5/20.3=0.9rev/s （怠速時(shí)方向盤最大轉(zhuǎn)速）ni1rev/s，排量21ml/rev不合理。 (2).正常行駛條件下 正常行駛時(shí)Q取控制流量Q=25L/min ni=25/20.3=1.2rev/s（正常行駛時(shí)方向盤最大轉(zhuǎn)速） ni 1rev/s, 排量21L/min合理。 在怠速情況下，油泵排量偏小，但從綜合情況考慮：排量加大，油溫升高，影響液壓介質(zhì)的使

13、用性能及其它零部件的使用壽命。如果在滿載情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下發(fā)生轉(zhuǎn)向沉重，可適當(dāng)加油提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般轉(zhuǎn)向油泵的流量隨油泵的工作轉(zhuǎn)速升高而增加，要求在油泵的限制轉(zhuǎn)速9001000r/min 以下線性增加，在限制轉(zhuǎn)速以上流量不明顯增加。這是因?yàn)橛袆?dòng)力轉(zhuǎn)向器的汽車，希望在正常車速行駛時(shí)，系統(tǒng)的工作流量穩(wěn)定，不隨發(fā)動(dòng)機(jī)的變化而變化。不希望出現(xiàn)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高而出現(xiàn)油泵流量線性增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過于靈敏，以致轉(zhuǎn)向盤發(fā)飄的現(xiàn)象。礦用自卸車選用的轉(zhuǎn)向油泵特性曲線如上圖，可以看出來其滿足實(shí)際流量要求外，在達(dá)到控制流量時(shí)，增長趨于平緩。滿足轉(zhuǎn)向機(jī)流量特性要求。油泵的最大壓力18.3MPa，而轉(zhuǎn)向機(jī)克服最大轉(zhuǎn)

14、向阻力矩的壓力需要17MPa，綜合考慮轉(zhuǎn)向機(jī)、轉(zhuǎn)向泵的最大工作壓力，將整個(gè)系統(tǒng)壓力暫定為17MPa。以上所訴：轉(zhuǎn)向泵滿足要求。八、轉(zhuǎn)向升縮軸的計(jì)算：圖6 駕駛室翻轉(zhuǎn)軸升縮量計(jì)算圖方向基輸入點(diǎn)位置相對(duì)于駕駛室A點(diǎn)坐標(biāo)(208,-930,-124) 駕駛室最大翻轉(zhuǎn)角度=53升縮軸安裝長度BC=593mm當(dāng)駕駛室翻轉(zhuǎn)到極限時(shí)，C點(diǎn)繞著A點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到C點(diǎn)汽車在行駛時(shí)，駕駛室上下跳動(dòng)，此處取駕駛室向上和向下的跳動(dòng)量分別為30mm取方向盤的上下調(diào)節(jié)量為50 mmL=770-593+60+50=287 mm即：伸縮軸的伸縮量須大于287 mm 注：此礦用自卸車的升縮軸和轉(zhuǎn)向管柱的設(shè)計(jì)和安裝由駕駛室廠家確定。我們

15、只提供方向基輸入軸的安裝點(diǎn)坐標(biāo)。九、動(dòng)力缸行程計(jì)算1. 動(dòng)力缸在空載情況下行程計(jì)算圖7 動(dòng)力缸在空載情況下行程計(jì)算圖AB為車輪直線行駛動(dòng)力缸安裝距=731mmAB為車輪右轉(zhuǎn)動(dòng)力缸最短距離=597mmAB為車輪左轉(zhuǎn)動(dòng)力缸最長距離=833mmS1=L1-L2S2=L3-L4S1為車輪左轉(zhuǎn)極限位置時(shí)動(dòng)力缸的行程余量S2為車輪右轉(zhuǎn)極限位置時(shí)動(dòng)力缸的行程余量L1動(dòng)力缸最大行程長度（見表四）L2動(dòng)力缸在空載情況下實(shí)際最大行程長度= AB=833 mmL3動(dòng)力缸在空載情況下實(shí)際最小行程長度= AB=597mmL4動(dòng)力缸壓縮到最短長度（見表四）S1=856.5-833=23.5 mmS2=597-586.5=

16、11.5 mm2.動(dòng)力缸在滿載情況下行程計(jì)算圖8 動(dòng)力缸在滿載情況下行程計(jì)算圖AB為車輪直線行駛動(dòng)力缸安裝距=731mmAB為車輪右轉(zhuǎn)動(dòng)力缸最短距離=596mmAB為車輪左轉(zhuǎn)動(dòng)力缸最長距離=831mmS3=L1-L2S4=L3-L4此處：L1動(dòng)力缸最大行程長度（見表四）L2動(dòng)力缸在滿載情況下實(shí)際最大行程長度= AB=831 mmL3動(dòng)力缸在滿載情況下實(shí)際最小行程長度= AB=596mmL4動(dòng)力缸壓縮到最短長度（見表四）S3=856.5-831=24.5 mmS4=596-586.5=9.5 mmS3為車輪左轉(zhuǎn)極限位置時(shí)動(dòng)力缸的行程余量S4為車輪右轉(zhuǎn)極限位置時(shí)動(dòng)力缸的行程余量 結(jié)論：在滿載和空載情況下，動(dòng)力缸行程均有余量，滿足設(shè)計(jì)要求。十、轉(zhuǎn)向裝置與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)校核表六 懸架參數(shù)板簧空載懸架高(mm)363板簧滿載懸架高(mm)330