关于25t汽车起重机转向系统的选型设计

墨圜TECHNICFORUM关于25T汽车起重机转向系统的选型设计SELECTIONDESIGNOFSTEERINGSYSTEMOFA25TCRANETRUCK张玉杰孔靓靓ZHANGYUJIEETAL1安徽柳工起重机底盘研究所安徽蚌埠2330102汉阳专用汽车研究所湖北武汉430056摘要介绍了起重机转向系统的选型设计，利用MSCADAMS软件对转向梯形机构进行了运动仿真对其转向性能进行了优化，该起重机的道路试验结果表明所设计的转向机构性能符合设计要求。关键词起重机转向梯形机构ABSTRACTTHESELECTIONDESIGNOFSTEERINGSYSTEMOF25TCRANETRUCKISINTRODUCEDINTHISPAPERTHEMSCADAMSSOFTWAREISUSEDTODOTHEKINEMATICSIMULATIONFORSTEERINGTRAPEZIUMTHESTEERINGCHARACTERISTICSAREOPTIMIZEDTHERESULTOFROADTESTABOUTTRUCKCRANESHOWSTHATTHENEWDESIGNOFCHARACTERISTICSOFSTEERINGMECHANISMSATISFIESTHEDESIGNREQUIREMENTSKEYWORDSCRANETRUCK；STEERINGTRAPEZIUM；MECHANISM中图分类号U46964；U463402文献标识码A文章编号10040226201O1L0066031前言汽车起重机是国民经济各生产部门提高劳动生产率、生产过程机械化不可缺少的大型机械设备，广泛应用于各种物料的起重、运输、装卸和安装作业中。随着近年来政府对基础建设的大力投入，起重机市场迅猛增长，在各行业的作用越来越大，其中25T汽车起重机占据着市场的主要地位。本文以某起重机为例介绍了其转向系统的选型设计，并应用ADAMS软件建立模型对转向系统进行了仿真优化，以保证整车在转向过程中各转向轮尽量处于纯滚动状态，满足阿克曼理论转向特性，减少轮胎磨损。2设计转向系统目的合理设计转向系统，其目的在于A保证有较高的机动性，在有限的场地面积内，具有迅速和最小转弯能力；B转弯行驶时，全部车轮应绕一个瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑C传给转向盘上的反；中力应越小越好；D操纵轻便C转向后，转向盘应自动回正，并应使66薰孽201011汽车保持在稳定的直线行驶状态。3系统组成某25T起重机转向系统由方向盘、转向管柱、角转向器、套管轴、转向机、垂臂、直拉杆、油泵、油罐等部件组成，如图1所示。其中转向泵由发动机自带，方向盘和转向管柱由驾驶室自带，转向管柱上轴与下轴之间用十字万向节连接，利用两者轴向伸缩的特点来弥补制造和安装误差，以适应因车身变形而导致的转向轴与角转向器之间距离的变化。采用双万向节，并适当布置转向下轴上主、从动万向节叉所在平面的夹角，可将万向节的不等速传动的波动范围减至最小。转向机采用整体式动力转向器。蠢蕾轴角转向嚣囊警轴图1转向系统的组成泊罐油泵转向桃垂臂直拉杆第一作者张玉杰，男，】985年生，助理工程师，从事起重机底盘开发工作。4匹配计算41最小转弯半径的计算25T起重机向左转向时内外车轮转角关系如图2所示。为简化分析，现假设转向时车速较低，匀速行驶，侧向惯性力很小；刚性车轮，即忽略车轮弹性侧偏对转向运动的影响；瞬时转向中心位于中后桥中心线上。图2转向系统的内外偏转角转向行驶时，为了避免车轮相对地面滑动而产生附加阻力，减轻轮胎磨损，要求转向系统能保证所有车轮均作纯滚动，即所有车轮轴线的延长线都要相交于一点，满足阿克曼理论转向特性关系式C。“。躐一疆一OTCO式中，A、分别为内外侧转向轮的偏转角，42。，为两侧主销轴线与地面相交点之间的距离，BI866MML为汽车轴距，L5150MM。计算得GA342。所选前桥的内外偏转角度分别为35。和42。O最小转弯半径，计算得RS1NP7700RNM。转弯时，由于轮胎侧偏角的存在。故实际转弯半径会有所增大，但从计算的结果表明，基本满足了整车的要求，但实际的最小转弯半径要通过试验来验证。42转向梯形机构的仿真优化分析为使内外偏转角满足阿克曼理论转向特性关系式，需要设计合理的转向梯形机构来实现，利用ADAMS运动仿真软件对初始的梯形机构优化，使其与理论值相符，优化步骤如下A参数化建模，输入各点初始化坐标值，并建立运动副；B在转向节臂建立驱动，函数为35DSTEPTIME，0，1，05，042DSTEPTIME，05，0，1，1E建立两个MARKER点作为角度测量点，分别写入内偏转角度和外偏转角度的测量函数VARIABLE_I和VARIABLE_2；D根据阿克曼理论转向特性关系式，建立嵌套目标函数，OPTIVARVALMODEL一1VARIABLE_1一ATANTANPI2一VARVALMODEL一1VARIABLE2036；E打开TABLEEDITOR表格，建立变量参数并设置变量波动幅度；F仿真优化，打开曲线图和目标函数图，优化目标函数OPTI的平均值。优化结果分别如图36所示。图3ADAMS建立转向机构模型45O3O015OO越壤15O一3OO一450转角外僖转角OO51O152O时闻S图4内外偏转角优化后曲线图圈5优化后的转向梯形机构圈6优化后的各点坐标值每隔5。取一组值，将优化前后的数值进行对比，如表1和图7所示。表1优化前后数据比较内偏转角。黎藉婪缥蓄差值。51O152O2530354248494L13721782217425512917341650110O11393180121982558299634520170602L019024007079036际位鼍雌U一TRR一R一510152025303542内傅转角，图7内外偏转角优化前后对比曲线图由表L和图7可见，优化结果与理论值相差很小，转向机构理想，优化后的垂臂左右摆动角度均小于转向机的左右摆动极限角度45。，符合设计要求。43静态原地转向阻力矩静态原地转向阻力矩是起重机最大极限转向所需力矩，比行驶中转向所需的力矩大2N3倍。目前采用经验公式计算M一3、PTECHNICFORUM曩囤圜式中，M为在沥青或混凝土路面上的原地转向阻力矩，NMM；，为轮胎与地面间的滑动摩擦系数，一般取07；G。为转向轴负荷，G71100N；P为轮胎气压，P091MPA。计算得463724979NRLLRN。44转向系的角传动比由于转向机构的垂臂长度与转向节臂长度比值近似为1，选用传动比为1的角转向器，所以转向系的角传动比近似为转向机的角传动比为2327。45转向机和转向泵的选型451转向机动力缸直径的校核圈8转向器动力缸转向机动力缸如图8N示。在确定动力缸的尺寸时，首先对转向螺母进行受力分析，其受到的作用力主要有4个，其关系如下。FNFFF一F0其中，为由转向车轮的转向阻力矩所确定的作用于齿扇上的圆周力；为活塞与缸筒间的摩擦力；为由转向盘切向力所引起的作用在活塞上的轴向力；F为高压油液对活塞的推力。LFFOJTANAFDTANA。FED2DP式中，为转向车轮的转向阻力矩，463724979NMM；R为齿扇的啮合半径，R50RNRN；F为第一桥对应的转向机构的力传动比，取1；为转向传动机构的效率，O75_厂力活塞与缸筒间的摩擦系数，户01；N为齿扇的啮合角，A22。309为转向盘上的切向力，450N；为转向盘的半径，225INTN；为转向螺杆直径，D275MNL下转第69页柏，一0辛卓摹末可靠性试验结果调整和优化设计方案，随着设计方案的调整和优化，产品质量得以不断提升，这就是质量改进的过程。以某专业生产汽车减振器的企业为例。该企业长期给大众、通用、福特、奔驰和一些日韩系车辆配套，其产品的设计流程按照产品的生产流程逐步进行。减振器的常规生产流程如图1所示。生产某款减振器时，由于该款减振器的油漆防腐蚀要求很高，漆膜试验的项目繁多，该公司对漆膜试验人员专门培训，要求严格按照试验规程执行，并将相关的试验设备提前检定，以排除一切可疑因素。该款新产品的第一批样品进入可靠性试验阶段，除了试验时间为42天的六循环可靠性试验结果没有出来外，其余的漆膜试验项目结果均满足设计要求。但是，六循环可靠性试验的结果并不乐观，焊缝出现锈斑，焊接热影响区起泡，这两项缺陷均己接近超差I临界值。减振器的外筒是由多个零件焊接而成的，焊接飞溅一般由焊接操作人员予以清除，仅凭肉眼目测，有些小飞溅很容易漏除。若先对外简表面进行处理再油漆，油漆质量较好。但由于装配到位的减振器连杆裸露在外，且其粗糙度要求较高，若对外筒进行处理，必然会影响连杆的表面质量。经讨论决定改变减振器的生产流程，新流程如如图2所示。图2减震器新生产流程考虑到六循环试验的时间比较长，按照新流程，先对外筒进行处理，故采用对焊接区域进行手工抛光和对整只外筒进行喷砂处理两种方案对比试验，比较其靠性试验结果。可靠性试验结果证明，抛光处理及喷砂处理两种方案的试验结果都可满足设计要求，可见这两个方案均可行。但是，抛光处理是全手工操作，时间相对较长，适用于批量不大的产品；喷砂处理是TECHNICFORUM蠡圜机器自动操作，适用于批量大的产品。对于在装配和模块两个环节保护好油漆表面的方案为增加防护夹具，确保漆膜不受损伤。此时，该产品的所有质量特性都已验证满足用户要求和设计要求。这款新产品的研发过程充分体现了设计决定产品的固有质量特性，并通过一系列的可靠性试验来验证产品的质量特性是否满足用户要求和设计要求。产品质量总是在边试验边改进的过程中得以提高，直到样品可靠性试验达到预期要求为止。这款减振器的设计研发为该公司的可靠性工程增添了宝贵的经验，现在该公司大多数高档减振器的生产流程都采用了新流程见图2。不但质量稳定可靠，而且设计研发周期大幅度缩短。5结语由此可见，合理进行可靠性试验可以保证产品质量稳定可靠，缩短设计研发周期，节省研发费用，更利于抢占市场。收稿日期20100713接第67页。为转向螺杆螺旋的导程角，R。826。；为换算摩擦角，15。D为动力缸直径P为动力缸内的油液压力，与助力缸相同，P13MPA。将各式整理，推导出动力缸直径的表达式D41_ITAM一J9574MM根据以上计算结果，为提高可靠性，应选择动力缸直径稍大的转向机，最后在厂家的定型产品中选择动力缸直径为110MM的转向机。452转向机动力缸的活塞行程的计算对于整体式动力转向器，活塞最大位移量S可由转向盘总圈数乘以螺杆与螺母滚道的螺距未求得，即SLMR式中，M为转向盘总圈数，M452F为螺距，户135MM。代人数值得S。6102MM。根据以上计算，最终选用某型号转向机，参数如表2所示。表2选定的转向机参数表技术参数数值齿扇的啮合半径，FILM活塞与缸筒间的摩擦系数齿扇的啮合角，。转向器螺杆直径，MM转向螺杆螺旋的导程角，。动力缸直径，MM螺母滚道的螺距，MM活塞行程，MM角传动比臂轴摆角转向器圈数最高油压，MPA匹配油泵流量，LMIN453转向泵的选用根据转向机允许的油压和油泵流量，选用某型号叶片式转向泵，参数如表3所示。5结语在定远试验场对某起重机底盘的3万表3叶片式转向泵参数表技术参数数值KM道路试验，结果证明，转