多轴低速车辆液压转向系统设计方案

1、 SHANDONGJNIVERSO宦7TECHNOLOGY 毕业论文 多轴低速车辆液压转向系统设计 学院：交通与车辆工程学院 专 业：交通运输 学生姓名：王洪康 学号： 0712101471 指导教师：秦华 2018年6月 摘要 汽车转向系统是控制其行驶路线和方向的主要装置，其性能好坏直接影响 汽车的操纵性和稳定性。自行式平板运输车的转向系统是集机械、电子、液压 为一体的协同工作的控制系统，其转向机构的设计好坏直接影响转向控制系统 的实现及转向性能的优劣。 本文根据车架结构特点及转向要求设计了液压马达驱动齿轮转向机构的转 向方案，要求采用原来的悬架结构且保持低平板的优势将原来的从动式拉杆转 向

2、改成独立转向机构，工作时要求平板车的每个轮组独立转向，转向角度可达 到180 ，即可以正负转向 90 ，实现横向行驶。它的转向行驶模式有：直 行、斜行、横行，原地转向及行车转向等。由于车轮转向速度较慢，液压马达 应选用低速大扭矩变量马达，并要满足方案中所需扭矩条件。 液压马达驱动齿轮转向机构采用的是行星外啮合齿轮传动。首先根据转向 要求初步确定齿轮传动的主要参数，然后进行强度校核计算，最后确定了齿轮 的所有参数，并选取了合适的润滑方式。 该齿轮转向机构优缺点：转向平稳、速度均匀一致易控制，不仅具有反应 速度快、随动性好和转向角度大等特点，而且可实现轮胎的纯滚动，减小轮胎磨 损和完成不同模式的转

3、向，使平板车具有较强的灵活性。但成本高、不宜锁定。 关键词：平板车，转向机构，行星齿轮，优化设计，变量 Abstract The automobiles steering system is the main device that controls its drive routes and direct ions, whose performa nee will in flue nee the yarage and stability of automobile directly. The steeri ng system of self-propelled flat tran sporte

4、r is a con trol system which in tegrates mecha ni cs, electr onics and hydraulic pressure into a whole. How to desig n its steeri ng mecha nism will directly in flue nce the realizati on and the quality of steeri ng con trol system. Accord ing to the structure characteristics and the steeri ng reque

5、sts of automobile, A steeri ng projects that a gear steeri ng mecha nism which is drive n by hydraulic motor is designed. Required by using the original suspension structure and keeping low flat advantages of original ,we will turn follower type rod into independent steering mecha ni sm, the work re

6、quireme nt each wheel of flat tran sporter steer in depe nden tly, and steeri ng an gle can be reached 180 , that is, plus or minus steeri ng an gle can be reached 90 ,ad realize straight moving. Its driving mode include straight moving, oblique, spin and driving steering, etc. Due to the wheel stee

7、ring slower, variable hydraulic motor with big torque and low speed should be chosen, and it will meet the torque requireme nt in this work. The steeri ng mecha nism of Motor drive n gear uses the pla netary exter nal geari ng to drive. First, the main parameters of the gear drive are chosen .Then t

8、he strength is checked and the con crete gear structure is desig ned. The project has its adva ntages.The gear steeri ng mecha nism enjoys steady in steeri ng, easy to con trol in speed ,not only has the quick resp on sespeed, good with large An gle and steeri ng,but also can realize the pure rolli

9、ng tires, reduce tire wear and complete differe nt patter ns of steeri ng, which make the flat tran sporter has strong flexibility.Butthe cost is high, un suitable to lock. Key words:Flat tran sporter,Steeri ngmecha ni sm,Pla netarygear, Variable motor 摘要I ABSTRACT 目录III 第一章引言1 1.1课题提出的的背景、目的和意义1 1.

10、2专用车概述2 1.2.1 专用汽车的概念2 1.2.2 专用汽车国内外发展简况3 1.3自行式平板运输车简介4 1.3.1自行式平板车国内外发展简况4 1.3.2自行式平板车的特点6 1.3.3自行式平板运输车的主要参数10 第二章齿轮机构设计12 12 2.1液压马达驱动行星外啮合齿轮转向机构 2.1.1 行星齿轮传动比的推导计算12 2.1.2 齿轮基本参数的确定14 2.2强度校核16 2.3大小齿轮最终参数的确定17 2.3.1大小齿轮相关参数17 2.3.2 马达行星齿轮的装配 19 2.3.3重合度的计算21 2.4齿轮转向机构的润滑21 2.4.1齿轮传动润滑的意义22 2.4

11、.2 齿轮的润滑方式22 2.4.3齿轮转向机构润滑方式的选择 24 2.5本章小结24 第三章液压转向系统26 3.1变量泵与变量马达的选取26 3.2液压转向系统设计原理27 3.3自行式重型平板车多转向工作模式29 3.4多转向模式的控制实现30 结论32 参考文献33 致谢35 第一章引言 1.1课题提出的的背景、目的和意义 随着世界各国国民经济的增长，公路交通状况不断改善，对汽车的专业 化、高速化、重型化的要求越开越明显，世界各国对专用汽车的需求逐年增 加，近年来，专用汽车增长率均大于载货车增长率，各国专用车的产量占载货 车市场的半壁江山。从世界各国专用汽车的技术含量看，专用汽车技术

12、含量比 普通载货汽车高，而重型专用汽车属于高技术、高附加值产品，其附加值达 40鸠上。 近年来我国专用车辆伴随着汽车工业的进步得到迅速发展。国民经济的发 展对专用车辆的专用工作装置的要求越来越高，专用工作装置呈现功能多样 化、控制自动化、产品系列化等技术发展趋势。另一方面随着社会的进步和经 济的发展，建设性行业及运输业也随之发展，人们对车辆的使用性能要求越来 越高，尤其对专用汽车提出了越来越高的要求。普通的运输车已不能满足社会 的需求，因此专用车厂家迅速发展起来，世界上大多数商用车辆为专用汽车， 因为专用汽车生产量较大。而基型载货车产量所占比重较小。在一些发达国 家，由于高速公路非常发达，铁路

13、运输逐渐萎缩，专用汽车成了商用运输及各 种特殊用途运输的主力，并正在朝着大型化方向发展，特别是专用半挂、专用 运输车，其发动机功率越来越大，车速越来越高，性能也越来越完善1-2 0 伴随经济的增长和工程技术的发展，专用汽车市场已经进入了快速成长时 期，城市化进程不仅会拉动经济发展，也会拉动专用车行业的发展，企业开始 重视产品质量的提高、性能的完善、技术的不断进步。人们关注车辆实用性的 同时，更加关注其安全可靠性和操作舒适性等特性。汽车转向系统是控制其行 驶路线和方向的主要装置，它直接影响汽车的操作性和稳定性。采用液压动力 转向取代传统的液压助力转向或机械转向代表了当今工程专用汽车和其他重型 车

14、辆转向机构或系统的发展方向。正确合理地设计和使用液压转向系统，对于 提高各类液压机械设备及装备的工作品质和技术经济性能都具有重要的意义 3 0 自行式重型平板运输车采用可拼接、模块化组合方式，可以根据所运设备 和路面条件进行不同形式的的组合以适应运输要求，被广泛应用于建筑、矿业 生产、钢铁冶炼、船舶制造、石油化工等行业，国际上大型的液压平板车的品 牌主要有 德国索埃勒、法国尼古拉斯、国内有上海环保设备总厂有限公司、郑州大 方桥梁机械有限公司等。 本文设计的自行式平板运输车载重200吨，自身重量为 45吨，轴距 1500mm,轮距1780mm,共6轴线。其转向系统是集机械、电子、液压为一体 的协

15、同工作控制系统。工作时要求平板车每个轮组独立转向，转向角度达到 180 ，即可以正负转向 90，实现横向行驶。它的转向行驶模式有：直行、 斜行、横行、正常转向行驶。整车采用液压驱动、液压制动、液压升降平台高 度，所以转向机构可以采用液压缸或液压马达驱动。本文对液压转向机构进行 了设计研究，并根据车架结构设计出了满足转向要求的液压马达行星齿轮转向 机构，并对设计出的机构进行运动仿真和强度分析验证，从而为自行式平板车 独立转向机构的设计制造做出了可靠的分析依据和实验结果。 1.2专用车概述 1.2.1专用汽车的概念 目前，关于“专用汽车”术语世界各国尚无统一的标准，各国对“专用汽 车”这一术语的理

16、解也不尽相同。 在美国和英国的汽车资料中称为“特种汽车”vSpecial Type of Vehicle）， 它包括客车、平头货车、柴油货车、市政送货车、三轮、大型货车、救护车和 殡仪车等。也有称为“专用汽车” vSpecial Purpose of Vehicle），主要指消防 车、救护车、机场用车和银行用车等。 日本在JIS日本工业标准）的 批准）汽车术语中把汽 车上装有专用设备，由汽车本身动力或专用发动机驱动的汽车称为特殊装备车 特装车），它包括自卸车、液罐车、消防车、混凝土搅拌车和垃圾车等；把普 通汽车底盘上安装特种车身的汽车称为特种用途汽车特用车），它包

17、括救护 车、宣传车和邮政车等；把专门为特殊作业使用而制造的具有特殊结构的汽车 称为特种汽车 特殊车），如履带车、农耕作业车和超重车等。日本运输性的公 路车辆运输法中将汽车分为三类：货车运输车，包括长头货车、平头货车、自 卸车、厢式货车、三轮货车、全挂车、半挂车等；特殊用途车，包括消防车、 警车、救护 车、医疗防疫车、冷冻车、冷藏车、宣传车、液罐车、洒水车、工程车、 叉车、沥青车、长途运输车、农用拖拉机等。 综上所述，国外所谓的专用汽车或专用车辆是一种在许多特征上不同于基 本型汽车或经过特殊改装之后才能用于运输货物或人员的车辆，以及只用于完 成特定任务的车辆。 在我国，专用汽车一般是指装有专用设

18、备，具有专用功能，用于承担专门 任务或专项作业以及其他专项用途的汽车或汽车列车。GB-9417-88标准还将国 产汽车划分为厢式汽车、罐式汽车、专用自卸汽车、超重举升汽车、仓栅汽 车、特种结构汽车和汽车列车等。 1.2.2专用汽车国内外发展简况 世界工业发达国家生产专用汽车的共同特点是：在系列化得基础上按用户 订单进行设计和生产，具有极强的市场应变能力。因此，工业发达国家的专用 汽车具有多品质、小批量、更新快的特点。 随着工业化进程的推进，经济的增长带动了交通事业的快速发展，货运运 输量增加，极大的刺激了厢式专用汽车的发展，特别是重型专用汽车的需求量 急剧增长。目前，欧洲二轴式和三轴式鞍式牵引

19、车成为主力军。 在发达国家，专用汽车公司为提高专用汽车的性能与质量，在专业汽车产 品上应用现代化微机、电子、自动化技术越来越广泛。特别是目前对环境污染 治理的要求不断提高，发动机的排放法规要求越来越严格，许多发达国家采用 了电控燃油技术和电控排放微处理技术来满足法规要求。 近年来我国专用在新产品开发方面较过去有了较大进步，但是由于我国正 处于发展中国家向发达国家转变的进程中，基础设施建设还处于高峰期，所以 我国对专用汽车市场的需求还是以运输物资、满足基础设施建设为主的车型， 加上我国劳动力资源比较丰富，该市场形态决定了我国专用汽车现阶段呈现结 构形式单一、功能单一、低附加值产品过多的状况。从总

20、体上讲我国专用汽车 大部分处于较低水平，并且技术雷同现象也比较突出。与国外产品相比，差距 主要体现在电子技术、机电气液一体化技术、自动化及智能化技术的应用等方 面。同时在加工工艺、材料性能等方面也存在一定的差距。 1.3自行式平板运输车简介 1.3.1自行式平板车国内外发展简况 自行式平板运输车属于专用汽车的一种，其采用可拼接、模块化组合方 式，可以根据所运设备和路面条件进行不同形式的组合以适应运输条件。这种 自行式模块化平板车辆可以运输任意形状和尺寸的设备，所运设备的重量可达 15000吨，载重与自重比可达到9:1；空载时最大速度可达12km/h。国际上大型 的液压平板车的品牌主要有德国的索

21、埃勒、歌德浩夫，法国的尼古拉斯，意大 利科M托挂车公司；国内有上海电力环保设备厂有限公司、郑州大方桥梁机械 有限公司、秦皇岛通联特种车辆有限公司等。 德国索埃勒制造的运输车辆运输量达到15000吨。索埃勒自行式液压运输 车辆主要有两种模块，4轴线和6轴线。单个模块的车宽为2430mm,高为 1500 350mm，轴距为1400mm，6轴线模块的总体长度为 8400mm,两模块横 向拼接时，中间加一纵梁，总宽度为5330mm。4轴线和6轴线模块总重分别为 160吨和240吨。 歌德浩夫的重载模块车能够运输有效载荷的范围为70到10000吨。为运输 大型的重心高的货物，平台挂车可以在纵向和横向连接

22、起来。重载模块车架的 中间梁是箱型截面，储气缸和储油缸及转向系统在转向架中链接为一体以防止 破坏。带液压轴悬架的摆动车桥是与液压辅助回路3点或4点支撑）互联的， 在这些辅助回路中可得到相等的轴向载荷。重型模块使用2个循环回路的液压 全轮转向系统，按有立式止推轴承的模块转向角是60，按球轴承的转向角为 55 .电子同步转向可以不依赖模块的位置而实现中间转向点转向。为运输超重 型货物，歌德浩夫提供了静压力传动的自行走重型运输车。牵引力和运行速度 主要取决于驱动轴线的数目，也与电源组的输出有关。PST-E系列的自行走运 输机运用电子多向转向装置，转向角可达土110。此转向系统可用于单个模块 也可用于

23、纵向和横向的结合体上。转向模式有直行、横行、斜行和延长轴上一 点弧形旋转等，可通过遥控控制转向。每个轴都是传感器和液压缸控制的，因 此系杆不用重新排列。 法国尼古拉斯的带液压全轮转向的 SFD星矢，操纵性好，使用液压悬架， 动力鹅颈内安有自动转向单元，有多种形式的平台，如低平板，宽或窄的或者 是 可伸缩的平台。使用自动一机械转向，所有的转向轴安有可调节的圆锥滚 子轴承和S制动器，使用带有悬臂和液压缸的液压悬架，行程为土200mm。这 种车的最大有效载荷为69.5吨，最大轴载荷为13吨，低平板长度为6900mm, 总宽度为625 200mm。 尼古拉斯的模块挂车有效载荷为 40吨到1000吨，使

24、用带有液压悬架和摆 动桥的摆动支架，流体力学转向系统控制所有的轴。尼古拉斯模块系统的液压 悬架行程为650mm到720mm，转向角度为60，有2到9轴线的单一模块。 它的MDL型模块每轴线的轴承量达到了 19.5吨，最小高度为875mm,轴间距 为1560mm，转向角为55，MDEL型模块每轴线的承载量达到了 20吨，最小 高度875mm轴间距1400mm转向角60。MDE型模块每轴线的承载量达到了 34吨，最小高度750mm轴间距1500mm转向角55，MDEF型模块每轴线的 承载量达到了 24吨，最小高度750mm轴间距1500mm转向角60 .他们的平 台上有工作间的带升降机构的卡车，其

25、有效载荷为40吨到200吨，装载长度为 6000mm到12000mm装载宽度为2500mn到3200mm车轴承装载量为 27吨到38 吨，满载最大速度为25km/h，空载最大速度达到40km/h。 我国自行式动力平板车技术大多是引用国外技术，目前国内只有几个大型 的专用车厂家生产出自行式动力平板车产品。 上海电力环保设备总厂有限公司生产的自行式平板车采用液压悬挂、独立 控制转向。货台高度低，轮轴载荷均匀，车架高度可以调节，具有一定的自装 自卸能力。在上下坡道及斜坡上行驶时，可在一定范围内调整车身平面保持水 平位置等。 郑州大方桥梁机械有限公司是一家以研制特种工程机械及装备为主的专业 公司。其生

26、产的DCY系列运输车是根据国内高速铁路建设发展需求而研制开发 的自行式全液压重载车辆，除用于高速铁路箱梁运输外，还可以广泛用于造船 厂、钢厂及其他重型搬运场合，代替进口产品。DCY系列运输车采用变量泵-变 量马达闭式液压系统，PLC微电控制程序，成功解决了车辆行驶中的差速及差 力问题；独立悬挂与独立转向机构设计，满足车辆横行、斜行及原地转向要 求；主机采用德国道依茨风冷柴油机，运行安全可靠；车架结构采用三点支撑 技术，满足混凝土预制箱运输要求；按人机工程要求设计的双驾驶室，操作更 加舒适方便；采用标准车桥（驱动桥与从动桥 设计，满足不同承载能力承载能 力匹配要求，降低生产成本。 秦皇岛通联特种

27、车辆有限公司拥有TLC50Q 300、200、180、150、100、 60等型号动力运输车； 技术特点： 全液压驱动，各轮组独立回转； 液压悬挂，具有匀载、调平与整车升降功能； 工业级计算机控制系统实现整机的精确动作和实时监测检控； 单端或双端驾驶室可选； 直线驾驶、斜行与横行、原地旋转、头部摆动、调平与整车升降。 目前自行式动力平板车的技术已经普及，国内专用车厂家通过与国外合 作、自行研发等方式进行研究生产。本文所研究的平板车主要通过查阅国内外 自行式动力平板车的主要厂家，了解他们的技术发展现状及实现的功能特点， 并通过相关的文献资料掌握自行式平板车的设计方法。 1.3.2自行式平板车的特

28、点 本文研究的自行式平板车是在某挂车的基础上进行结构改进设计，使其具 有独立转向功能，可实现横向行使。整车采用液压驱动、液压制动、液压升降 平台高度，无驾驶室，整车的控制可通过动力模块来实现。操作人员可以在简 易的驾驶台上进行遥控操作，也可以跟随车辆步行操作。不管车辆组合有多少 轴线，只需一名操作人员通过遥控装置即可使车辆载着庞大的物体前进、倒车 并实现同步转向完成移位目的。 图1.1意大利科M托自行式动力平板车 自行式动力模块平板车的特点主要有以下几点： 1）独立控制转向系统 转向系统性能的好坏直接影响了车辆的灵活性，操纵稳定性、经济性和轮 胎的使用寿命。传统的拉杆式转向系统实际上是机械式转

29、向，对于多轴线的平 板车来说，存在着无法达到理想转弯半径的问题，致使转向不灵活，轮胎磨损 严重等缺点。对于重型平板车转向性能是一个非常重要的指标，其性能的好 坏，直接关系到转弯半径的大小和转向所需的空间大小 5。 自行式平板运输车为了改善机车的转向性能，实现全轮任意角度转向，可 以使用变量泵-变量马达闭式液压系统，通过微电控制程序控制液压系统驱动全 轮，每个悬架上都装有转角传感器 或编码器），来反馈悬架的转向信息给控制 系统，控制系统通过微电脑计算，然后发送指令给变量泵或电磁多路阀等控制 液压油的流量使每个车轮旋转适当的角度，从而达到使各轮胎轴线交于一点的 目的，实现轮胎的纯滚动，减小轮胎磨损

30、。该转向系统转向角度大，马达驱动 行星齿轮转向系统，转向角度可大于土90,不仅可以实现精确的行驶转向， 而且在微电脑系统的控制下能实现不同模式的转向，例如横行、斜行、原地转 向等各种模式，使平板车在小空间内具备更大的灵活性 6-7 o 这种微电脑控制的独立转向系统可以精确的实现在转向时车轮的轴线相交 于一点，使转向更精确、灵敏，而且有效地减小转弯半径和轮胎的磨损，使车 辆可以在更小空间内灵活转向。这种转向系统不仅在对轮胎的磨损上大大优于 拉杆转向，而且转向角度大，可以实现多种模式的转向，使平板车的灵活性在 很大程度上得到提高。 自行式动力平板车采用可编程的电子自由控制、多方位转向系统；可选的

31、多种转向模式：直行、横行、斜行和沿长轴上一点弧形旋转等；整个设备的精 确定位可以至毫 M级；在短距离内可以实现模块之间的复合同步转向；便携式 遥控装置一个人就可以完成操作；可以实现无线遥控。 索埃勒的自行走式运输车转向通过齿轮传动，转向角可达土 130。哥德浩 夫自行走运输车运用电子多向转向装置，转向角可达土 110。意大利科 M托 的5轴线的自行走式挂车，电子控制的转向系统允许每个轴旋转 220 。 2）液压悬架系统 液压悬架是利用液压缸来实现传力和减振功能的，各个悬挂通过油路相 连，以适应路面的不平度和坡度，实现载荷均衡。液压悬挂的采用，除了提供 整车升降和调平的功能外，更重要的是液压油缸

32、的伸缩补偿功能保证了运行过 程中轮组均匀承载，避免打滑，以适应路面不平的情况，维持运行的安全可 靠。在部分轴线的车轮上安装驱动装置以驱动整个平板车，在多轴线超重型平 板车上采用独立可升降液压悬挂系统。该系统的悬架系统和车轮为同一总成， 采用焊接工艺代替原来的铸造工艺，使结构、工艺趋于更合理。并且利用车架 的三点支撑技术，让组合同一支承点的液压油缸的油路互相连通，在车辆运行 时，该组形成一个封闭的液压系统，使车辆在不平路面上行驶时，通过油缸的 伸缩运动以适应凹凸不平的路面，且同支点组的每一个悬挂承载均匀。该系统 的特点是通过液压控制系统可以使车架以平衡位置为基准在一定范围内升降， 这样可以方便装

33、卸货物，同时也有利于通过桥涵、路面障碍物等，这样在很大 程度上增强了车辆的通过性8-9。 悬架系统主要包括：悬架悬臂、悬架摆臂、油缸、车轮组件、连接轴体和 立轴等。如果作为驱动轴，车轮组件里还要有液压驱动装置。对于两纵式单挂 车架模块每轴线包括两个短轴，每根短轴装有四个车轮。重型平板车的行走速 度很低，一般不超过10km/h,因此极少出现紧急制动工况，各关键部件的设计 强度安全系数分别为：悬架悬臂和摆臂大于2.2;立轴大于1.5,连接轴体大于 1.8，完全可以满足使用要求。 德国索埃勒的悬架系统是通过动力组合模块实现平台的液压升降的，有完 备的自我诊断、错误代码、内容报告与故障诊断手册相结合的

34、数字电子设备， 有液压油缸支撑系统、其悬架伸缩范围可达700m m。法国尼古拉斯模块系统也 采用液压悬架，且行程为650mm到720mm。意大利科M托的自行走平板车、 英国Broshuis和德国哥德浩夫的平板车也都是使用的液压悬架。 3）液压式驱动 自行走式车辆的驱动系统多采用静液压传动系统。该系统可分为桥驱动型 和轮驱动型两大类。桥驱动方式保留了车辆原有的驱动桥，车辆的转向、四轮 接地平衡等方式不变。这种驱动方式的优点是结构简单，无级变速能力加强， 功率利用程度提高，与传统车辆部件互换性强，适用于机械传动或液力传动产 品的系列化。但缺点是未能从根本上改变车辆的结构布置，车辆的性能和牵引 特性

35、也未有质的改变，是一种介于真正意义上的液压驱动车辆与传统车辆之间 的液压-机械车辆10。 而现代的自行式运输车更趋向于采用车轮独立驱动方式，该驱动方式的突 出特征是每一个驱动轮都由单独的液压马达驱动，以液压方式实现各驱动轮之 间的同步和差速功能。现代技术已研制出体积和重量小到足以直接安装到驱动 轮轮辋内的车轮液压马达，这使得轮边驱动技术得以迅速普及。采用车轮独立 驱动方式是一种真正意义上的液压驱动。这种驱动系统的驱动轮和非驱动轮具 备良好的互换性，很好地满足了模块化的设计和制造理念。 4）微电脑控制系统 自行式平板车的微电脑液压控制系统主要由以下几部分组成：行走驱动系 统、制动控制系统、转向控

36、制系统、悬挂系统、发动机监控系统、防滑差速差 力系统、自动调平系统、重心载重显示系统、智能故障诊断系统以及遥控技术 等。此外控制系统之间数据的传输采用了当前最为流行的车载CAN总线技术， 为实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。 工业级计算机技术在特种车辆及机械设备上的应用越来越广泛，其控制系 统的准确性、可靠性和安全性可以实现发动机监控，车速控制，制动协调控制 以及转向系统的理想转弯半径，任意角度转向和多辆机车之间协调一致；同时 专门配备的车辆故障自动诊断系统可以对车辆的各种故障进行提示和预警，该 系统极大的方便了车辆的检修，同时保证车辆的安全性。发动机监控系统实时 监控

37、发动机的运行，使得驾驶员可以随时了解发动机的工作工况；车速控制系 统通过对变量泵和变量马达的调整使得驾驶员可以方便地改变行车速度，同时 很好地解决了车辆行驶过程中的打滑以及差速差力问题；制动协调控制系统使 得车辆在行驶过程中可以十分稳定地停车；转向控制系统使得整车可以实现多 种转向模式，运行十分机动、灵活，在较小的场合，可实现无滑移或少滑移行 驶。整车的控制系统均通过工业级计算机来实现控制，同时还配备了无线遥控 系统，操作人员可以携带轻巧遥控模块，自由走动并选择最佳 安全）视觉位置 实行操作，消除以往由于视线不清、环境恶劣或指挥配合不当等因素造成的事 故隐患、既保证安全操作又大幅度提高生产效率

38、10-11。 5）模块化与拼接的组合 模块化拼接组合技术多用于重型平板运输车特别是动力平板运输车，动力 平板运输车属于重型运输车的一种，多用于港口运输、船舶制造，以及一些大 型物件的运输中。在船舶制造中，需要大型重载的动力平板车来完成船体分段 和大型构件的陆上运输与平移工作。由于工作空间相对狭小，要求体积庞大的 平板车在 工作过程中保持车身平稳，能够灵活准确转向以及纵、横行驶，以靠近各 个工序现场或避让其它设备，另外对平板车的安全性和可靠性要求也比较高， 以适应恶劣的现场环境。传统的平板运输车多采用机械拉杆转向方式，由于摩 擦、机械力的传递不畅等因素的存在，使得转向不灵活，轮胎磨损严重，角度

39、受限等问题的出现，并且传动误差带来的磨损和冲击也降低了其自身的安全性 和使用寿命12。 当今重型平板车的发展趋势是向重型化、模块化、智能化方向发展，其 中，模块化是一个不可避免的趋势。模块化不但可以使平板运输车辆实现任意 的拼接 2.1.2齿轮基本参数的确定 为了减小克服转向阻力矩所需马达的最大扭矩，即增大传动比，在满足车 架结构的条件下要求小齿轮齿数尽量少，大齿轮齿数尽量多。 由机械设计手册知标准圆柱齿轮不产生根切的最小齿数是17,略有根切时 可取为14，在设计中为提高小齿轮强度可采用正变位，最后小齿轮齿数取为 14。 齿轮机构采用高度变位：小齿轮采用正变位x = +0.2mm ;大齿轮采用

40、负变 位x = -0.2mm，总的变位和为 0。 根据车架结构和中心距的值定传动比：=9；则 =-8 设行星架的旋转角速度为3 ，小齿轮角速度为3 ，小齿轮轴即马达产生 的转矩为T，需要克服的转向阻力矩为 T ，T为20012N ?m。 根据行星齿轮机构的传动特性有下式成立： -=(2-2 则液压马达产生的扭矩为： 齿轮模数的确定： 小齿轮采用40Cr采用表面淬火热处理使其硬度值达到 4855HRC）;大 齿轮采用45钢表面淬火使其硬度值达到4050HRC）。 对于开式齿轮传动可以采用抗弯强度计算公式确定最小模数m，为考虑磨 损的影响，应将求得的模数值加大 10%-20%。 从齿根弯曲强度13

41、计算来设计该啮合齿轮系，得出最小模数。 (2-4 -1载荷系数， 一亠 _1使用系数，取1.1 动载系数，取1.05 齿间载荷分配系数，取1.2 齿向载荷分布系数，取1.05 小齿轮传递的额定转矩即液压马达扭矩，为一 _1复合齿轮系数，小齿轮： 丨=4.36 ;大齿轮：ZI =3.95 =14匸I 齿宽系数，取0.4 =_- =0.414=5.6 安全系数S=1.4 回 许用弯曲应力N/mm）， 叵| E 齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值 小齿轮材料为40Cr,查得 =730MPa 大齿轮材料为45钢，查得 =680MPa 小齿轮: 大齿轮: 以上参数参考机械设计手册查出 在用上述抗弯强度公式计

42、算时, 应带入中的较大值。 齿轮的精度等级定为89级精度 将以上数值代入公式 2-5进行求解：得 最后选取标准模数为10mm 2.2强度校核 对于开式齿轮传动，我们只校核齿根弯曲疲劳强度13即可 强度条件： :2-5) 或 )2-6) I 计算弯曲应力N/mm ) 分度圆上的圆周力V26584N) 大小齿轮的齿宽，=60mm，=50m m为防止滑动发生啮合错位小 齿轮多出10mm) _1法面模数，=10mm _1使用系数，=1.1 一一动载系数，=1.05 亠I齿向载荷分布系数，匕=1.05 齿间载荷分配系数，冋=1.2 复合齿形系数，丨=4.36,也=3.95 L 抗弯强度计算的重合度与螺旋

43、角系数，日=0.7 I 许用弯曲应力N/mm ) 齿轮材料的弯曲疲劳强度基本值N/mm ) 网一一抗弯强度计算的寿命系数，庄=1.1347 IS相对齿根圆角敏感性系数，IH =1 U：相对表面状况系数，凹:=0.9 也一一抗弯强度计算的尺寸系数，=0.97 将以上数据代入相应公式计算得： 小齿轮： 网=295.1871MPa,叵=516.5235MPa _1 =1.7498 1.4I =1.6为较高可靠度级别) 大齿轮： =267.4287MPa, =481.1452MPa I =1.7992 1.4 因此，由以上数据得出此齿轮机构是安全的。 2.3大小齿轮最终参数的确定 2.3.1大小齿轮相

44、关参数 表2.2大小齿轮参数 名称 小齿轮 大齿轮 变位系数（mr） 0.2 -0.2 啮合角（ ) 20 20 节圆直径（mm 140 1120 齿顶咼（ m) 12 8 齿根高（mr） 10.5 15 全齿高（mr） 22.5 22.5 齿顶圆直径（mr）: 160 1140 齿根圆直径（mr） 115 1095 基圆直径（mm 131.557 1052.456 齿宽（mr） 66 56 通过计算可知小齿轮的齿顶圆直径小于 200mm则小齿轮采用实心结构，下 图2-3所示，小齿轮采用40Cr采用表面淬火热处理使其硬度值达到 4855HRC） 的材料。而大齿轮的齿顶圆直径大于 400mm为了

45、节约贵重材料，常采用齿圈套 装于轮心上的组合结构，大齿轮齿圈采用45钢 等组成，大齿轮固定在车架上，马达安装在悬挂上形成行星架，马达驱动行 星轮绕大齿轮旋转从而带动悬挂总成旋转，实现转向功能。其具体装配如图2-5 所示。 图2-5行星齿轮转向机构 2.3.3重合度的计算 在齿轮实际啮合传动中，通常把实际啮合线段和法向齿距的比值称为齿 轮传动的重合度16 o 重合度的计算公式为： 2-7) 、圄及 、冈分别为齿轮1、2的齿数及齿顶圆压力角 =14； =112 E = +m=63+9=72mm =匚 +m=504+9=513mm =34.6912 =22.6005 代入以上数据可计算出重合度值为：

46、=1.6636 2.4齿轮转向机构的润滑 齿轮是汽车、摩托车、工程机械等机械制造行业重要的基础传动元件， 在工业发展的历史长河中发挥了十分重要的作用。它与皮带、摩擦、液压等 机械传动相比具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安 全可靠等特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件。齿轮的 润滑成为齿轮传动中的重要问题，润滑不仅可以减少摩擦、减轻磨损；还可 以起到冷却、防锈、降低噪声、改善齿轮的工作状况，延长齿轮的使用寿命 等作用。所以齿轮的润滑技术一直是各国学术界和企业界关注和研究的热点 所在。 2.4.1齿轮传动润滑的意义 资料显示，机器故障的 34.4%源于润滑不足，1

47、9.6%源于润滑不当；换言 之，约54%的机器故障是由于润滑问题所致。因此齿轮润滑对齿轮传动具有极 其重要的意义，为了保证齿轮正常运行和提高其使用寿命，必须高度关注齿轮 润滑技术。 含有极压抗磨添加剂的齿轮润滑油在齿轮润滑方面得到了高度重视并获得 了广泛应用。通过优化齿轮材料选择、优化齿轮参数、提高齿轮制造精度、降 低齿面粗糙度、采用含有极压抗磨剂的齿轮油可以达到提高齿轮抗磨性能和抗 胶合能力的目的，同时，采用含有极压抗磨剂的齿轮润滑油润滑时具有明显的 成本优势。研究表明，采用新型润滑油添加剂完全可以避免普通齿轮在各种工 况条件下的胶合，并最大限度地降低齿轮磨损，满足保护齿轮齿面和延长齿轮 寿

48、命，降低维护费用的要求。可以认为，齿轮在啮合过程中因摩擦而产生的接 触区局部适当高温不仅无害，反而有利于形成保护膜。极压抗磨添加剂在齿面 局部高温条件下更易使齿面金属发生摩擦化学反应，形成压缩强度高、剪切强 度低的化学反应膜，从而保护了齿轮齿面，避免齿轮过渡磨损和胶合。新型齿 轮润滑油的抗磨承载作用及其对齿面的保护作用远非传统齿轮润滑油可比17。 就齿轮传动而言，合理润滑具有不可替代的重要作用，否则将严重影响齿 轮的运转，甚至导致企业的生产线停止运转。 2.4.2齿轮的润滑方式 油浴润滑：以齿轮箱体作为储油池，使齿轮浸入油池一定深度，利用齿轮 在旋转过程中产生的离心力将油池中的油飞溅到需要润滑

49、的部位，这就是齿轮 的油浴润滑。这种润滑方式简单，适用于速度不高、独立工作的中小型齿轮 箱；其关键在于必须保持适当的齿轮转速，以保证润滑油飞溅到齿轮需要润滑 的部位；齿轮速度太低则达不到溅油要求，而速度太高往往导致润滑油甩离齿 面并增大油耗，难以满足润滑要求。 循环润滑：循环润滑采用独立的润滑系统，润滑油通过油泵输送到齿轮 箱，随后循环回流至油箱，从而实现循环润滑。采用循环润滑可以在满足润滑 要求的同时起到冷却和冲洗齿面的作用，适用于大型生产线和需要采用集中润 滑的部位。循环润滑适用于圆周速度高、功率较大的齿轮传动。 油雾润滑：油雾润滑以压缩空气为动力，使润滑油成为粒径2卩m以下的颗 粒状油雾

50、，油雾随压缩空气分散到需要润滑的部位，从而获得良好的润滑效 果。采用油雾润滑可以有效地减少润滑油消耗，降低成本。油雾润滑常用于传 动精度要求高、传动效率适中、容易泄漏的齿轮润滑，多用于冶金工业 油气润滑：油气润滑与油雾润滑相似，首先将润滑油和压缩空气引入油气 混合器，利用压缩空气将润滑油分散成油滴并附着于管壁，使润滑油呈现雾 状，以 压缩空气作为动力，以每小时 5到10ml的量进行喷射，输送到齿轮的啮合 部位。由于这些油有极性，尽管是极微量，也可以使边界润滑的效应大幅度提 高。由于油气润滑不受润滑油黏度的限制，不存在高黏度油雾化难的问题，且 无油雾、污染小、耗油量低，是一种较为经济的润滑方式。

51、 离心润滑：在齿轮底部钻若干个径向小孔，利用齿轮旋转时产生的离心力 将润滑油从小孔甩出至齿轮的啮合齿面，这就是离心润滑。利用离心润滑可以 使润滑油在离心力作用下起到连续的冲洗和冷却作用，并可将高黏度的润滑油 引入啮合齿面，防止高速齿轮因离心力作用而引起的齿面润滑不良。该润滑方 式功率损失小，并可以有效地缓冲振动；其缺点在于引入了齿底钻孔额外工 序，并必须配置供油设备。故常用设备很少采用该种润滑方式。 润滑脂涂抹润滑：除油润滑外，润滑脂润滑亦广泛用于各种机械设备的齿 轮润滑，如炼钢车间的转炉倾动机构的齿圈啮合的润滑，某些蜗轮蜗杆装置的 润滑及低速重负荷齿轮润滑。实践证明，对高温、中载、低速、真空

52、和容易泄 漏的齿轮装置采用润滑脂润滑既可减轻磨损，又可避免漏油，从而保证润滑的 可靠性。 润滑脂喷射润滑：润滑脂喷射润滑是以压缩空气为动力，由机械泵将润滑 脂输送至待润滑部位。润滑脂被压缩空气直接喷射到齿轮啮合部位，由于可以 任意控制供油量，因此可以保证润滑的可靠性，获得较好的润滑效果。该润滑 方式特别适合于冶金、矿石、水泥、化工和造纸等工业领域的大型齿轮特别是 大型开式齿轮的润滑。 固体润滑：固体润滑适用于负荷轻、运转平稳、要求无泄漏的圆柱齿轮减 速器。常用的固体润滑剂为二硫化钼、石墨或由固体润滑剂与黏结剂等制备的 黏结固体润滑涂层。此外还可以采用粉末状固体润滑剂飞扬润滑 17 o 2.4.

53、3齿轮转向机构润滑方式的选择 自行式平板运输车的齿轮转向机构属于低速重载开式齿轮传动，传动速度 较低 齿轮转速为232 r/min），这种机构通常采用人工定期加油润滑。而且， 开式齿轮传动中易落入尘、屑等外部介质而造成润滑油污染，齿轮易产生磨粒 磨损。当对开式齿轮采取覆盖挡尘后，在相同的工作条件下开式齿轮的润滑要 求与闭式齿轮相同。开式齿轮传动通常使用高粘度油、沥青质润滑剂或润滑 脂，并在比较低的速度下能较为有效的工作。 在选取开式齿轮传动润滑油时应考虑下列因素：封闭程度；圆周速度；齿 轮直径尺寸；环境；润滑油的使用方法；齿轮的可接近性。 根据以上润滑方式的特点和适用范围，再由自行式重型平板车

54、齿轮转向结 构特点和工作要求，选择齿轮的润滑方式为润滑脂润滑。 润滑脂具有独特的性能，在齿轮传动中得到广泛应用。将润滑脂用于齿轮 润滑可以避免漏油，并避免倒置齿轮发生泄漏，所以适于应用在易发生泄漏或 造成润滑污染的传动场合；润滑脂的适用寿命长、供油次数少；润滑脂对应的 油膜厚度比润滑油大，有利于在冲击负荷条件下保持良好的润滑性能；与润滑 油相比，润滑脂的适用温度范围较宽。缺点是搅拌阻力大、发热量大、不适用 于高速齿轮润滑等。由上所述可知，选择润滑脂涂抹润滑或润滑脂喷射润滑作 为齿轮转向机构的润滑方式较为合适18。 2.5本章小结 齿轮传动是各种机械应用最为广泛的传动形式，它具有效率高、结构紧

55、凑、传动比稳定，可靠性高等特点。齿轮转向机构在自行式平板车上的应用也 很普遍，本文根据车架结构设计了行星外啮合式齿轮转向机构，大齿轮固定在 车架上，是太阳轮，小齿轮通过键装配在马达上，为主动行星轮，马达固定在 与悬架焊接的转向臂上。 根据机械设计手册设计出齿轮系的具体参数，并进行弯曲强度校核计算， 最终确定大小齿轮的模数为10，传动比为8，齿数为112和14，为增强小齿轮 强度，对齿轮系采用了高度变位，小齿轮采用正变位，大齿轮采用负变位。 由转向阻力矩及齿轮传动比确定出齿轮的各项尺寸和装配方案，齿轮的润 滑方式选择润滑脂涂抹润滑或润滑脂喷射润滑。 第三章液压转向系统 液压技术相对于机械传动来说

56、是一门新兴的技术，近代液压在工业的应用 是从二十世纪开始的，时间较短。我国的液压工业始于二十世纪四、五十年 代，最初只应用于机床和锻压设备，后来应用到工程机械上，当时液压系统工 作压力很低，随着技术的发展，系统压力可达到20MP,液压元件的重量明显 下降，液压技术趋于成熟化。这种技术在国防工业和民用工业中得到了发展， 其中民用工业中的工程机械广泛采用液压技术19。 转向系统性能的好坏直接影响了车辆的灵活性，操纵稳定性、经济性和轮 胎的使用寿命。传统的拉杆式转向系统实际上是机械式转向，对于多轴线的平 板车来说，存在着无法达到理想转弯半径的问题，致使转向不灵活，轮胎磨损 严重等缺点。对于重型平板车

57、转向性能是一个非常重要的指标，其性能的好 坏，直接关系到转弯半径的大小和转向所需的空间大小20 o 自行式平板运输车为了改善机车的转向性能，实现全轮任意角度转向，可 以使用变量泵-变量马达开式液压系统，通过微电控制程序控制液压系统驱动全 轮，每个悬架上都装有转角传感器 或编码器），来反馈悬架的转向信息给控制 系统，控制系统通过微电脑计算，然后发送指令给变量泵或电磁多路阀等控制 液压油的流量使每个车轮旋转适当的角度，从而达到使各轮胎轴线交于一点的 目的，实现轮胎的纯滚动，减小轮胎磨损21-22 o 3.1变量泵与变量马达的选取 要使转向系统准确、高效的工作，必须选择合理的液压马达和液压泵。液 压

58、转向系统和悬挂支腿系统共用一个变量泵，液压马达选用双向变量低速大扭 矩马达。液压马达的选用应满足扭矩条件、转速要求以及变量泵所流量限制。 液压转向系统产生的驱动力应满足最大转向阻力矩条件23 o 自行式平板运输车转向阻力矩I的计算公式为24: 式中：G为轴荷, P为轮胎充气压力，P=0.9MPa f为轮胎与混凝土路面的滑动摩擦系数，正常干燥路面的摩擦系数为0.6 代入上述数据计算，得每组轮轴的转向阻力矩为：丨=20012N?m 根据车架结构和行星齿轮的中心距选取小齿轮与行星架的传动比二， 则液压马达产生的扭矩应为： 假设10秒钟车轮实现180度转向，即大齿轮转速为3r/min，则小齿轮转速 为

59、24r/min，即马达的输出转速为24r/min。根据扭矩和转速选择马达型号为 SXM-F0.9，排量 0.9L/r，压力 25MP，最大扭矩3057Nm满足要求。每个马达 流量为: 200T自行式平板车共需要 12个液压马达，在所有轮组转向最恶劣的情况 下，所有马达达到最大扭矩所需要的流量为: 虽然液压升降支腿系统和液压转向系统共用一个变量泵，但两个系统并不 同时工作，因此选用变量泵时根据两个系统中所需流量较大者进行选择。变量 泵选用的是轴向柱塞变量泵A11VLO -130型，其最大流量是 273L/min,用于开 式回路液压传动。 3.2液压转向系统设计原理 液压转向系统框图如图3-1所示

60、 发动机变量泵一电磁多路阀一转向马达 图3-1 液压转向系统设计原理图如图3-2所示 图3-2 3.3自行式重型平板车多转向工作模式 为了实现满足大件的高效多工况运输，平板车的转向行走模式，通常设 有：直行又称八字转向）、斜行、横行、原地转向等工作模式，这几种工作方 式相关协调工作决定了其控制系统是一多任务协同工作的控制系统25。本文采 用基于CAN总线的PLC空制方式对平板车的多转向模式实现控制，从而实现平板 车的各模式协同工作。 自行式平板车一般应设有全轮独立转向系统，以满足多种运输工况的需 求。转向模式分为定位转向和行车转向，定位转向包括斜行、横行、原地转 向、摆头或摆尾。各种转向模式如