貨櫃裝卸搬運機轉向輪轉角關係研究

2021-01-08 網易

　　趙重年1 李立順2 李 波3
1 陸軍軍事交通學院學員五大隊研究生隊 天津 300161
2 陸軍軍事交通學院國家應急交通運輸裝備工程技術研究中心 天津 300161
3 陸軍軍事交通學院軍事交通運輸研究所 天津 300161

　　摘 要：根據某貨櫃裝卸搬運機轉向機構的特點和要求及多輪轉向原理，確定了各轉向輪在各轉向工作模式下的轉角關係，得出所有轉向模式下轉向輪偏轉角範圍，為轉向機構的設計奠定了基礎。該方法對同類設備的研究具有較高的參考價值。

　　關鍵詞：貨櫃裝卸搬運機；轉向模式；轉角關係

　　中圖分類號：U653.92 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2018）07-0113-04

　　輪式車輛為了避免轉向時產生路面對汽車行駛的附加阻力和輪胎過快磨損，要求轉向系能夠保證在汽車轉向時所有車輪均作純滾動，而不產生滑動（包括側滑、縱向滑移和滑轉）。鑑於此，本文研究了某貨櫃裝卸搬運機各轉向輪在所有轉向模式下的轉角關係。

　　1 各轉向輪轉向模式
由於作業場地有限，作業環境惡劣，某貨櫃裝卸搬運機需要通過正常轉向、原地轉向、蟹行轉向和平移轉向等多種轉向模式的轉換來滿足在狹小空間的作業需求，如圖1 所示。

　　

　　圖1 某貨櫃裝卸搬運機各轉向模式圖

　　2 各轉向模式下轉向輪轉角關係分析
某貨櫃裝卸搬運機轉向時所有車輪均作純滾動，通過各車輪幾何軸線的垂直平面都應相交於同一直線上，以防止車輪在轉向時產生側滑現象。現作如下假定：
1）車輛直向行駛方向為軸線方向；2）將各車輪按照如圖2 所示編號，其中以主車組左前輪為基準輪，轉向時，基準輪轉角用表示； 3）轉向中位狀態即直線行駛狀態，各輪與軸線夾角為0，向軸線左的偏轉角度為正，向軸線右的偏轉角度為負。

　　2.1 正常轉向模式
1）左轉向時，各轉向輪與軸線方向成一定夾角，主輪組轉向液壓缸伸長，各輪逆時針轉動，副輪組轉向液壓缸收縮，各輪順時針轉動。如圖2 所示，各輪轉角應滿足如下關係式

　　

　　式中： K 為兩主銷中心線的距離， i β為右側第i 輪理論轉角， i α為左側第i 輪的理論轉角， i L 為第i輪到轉向中心線的距離，i=1，2，3，4。

　　

　　圖2 左轉向模式下各輪偏轉角度關係

　　2）右轉向時主輪組液壓缸收縮，各輪順時針轉動，設基準輪轉角為1 α，副輪組液壓缸伸長，各輪逆時針轉動。如圖3 所示，各輪轉角應滿足如下關係式

　　

　　

　　圖3 右轉向模式下各輪偏轉角度關係

　　兩主銷中心線的距離K=3.9，對於20 英尺作業模式：L1=3.925 m，L2=1.675 m，L3=-1.675 m，L4=-3.925m; 對於40 英尺作業模式：L1=7.025 m，L2=4.775 m，L3=-4.775 m，L4=-7.025 m。根據式（1）和式（2），結合表1，計算可得，在20 英尺和40 英尺作業模式下左轉向各轉向輪轉角關係如圖4 所示，分析可以得出，各輪偏轉角度範圍為-90°～ 90°。

　　

　　（a）正常轉向模式各輪轉角關係（20 英尺）
（b）正常轉向模式各輪轉角關係（40 英尺）
圖4 20 和40 英尺作業模式下左轉向各輪轉角關係

　　2.2 原地轉向工況
原地轉向時，各輪偏轉情況如圖5 所示，各輪轉角應滿足如下關係式

　　

　　為滿足轉向要求，在此轉向模式下兩車組液壓泵提供的液動力方向相反。根據表1 和式（3）可得到各輪在原地轉向模式下的轉角，如表2 所示。從表2 可以各輪最大偏轉範圍為-116°～ 0°。

　　2.3 蟹行轉向模式和平移轉向模式
蟹行轉向模式和平移轉向模式時，各輪偏轉情況類似，不同的是平移時各輪與軸向成90°，分析時可看作是蟹行的一種特殊情況，如圖6 所示。各輪轉角應滿足

　　
在蟹行和平移過程中時，輪的偏轉範圍為-90° ～90°。

　　結合圖4、表2 和式（4）可得各工作模式和轉向模式下各轉向輪轉角範圍如表3 所示。

　　

　　圖6 蟹行轉向模式偏轉角度關係

　　由於每個輪組的兩個驅動輪由同一個液壓馬達提供液壓源，同一車組驅動輪在完成轉向時輪的偏轉方向必須一致才能保證整個裝備的運動不發生幹涉。為滿足該條件，結合表3 分析可知，輪的轉角範圍為-129.3°～ 90°，即為實現所有的作業模式輪的偏轉角度須大於220°。

　　

　　3 結論
根據轉向機構的特點和要求及多輪轉向原理，確定了各轉向輪在各轉向模式和工作模式下的轉角關係，通過具體分析可以得出，要實現所有轉向模式下轉向輪的偏轉角範圍為-130° ～ 90°，因此，須設計一種總偏轉角大於220° 的轉向機構。

　　參考文獻
[1] 張德坤，李立順，孟祥德．基於MATLAB 的某特種車轉向輪四連杆機構設計[J]．專用汽車，2011（7）：64-67．
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