探析高空作业平台转向系统设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇探析高空作业平台转向系统设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：文章主要通过结合自行式高空作业平台的转向系统设计实例，针对该机械的总体设计计算中注意要点进行了分析与研究，旨在有效地地实现自行式高空作业平台转向时稳定性、精确性和可靠性。

关键词：自行式高空作业平台；转向机构；横置油缸；设计计算

中图分类号：TQ174.6+4 文献标识码：A 文章编号：

引言：

目前，自行式高空作业平台在国外得到了广泛应用，在国内鲜有应用，但在叉车等轮式工程机械上已成熟应用。实践证明传统的转向机构存在一定的缺陷，而自行式高空作业平台对转向平稳性和操作性要求更高。因此，为寻求一种更好的转向方式，引进了叉车的横置油缸转向机构的理念，并对其进行量身设计。

1转向系统设计

1.1转向系统方案

本系统的总体方案采用电比例液压控制+横置油缸的转向方式。具体实现如图1所示。当比例阀左边得电时（电磁铁吸合），阀芯向左移动，压力油进入横置油缸的左腔，推动活塞杆向右移动，活塞杆通过连杆推动（拉动）转向头使轮组件向左偏转，从而实现整机左转向，反之实现整机右转向。

1－油箱；2－主泵；3－安全阀；4－单向阀；5－电比例阀；6－右轮组件；7－右转向头；8－连杆；9－横置油缸；10－左转向头；11－左轮组件

图1转向系统原理图

1.2转向机构设计原理

（1）为了减小转向阻力距，减缓轮胎的磨损，要求各轮均做纯滚动而不产生侧滑，则各轮的轴线均交于一点O，即瞬时转向中心，如图2所示，需满足整机正常转向的必要条件：

ctgβ－ctga＝M/L

式中a—内转角；

β—外转角；

M—转向主销中心距；

L—前后轮轴距。

（2）另外，在干燥的路面做曲线运动而无侧滑时，还需满足动力学条件：

￠cosa≥µ

式中a——内转角，a≤50°；

￠——滑动摩擦系数，对于混凝土路面，取￠＝0.6；

µ——滚动摩擦系数，对于混凝土路面，取µ＝0.2。

图2车轮纯滚动示意图

2 转向机构设计参数的选择计算

建立转向机构数学计算模型，如图3所示。

图3转向机构计算模型

2.1 已知参数

主销距M＝1 570mm，轮距L＝2 500mm，系统压力P＝20MPa。

2.2 初设参数

（1）油缸行程S(mm)：初设S＝165。

（2）油缸内径D(mm)：初设D＝100。

（3）活塞杆长k(mm)：M＞k＞2S＋6D＝930，初设k＝1 110mm。

（4）主销中心至活塞杆距h(mm)：h≥D/2＋30＝80，初设h＝140mm。

（5）转向臂长b(mm)：2h≥b＞h，初设b＝275mm。

6）辅助臂长a：a＝SQRT[(M－k)2/4＋(b－h)2]＝266.7mm。

7）活塞杆左销孔至转向臂的距离e：e＝(M－k)/2＝230mm。

2.3 设计参数校核

用几何法推导相关公式，代入设计参数计算，校核内转角a、外转角b，由于该机构左右完全对称，因此只分析左转弯时的情况。如图4所示。

直行时，a＝b＝0，左右转向臂AE及BF均与主销中心连线AB垂直，活塞杆DC处于中位。当左转弯，油缸行程为165mm时，求得a≈45.6°，b≈31.9°，则

1）ctgβ－ctga ＝0.6273≈M / L＝1 570/2 500＝0.628，满足条件。

2）￠cosa＝0.42≥0.2，满足条件。

2.4 转向全过程内外转角偏差分析

以行程步长为5mm，对转向全过程内外转角偏差进行计算分析（如图4）。

图4转向全过程内外转角绝对偏差曲线

由图5的转向全过程内外转角绝对偏差曲线可以看出转向全过程内外转角偏差的变化规律。转向全过程内外转角偏差计算结果表明，该方案的内外转角绝对值差Db基本在0.15°以内，最大偏差为βmax仅为0.1501°，最大相对偏差β/β0仅为0.0079，因此，其转向精度非常高。另外，在实际行走转向过程中，各轮的轴线并非交于瞬时转向中心，而应该是无限地接近它，由此可判断此方案是可行的。

3转向机构的力学特性

转向轮原地转向时受到的阻力矩最大，计算时根据经验公式：

MR＝(1/η)G1xSQRT（e2＋k2）

式中η——转向系统的传动效率，取η＝0.85；

G1——前桥垂直负荷(N)，根据总体计算得出最大值为G＝100 000N；

x——综合摩擦系数，取x＝0.8；

e——轮胎中心与地面接触点至销与地面交点之间的距离，取261mm；

k——当量半径(mm)，k＝b/3，其中轮胎宽度b＝398mm，则k＝132.7mm。

经计算

MR＝20 667Nm

当转向轮达到最大内转角时，转向动力缸的推力F达到最大值，转向机构受力见图5。可以得出a 1＝33.1°，β1＝11.3°，R＝275mm，则

Fy＝MR/R＝75153N

Fn＝Fy/sina＝137617N

F＝Fn/cos b＝140337N

图5转向机构受力图

4转向油缸的确定

转向缸的有效作用面积为

A＝F/P＝7 017mm2

为保证转向缸的工作稳定，活塞杆直径d与活塞直径D之比取d＝D/2。

而A＝π((D/2)2－(d/2)2）

则D＝SQRT(4A/π＋d2)＝110mm

d＝D/2＝55mm

为了增大转向缸的有效作用面积减小系统压力以及增大活塞杆的强度，取D＝120mm，d＝60mm。

转向油缸的行程S＝±165mm，初设时间t＝5s，则流量Q＝16.8L/min。以此值为依据进行电磁比例阀的选型：根据靠近原则选择25L/min的阀芯。

5转向机构确定

经过总体计算，采用Pro ENGINEER软件进行3D参数化建摸，并进行运动分析排除干涉，得出如图6所示的转向机构模型。

图6转向机构模型

6 结语

总之，该转向机构已经安装在某型号自行式高空作业平台上，性能优良，质量可靠，简单实用，用户使用情况良好。此项技术可推广应用到系列化产品上，并将产生良好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]姚怀新，陈波.工程机械底盘理论[M].北京：人民交通出版社，2002．

[2]关多.叉车液压转向系统的改造[J].叉车技术,2004(3)．