工程机械转向理论

?
FX aT
sin ?
土壤对导向轮的总的侧向反作用力不能超过导向轮的侧向附着力 F?Z
Fz1 ? Fz2 ? Z c2 ? Z c1 ? F?Z ? ? Z Gc
导向轮的侧向附着系数
2．转向行驶阻力矩
轮胎以角速度 ? T 绕O点转动
转向时轮胎内外侧线速度不同：
vT 1
?
?
T
( R0
?
b )
2
?
vT
M Z ? FZ L cos?
转向力FZ作用线与驱动轮轴线之间的夹角
为了使车辆能够实现转向，必须满足下列条件
MZ ? M? FZ L cos? ? M ?c ? M ?K ? F jb cos ? ? FX aT sin ?
当车辆作稳定转向时
MZ ? M?
FZ
?
M ?c
?
M ?K
?
Fjb cos ? L cos?
?
?
T
b 2
vT 2
?
?
T ( R0
?
b) 2
?
vT
?
?
T
b 2
其内、外侧相对地面的滑动速度
v?
?
?
b?
2
T
滑转率
? ? v?
vT
v? ? ?vT ? ?? T R0
在有速度损失的情况下，O1点的实际速度为
v ? vT ? v? ? R0? T (1 ? ? )
轮胎几何轴线中点O1绕转向轴线O转动角速度为
第七章 工程机械转向理论
第一节 概述 第二节 轮式车辆转向理论 第三节 履带式车辆转向理论
第一节 概 述
? 按转向动力来源：
? 机械转向 ? 动力转向：液压式、气动式、电动式、和复合式
? 按车辆获得转向力矩的方式：
? 偏转车轮和偏转履带转向。 ? 铰接车架转向。 ? 差速（滑移）转向。
一、偏转车轮转向及偏转履带转向
z
x
Fi
M Fi μ c+ M μ k
z
z
x
z
x
F O M μ c2+ M μ k r
zk
M μ c+ M μ k
转向阻力矩
F′ka
F驱′Ffk′f动k 力1
′
a) F′Fka′ka
F′kb
Fb′Fkb)′kb
F2 FO2r
F′kc
Or
zk
zk
侧向阻力
F′kc F′kc c)
a)a)
ω FK?a ? Ff?k z
（8）侧向反作用ZK1 和ZK2
作用在两侧驱动轮上。
后桥中点力矩平衡分析
土壤对导向轮和驱动的阻力矩Muc Muk 及Fj和Fx的水平分量 称为总转向阻力矩：
M ? ? M ?c ? M ?K ? F j b cos ? ? FX aT sin ?
所形成的力矩
转向力FZ对OT点所形成的力矩，称为转向力矩：
? 利用前后车架相对偏转来实现转向，轮式车辆和履 带车辆都可以采用。
特点：
1 有利于迅速对准作业面，减少 循环时间，提高生产率；
2 铰接车架相对偏转时，使转向 机构简化；
3 特别全轮驱动时，不必采用昂 贵的驱动转向桥。
4 但铰接车架转向时抗倾翻的稳 定性降低。
? 三、差速(滑移)转向
差速转向方式的车架是整体的(没有相对偏 转的车架)，依靠改变左右两侧车轮或履带 的转速和转矩来操纵行驶方向，主要用于 全桥驱动的车辆或双履带车辆。 特点：其结构比较简单，转向半径较小， 但转向时车轮的滑动较为严重，双履带车 辆一般都采用这种转向方式。
可看出，当稳定转向时，驱动力就必须增加
对一般的轮式车辆（带有牵引负荷）在水平地段上作稳定转向时的受力情况进行分析
（1）牵引负荷Fx
它作用在牵引点上，转向时力Fx偏转了γ角，其纵向分为
横向分为 （2）离心力Fj
Fx sin ?
Fj
cos ?
?
G g
?
2 Z
Rm
R Rm
?
G?
g
2 Z
R
?
Gv?2 gR
?
Z
?
v? R
车辆内、外侧驱动轮的几何
中心点O1和O2的速度
v1 ? (R ? 0.5B)? Z ? v?? 0.5B? Z ?
v2
?
(R ?
0.5B)?
Z
?
v??
0.5B?
? Z?
α
ω
β
两侧驱动的几何中心点转向的速
度是不相等的
v2
v1
a)前轮偏转车辆转向运动简图
3）．转向时，两侧从动轮应能以不同的角速度旋转，以避免转向时从动 轮产生纵向滑移或滑转。
F j sin ?
?
G g
?
2 Z
Rm
b Rm
?
G?
g
2 Z
b
式中：Rm——车辆质心至轴线O的距离； b——车辆质心至后桥中线的纵向水平距离
v?——后桥中点的速度
? ——离心力与后桥轴线的水平夹角； G——车辆重量
Fx cos ?
（3）滚动阻力 转向时各个驱动轮和导向轮的滚动阻力，可以认为分别是
F f?K 和 F f?c 一半
当两侧附着力差距过大时，可锁死差速器以提高整机附着性能。
通过单边制动内侧半轴增加转向力矩，以实现急转弯。
M1 ? M 2
此时，转向力矩增大 M Z ? FZ L cos ? ? 0.5?FK 2 ? FK1?B
二、铰接式轮式车辆的转向理论
? （一）铰接式轮式车辆 转向的运动学
车辆四个轮胎的运动半径分别为
第二节 轮式转向理论
一、偏转车轮转向理论 （一）、偏转车轮转向车辆的转向运动学
轮式车辆转向基本要求：车轮纯滚动，不发生侧 滑、纵向滑移或滑转。
轮式车辆转向应满足的三个条件：
1）．转向时，通过各个车轮几 何轴线的垂直平面都应相交于同一 直线上，这样就能防止各车轮在转 向时产生侧滑现象。
R
?
Lctga ?
F′ka a)
M uc 转向阻力矩 MuK
F′fk 驱动轮滚动阻力 F'fK θ Zk 侧向阻力 KZ
ωz
O
R
d)
zc
驱动力分解：
z
FK? ?
Fk'a
x?
x
Fk'bz
?
Fzk'c
xz
zzc x
zc
滚动阻z力
x
z
x
x
F′fk
x
F′fc
θ
Fi
θx
转向力
x
θx
z z Fz x
z
F′fc
z Fθz
F′fc 滚动阻力 θ
（4）转向阻力矩Mu
M u ? M uc ? M uK
驱动轮阻力矩
F ? （5）驱动力 K
导向轮阻力矩
FK?1 ? FK?2 ? 0.5FK?
（6）土壤对两侧导向轮的作用力Xc1和Xc2 对后桥中点的矩近似相等。
（7）转向力FZ
它是两侧导向轮的侧向作用力FZ1、FZ2的向量和。 力FZ的作用方向近似地认为作用在OOc平面内。
LB
R? 1 ? sin ? ? 2
R?
2
?
L
sin ?
?
B 2
R??1
?
Lctg?
?
B 2
R??2
?
Lctg?
?
B 2
四个轮胎的线速度分别为
v? 1
?
L (
sin ?
?
B )?
2
0
v? 2
?
(L
sin ?
?
B )?
2
0
v??1
?
( Lctg?
?
B 2
)?
0
v??2
?
(Lctg? ?
B 2
)?
0
R? 1
? (4)多桥偏转车轮转向：用于总重和长度特别大的轮式工程机械，如大 型汽车式起重机多采用这种方式。
? (5)偏转履带的转向方式：用于超大型机械。
α
ω
β
ω
βα
a)前轮偏转车辆转向运动简图
b)后轮偏转车辆转向运动简图
ω
α
β
αβ
c)前、后轮同时偏转车辆转向运动简图
? 多履带行走装置特点：
? 履带支承面积大，接地比压小，一般为 100～ 160kPa ；
)
轮胎滑动速度分布为ABCD，梯形。假如地面的切向反力与滑移距离成正
比，则切向反力的分布与梯形ABCD相似，切向反力的合力FK必通过梯形 的形心。这样该轮胎转向行驶时的阻力矩为 ：
M R ? FK a
a ? b(v? 1 ? v? 2 ) ? b2 (1? ? ) b(v?1 ? v? 2 ) 12R0?
? 转向半径大，且只要求缓慢转向；
? 行走速度低，一般为 4～12m/min;
? 承载能力大；
? 转向阻力矩大。
? 一套独立的转向机构，以便将转向履带组拉偏 所需的角度；两套以上的驱动装置，以保证各 条履带的受力及转向速度适应于转向条件。
? 多履带行走装置常用的转向机构有：螺旋、 钢绳和液压三种。
二、铰接车架转向方式
ctga1 ? L2
? ?
ctga2 L1
?
c)前、后轮同时偏转车辆转向运动简图
式中：L——车辆的轴距，L1+L2=L
当前后桥两主销之间距离K1与K2不相等而L1与L2相等时，即 K1≠K2。要满足转向时，通过各个车轮几何轴线的垂直平面