伸缩臂叉车转向系统的设计

伸缩臂叉车转向系统的设计
汪小莹
【摘要】介绍了伸缩臂叉车转向系统的组成和设计要求,并通过对负荷传感转向系统原理的研究,设计了伸缩臂叉车负荷传感转向系统.
【期刊名称】《起重运输机械》
【年(卷),期】2010(000)011
【总页数】4页(P24-27)
【关键词】伸缩臂叉车;转向系统;负荷传感;设计
【作者】汪小莹
【作者单位】陕西建工集团总公司,西安,710003
【正文语种】中文
【中图分类】TH242
伸缩臂叉车将汽车起重机的伸缩臂结构与传统叉车的装卸功能有机地结合，可通过改变其伸缩臂的长度，来达到要求的作业高度和距离。

具有有效作业距离大、作业高度高、可越障作业、一机多用的特点，可以配属多种快换装置，实现叉取、装载、举升等作业。

伸缩臂叉车广泛应用于军事、农业、建筑行业，集小型起重机、装载机、叉车、高空作业平台、农用拖拉机的功能于一身，是一种多功能搬运、举升设备，是现代工业、建筑业理想的多功能装卸搬运机械。

建筑型伸缩臂叉车是为了适应建筑领域使用的实际需要，在基本型叉车的基础上，
强化了在建筑工地定点输运物料的能力。

为了扩大伸缩臂的作业范围，该型叉车设计成上下2部分，下部分为行走底盘，上部分为驾驶操作与伸缩臂装置，2部分由回转支承连接。

这类叉车既具备了小型建筑用起重机的功能，又具有建筑起重机所不具备的移动灵活、方便的优势［1］。

为了满足建筑用伸缩臂叉车的功能要求，行走底盘需满足多种转向方式的要求。

因此转向系统设计是伸缩臂叉车研发中的重要课题。

1 伸缩臂叉车转向系统设计要求
转向系统由转向器和转向驱动机构2部分组成。

转向系统是操纵车辆行驶方向的
机构，其主要功用是保持车辆直线行驶的稳定性，并能根据需要使车辆灵活地改变行驶方向。

转向系统的设计要求是［2］:
(1)工作可靠。

转向系统与车辆的行驶安全性关系极大，因此其零件应有足够的强度、刚度和寿命，一般通过合理地选择材料和结构来保证。

(2)操纵轻便。

施加在方向盘上的操纵力应尽可能小，以减轻驾驶员劳动强度，利
于安全作业。

一般情况下，作用在中型载重汽车方向盘上的作用力不大于360 N，作用在重型载重汽车方向盘上的作用力不大于450 N。

(3)转向灵敏。

当车辆朝1个方向极限转弯时，方向盘的转动圈数不大于2～2.5圈。

方向盘处于中间位置时，方向盘的空行程 (间隙)不大于15°～10°。

(4)转向时车轮侧向滑动小。

轮胎式车辆转向行驶时，要有正确的运动规律，即要
求合理地设计转向梯形机构，保证转向轮在转向行驶过程中没有侧向滑动或侧向滑动较小。

(5)转向半径小，机动灵活。

尽可能增大内侧转向轮的最大偏转角，减小车辆的最
小转向半径，提高车辆的机动性。

(6)方向盘有路感且能够自动回正。

车辆在转向过程中，驾驶员应能从方向盘上感
觉到路面的不平度，转向结束后应能自动回正。

2 负荷传感转向方式特性分析
负荷传感转向系统加入了等值单向卸荷阀，实现了工作装置液压系统低压大流量和高压小流量模式的转换，即低压时实现转向泵多余流量和工作泵的合流，高压时将转向泵多余流量通过等值卸荷阀低压卸荷，工作液压系统仅通过工作泵提供液压油，使液压系统的功率与柴油机输出功率合理匹配，以节省能源，达到尽量充分利用转向泵多余的流量、减小能量损失的目的。

由于与工作液压系统合流，减小了工作泵的排量。

负荷传感转向系统具有以下特点:
(1)采用了先到控制、流量放大技术，转向操纵力小，转向灵活轻便，且不受转向
阻力变化的影响。

(2)方向盘不转动时，转向油路的卸荷压力低、能耗小。

(3)采用了负荷传感、压力补偿技术，其转向速度不随负载变化，系统刚度提高，
适合恶劣工况下工作。

同时，车辆转向的快慢与方向盘的转动快慢成正比，车辆的转向调节性能得到进一步改善。

(4)负荷传感转向系统节能效果明显，有效地改善了液压系统的热平衡状况，系统
温升小，从而提高了密封件、软管及液压油的使用寿命。

3 伸缩臂叉车负荷传感转向系统设计
3.1 伸缩臂叉车负荷传感转向系统的组成
伸缩臂叉车液压转向系统的组成如图1所示，主要由方向盘、转向柱、转向器、
转向梯形机构、转向液压缸和转向阀组组成，为负荷传感转向系统，不同于传统液压助力转向。

负荷传感液压转向系统主要由液压泵、优先阀、负荷传感转向器、转向溢流阀、系统溢流阀组成。

图1 液压转向系统示意图1.转向横拉杆 2.回油过滤器 3.溢流阀4.转向器 5.方向盘
6.转向柱
7.转向梯形臂
8.转向液压缸
泵可采用定量泵、压力补偿变量泵和压力流量补偿变量泵。

使用定量泵时其他工作回路 (EF)须采用开芯系统，使用压力流量补偿变量泵时，EP采用负荷传感系统或
闭芯系统。

优先阀须满足最大泵流量要求，须保证优先流量。

优先阀控制压力应与转向器控制流量相匹配，动态信号优先阀与动态信号转向器相匹配。

LS管路是将来自转向器内部动节流口的压力信号传到优先阀，通常小于2 MPa。

优先阀压力设定应比转向需求压力高2 MPa。

如果需要设置系统安全阀来满足泵
的安全需求，其压力须高于优先阀设定压力。

全液压转向器由1对转阀和1对转定子计量装置组成，通过转向柱使转向器连接
到车辆的方向盘上。

当方向盘转动时，从液压泵来的油经转阀和转定子计量装置流到液压缸的左或右腔 (取决于转动方向)。

定子副排出的油与方向盘的转角成正比。

3.2 伸缩臂叉车负荷传感转向系统设计
由1个定量泵、1个YXL型优先流量控制阀(以下简称优先阀，静态信号)和1个负荷传感型转向器组成静态负荷传感液压转向系统［4，5］。

转向系统原理图见图2。

图2 负荷传感转向原理图
优先阀是定差减压元件，无论负载压力和液压泵供油量如何变化，优先阀均能维持转向器内变节流口C1两端的压差基本不变，保证供给转向器的流量始终等于方向盘转速与转向器排量的乘积。

转向器处于中位时，如果发动机熄火，液压泵不供油，优先阀的控制弹簧把阀芯推向右，接通CF油路。

发动机启动后，优先阀分配给CF油路的油液，流经转向器
内的中位节流口C0产生压降。

C0两端的压力传到优先阀阀芯的两端，由此产生
的液压力与弹簧力、液动力平衡，使阀芯处于1个平衡位置。

由于C0的液阻很大，
只要流过很小的流量便可以产生足以推动优先阀阀芯左移的压差，进一步推动阀芯左移，开大EF阀口，关小CF阀口，所以流过CF油路的流量很小。

转动方向盘时，转向器的阀芯与阀套之间产生相对角位移，当角位移达到设定值后，中位节流口
C0完全关闭，油液流经转向器的变节流口C1产生压降，C1两端的压力传到优先阀阀芯的两端，迫使阀芯寻找新的平衡位置。

如果方向盘的转速提高，在变化的瞬间，流过转向器的流量小于方向盘转速与转向器排量的乘积，计量装置带动阀套的转速低于方向盘带动阀芯的转速，结果阀芯相对阀套的角位移增加，变节流口C1
的开度增加。

这时，只有流过更大的流量才能在C1两端产生转速变化前的压差，推动优先阀阀芯左移。

因此，优先阀接通CF油路的阀口开度随方向盘转速的提高而增大，使优先阀向转向器的供油量等于方向盘转速与转向器排量的乘积。

转向液压缸达到行程终点时，如果继续转动方向盘，油液无法流向转向液压缸。

这时负载压力迅速上升，变节流口C1两端的压差迅速减小。

当转向油路压力超过转向安全阀的调定值时，该阀开启。

压力油流经节流口C2产生压降，这个压降传到优先阀阀芯的两端，推动阀芯左移，迫使接通CF油路的阀口关小，接通EF油路
的阀口开大，使转向油路的压力下降。

熄火转向时，计量装置起液压泵作用，输出的压力油推动转向液压缸活塞，液压缸回油腔排出的油液经转向器内的单向阀返回变节流口C1上游。

在负荷传感型的转向系统中，转向系统和工作系统通过优先阀可使用同1个液压
泵供油或实现系统合流，可节省能量。

负荷传感型转向器有1个LS口连接到优先阀或负载感应液压泵的LS口，使转向器的转向负载压力信号经油管 (推荐管道长
度≤2 m)传送到优先阀或负载感应液压泵，用以控制系统供给转向器的供油量。

当负荷传感型转向器处于中位时，转向系统内仅有小于2 L/min的油量直接回流至
油箱。

4 结论
本文介绍了伸缩臂叉车转向系统的组成和设计要求，对伸缩臂叉车的转弯半径、转向能力和转向过程中的受力进行分析，对转向运动学和转向动力学进行研究。

并通过研究负荷传感转向系统原理，设计了伸缩臂叉车负荷传感转向系统。

该系统具有以下特点:
(1)对负荷变化有良好的压力补偿。

(2)转向回路与其他回路互不影响，主流量优先供给转向回路，中位时只有微小流
量通过转向器，从而消除了由于向转向油路供油过多而造成的功率损失，提高了系统效率，改善热平衡状况。

转向回路压力、流量保持优先，转向可靠。

在优先保证转向流量的同时，多余的流量完全供给EF油路。

(3)中位压力特性不受排量的影响。

随着静态信号型负荷传感转向器和静态信号型优先阀在国内的逐步推广及批量应用，负荷传感转向系统将是工程机械转向系统发展的方向。

参考文献
［1］王志.伸缩臂叉装车的现状［J］.建筑机械，2008(8):65－68.
［2］唐振科.工程机械底盘设计［M］.郑州:黄河水利出版社，2004.
［3］张光裕.工程机械底盘构造与设计［M］.北京:中国建筑工业出版社，1986. ［4］尹国会，赵向阳，景军清，等.负荷传感转向系统［J］.流体传动与控制，2005(1):44，45.
［5］李锦，刘金龙.BZZ系列全液压转向器的工作原理及故障排除［J］.煤矿机械，2007(1):144－146.。