自行式液压载重车多种独立转向系统研究

４ 马达减速机齿轮式转向系统
在蜗轮蜗杆式转向系统发展的基础上，马 达 减 速 机 齿 轮 式 转 向 系 统 应 运 而 生．主 要 有：单 马 达 驱 动 齿 轮外啮合式、单马达驱动双联齿轮内啮合 式，以 及 双 马 达 双 齿 轮 内 啮 合 式 ３ 种 类 型，在 自 行 式 液 压 载 重 车 中应用最为广泛的是双马达双齿轮内啮合式转向系统．
该系统如图６所示主要由悬挂支承、转 向 液 压 马 达、减 速 机、驱 动 齿 轮、回 转 支 承、悬 挂 缸 和 车 桥 总 成 等部分组成．系统工作原理为：来自液压 系 统 的 液 压 油 同 时 进 入 由 比 例 多 路 电 磁 阀 控 制 的 ２ 个 转 向 马 达， 高速旋转的马达通过减速机减速带动驱动齿轮转动，回转支承采用内齿式和驱动齿轮相啮合，驱 动 齿 轮 通 过 驱 动 回 转 支 承 的 内 齿 ，从 而 带 动 悬 挂 支 承 旋 转 ，实 现 ３６０°任 意 角 度 的 转 向 ．
中 国 工 程 机 械 学 报
第９卷
３ 蜗轮蜗杆式转向系统
蜗轮蜗杆式转向系统是原有的液压 缸 连 杆 式 转 向 系 统 的 更 新 换 代 产 品 ，是 目 前 国 际 上 液 压 重 型 运 输 车广泛采用的转向系统．有单蜗杆式和 双 蜗 杆 式 之 分，双 蜗 杆 式 输 出 的 转 向 力 矩 相 对 较 大，更 适 用 于 自 行 式液压载重车转向系统．
转向液压缸驱动双摇杆 铰 接 四 连 杆 转 向 系 统 如 图 １ 所 示，主 要 是 由 轮 胎 和 车 桥、转 向 轴、转 向 臂、推 杆、悬挂支承、转向液压缸、回转支承组成，该系统工作原理是：转向液压系统控制转向液压 缸 伸 缩，带 动 转 向 臂 转 动 ，再 由 推 杆３ 带 动 回 转 支 承５ 转 动 ，安 装 在 回 转 支 承 上 的 悬 挂 支 承 和 轮 胎 也 随 之 转 动 ，实 现 了 车 轮
通过图５蜗轮蜗杆式转向系统整体结构，可以看出该转向系统结合了蜗轮蜗杆传动与 回 转 支 承 旋 转， 从而解决了长期以来液压载重 车 转 向 系 统 角 度 受 限 制 的 问 题，实 现 了 正 反 ２ 个 方 向 连 续 旋 转，真 正 达 到 ３６０°转向．除此之外该系统还具有成本适中、体积小、质 量 轻、结 构 紧 凑；承 载 能 力 高 转 向 扭 矩 大，特 别 是 能 降 低 整 车 体 积 和 整 车 高 度 ；运 转 平 稳 、噪 声 小 、抗 冲 击 和 振 动 能 力 强 等 优 点 ．
第９卷第４期 ２０１１ 年 １２ 月
中 国 工 程 机 械 学 报 ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０１１
自行式液压载重车多种独立转向系统研究
周爱斌１，张建福２，赵静一２，程 斐 ２
（１．江苏海鹏特种车辆有限公司，江苏 江阴 ２１４５２１；２．燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 ０６６００４）
摘要：详细阐述了自行式液压载重车目前采用的液 压 缸 四 连 杆 式、齿 轮 齿 条 式 和 蜗 轮 蜗 杆 式 以 及 马 达 减 速 机 齿 轮式转向系统的工作原理，通过重点分析比较这些转向系统的优缺点以及使用范围，为今后液压载 重 车 以 及 同 类 重型运输车辆的转向系统的设计和选择提供了依据．
关 键 词 ：自 行 式 液 压 载 重 车 ；液 压 缸 四 连 杆 式 转 向 系 统 ；齿 轮 齿 条 式 转 向 系 统 ；蜗 轮 蜗 杆 式 转 向 系 统 ；马 达 减 速 机齿轮式转向系统 中 图 分 类 号 ：Ｕ ４６３．４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－５５８１（２０１１）０４－０４３４－０４
齿轮齿条式转向系统也存在着不足，主要体现在：① 相对于液压缸四连杆转向系统 而 言，成 本 较 高；② 由于摆动液压缸的安装轴向尺寸较大，不利于降低整车高度．所以齿轮齿条式转向系统在那些要 求 承 载 能 力高、输出扭矩大、转向过程平稳且对整车高度限制不大的液压载重车中得到了广泛应用 ．
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自行式液压载重车（也称液压 平 板 车）是 运 输 大 型 零 部 件 及 产 品 的 常 用 运 载 工 具，适 用 于 港 口、船 厂、 施工建设等场合［１］．为了实现全方位转 向，完 成 复 杂 的 现 场 作 业 任 务，液 压 载 重 车 的 转 向 系 统 采 用 独 立 转 向方式．
齿轮齿条摆动油缸转向系统主要有 单 齿 条 齿 轮 式 和 双 齿 条 齿 轮 式 两 类 ，液 压 载 重 车 一 般 额 定 载 重Baidu Nhomakorabea量 在 １００ｔ以 上 ，转 向 时 尤 其 是 原 地 转 向 需 要 很 大 转 向 力 矩 ，双 齿 条 齿 轮 式 转 向 系 统 输 出 力 矩 大 ，在 工 程 液 压 载重车中被应用．
图 ４ 蜗 轮 蜗 杆 式 转 向 系 统 原 理 图 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅｏｒｙ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｗｏｒｍ ｇｅａｒ ｗｏｒｍ
ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
图 ５ 蜗 轮 蜗 杆 式 转 向 系 统 整 体 结 构 Ｆｉｇ．５ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｒａｐｈ ｏｆ ｗｏｒｍ ｇｅａｒ ｗｏｒｍ
ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
齿轮齿条式转向系统具有的主 要 优 点 为：① 转 向 器 结 构 一 体 化，省 去 了 原 有 的 回 转 支 撑，能 大 大 简 化 整车结构；②转向角度根据齿条的长度，可以达 到 ±１２０°；③ 全 行 程 内 无 死 点，且 移 动 速 度 恒 定、推 力 恒 定； ④ 承 载 能 力 及 转 向 扭 矩 较 大 ；⑤ 采 用 了 液 压 传 动 及 齿 轮 齿 条 传 动 ，技 术 相 对 成 熟 ，安 全 可 靠 性 高 ．
为它成本相对较低，结构简单，方便制造安装，转向轮组实现 ＋
１００°～－１００°的转向，并且通过电 液 控 制 实 现 多 种 简 单 的 转 向
模 式 ，能 满 足 不 同 环 境 的 转 向 要 求 ．
但由于本身 的 结 构 原 因，这 种 转 向 系 统 也 存 在 着 许 多 缺
点，如：由于结构限 制，转 向 角 度 不 能 超 过 ±１００°，这 就 限 制 了
作 者 简 介 ：周 爱 斌 （１９７７－ ），男 ，助 理 工 程 师 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｉａｎｆｕ８１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
第４期
周 爱 斌 ，等 ：自 行 式 液 压 载 重 车 多 种 独 立 转 向 系 统 研 究
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转 向 ． ［２］
这 种 转 向 系 统 被 广 泛 用 于 国 内 自 行 式 液 压 载 重 车 ，主 要 因
液压载重车的独立转向主要是指每个 悬 挂 都 有 １ 个 单 独 的 转 向 驱 动，通 过 控 制 这 些 驱 动 实 现 整 车 的 不同转向模式，根据转向驱动方式的不同目前主要包括液压缸四连杆式、齿轮齿条式和蜗轮蜗杆 式 以 及 马 达减速机齿轮式等４类独立转向系统．
１ 液压缸四连杆式转向系统
转向角度范围，导致转 向 模 式 很 有 限；由 于 这 类 转 向 系 统 含 有
液压油缸和回转支承 两 部 分，安 装 时 所 占 用 空 间 较 大，不 利 于
整车体积和质量的简 化；转 向 机 构 电 液 控 制 系 统 复 杂，不 利 于 驾驶人员简单操作．
基 于 液 压 缸 四 连 杆 式 转 向 系 统 的 优 缺 点 ，该 转 向 系 统 适 用
图 １ 液 压 缸 四 连 杆 式 转 向 系 统 结 构 图 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｆｏｕｒ－ｌｉｎｋ
ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
于 那 些 成 本 要 求 较 低 、转 向 角 度 范 围 要 求 不 是 很 大 的 液 压 载 重 车 ．
２ 齿轮齿条式转向系统
如图４所示其转向原理为：来自液压系统的高压油同时进入 ２ 个转向马达的入口，使转 向 马 达 进 行 旋 转，通过马达旋转带动与之相连的蜗杆 转 动，蜗 杆 再 将 动 力 传 给 和 它 相 配 合 的 蜗 轮，蜗 轮 驱 动 回 转 支 承 转 动，带动悬挂支承转动，从而使车轮转向，在液压马达和蜗杆之间还可以增加减速机来增加输出扭矩 ． ［４］
图 ２ 双 齿 条 齿 轮 式 转 向 系 统 原 理 图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅｏｒｙ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｒａｃｋ ａｎｄ ｐｉｎｉｏｎ
ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
图 ３ 齿 轮 齿 条 式 转 向 系 统 整 体 结 构 Ｆｉｇ．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｒａｐｈ ｏｆ ｒａｃｋ ａｎｄ ｐｉｎｉｏｎ
Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｒｒｉｅｒｓ
ＺＨＯＵ Ａｉ－ｂｉｎ１，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｆｕ２，ＺＨＡＯ Ｊｉｎｇ－ｙｉ２，ＣＨＥＮＧ Ｆｅｉ２
（１．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｈａｉｐｅｎｇ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｊｉａｎｇｙｉｎ ２１４５２１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
但是由于液压载重车所需转向扭 转 较 大，转 向 扭 矩 集 中 到 蜗 轮 蜗 杆 传 动 副 上，使 蜗 轮 蜗 杆 受 力 较 大， 容 易 破 坏 ，这 是 该 转 向 系 统 的 缺 点 ．
所以蜗轮蜗杆式转向系统主要应用在那些转向角度要求实现 ３６０°回转，同时对整车高度体积有限制， 成本又不能太高的液压载重车中．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｅｒｔａｉｎｉｎｇ ｔｏ ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｒｒｉｅｒｓ，ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｕｐｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ－ａｐｐｌｉｅｄ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｆｏｕｒ－ｌｉｎｋａｇｅ，ｇｅａｒ ｒａｃｋ ａｎｄ ｇｅａｒ ｗｏｒｍ，ａｎｄ ｍｏｔｏｒ－ｒｅｄｕｃｅｒ ｇｅａｒ．Ｂｙ ｅｍｐｈａｓｉｚｉｎｇ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｎ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｂｅｓｐｏｋｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｎｇｅｓ，ｔｈｉｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅ－ ｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｒｒｉｅｒｓ ａｎｄ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｈｅａｖｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｖｅｈｉｃｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃａｒｒｉｅｒ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｆｏｕｒ－ｌｉｎｋａｇｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｇｅａｒ ａｎｄ ｒａｃｋ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｇｅａｒ ａｎｄ ｗｏｒｍ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｇｅａｒ ｍｏｔｏｒ－ｒｅｄｕｃｅｒ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
这种转向系统的工作原理如图 ２ 所示：Ｐ１和 Ｐ２ 分别为摆动液压油缸的进油口和出油口，液压系统通 过 Ｐ１口向油缸提供高压油，推动液压缸内齿条沿着图中箭头指示方向运动来推动与之相啮合的齿轮轴 做 逆时针的旋转运动（反方向时原理 相 同），通 过 出 油 口 Ｐ２ 进 行 回 油，同 时 将 液 压 缸 内 齿 条 的 推 力 转 化 为 齿 轮轴的输出扭矩，从而推动悬挂架总成 和 轮 胎 进 行 转 动．整 个 转 向 系 统 一 方 面 提 供 了 转 向 扭 矩，另 一 方 面 承 受 了 来 自 车 身 和 所 载 货 物 的 载 荷 ［３］，该 系 统 整 体 结 构 见 图 ３．