礦用車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)運動仿真分析

孫鐵華 張樹齊

摘要：轉(zhuǎn)向機構(gòu)是車輛重要組成部分，其機構(gòu)的穩(wěn)定性決定了車輛的運行性能，本文運用PRO/E運動仿真對轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行優(yōu)化，分析礦用車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計合理性，提高車輛的性能。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向機構(gòu);運動仿真

本文是對某礦用自卸車轉(zhuǎn)向機構(gòu)運用PRO/E進行運動仿真的優(yōu)化結(jié)果。其結(jié)果可能與轉(zhuǎn)向機構(gòu)實際試驗數(shù)據(jù)有一定誤差，但不影響其作為轉(zhuǎn)向機構(gòu)技術(shù)設(shè)計的主要參考依據(jù)。

本文分別對某礦車轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行了三維建模和運動連接設(shè)置、優(yōu)化分析、運動分析。

1.運動學(xué)優(yōu)化仿真

1.1優(yōu)化目標(biāo)

本文根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)思想將內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系作為優(yōu)化目標(biāo)，以期減少輪胎磨損，延長輪胎使用壽命。

1.2優(yōu)化原理

優(yōu)化原理：滿足阿可曼轉(zhuǎn)向原理（見下式）。

1.3優(yōu)化模型

圖1??轉(zhuǎn)向機構(gòu)運動學(xué)模型

1.4優(yōu)化方案

根據(jù)優(yōu)化模型，采用PRO/E中的可行性/優(yōu)化功能將內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角誤差作為優(yōu)化約束條件，將轉(zhuǎn)向臂長度、曲柄長度和曲柄頭柱孔開距作為優(yōu)化變量進行優(yōu)化。

1.5優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)優(yōu)化分析和機構(gòu)布置空間要求得出一組較合適的優(yōu)化結(jié)果，運用優(yōu)化尺寸構(gòu)建的運動模型進行運動仿真，得到礦車內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系的特性曲線，見圖2示。其中表1列出了部分內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角值。

圖2礦車內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系特性曲線

表1轉(zhuǎn)向機構(gòu)內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角對應(yīng)值

1.6優(yōu)化模型下轉(zhuǎn)向缸行程曲線

在礦車中由于部件劃分原因，未將轉(zhuǎn)向缸作為轉(zhuǎn)向機構(gòu)的部件，但作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分，本次運動分析中也對轉(zhuǎn)向缸的運動加以仿真，以期為轉(zhuǎn)向缸的設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖3示為轉(zhuǎn)向缸從直行位置轉(zhuǎn)到最大轉(zhuǎn)角位置時兩側(cè)轉(zhuǎn)向缸的長度變化曲線。

圖3?轉(zhuǎn)向缸長度變化曲線（直行位置→極限轉(zhuǎn)角位置）

2.運動學(xué)干涉檢查及結(jié)論

通過對轉(zhuǎn)向機構(gòu)優(yōu)化模型進行運動分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)在整個有效轉(zhuǎn)向角度（40°）內(nèi)無死點現(xiàn)象發(fā)生。同時轉(zhuǎn)向機構(gòu)在滿載工況下各零部件間也無干涉現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻：

[1]徐科峰.某國產(chǎn)轎車白車身結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性分析及優(yōu)化[D].重慶理工大學(xué)，2009.

[2]吳曉健.齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向特性研究[D].重慶理工大學(xué)，2009.

[3]王秀宇.多輪重載車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計與仿真研究[D].西安理工大學(xué)，2010.

第一作者簡介：孫鐵華，男，遼寧阜新人，1980年10月25日生，機械工程師，畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，現(xiàn)工作于三一重型裝備有限公司，主要從事采掘機械的研發(fā)工作。