137米客車幾種隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)初探

1、13.7米客車幾種隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)初探錢曉東，孫榮軍，沈國(guó)華2006/12/18隨著中國(guó)汽車新標(biāo)準(zhǔn)的制定，客車總長(zhǎng)限制進(jìn)一步放寬，最長(zhǎng)可達(dá)到13.7 m，因此，載荷也相應(yīng)增加，在這種情況下，雙軸客車已很難滿足要求，需要采用三軸客車(6× 2)。作為客車第三軸的隨動(dòng)橋，不同于驅(qū)動(dòng)橋，在客車作非直線行駛時(shí)，由于三個(gè)橋的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生隨動(dòng)橋輪胎的非正常磨損，不僅大大降低了輪胎的使用壽命，還對(duì)汽車行駛性能產(chǎn)生很大的影響。隨動(dòng)橋輪胎的非正常磨損從動(dòng)力學(xué)分析主要原因是：由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風(fēng)或曲線行駛時(shí)離心力等，產(chǎn)生地面對(duì)車輪中心沿Y方向的側(cè)向反作用力，當(dāng)輪胎所受側(cè)向反作用力達(dá)到車輪與地面之

2、間的附著極限時(shí)，車輪發(fā)生側(cè)向滑動(dòng)，造成了輪胎的非正常磨損。為了得到較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)，克服隨動(dòng)橋的非正常磨損，可參考二軸客車的理想轉(zhuǎn)角形式，以此討論三軸客車?yán)硐氲霓D(zhuǎn)角關(guān)系，如圖1所示。從圖1中可以得到隨動(dòng)橋的轉(zhuǎn)角公式：這里是前輪轉(zhuǎn)角。為了得到理想隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)角，使其輪胎運(yùn)動(dòng)形式由滑動(dòng)變?yōu)闈L動(dòng)，須采用隨動(dòng)轉(zhuǎn)向橋。目前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)客車廠家能開發(fā)13.7 m客車，而且大多還處于研制、完善及性能測(cè)試等驗(yàn)證階段，選型的隨動(dòng)橋一般不能轉(zhuǎn)向。而歐洲13.7 m三軸客車早就采用隨動(dòng)轉(zhuǎn)向橋，較好地解決了由于隨動(dòng)橋不轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生的問題。筆者根據(jù)歐洲某知名設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向的幾種結(jié)構(gòu)作初步探討。1 隨動(dòng)橋主動(dòng)轉(zhuǎn)

3、向(Active steering)這種結(jié)構(gòu)國(guó)外已有成熟產(chǎn)品，如德國(guó)ZF、Neoplan，瑞典Volvo隨動(dòng)橋的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)主要有液控和電控兩種控制方式。雖然電控傳輸準(zhǔn)確性、敏捷性好，但由于可靠性不好，目前歐洲豪華客車、貨車大多采用可靠性好的液壓控制方式。下面就隨動(dòng)橋液控主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程及特點(diǎn)作簡(jiǎn)要介紹。隨動(dòng)橋主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由前主轉(zhuǎn)向液壓缸、后副轉(zhuǎn)向液壓缸、儲(chǔ)油器、油管及壓力開關(guān)等組成，見圖2。主轉(zhuǎn)向液壓缸一端固定在底盤上，另一端固定在動(dòng)力轉(zhuǎn)向器花鍵軸驅(qū)動(dòng)的搖板上；副轉(zhuǎn)向液壓缸一端固定在隨動(dòng)橋工字梁上，另一端固定在轉(zhuǎn)向梯形臂上，主、副轉(zhuǎn)向液壓缸均為雙向活塞式油缸。儲(chǔ)油器調(diào)整油路

4、系統(tǒng)壓力并永久作用在副轉(zhuǎn)向液壓缸上。壓力開關(guān)監(jiān)視油路系統(tǒng)壓力，并與一信號(hào)燈相連接，主、副轉(zhuǎn)向液壓缸之間用三根軟管連接。其工作過(guò)程為：當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，固定在底盤上的動(dòng)力轉(zhuǎn)向器用花鍵軸驅(qū)動(dòng)搖板，搖板繞花鍵軸旋轉(zhuǎn)后推動(dòng)主轉(zhuǎn)向液壓缸挺桿，改變油壓，然后通過(guò)三根油管改變副轉(zhuǎn)向液壓缸油壓，副轉(zhuǎn)向液壓缸挺桿推動(dòng)梯形臂，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向。當(dāng)客車直線行駛或轉(zhuǎn)向角小于5°時(shí)，主轉(zhuǎn)向液壓缸內(nèi)前后油缸相通，油壓保持不變。同時(shí)，儲(chǔ)油器對(duì)副轉(zhuǎn)向液壓缸內(nèi)前后油缸增壓，確保隨動(dòng)橋直線行駛。前左右轉(zhuǎn)向輪之間及隨動(dòng)橋左右輪之間偏轉(zhuǎn)關(guān)系由各自的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)保證，前轉(zhuǎn)向輪與隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向輪之間的偏轉(zhuǎn)關(guān)系由主轉(zhuǎn)向液壓缸和副

5、轉(zhuǎn)向液壓缸的有效缸徑及有效力臂大小來(lái)保證，盡量滿足公式(1)，減少車輪與地面的相對(duì)滑動(dòng)。隨動(dòng)橋液控主動(dòng)轉(zhuǎn)向特點(diǎn)為：(1)無(wú)論客車低速或高速向前行駛，還是倒車，隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向均由主轉(zhuǎn)向液壓缸全程控制；(2)減少輪胎的磨損和改善高速行駛的穩(wěn)定性；(3)可靠性好，傳輸準(zhǔn)確度較高；(4)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在采用還有些困難。2 隨動(dòng)橋被動(dòng)轉(zhuǎn)向(Passive steering)這種結(jié)構(gòu)國(guó)外也有成熟產(chǎn)品，如德國(guó)ZF、MAN隨動(dòng)橋的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其前輪轉(zhuǎn)向與隨動(dòng)橋被動(dòng)轉(zhuǎn)向之間沒有直接的信號(hào)輸入關(guān)系，而是根據(jù)客車轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的離心力變化作為輸入信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向。下面就隨動(dòng)橋被動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程及特點(diǎn)

6、作簡(jiǎn)要介紹。ZF被動(dòng)轉(zhuǎn)向隨動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)基本與前橋一樣，但其主銷上部向后傾斜8°。被動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向減振器、氣動(dòng)控制鎖止缸及傳感器等組成，見圖3。轉(zhuǎn)向減振器一端固定在隨動(dòng)橋工字梁上，另一端固定在轉(zhuǎn)向梯形臂上。鎖止缸一端也固定在隨動(dòng)橋上，另一端挺桿固定在與主銷相連的鎖止桿上。其工作過(guò)程為：當(dāng)駕駛員向右打方向時(shí)，客車本身離心力作用，在隨動(dòng)橋車輪與路面的接觸點(diǎn)B處作用一個(gè)側(cè)向反作用力F，反力F對(duì)車輪形成繞主銷作用的力矩FL，其方向正好與前輪轉(zhuǎn)向方向相反(向左)，見圖4。在此力作用下，實(shí)現(xiàn)了隨動(dòng)橋的被動(dòng)轉(zhuǎn)向。該轉(zhuǎn)向力矩的大小取決于力臂L的數(shù)值，而力臂L又取決于后傾角的大小，因此，隨動(dòng)橋主銷后傾角

7、的大小要合適，如果后傾角過(guò)小，則轉(zhuǎn)向力矩小，不能克服摩擦阻力繞主銷軸線產(chǎn)生的反方向力矩，而造成隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向遲滯，如果后傾角過(guò)大，轉(zhuǎn)向力矩大而造成隨動(dòng)橋方向回正困難。當(dāng)客車直線行駛時(shí)，若隨動(dòng)轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)，此時(shí)轉(zhuǎn)向減振器對(duì)隨動(dòng)橋車輪形成繞主銷軸線作用的力矩，其方向正好與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，在此力矩作用下，將使車輪回復(fù)到原來(lái)的中間位置，從而保證了客車穩(wěn)定的直線行駛。當(dāng)客車高速行駛或倒車時(shí)，車輪轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)到的信號(hào)傳輸給ECU，經(jīng)過(guò)運(yùn)算并發(fā)出指令，通過(guò)調(diào)整氣壓來(lái)控制鎖止缸，使隨動(dòng)輪不能轉(zhuǎn)向，確?？蛙嚪较蚍€(wěn)定性。隨動(dòng)橋被動(dòng)轉(zhuǎn)向特點(diǎn)為：(1)由于前輪與轉(zhuǎn)向輪之間沒有直接信號(hào)傳輸關(guān)系，而且路面作用在隨動(dòng)橋車輪上的力是復(fù)雜變化的，雖然轉(zhuǎn)向減振器能吸收振動(dòng)能量，振動(dòng)衰減快，但被動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向穩(wěn)定性要比主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)差；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，在國(guó)內(nèi)客車行業(yè)將有一定的市場(chǎng)前景。3 隨動(dòng)橋軸轉(zhuǎn)向當(dāng)客車作非直線行駛時(shí)，在側(cè)向力作用下，車身發(fā)生側(cè)傾，此時(shí)由于隨動(dòng)橋懸架導(dǎo)向桿系的運(yùn)動(dòng)及變形，會(huì)使隨動(dòng)橋車輪發(fā)生繞垂直于地面軸線的小角度轉(zhuǎn)動(dòng)(即軸轉(zhuǎn)向)，也會(huì)使隨動(dòng)橋懸架左右彈性元件承受的載荷發(fā)生變化。能否利用這種左右彈性元件承受載荷的變化來(lái)設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)橋轉(zhuǎn)向，目前還處于初步設(shè)想階段，