横置液压缸式转向机构优化设计

　　横置液压缸式转向机构由于具有形式简单、结构紧凑、布置方便和偏转角大等优点，而广泛应用在叉车与牵引车类工程机械中，图 1 为安徽合力CPCD460 型叉车横置液压缸式转向机构。该转向机构的运动执行部件主要由桥体 1、节臂 2、连杆 3 和转向液压缸 4 等组成，他们之间形成了一个梯形结构，通过转向液压缸 4 的左右运动来推动转向梯形机构的梯形使之运动，以实现转向动作。这类转向机构在小转向角的情况下能够获得比较理想的转向角，其优点比较明显，但在实际应用过程中也存在一些不足之处，主要体现在：活塞杆承受径向力、调整能力差等，这就要求在梯形结构设计中应充分考虑减小活塞杆径向力及其对液压缸工作的影响。因此，深入研究梯形机构的传动特性，根据实际需要提出理想转向性能的要求及其优化方法，这对设计和研究这种转向机构具有现实意义。

　　1 转向机构的数学模型

　　根据给定条件，正确设计转向机构的几何参数，可以使车辆转弯行驶时，全部车轮绕瞬时转向中心旋转，使在不同圆周上运动的车轮作无滑动的纯滚动，以减少轮胎磨损和动力消耗。

　　1.1 转向机构简图

　　如图 2 所示，在横置液压缸式转向机构中,液压缸E 的活塞杆可沿水平方向左右直线移动。活塞杆两端用销轴与两根连杆 AD、BC 相连，两连杆又通过销轴与左右车轮上的节臂AO1、BO相连。

　　1.2 设计变量

　　对于给定的车辆，其轴距 L、主销中心距 K 为已知量[1]。故在设计转向机构时，需要确定的参数为梯形底角 γ、节臂长 l1、连杆长 l2和液压缸的偏心距 h（参见图 2）。而液压缸活塞杆的长度 M 则可由转向机构的上述参数以及已知的参数K来确定。

　　其关系式为：

　　1.3 目标函数

　　根据阿克曼理论的内外轮转角关系[2]，理想的内外轮转角关系为：

式中：βt———理想的内轮转角；

　　α ———外轮转角。

　　而由转向机构所提供的内、外轮实际转角关系可以根据几何关系来求解。当横置液压缸的活塞杆左右移动时，两边的杆系产生不同的运动，从而使左右车轮分别获得各自的转角。以左转弯为例，此时右轮为外轮，外轮一侧的杆系运动如图 3 所示。设液压缸活塞杆向右移动某一行程 S，通过右连杆l2推动右轮转过 α 角。

则可导出行程 S 与外轮转角 α 的关系：

　　而内转向轮处的杆系运动则如图 4 所示，液压缸活塞杆右移了相同的行程 S，通过左连杆拉动左轮转过 β 角。