刘平 刘世芳 雷荣杰
成都地铁运营有限公司 四川成都 610000
摘要：由于液压动力转向具有结构紧凑、重量轻、体积小、灵敏度高、稳定性好、能够吸收路面冲击和无需另设润滑装置等优点，因此在工程车辆上应用最为广泛。
关键词：工程机械；转向形式；转弯半径；
转向系统是工程机械中的一个重要组成部分，它不仅要保证车辆在直线行驶时的稳定，还要在车辆转向时保证转向的轻便、快速、准确等性能。全液压转向系统是工程机械中应用较多的转向系统，分为普通全液压转向系统、负荷传感全液压转向系统、流量放大全液压转向系统、同轴流量放大转向系统、新型轮式转向系统和线控转向系统等。负荷传感液压转向系统因其独有的优先阀和负荷传感油路，使其转向系统在转向时更加可靠，在其不转向时只供应转向系统最低的油量需求，提高了整个系统的效率，使系统更加节能。
一、工程机械转向系统的发展
工程机械的转向系统由最初的普通全液压转向系统发展到以后的负荷传感全液压转向系统和流量放大全液压转向系统以及线控转向系统。转向器的操纵是全液压式，也就是说在转向柱和转向轮之间没有机械连接，在转向器与转向油缸之间是液压管或软管链接。转向系统的发展第一要节能化，这也是为了缓解能源危机和环境污染所带来的困扰；由于工程机械的载重量的不断提高，转向力也就随之增大，如何在重载情况下使转向更为轻便，也是一个重要的研究方向；要求组成上更为集成化，使用上更为智能化；要求转向系统的响应速度要快、要准。
二、工程机械车辆的转向和特点
1.偏转车轮转向。（1）前轮偏转。即改变车辆前轮与机体的相对位置，前外轮的变道行驶半径最大，驾驶员易于用前外轮避障来估计整机的行驶路线。这种转向方式前外轮的转弯半径最大，是一种常用的转向方式，
车辆的转弯半径
式中L——车轴的轴距；
K——左右转向节立轴距；
α——内导向轮偏转角；
β——外导向轮偏转角。
（2）后轮偏转。有的车辆前方装有工作装置，若采用前轮偏转方式，车轮的偏转角将受工作装置的限制，而且由于工作装置靠近前轮，其工作轮压较大，可能要采用双轮胎或者增大轮胎直径，使轮距及外形尺寸加大、机动性降低，还将使转向阻力矩增加。采用后轮偏转方式则可解决上述问题（如叉车、翻斗车等），这种转向形式后外轮的转弯半径最大，车辆的转弯半径
式中L——车轴的轴距；
K——左右转向节立轴距；
α——内导向轮偏转角；
β——外导向轮偏转角。
观察以上两种转向形式，不难看出，偏转前轮转向与偏转后轮转向的车辆其运动规律是相同的，不同的只是各个车轮的运动轨迹。（3）前后轮偏转。这种转向形式的特点是转弯半径小、具有偏移蟹行功能，但其动力系统、转向控制系统的结构都较前两种方式复杂，往往用于
对机动性、作业施工有特殊要求或机架特别长的机械（如大型轮胎式起重机、双钢轮压路机）。当前后轮同时反向偏转时，转弯半径小、机动性好车辆的转弯半径（K 1=K 1时）
式中L——轴距，L=L 1+L 2；
α1、α2——前、后外轮偏转角；
K 1、K 2——前、后左右转向节立轴距。
当前后轮同向转动且偏转角相同时，车辆处于蟹行状态，蟹行转向实际上是全轮转向的另一种形式。车辆可以斜行，即运行方向与车辆纵向轴线之间偏斜一个角度，可以方便地靠近或离开受结构物或地形限制的作业面。车辆横坡作业时，采用蟹行法，可以提高作业时的整机稳定性。（5）多桥偏转车轮转向。多转向桥的偏转车轮转向原理与单转向桥相同，即尽量使各轮轴线在地面的投影交于一点（如图1为双桥转向）。对于在公路行驶而总重和长度大的轮式工程机械，为了不影响弯道行驶能力，可采用多轮偏转的多桥支承底盘，大型汽车起重机多采用这种方式。
图1双桥偏转转向
由图1可知各转向轮转弯半径为
式中L 1——前转向桥到驱动桥的距离；
L 2——后转向桥到驱动桥的距离；
α1——1轮偏转角；
α2——2轮偏转角；
β1——3轮偏转角；
β2——4轮偏转角；
K——转向节到轮中心的距离。对于多轮转向机构，当车桥数为奇数时，瞬心通常在中间的一个车桥的轴线上，即转向时中间车桥的车轮不偏转；当车桥数为偶数时，通常所有车桥的车轮都要旋转，转向瞬心在中间两车桥的中心线位置，否则会产生很大的转向阻力矩，影响轮胎的使用寿命，这需要复杂的液压电子系统来控制。（6）偏转履带的转向形式。多履带转向不同于双履带车辆常用的滑移转向，它是靠一条或多条履带相对车架偏转一定角度，以使车辆按曲线路径行驶，且其转向半径较大，只能缓慢转向。大型工程机械如大型、巨型和超巨型斗轮挖掘机，排土机、堆取料机及移动式破碎站等，自身重量很大，为了承重、移动与转向行走的需要，必须采用多履带行走装置。根据转向履带组数的不同，多履带行走装置的转向方式可分为两类，一类为一组履带转向，即转向履带沿纵轴对称布置；另一类为两组履带一起转向，二者沿纵向对称线布置或一前一后对称布置。当两类多履带行走装置以相同半径转向时，转向阻力及对地面的破坏程度是不同的。在一般情况下多履带行走装置的转向轨迹只取决于转向履带组偏转的角度，所以其转向轨迹可控制性好；其次，多履带行走装置可以作任意长时间的转向而没有制动功率损失，转向过程是平稳的。
2.铰接车架转向形式。这是一种轮式车辆和履带车辆都可以采用的转向形式，与偏转车轮的转向方式不同，它是利用前后车架相对偏转的方式实现转向的。这种转向方式的特点是当工作装置安装在前车架上，两段车架相对偏转时，其行驶方向始终与前车架一致，有利于迅速对准作业面、减少循环时间、提高生产率，显示了铰接底盘特有的机动性。铰接车架相对偏转时，车轮轴线在地面的投影必交于一点，不需专门的转向梯形机构就能避免弯道行驶时因车轮滚动方向的偏差而产生侧滑，从而使转向机构简单化。这种转向方式既不需要转向梯形机构，也可免除偏转驱动轮时所需的等角速万向节机构。前、后外侧车轮转向半径分别为
式中L——轴距；
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B——左右轮距；K——交接点距前轴距离与轴距的比值；
α——偏转角。
（1）K＜0.5时，R 1－R 2＞0，前外轮的转向半径为机器的转向半径；（2）K＞0.5时，R 1－R 2＜0，后外轮的转向半径为机器的转向半径；（3）K=0.5时，R 1=R 2，前后轮的转向半径相等。
3.差速（滑移）转向。差速转向方式的车架是整体的，其车轮轴线或履带与机架是固定的，依 靠改变左右两侧车轮或履带的转速及其转矩来操纵行驶方向。主要用于全桥驱动的车辆或双履带车辆，其结构比较简单、灵活方便，转向半径较小，并可实现原地转向。但转向时车轮的滑动较为严重，转弯越急侧滑越严重，对轮式车辆的轮胎磨损严重。
总之，随着我国经济的日益繁盛，国内对民生状况的越来越看重，近年来国家对交通方面投资日益增加，而修桥、铺路都将会用到工程机械，工程机械中的转向系统亦显得尤为重要。
参考文献
[1]张大壮，浅谈工程机械车辆的转向形式及其特点.2017.
[2]王海燕，探讨工程机械车辆的转向形式及其特点.2018.
论文作者:刘平,刘世芳,雷荣杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/7
标签：履带论文; 半径论文; 车辆论文; 转向系统论文; 车轮论文; 工程机械论文; 外轮论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;