雙前軸自卸車轉向機構的優化

孫亞偉，趙華杰，韓梅

雙前軸自卸車轉向機構的優化

孫亞偉1，趙華杰1，韓梅2

（1.陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710043；2.陜西汽車控股集團有限公司技術中心，陜西 西安 710043）

對某公司生產的8×4雙前軸自卸車輪胎異常磨損故障使用作圖法進行了分析，找出了導致車輛前輪異常磨損的原因。提出雙前軸車輛轉向機構布置時需要注意的基本原則，通過作圖法，找出導致車輛吃胎的原因，重新設計轉向節臂的高度，解決了車輛異常磨損的現狀。對于雙前軸車輛轉向結構的設計和該類車輛前軸輪胎異常磨損故障診斷具有一定的借鑒意義。

自卸車；雙前軸；輪胎異常磨損；轉向機構優化

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-66-03

前言

隨著我國基礎設施建設力度越來越大，工程自卸車輛獲得了巨大的發展空間，工程自卸車輛不斷的向重載化，大型化發展。雙前軸8×4多軸自卸車是近幾年出現的主要車型，具有重載，轉彎半徑小等優點。但是，相對于單轉向前軸車輛而言，由于雙轉向前軸結構復雜，如果轉向連桿機構設計不合理，容易造成轉向前輪異常磨損或跑偏現象。

1 雙轉向前軸的轉向機構原理

汽車轉向系統是為了保證汽車按照駕駛員的意愿直線或轉向行駛。在汽車轉向時，為了避免車輪邊滾邊滑，造成轉向時產生阻力，增加輪胎磨損，必須保證輪胎在轉向過程中，處于純滾動狀態。

相對于一個根轉向橋而言，雙前軸轉向機構更復雜，既要保證雙前軸轉向角符合阿克曼幾何關系，還要保證轉向機構與懸架要協調匹配，即要確保轉向直拉桿和板簧運動不能干涉，且保持一致。

在汽車前懸架采用鋼板彈簧的情況下(見圖1)，要求轉向搖臂下端的B點盡量與轉向節臂的球銷中心A2的擺動中心點O2接近，O2點位置取決于彈簧主片中點A1的擺動中心O1。根據試驗研究，A1點的軌跡近似于一段弧，其圓心O1的位置與彈簧固定端的卷耳中心在水平方向相距，在垂直方向相距(L1和L2為鋼板彈簧前半段和后半段的有效長度，e為卷耳內孔半徑)。由于A1點與A2點在空間作同一運動，其連線作平移運動，故找到了A1點的擺動中心O1后，即可按平行四邊形機構原理，作平行四邊形O1A1A2O2找出O2點。然后以轉向節臂球銷中心A2的擺動中心O2為中心，以O2A2為半徑畫出圓弧，再以轉向器搖臂下端B為圓心，BA2為半徑作圓弧KK '。過A2點作主片卷耳連線的垂直線NN '，并以A2點向上截取距離為動撓度fd的點，向下截以距離為靜撓度fc的點，通過這兩點作垂直于NN '的直線與兩個運動軌跡分別交于GH和G 'H '四點，GH和G 'H '為鋼板彈簧與轉向縱拉桿運動不協調所造成的軌跡偏差，GH和GH應盡量小一些,才能保證車輛在轉向時不出現轉向過度或轉向不足現象。

圖1 轉向與懸架干涉示意圖

2 車輛存在的問題

市場反映某公司生產的工程自卸SX3316DT366，8×4超強版雙前軸自卸車在使用過程中，第二個轉向前軸輪胎單側側面存在異常磨損現象，輪胎的磨耗明顯大于正常磨耗（見圖2）。

圖2 輪胎磨損部位

3 車輛故障原因分析過程

針對車輛雙前軸輪胎磨損情況，我們初步分析判定主要原因還是該車雙前軸同步差存在問題，于是對該車空載和滿載情況下分別測量雙前軸同步差（見表1）。

表1 四輪定位參數對比

由以上測量數據可以看出，對比兩臺車空載和滿載狀態，兩臺車一軸車輪偏轉量分別是2.1mm和2mm，2軸車輪偏轉量分別是13.5mm和12.7mm，由此可知，車輛在重載狀態下，二軸懸架垂直跳動對于二軸轉向直拉桿水平跳動的影響要比一軸大的多。車輪偏轉量的幾何意義是在1米長度上偏離的毫米數。

轉向機構設計合理的車輛，不管是空載還是滿載，轉向機構和懸架干涉應該最小，即在空載和滿載狀態下，車輛轉向系統直拉桿帶動轉向節臂轉動量最小或為零。對于雙前軸而言，由于轉向機構和懸架的干涉原因，不但要保證懸架垂直跳動對于轉向機構水平跳動的影響最小，還要保證由于懸架垂直跳動而造成一軸、二軸轉向直拉桿的水平跳動同步，如果不同步，由于轉向直拉桿的作用，雙前軸車輪平行度就會過大，從而造成車輛在行駛過程中異常磨損。

為了進一步分析問題，筆者簡化了雙前軸轉向機構，按照1∶1比例繪制出了轉向機構連桿圖，該機構連桿圖只反映位置關系，不包含質量，體積等物理量（見圖3）。

圖3 雙前軸轉向機構圖

為了研究雙前軸懸架垂直跳動對于一軸、二軸轉向直拉桿水平跳動的影響，我們應用作圖法對于進行分析。見圖3、4，將CD平移C'D'，C'與A重合，分別以A（C'）點為圓心，以AB，C'D'為半徑作圓弧EF和圓弧E'F'，圓弧EF和圓弧E'F'與水平線L分別相交于G和G'，以D'為起點垂直向上畫直線與水平線L相交于H'，以B點為起點垂直向上畫直線與水平線L相交于H，測量GH和G'H'距離，分別為7.07mm , 21.37mm。GH和G'H'距離是懸架垂直跳動對于雙前前軸一軸、二軸轉向直拉桿水平跳動影響的最大距離，兩者之間相差3倍多，雖然這個只是簡化模型，和實際相比有些誤差，但是還是能夠說明了該批車輛雙前軸一軸、二軸轉向直拉桿水平跳動確實存在不同步的問題。

由以上試驗數據和理論分析可知，該批車輛出現輪胎異常磨損現象，主要原因是一軸、二軸轉向直拉桿位置布置不不合理導致轉向直拉桿水平跳動不同步，與轉向直拉桿相連接的一軸、二軸轉向節臂由于轉向直拉桿的作用，發生不同角度的轉動，從而造成一軸、二軸轉向車輪在行駛過程中不平行。

圖4 轉向直拉桿水平跳動示意圖

4 車輛故障解決方法

由以上分析可知，要想保證雙前軸在行駛過程中不出現異常磨損，除過將懸架垂直跳動對于轉向機構水平跳動的影響減小到最小，還要確保雙前軸一軸、二軸兩個轉向機構水平跳動要保持同步，這樣才能保證一、二軸同側車輪行駛時的平行度，避免車輛輪胎的異常磨損。所以要從根本上解決本批車輛異常磨損問題，必須重新設計該批車輛轉向直拉桿的布置位置，基本原則保證一軸、二軸轉向直拉桿處于近似平行狀態，即提高二軸轉向節臂的高度（如圖5），同樣用作圖法，以C'點為圓心，C'D'為半徑劃弧，交AB于D''，以D''為起點向上畫直線，與水平線L相交于H''，測量H''G'距離為5.63mm。比較H''G'與HG的距離，兩者之間距離很接近，所以能夠保證一、二軸水平跳動的同步性。

依據圖5，調整線C'D'中D'點的高度，轉向機搖臂2位置不變，即將二軸的轉向節臂錐形銷孔平面(也就是點D')的高度在目前的基礎上抬高55mm，其余設計參數不變。在該批車輛轉向二軸上使用重新設計的轉向節臂，經過路試后，客戶反映車輛輪胎磨耗正常，車輛輪胎異常磨損的故障消除。

圖5 二軸轉向直拉桿位置變化示意圖

5 結語

本文通過作圖法，對某公司生產的8×4雙前軸自卸車輪胎異常磨損故障進行了分析，找出了導致車輛前輪異常磨損的原因是由于雙前軸轉向直拉桿水平跳動不同步而造成。重新設計了轉向直拉桿的位置布置，提出雙前軸車輛轉向機構布置時需要注意的基本原則，通過更改轉向節臂的高度，解決了車輛異常磨損的現狀。對于雙前軸車輛轉向結構的設計和該類車輛前軸輪胎異常磨損故障診斷具有一定的借鑒意義。

[1] 王霄鋒.汽車底盤設計.[M]北京∶清華大學出版社,2010.

[2] 劉振聲.重型汽車雙軸轉向特性研究與優化,2013.

Double front axle dump truck steering mechanism optimization

Sun Yawei1, Zhao Huajie1, Han Mei2
( 1. Automobile engineering research institute of Shaanxi heavy automobile co., LTD., Shaanxi Xi 'an 710043; 2. Technical center of Shaanxi automobile holding group co., LTD., Shaanxi Xi 'an 710043 )

based on the analysis of the abnormal wear and tear on the abnormal wear of the 8 x 4 double-front axle dump truck, the reasons for the abnormal wear of the front wheels are found. Put forward the double front axle vehicle steering gear arrangement need to be aware of the basic principles, through mapping method, find out the cause of vehicles for tyres, redesign the height of the steering knuckle arm, solved the vehicle status of abnormal wear. It can be used for reference for the design of the double-front axle vehicle steering structure and the diagnosis of abnormal abrasion failure in the front axle of the vehicle.

dump truck; Double front axle; Abnormal wear of tires; Steering mechanism optimization

U462.1

A

1671-7988 (2017)16-66-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.024

孫亞偉，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。