工程機(jī)械對(duì)自卸汽車側(cè)傾穩(wěn)定性的影響

工程機(jī)械對(duì)自卸汽車側(cè)傾穩(wěn)定性的影響

1自動(dòng)駕駛汽車的工作環(huán)境分析1.1汽車側(cè)傾穩(wěn)定性與舉升機(jī)構(gòu)工作時(shí)的關(guān)系自停車作為一種設(shè)計(jì)車輛通常受到工作場(chǎng)所的限制。當(dāng)傾斜的路面以角上升時(shí)，汽車重力的方向與汽車垂直中軸線上的角度形成一個(gè)角。當(dāng)舉升機(jī)構(gòu)工作時(shí)(參見(jiàn)圖1),整車質(zhì)心升高至H并重力G方向的延長(zhǎng)線與地面的交點(diǎn)不斷遠(yuǎn)離汽車垂直中軸線與地面的交點(diǎn)。當(dāng)傾斜角α確定時(shí),汽車的側(cè)傾穩(wěn)定性隨整車的質(zhì)心C(XC,YC)升高而變化。設(shè)汽車為一剛體時(shí),其數(shù)學(xué)表達(dá)式:α<arctg[B2×H](1)[B2×Η](1)其中:B為輪胎平均著地寬度;H為整車的瞬時(shí)質(zhì)心高度。1.2汽車車橋軸線相對(duì)地面產(chǎn)生角位移工程機(jī)械是自卸汽車裝載貨物的主要手段,客觀上常造成貨物的偏載,使貨物質(zhì)心相對(duì)汽車縱向軸心線有一個(gè)初始偏移Xx,貨物的偏載使汽車左右板簧承載不同而發(fā)生不一致的變形,使車架左右產(chǎn)生高度差(hy-hz)(參見(jiàn)圖2),車箱及貨物隨車架平面相對(duì)于車橋軸線產(chǎn)生角位移β。當(dāng)舉升機(jī)構(gòu)工作時(shí)貨物及車箱的質(zhì)心不斷抬高,同時(shí)質(zhì)心不斷偏移,進(jìn)一步加大了汽車左右板簧變形量,使它們之間的相對(duì)角位移增加。式(2)可以非量化的反映偏轉(zhuǎn)角β的變化。β=arctg[hy?hzb](2)[hy-hzb](2)b——板簧中心寬度貨物偏載質(zhì)心偏移對(duì)汽車上非剛性組件及地面都將產(chǎn)生影響。汽車輪胎將隨承載的重量而改變其著地半徑R,只要左右輪胎承重不一致,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高度差(Ry-Rz)(見(jiàn)圖2),汽車車橋軸心線相對(duì)地面產(chǎn)生角位移βR。βR=arctg[Ry?RzB](3)[Ry-RzB](3)β、βR角在汽車舉升工作時(shí),隨著汽車重心的升高而不斷改變。2平衡重機(jī)械模型前頂式液壓油缸為多節(jié)伸縮單作用油缸,油缸連接方式為球-銷式。球-銷式連接方式的特點(diǎn)是當(dāng)油缸受力的方向與油缸的中心線不重合時(shí),可以避免了油缸的彎曲變形及損壞。液壓油缸一端安裝在副車架;一端安裝在車箱前端。油缸舉升工作在理想狀態(tài)時(shí),貨物重力方向和油缸軸心線重合。當(dāng)工作場(chǎng)地傾斜或裝載貨物質(zhì)心偏移時(shí),貨物及車箱重力W方向與油缸推力F方向形成一個(gè)夾角θ,油缸推力F在產(chǎn)生垂直向上舉升力Fy的同時(shí)產(chǎn)生水平分力Fx(參見(jiàn)圖3)。水平力Fx由式(4)決定。Fx=sinθ*F=tgθ×W(4)由于自卸汽車遠(yuǎn)非是一個(gè)剛性體,車架和車箱等彈性組件在水平力Fx的作用下造成車架和車箱彈性變形,變形的方向迫使車箱及貨物相對(duì)于汽車縱向軸心產(chǎn)生側(cè)向位移。迫使汽車質(zhì)心產(chǎn)生更大的偏移,對(duì)汽車的側(cè)向穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。3車箱和貨物的相對(duì)角位移產(chǎn)生的鏈?zhǔn)阶锓冈谝话闱闆r下,無(wú)論是工作場(chǎng)地傾斜還是貨物偏載,對(duì)于尚未開(kāi)始舉升工作的自卸車都不會(huì)直接造成車輛側(cè)傾,容易給司機(jī)造成一個(gè)假象,從而低估造成車輛側(cè)傾的危險(xiǎn)性。在自卸汽車舉升傾卸貨物時(shí),車輛質(zhì)心不斷升高的同時(shí)也加大相對(duì)于汽車縱向軸心線的側(cè)位移,從而又造成更嚴(yán)重的偏載。偏載的增加又反過(guò)來(lái)加大了車箱及貨物相對(duì)于車橋的角位移;增加了車橋及整車相對(duì)于地面的角位移,車箱及貨物的角位移又造成更嚴(yán)重的質(zhì)心偏移,形成一個(gè)鏈?zhǔn)綈盒匝h(huán)。隨著車箱舉升過(guò)程中的側(cè)向傾斜不斷加大,舉升油缸對(duì)車箱的側(cè)向水平分力Fx也隨之加大,側(cè)向水平分力Fx由式(4)可知與θ角和車箱及貨物的質(zhì)量成正比,并將使車箱及車架產(chǎn)生彈性變形,該變形的方向是使汽車的質(zhì)心指向汽車車輪外側(cè),使汽車的質(zhì)心更進(jìn)一步偏移,這是又一個(gè)鏈?zhǔn)綈盒匝h(huán)。自卸汽車在舉升過(guò)程中由于各種不利因素的存在,并互相關(guān)聯(lián)相互影響,在整個(gè)舉升過(guò)程中自卸汽車的側(cè)傾是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程(見(jiàn)圖4),當(dāng)整車重力G所指方向的延長(zhǎng)線與地面的交點(diǎn)D(Xo,0)越過(guò)汽車車輪外側(cè)與地面的交點(diǎn)(B/2,0)時(shí),即這時(shí)汽車傾翻力矩大于恢復(fù)力矩,將瞬間造成汽車側(cè)傾翻。汽車側(cè)傾的臨界點(diǎn)用公式表示為:Xo≥B2(5)Xo≥B2(5)Xo=Xx+H×tg(α+βR)+(H-h)×tg(β)(6)h——車架相對(duì)車橋軸線的旋轉(zhuǎn)中心離地高度。4側(cè)傾阻滯桿裝置4.1在自卸汽車副車架及車箱縱梁之間設(shè)計(jì)一剛性機(jī)械連桿裝置,在采用前頂式多節(jié)伸縮油缸為舉升機(jī)構(gòu)的自卸汽車中多有應(yīng)用。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可減小車箱與車架之間由其他原因造成的相對(duì)側(cè)位移及扭轉(zhuǎn)變形。4.2在主車架及后橋間設(shè)計(jì)一套側(cè)傾阻滯桿裝置(也稱橫向穩(wěn)定器),該裝置在自卸汽車舉升工作時(shí)能減少汽車由于左右板簧變形不均而造成的車架相對(duì)于車橋的角位移。在改善自卸汽車舉升工作時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性和自卸汽車彎道行駛時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性方面,其原理和效果均相似(參見(jiàn)文獻(xiàn)3)。4.3在重型自卸汽車或半掛自卸汽車的設(shè)計(jì)中采用在主車架后端適當(dāng)位置設(shè)置左右可操縱式活動(dòng)支腿。在自卸汽車傾斜貨物工作前放下活動(dòng)支腿在地面上支撐牢固,使主車架及車箱處