工程機械對自卸汽車側(cè)傾穩(wěn)定性的影響

工程機械對自卸汽車側(cè)傾穩(wěn)定性的影響

1自動駕駛汽車的工作環(huán)境分析1.1汽車側(cè)傾穩(wěn)定性與舉升機構(gòu)工作時的關(guān)系自停車作為一種設(shè)計車輛通常受到工作場所的限制。當(dāng)傾斜的路面以角上升時，汽車重力的方向與汽車垂直中軸線上的角度形成一個角。當(dāng)舉升機構(gòu)工作時(參見圖1),整車質(zhì)心升高至H并重力G方向的延長線與地面的交點不斷遠(yuǎn)離汽車垂直中軸線與地面的交點。當(dāng)傾斜角α確定時,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,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為整車的瞬時質(zhì)心高度。1.2汽車車橋軸線相對地面產(chǎn)生角位移工程機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)心相對汽車縱向軸心線有一個初始偏移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)(參見圖2),車箱及貨物隨車架平面相對于車橋軸線產(chǎn)生角位移β。當(dāng)舉升機構(gòu)工作時貨物及車箱的質(zhì)心不斷抬高,同時質(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,就會產(chǎn)生一個高度差(Ry-Rz)(見圖2),汽車車橋軸心線相對地面產(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,隨著汽車重心的升高而不斷改變。2平衡重機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是當(dāng)油缸受力的方向與油缸的中心線不重合時,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,貨物重力方向和油缸軸心線重合。當(dāng)工作場地傾斜或裝載貨物質(zhì)心偏移時,貨物及車箱重力W方向與油缸推力F方向形成一個夾角θ,油缸推力F在產(chǎn)生垂直向上舉升力Fy的同時產(chǎn)生水平分力Fx(參見圖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,對汽車的側(cè)向穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。3車箱和貨物的相對角位移產(chǎn)生的鏈?zhǔn)阶锓冈谝话闱闆r下,無論是工作場地傾斜還是貨物偏載,對于尚未開始舉升工作的自卸車都不會直接造成車輛側(cè)傾,容易給司機造成一個假象,從而低估造成車輛側(cè)傾的危險性。在自卸汽車舉升傾卸貨物時,車輛質(zhì)心不斷升高的同時也加大相對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。偏載的增加又反過來加大了車箱及貨物相對于車橋的角位移;增加了車橋及整車相對于地面的角位移,車箱及貨物的角位移又造成更嚴(yán)重的質(zhì)心偏移,形成一個鏈?zhǔn)綈盒匝h(huán)。隨著車箱舉升過程中的側(cè)向傾斜不斷加大,舉升油缸對車箱的側(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,這是又一個鏈?zhǔn)綈盒匝h(huán)。自卸汽車在舉升過程中由于各種不利因素的存在,并互相關(guān)聯(lián)相互影響,在整個舉升過程中自卸汽車的側(cè)傾是一個動態(tài)變化的過程(見圖4),當(dāng)整車重力G所指方向的延長線與地面的交點D(Xo,0)越過汽車車輪外側(cè)與地面的交點(B/2,0)時,即這時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)計一剛性機械連桿裝置,在采用前頂式多節(jié)伸縮油缸為舉升機構(gòu)的自卸汽車中多有應(yīng)用。該裝置結(jié)構(gòu)簡單,可減小車箱與車架之間由其他原因造成的相對側(cè)位移及扭轉(zhuǎn)變形。4.2在主車架及后橋間設(shè)計一套側(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能減少汽車由于左右板簧變形不均而造成的車架相對于車橋的角位移。在改善自卸汽車舉升工作時的側(cè)向穩(wěn)定性和自卸汽車彎道行駛時的側(cè)向穩(wěn)定性方面,其原理和效果均相似(參見文獻(xiàn)3)。4.3在重型自卸汽車或半掛自卸汽車的設(shè)計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支腿。在自卸汽車傾斜貨物工作前放下活動支腿在地面上支撐牢固,使主車架及車箱處