工程機械設計課件：輪式工程機械轉向系 -

輪式工程機械轉向系輪式工程機械是建筑和基礎設施建設中不可或缺的重要設備。其轉向系統(tǒng)是關鍵部件之一,確保機械靈活機動、高效運轉。本節(jié)課將深入探討輪式工程機械轉向系的設計要點和關鍵技術。byJerryTurnersnull緒論工程機械概述工程機械是用于建筑、挖掘、運輸?shù)阮I域的大型機械設備。它們通常具有強大的動力和復雜的結構。輪式工程機械特點輪式工程機械靈活性強、機動性好、公路行駛能力強。在復雜的施工環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異。轉向系統(tǒng)重要性轉向系統(tǒng)是確保輪式工程機械高效安全運轉的關鍵部件。合理的轉向系統(tǒng)設計對提高機械性能至關重要。1.輪式工程機械的特點高機動性：擁有出色的越野性能和靈活的轉向能力,可以在復雜地形上高效作業(yè)。大載重能力：輪式機械通常具有更大的載重量和更高的穩(wěn)定性,可以承擔更重的工作任務。高速性能：相比履帶式機械,輪式工程機械在平坦地面上具有更高的行駛速度,提高了工作效率。轉向系統(tǒng)的重要性輪式工程機械的轉向系統(tǒng)是確保其行駛安全和操作穩(wěn)定的關鍵部件。良好的轉向性能可以提高工程機械的機動性和操縱性，增強駕駛員的控制能力。優(yōu)化設計的轉向系統(tǒng)可以降低燃油消耗和維護成本，提高整機的使用壽命。轉向系統(tǒng)的組成工程機械的轉向系統(tǒng)由三大部分組成:轉向機構、轉向傳動機構和轉向控制系統(tǒng)。轉向機構負責實現(xiàn)轉向動作,轉向傳動機構將轉向動作傳遞到前輪,轉向控制系統(tǒng)則實現(xiàn)對轉向機構的精確控制。這三部分協(xié)同工作,共同保證了工程機械的靈活轉向性能。轉向機構轉向機構是輪式工程機械轉向系統(tǒng)的核心部件，主要由轉向輪和轉向機構總成組成。轉向輪承擔著轉向驅動的作用，通過與地面接觸實現(xiàn)機械的轉向。轉向機構總成則負責控制轉向輪的轉向角度和轉向速度。轉向機構的設計要考慮轉向半徑、最大轉向角、轉向阻力等性能指標，確保機械能在狹小空間內靈活轉向。轉向傳動機構轉向傳動軸：將轉向盤的轉動通過聯(lián)軸節(jié)傳遞到轉向液壓缸或轉向齒輪箱。采用鋼制結構，設計時需考慮扭轉剛度和強度。轉向齒輪箱：將轉向盤的轉動通過齒輪嚙合傳遞至驅動輪。常見的結構包括蝸桿-蝸輪、斜齒輪等。需要計算傳動比和設計合理的齒形。轉向液壓缸：推拉式或擺動式設計，帶來轉動輸出。液壓傳動能夠提供大推力和控制柔性。需要匹配合適的液壓系統(tǒng)參數(shù)。轉向控制系統(tǒng)轉向控制系統(tǒng)的組成包括操縱裝置、轉向執(zhí)行機構和轉向控制器。操縱裝置用于接收操作員的轉向指令，轉向執(zhí)行機構用于執(zhí)行轉向動作，而轉向控制器負責對整個轉向系統(tǒng)進行協(xié)調和控制。轉向控制系統(tǒng)的工作原理是：操作員通過操縱裝置輸入轉向指令，控制器接收指令后會根據(jù)實時狀態(tài)信息調整轉向執(zhí)行機構的動作，從而實現(xiàn)機械設備的轉向。這種閉環(huán)控制確保轉向過程安全可靠。轉向控制系統(tǒng)的設計需要考慮響應速度、轉向精度、能耗效率等關鍵指標，以優(yōu)化整體轉向性能。同時還需要與整機的電氣和液壓系統(tǒng)進行協(xié)調配合。轉向機構的設計轉向機構作為輪式工程機械轉向系統(tǒng)的核心部件，其設計關乎整機的操控性、穩(wěn)定性和安全性。設計時需充分考慮工作環(huán)境、載荷條件等因素，以確保轉向機構能可靠、高效地執(zhí)行轉向動作。轉向輪的結構轉向輪是輪式工程機械轉向系統(tǒng)的核心組件。其結構主要包括輪胎、輪輞和轉向軸。輪胎提供良好的操縱性和剛性,輪輞則傳輸轉向力矩,轉向軸與轉向機構連接,實現(xiàn)轉向動作。轉向輪的結構設計需要考慮載荷、強度、剛性、耐用性等因素,確保轉向操作的安全性和穩(wěn)定性。2.轉向輪的尺寸設計確定轉向輪的輪胎和輪圈尺寸：根據(jù)工程機械的載重能力、運行速度等參數(shù),合理選擇輪胎的外徑、寬度和輪圈的直徑。設計合理的轉向角度：考慮機械的轉彎要求,確定前輪最大轉向角度,通常不超過35度,以確保車身不會過度磨損。計算轉向半徑：根據(jù)機械的尺寸和轉向角度,計算出最小轉向半徑,確保操作靈活、轉彎方便。3.轉向輪的材料選擇輪式工程機械轉向輪常用材料包括鑄鋼、合金鋼和鋁合金等。鑄鋼具有高強度和耐磨性，適用于大型重型工程機械。合金鋼則能提供更好的抗疲勞性能，適用于中型機械。鋁合金輕質耐腐蝕，適用于小型機械和移動機械。轉向傳動機構的設計轉向傳動機構是輪式工程機械轉向系統(tǒng)的核心部件,其設計關系到整個機械的轉向性能。主要包括轉向傳動軸、轉向傳動齒輪和轉向液壓缸的設計。轉向傳動軸的設計轉向傳動軸是連接轉向機構和傳動系統(tǒng)的關鍵部件。其設計需要考慮承受載荷、傳遞力矩、耐疲勞性等因素。轉向傳動軸常采用中空軸設計,以減輕重量并提高剛度。材料選擇需要兼顧強度、剛性和抗腐蝕性能。轉向傳動軸的連接處采用球面軸承或萬向節(jié),以提高轉向靈活性,同時也需要設計防護措施避免灰塵侵入。轉向傳動齒輪的設計轉向傳動齒輪是轉向系統(tǒng)中重要的傳動部件之一。其設計需要考慮傳動比、承載能力和強度等因素。合理的齒輪尺寸和材料選擇可以確保轉向系統(tǒng)的可靠性和高效性。選擇合適的傳動比以匹配轉向機構的運動特性計算齒輪的承載能力,確保其能承受轉向過程中的沖擊載荷選用合適的齒輪材料,如合金鋼,以提高齒輪的強度和耐磨性3.轉向液壓缸的設計選擇合適的液壓缸尺寸：根據(jù)機械臂的承載能力、轉向角度和轉向速度等參數(shù),選擇合適的液壓缸直徑和行程。確定液壓缸的安裝位置：根據(jù)整機布局,確定液壓缸的最佳安裝位置,以達到最佳的力傳遞效果。設計液壓缸的固定支架：制作專門的固定支架,確保液壓缸安裝穩(wěn)固可靠。支架材料應選用高強度鋼材。選擇合適的液壓油管和接頭：保證液壓油路暢通無阻,確保轉向操作靈活順暢。液壓系統(tǒng)的調試和試驗：調試各項功能參數(shù),進行轉向性能試驗,確保轉向系統(tǒng)工作可靠。轉向控制系統(tǒng)的設計轉向控制系統(tǒng)是輪式工程機械轉向系統(tǒng)的核心部分,負責實現(xiàn)對輪式工程機械轉向角度和速度的精確控制,從而保證機械的轉向靈活性和操作穩(wěn)定性。轉向控制系統(tǒng)的組成轉向電控單元：負責接收操縱桿信號、處理數(shù)據(jù)并控制轉向執(zhí)行機構。轉向執(zhí)行機構：包括轉向液壓缸、轉向電機等執(zhí)行部件，根據(jù)控制指令進行轉向動作。轉向傳感器：監(jiān)測轉向狀態(tài)并反饋給電控單元，如轉向角度傳感器、轉向油壓傳感器等。轉向操縱裝置：為操作者提供轉向控制接口，如轉向操縱桿、轉向手輪等。2.轉向控制系統(tǒng)的工作原理轉向控制系統(tǒng)通過傳感器檢測方向盤轉動角度和轉速,將信號轉換成電子信號傳遞給電子控制單元(ECU)。ECU根據(jù)接收的信號計算出所需的轉向角度和轉向速度,并指令轉向執(zhí)行機構(如轉向液壓缸)執(zhí)行相應的轉向動作。轉向執(zhí)行機構在ECU的控制下轉動轉向輪,從而實現(xiàn)車輛的轉向。整個過程是實時動態(tài)調節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。3.轉向控制系統(tǒng)的參數(shù)設計控制系統(tǒng)參數(shù)的主要包括:轉向角度、轉向角速度、轉向加速度等。這些參數(shù)需要根據(jù)工程機械的功能和作業(yè)環(huán)境進行合理的選擇和設計。轉向角度的設計需要考慮工程機械的最小轉彎半徑要求,同時還要兼顧駕駛員的操作舒適性。轉向角速度和加速度則需要滿足機械快速穩(wěn)定轉向的需求。此外,轉向控制系統(tǒng)還需要設計相應的傳感器、電子控制器、液壓執(zhí)行機構等,確保轉向控制的精度、靈敏度和響應性。轉向系統(tǒng)的性能評價轉向系統(tǒng)的性能評價是確保輪式工程機械在復雜工況下可靠性和安全性的關鍵。從轉向性能指標、試驗方法和優(yōu)化設計三個方面全面評估轉向系統(tǒng)的設計可靠性。轉向性能指標轉向半徑(TurningRadius):工程機械在狹小空間中的轉彎能力，體現(xiàn)了轉向系統(tǒng)的靈活性。轉向角(SteeringAngle):前輪最大轉向角度，反映了轉向系統(tǒng)的轉向能力。轉向響應時間(SteeringResponseTime):操縱轉向裝置到前輪實際轉向的時間延遲，表示轉向系統(tǒng)的快速性。2.轉向性能試驗進行轉向性能試驗可以全面評估輪式工程機械的轉向性能。包括:最小轉彎半徑:測試機械在最小轉彎半徑下的轉彎性能。轉向阻力:測試轉向機構的操縱力矩與轉向角度的關系。轉向響應時間:測試轉向控制系統(tǒng)的響應速度。轉向穩(wěn)定性:觀察轉向過程中的穩(wěn)定性和可控性。3.轉向系統(tǒng)的優(yōu)化設計優(yōu)化轉向系統(tǒng)的關鍵指標，包括轉向半徑、轉向力矩、轉向穩(wěn)定性等。利用