铰接车辆液压动力转向系统动态特性仿真

　　现代铰接车辆如前端式装载机、地下铲运机、地下汽车以及其他地下无轨采矿设备底盘均是由前、后两段车架组成的两段式铰接底盘。这些铰接车辆均采用液压动力转向系统,这有助于增强设备的转向性能和通过能力。铰接车辆液压转向系统实际上是一个带反馈回路的控制系统,该系统具有随动、安全可靠、转向灵敏、技术成熟、作用力大和系统刚性强等优点。同时液压动力转向系统的随动反馈功能是在液压转向器内完成的,不需要单独的反馈连杆系统,因此,液压动力转向系统在铰接车辆上得到广泛应用。虽然一些研究者对各种液压系统的动态仿真与铰接车辆转向系统数学模型进行了研究[1-10],但研究内容大部分局限于现有液压系统的动态特性,而关于影响液压系统动态特性的参数研究不多。在此,作者在建立铰接车辆液压动力转向系统数学模型的基础上,对影响转向液压系统动态特性的有关参数进行研究。

　　1 液压转向随动系统运动

　　当铰接车辆2个车段作相对转动时,各车轮上可能有驱动转矩作用也可能没有驱动转矩作用。在轮胎接地点,由于作用在车段上的转向转矩引起的地面最大反作用力小于该轮胎接地点的附着力,该力在车轮平面内的分力足以使从动轮转动,故该从动轮仍具有首先在车轮平面内运动的特点。当车轮原地转向时,因车桥之间有传动件相联而作用有驱动转矩的驱动轮,车轮在驱动转矩作用下地面反作用力作用在车轮平面内的切线方向,所以驱动轮必然首先在车轮平面内运动[11]。

　　通过观察和实测铰接车辆转向运动,发现车轮转向时,2段车体分别绕各自变化着的转动中心作平面运动。由于前、后车体转动瞬心运动轨迹不同,各车轮在地面上的压痕轨迹也不相同,其转向过程非常复杂。通常,较轻部分的车体围绕其驱动桥中心(如B0点)转动;在折腰转向过程中,重车体部分则围绕变化着的瞬心转动。铰接车辆原地向一侧转向时各车轮以及铰接点O的转向运动状况如图1所示[11]。为使铰接车辆实现转向运动,就必须使车轮偏转某一角度。在偏转过程中,由于轮胎与地面有相对运动,地面必然给轮胎施加阻力矩。阻力矩的大小与铰接点位置、桥荷分布、驱动状况、地面状况以及轮胎参数等有关,该阻力矩的作用方向与轮胎偏转趋势或方向相反。轮胎的变形在一定范围内可以认为是弹性的,此时车轮和轮胎可以被简化为质量、阻尼和弹性元件组成的等效动力学模型,其等效弹性元件和阻尼的一端就是轮胎的接地点。由于在车轮偏转过程中,轮胎的接地点不断变化,等效弹性元件和阻尼的一端不是固定的,而是不断变化的。