EQ9450T运输车的液压悬挂和转向设计.docx

1、EQ9450T运输车的液压悬挂和转向设计摘要 本文详细叙述了重型多轴全挂车EQ9450T液压系统的设计过程。其液压系统主要由液压悬架、三点支承、液压全轮助力转向、悬挂油管防爆破安全阀、动力机组等结构组成。对满载时的液压悬挂进行受力分析和工作压力计算，并以此为依据对液压泵进行选型和确定柴油机输出给动力机组的功率。关键词：液压悬架,三点支承,液压全轮助力转向,动力机组 AbstractThis paper described in details the course of the design in hydraulic system of heavy multi-axis full traile

2、r of EQ9450T. the hydraulic system composed from hydraulic suspension, three point supporting, hydraulic full-wheel power steering, hanging oil pipe prevent blasting safety valve, power set and so on. Analyzes the pressure distribution and calculates the pressure of hydraulic suspension system with

3、full load, and on the basis of the above analysis, the model of hydraulic pump and the power given by diesel engine were chosen.Keywords: hydraulic suspension, three point supporting, hydraulic full-wheel power steering, power set 1 概述1.1 课题的目的和意义EQ9450T型300吨船舶专用运输车，是东风特种汽车公司专为运输大型货物而设计制造的。本挂车系列产品可作

4、为电站、矿冶企业、化工、建筑及土方施工部门运送大型和整体不易拆卸的超大、超重货物。该运输车主要由平板网络箱形车架、7.5R15小轮胎、液压悬架三点支承、液压全轮牵引转向或助力转向、双管路全轮制动、悬挂油管防爆破安全阀等结构组成。它具有货台高度可调、轮轴负荷均匀、转弯半径小、倒车方便等优点。该车在上下坡道及斜坡上行驶时可调整车身保持水平位置，保证货物的稳定性。此运输车可以有不同形式的组合，具有多种组合形式的转向系统，满足运输不同货物的要求。1.2 国内外研究及发展概况组合挂车已在法国、德国、比利时等国家得到了广泛的应用。国外各主流厂商对组合挂车已有系列化的定型产品，如:法国Nicolas公司制造

5、的SBI.1155、SBI.2155等车型；德国Goldhofer公司制造的STZ-VH6、STZVUS4等车型。国外对液压悬挂动载荷问题的研究己有一定的基础1。目前，国内对组合挂车研究还刚刚起步，其设计往往还停留在仿制、估算的阶段，缺乏深入的理论研究和实际测试。国内许多大专院校、科研单位和相关企业已经慢慢开展了这方面的研制工作并取得了一定进展，如:同济大学设计的HG35/21-01型液压鹅颈就可与全挂车相匹配，使全挂车获得半挂车的良好性能；上海水工机械厂生产的四轴线100吨半挂车就采用了液压鹅颈装置，它可以与汉阳特种汽车制造厂生产的HY472. HY480牵引车组成理想的汽车列车。但是，对于

6、液压悬挂系统的动载问题还没有深入的研究报道，设计过程中一般凭借经验来确定动载荷系数。国外从二十世纪三十年代开始研制重型平板车，并着手于液压转向的设计。经过几十年的研究，目前的大型平板车均采用全轮液压伺服转向系统，实现了高度自动、全液压和计算机控制。主流的应用技术是电子液压转向系统。典型代表是意大利的COMETTO和德国KAMAG、SCHEUERLE平板车系列的转向系统。SCHEUERLE的SHT系列平板车的全方位转向系统SADESS是一个功能强大的高精度转向系统：有两台液压马达直接作用于每根轴轮组的两个转盘，实现高精度的角度控制；每根轴的转向角为165，可转到365内的任意角度；有转向程序，如

7、标准、横行、斜行和旋转以及绕车辆内外某点旋转等模式，驾驶者可以通过模式选择预先设定转向动作；车辆各部分间的转向协同距离可达到100m。该公司在1994年2月研制的自升式平板车在有效转向的情况下，创造了10000吨的有效载荷运输2。随着我国造船工业的迅速发展，各大船厂陆续从国外引进一些大型的平板车，以解决船体分段及大型设备陆上运输和平移问题，这样就为国产平板车的研发进行了铺垫，1996年上海704研究所对原进口的尼古拉斯大型平板车转向系统进行了改进，并取得成功。这标志着国内对平板车的研发踏上了一个新的台阶。1.3 课题研究内容为了使全挂车行驶安全可靠、运输货物方便经济、车辆维护简单，EQ9450

8、T的液压系统必须满足以下要求：1.载货台升降2.强制转向 3.液压悬挂 三点支承 4.全轮助力转向5.实现液压悬挂和转向的联合控制6.多个转向执行元件的同步控制7.转向系统管路的过载保护和悬挂系统悬挂缸的卸载保护8.液压系统的维修性对EQ9450T转向和悬挂系统结构进行分析和选型。设计一个液压系统使它能符合以上的要求，并对液压系统所需的最大功率进行计算。2 EQ9450T转向和悬挂系统结构分析与选型2.1 由EQ9450T组成的汽车列车概述汽车列车是由一辆汽车（货车或牵引车）与一辆或一辆以上挂车的组合。汽车是汽车列车的动力来源，挂车本身不带动力源。由超重型牵引车和EQ9450T组成的汽车列车用

9、于运载尺寸和重量超过公路交通法规规定限界的大型货件。2.1.1 超重型牵引车用于牵引和顶推超重型挂车的牵引车。它装有大功率的柴油机，并配有大速比的机械或液力变速器和主减速器。有的还有轮边减速装置，以降低车速，加大牵引力。超重型牵引车多系3轴或4轴，由后两轴驱动,也有前、后轴全驱动的。在牵引全挂车时,牵引车上必须加适当的压重，以增加作用在驱动车轮上的载荷重量，从而使驱动车轮和地面之间有足够的附着力。在一般情况下超重型挂车只用一辆牵引车牵引；在公路坡度大、弯度大、货件重等情况下，可用两辆牵引车牵引，或一辆在前牵引，一辆在后顶推；有时甚至要用多辆牵引车牵引和顶推。2.1.2 EQ9450T全挂车EQ

10、9450T用于装载超大型和超重货件的挂车。其基本形式为单体平板挂车。它一般有下列结构：车架、转向系统、悬挂系统、制动系统、车桥、牵引架和与牵引车匹配的牵引联接装置。2.2 EQ9450T牵引联接装置的选择EQ9450T必须通过牵引联接装置与牵引车一起构成汽车列车，完成运输任务。2.2.1 EQ9450T牵引联接装置的功用1.联接 将牵引车和挂车相互连接（或摘脱），并保证彼此必要的运动联系。2.牵引 将牵引车的牵引力传递给挂车，并承受行驶中的相互作用力。2.2.2 挂车牵引联接装置的分类根据汽车列车基本型式的不同，其牵引联接装置可分为三大类：1.拖挂-牵引联接装置 用于拖曳全挂车。其基本连接方式

11、为牵引钩-挂环组合，主要承受纵向负荷（垂直负荷仅为牵引架的部分质量）。2.支承-牵引联接装置 用于支承、拖曳半挂车。其基本联接方式为牵引座-牵引销。它将承受纵向和垂直负荷，并起转向机构作用。3.拖挂-支承-牵引联接装置（牵引拖台） 由货车与半挂车组成汽车列车时采用。它在带车轮的牵引架上加装一套牵引座装置，从而将拖挂-牵引与支承-牵引两套装置组合在一起。2.2.3 EQ9450T牵引连接装置的基本要求和选型1.灵活 装置应灵活地实现必需的运动要求，如绕x轴的摆动、绕y轴的俯仰，适应路面的不平度和方便摘挂；并能绕z轴回转，以实现转向运动。2.可靠 装置应有足够的强度、刚度和硬度，以承受运动中各种力

12、的作用和磨损；并应有可靠的锁紧装置，以防运动中意外脱开3。3.轻便 装置应有较小的质量，应能方便、迅速地实现列车的挂接和拖挂。自动、半自动牵引联接装置则更为理想。4.降噪与减振 装置各零件应配合适当，并应有可靠的减振装置，以减少紧急制动、起步和行驶过程中的冲击与噪声。EQ9450T的拖挂-牵引联接装置为牵引钩-挂环组合，牵引钩装在牵引车车架后横梁及附加支撑上，挂环装在全挂车的牵引架上。2.3 EQ9450T转向装置结构一般的汽车列车的转向装置由牵引车的转向装置和挂车的转向装置组成。普通牵引车的转向装置与一般汽车无异。而挂车的转向方式有两种：一种是轴转向方式，即转向时车轮除绕其中心旋转外，还与车

13、轴一起绕车轴中点垂直线转动。另一种是轮转向式，也就是转向时车轮绕主销转动而车轴不转动。EQ9450T型300吨船舶专用运输车采用轴转向式转向装置。其转向机构的主要部件包括转盘和转向机构杆系两部分。2.3.1 EQ9450T转向装置结构的方案全挂车的轴转向式转向装置有以下几种形式4：1.单转盘式转向装置分为有主销式和无主销式两种（1）有主销单转盘：有主销式单转盘有摩擦圈式和主销滚轮式两种。它们在早期的中小型挂车上用得较多。目前，国内外已经基本上不再允许使用有主销的挂车转盘装置。（2）无主销单转盘：无主销单转盘一般为滚珠式，即球轴承转盘。与有主销单转盘不同的是，无主销单转盘在工作时所受的水平力和垂

14、直力都由转盘承受。无主销球轴承转盘转向阻力小，密封性好，噪音低，使用寿命长，只是加工工艺较复杂。 2.拉杆双转盘式在挂车前部装单转盘转向装置，虽然有较好的灵活性和可靠性，但当一根车轴上车轮较多时，列车转向的半径加大，车轮磨损加剧，转向阻力增加，采用拉杆双转盘式便于改善列车的转向性能。3.全（多）拉杆转向盘式现代多轴挂车多用液压操纵的多拉杆全轮转向方式。其结构如图2.1所示，列车转向时，牵引车通过牵引架带动多拉杆转向装置的转向架转动。转向架一方面带动与其相连的杆系（转向拉杆）运动，使转盘转动并带动车轴转动；另一方面，它又迫使左右两侧油缸内高压油传至对角线另一端油缸，从而推动该端转向架及拉杆系，使

15、另一组轮轴转向，拉杆系各拉杆的长度和转向臂长度不相等，但均可调节，以使各轮轴的车轮有不同的转角，以保证各组车轮基本上能绕同一瞬心转动，并尽可能得到最小转向半径。这种方式即全轮牵引转向。1牵引杆2转向架3转向油缸4转向盘图2.1 全（多）拉杆转向盘式转向装置4.全轮助力转向合理确定拉杆的长度和铰点的位置可使轴数少的全挂车转动时运动规律符合绕同一瞬心转动的要求。但是对于多轴重型挂车，通过确定拉杆的长度和铰点的位置不能使全挂车转动时运动规律符合绕同一瞬心转动的要求。另外，拉杆运动可能与悬架的运动干涉。拉杆转向盘式转向装置限制了悬挂系统完成复杂的动作。在全轮助力转向系统中转向执行机构与转向动力源之间不

16、是连杆系，而是高压油管。这一结构解决了拉杆转向盘式转向装置难以解决的问题。全轮助力转向系统由牵引架、转向架、转向油缸、液压系统控制管路和转向杆系组成。如图2.2所示，液压全挂车的转向架由上下转向架组成，销轴将上下转向架铰接在全挂车车架前端梁上。下转向架通过铜套和销轴与牵引架相连，上转向架则通过孔分别与两个转向油缸相连。连接套借助螺杆可以在上下转向架的孔中轴向移动。列车向前行驶前，旋转螺钉使连接套下移的下转向架的孔中，使上下转向架连成一体。这样，列车转弯时，转向力矩有牵引架传到整个转向架，使其绕销轴转动，迫使转向油缸活塞杆作相应伸缩。在列车倒车等需实施控制转向时，先发动液压全挂车的动力机组以提供

17、高压油，然后反向旋转螺杆，使连接套退出下转向架，从而使上下转向架分离。这样牵引车倒车时只通过转向架向挂车施加推力，而不带动转向缸运动。此时，扳动操纵箱的换向阀，压力油通过液压缸驱动转向杆系，转向杆系带动车轴，使之按要求左右运动，顺利实现倒车。1螺杆2连接套3销轴4铜套5定轴板6铜套A上转向架B下转向架图2.2 转向架2.3.2 EQ9450T转向装置结构的方案对比单转盘式转向装置只适合于承载量小、轴线数少的挂车上。拉杆双转盘式转向装置虽然能改善列车的转向性能。但只适合于承载量小、轴线数少的挂车上。全（多）拉杆转向盘式转向装置解决了前两种装置的只适合于承载量小、轴线数少的挂车上的缺点。但是EQ9

18、450T由于受作业现场的限制,要求其转向机构在带载工作过程中能实现全方位转向，从而实现车辆直行、横行、任意角度的斜行等动作。全（多）拉杆转向盘式转向装置远远不能解决这些问题。全轮助力转向适用于多轴全挂车，它比其他三种转向结构有更小的转向半径，因而整个列车具有较大的机动性，轮胎磨损较少。EQ9450T要求转向时各轮轴的延长线均交于同一点，从而保证各轮转向时的运动接近纯滚动。通过以上分析，在四种转向装置中，全轮助力转向系统能满足EQ9450T的转向要求。其转向过程为：当牵引车转向时，牵引车带动牵引架转动，牵引架带动转向架转动。转向架带动转向油缸拉伸或压缩，转向油缸的拉伸和压缩转化成液压信号传递给液

19、压系统的转向控制阀，转向控制阀使液压全挂车的动力机组的高压油进入各个转向缸。转向缸带动转向杆系运动使车轴转动。各轮轴在转向时的运动规律由转向杆系和液压控制阀保证。各个转向缸的高压油入口处装有截止阀（类似于水龙头）。截止阀可以控制进入转向缸的高压油的流量，从而控制转向缸中活塞的移动距离，从而改变车轴转动角度。通过调节各个截止阀，可以使全挂车各个车轴转动时近似绕一个瞬心运动。2.3.3 EQ9450T转向装置的执行元件型式分析与选型EQ9450T应用在公路建设、铁路建设、造船厂、钢厂及其它大型构件搬运等场所。由于受作业现场的限制,要求重载车辆的转向机构在带载工作过程中能实现全方位转向，从而实现车辆

20、直行、横行、任意角度的斜行等，以便于重载货物的搬运。大型重载运输车辆的转向驱动型式大多采用独立转向型式，而独立转向方式一般有两种：其一是通过液压马达直接驱动各单轴回转盘，实现转向；其二是采用连杆转向型式，即通过液压缸驱动连杆机构，实现车辆的全方位转向。EQ9450T由于有16个车轴，如采用液压马达转向型式，将大大增加车辆的制造成本；因此目前在工程实际应用中采用连杆转向型式较多4。EQ9450T采用连杆转向型式。连杆转向机构的工作原理如图2.3 所示，它主要由液压缸AC、连杆DE、三连杆组板BCD、回转盘OE、车架、车轮组等组成；其中车轮组与回转盘OE固结。其工作原理是：通过液压缸伸缩，推动三连

21、杆组板转动，再由连杆DE推动回转盘OE转动，从而实现车轮转向。转向杆系是传递转向力矩、控制各轮轴运动规律的传动机构。图2.3 连杆转向机构工作原理简图2.4 EQ9450T液压悬挂分析与选型悬挂系统是车辆车架与车桥(或车轮)之间传力装置的总称，其作用是传递车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由路面不平传给车架的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。按照各悬挂之间的关联性，悬挂系统可分为非独立悬挂系统和独立悬挂系统。全挂车的悬挂系统通常由两种：钢板弹簧式和液压式二者都属于非独立悬挂系统，其中液压悬挂系统特别适用于EQ9450T。其理由为:（1）使载荷均匀地分布在每一根轮轴上，并能自

22、动调节各轴线的负载，使其均衡。使车架受力更为合理。（2）当挂车通过斜坡时，能使挂车货台保持水平状态。（3）通过液压管路中的压力表，可以方便地得知挂车的载重及分布情况。挂车货台高度可以调节，便于货物装卸和通过桥洞及隧道。（4）利用悬挂行程的改变，可以方便地拆换轮胎和检修车轮。EQ9450T采用液压悬架。液压悬架是利用液力油缸来实现传力和减振功能的。在液压全挂车上，它还与转向横拉杆相连，起到转向作用。如图2.4所示，旋转轴1用螺栓和螺钉固定在车架支承梁上，并用定位销定位，悬挂架6用球轴承和平面轴承安装在旋转轴1上。悬挂架下方与摇臂3铰接，二者之间安装液压油缸2。一组两对车轮的轴套在摇臂3的轴头处。

23、车轮借助悬挂架6与摇臂3的铰接和轴头获得上下和横摆的一定自由度，以适应地面不平。转向横拉杆根据结构的布置需要与悬挂架的或长臂上的孔相连，在转向传动机构力的作用下，可带动整个悬架机构和车轴绕旋转轴1转动，实现挂车的转向运动。1-旋转轴 2-液压油缸 3-摇臂4-轮轴 5-销轴 6-悬挂架图2.4 液压平衡独立悬挂2.5 EQ9450T三点支承结构的分析对于超重型运输车辆，运输过程中承载货物的稳定性和车架的平衡非常重要。实现这一功能的结构为三点支承。EQ9450T的悬挂装置为轴串联液压式。如图2.5所示，全部液压悬挂装置分成前(或后)、左、右3组，用油管分别串联成3个闭合回路，各与控制箱的阀门相通

24、。在空间中，三个点确定一个平面。3个回路的支点A、B、C构成的挂车货台载荷三角形称为“三点支承”，它使货台稳定地支承在一个平面上。三点支承中闭合回路数由挂车的类型决定。对于半挂车，由于半挂车的部分载荷通过销座由牵引车承受，半挂车与牵引车连接点处构成了一个支承点。另外两个支承点由两个闭合回路构成。对于全挂车EQ9450T，由于全挂车的载荷全部由挂车自身承受，所以EQ9450T的三点支承由悬挂系统的三个回路构成。1后闭合回路 2承载重心3左闭合回路4右闭合回路图2.5 超重型平板挂车液压悬挂装置三点支承货台通过控制箱调节某一回路，可使超重型汽车列车安全通过较大的横坡或纵坡；调节全部回路使液压悬挂装

25、置的活塞升降，货台随之在一定高度范围内升降，以便于通过一定立交通道或空中障碍，并可与大型货件的装卸台调平,便于装卸作业。此外,装有多轴串联的液压悬挂装置的EQ9450T通过高低不平的公路路面时，由于各个车轮相应处于地面高低不同的位置而受到不同的反作用力，使液压悬挂装置的活塞上下升降，油液在各串联回路间流动，而保持各液压悬挂装置的载荷平衡不变。这样，任何一根轮轴的轮胎都不会超载。图2.6 所示为串联式液压悬挂装置在通过不平路面时的工作情况。 图2.6 液压悬挂装置的工作状态2.6 EQ9450T全挂车概述本挂车系列产品可作为电站，矿冶企业、化工、建筑及土方施工部门运送大型、整体不易拆卸的超大、超

26、重货物。车架部分采用优质的HG60和Q345钢材焊制而成，中央主纵梁和拼接点部位具有优越的连接强度，车架部分均经过计算机CAD辅助设计，公司产品是国内同类产品中“自重/有效载荷”比最佳的产品。车辆的悬挂部件为焊接式结构，具有极佳的抗屈服性能。液压悬挂具有单回路和双回路安全阀二种结构，由用户选择，双回路安全阀克服了国产单回路安全阀不稳定的缺点。液压油缸采用进口密封圈，具有最佳的性价比。手动换向阀和球阀采用进口品牌，可有效防止渗、漏油的现象。具有能和国内外所有同类产品进行多种形式拼接的先进生产工艺（但不能和哥德霍夫液压板拼接）。转向系统采用多孔位通用转向板，可方便、快捷的满足不同组合的需要。对需经

27、常拆卸的液压管路均采用快速接头，操作十分便捷。该车的主要技术参数如表2.1所示。表2.1 EQ9450T主要技术参数型式液压全挂车有效载荷（吨）60吨/每轴线（车速为5公里/小时）轴距（毫米）1550轮距（毫米）735/1820轮胎数8条/每轴线轮胎规格7.5R15轮辋型号6.015 （10孔）最小转弯半径（毫米）随组合形式不同而变化接近角22离去角22货台长度（毫米）1550轴线数货台宽度（毫米）3000牵引架高度（毫米）640自重（吨）150转向机构全轮液压牵引转向或助动转向悬挂方式液压悬挂 三点支承制动系统双管路控制动力机组有18匹马力；24匹马力二种型号油泵A2F12斜轴泵3 EQ94

28、50T全挂车液压系统设计3.1 EQ9450T全挂车液压系统EQ9450T可以自由调整，便于装卸货物及顺利地通过桥洞和隧道，并能进行纵向、横向任意拼接，以运送更重、更大的货物，是大件运输的理想设备5。3.1.1 重型多轴全挂车的结构重型多轴全挂车结构示意图3.1如图所示。1 车架 2悬挂系统 2轮轴系统4 机械转向系统 5 转向端梁 6牵引杆图3.1重型多轴全挂车结构示意图车架 1 是全挂车的框架式承载平台，承受着复杂的空间力系；悬挂系统2是全挂车的主要支撑装置，通过每个悬挂缸上的两个截止阀的开关，实现货台的升降；轮轴系统3是挂车的行走装置，采用整体式车轴，可实现全方位摆动，以适应路面的要求；

29、机械转向系统4利用机械杆系将转向端梁上转向缸的转向信号，传递给每个悬挂系统，最终使各轴的车轮都能按正确的方向行驶；转向端梁 5是全挂车的转向、操作部件，全挂车支撑高度的调整和强制转向的实现，通过操纵转向端梁上的控制箱来完成的；牵引杆6 是全挂车的牵引连接装置，牵引车的牵引力、转向信号等通过牵引杆传递给全挂车5。3.1.2 EQ9450T全挂车液压系统的组成及工作原理1.液压动力机组动力机组液压回路是全挂车液压系统的一部分，动力机组通过液压快速自封阀和全挂车液压系统相接，发动机通过联轴器驱动液压泵，回路中的溢流阀起调压作用，以适应不同负载所需压力的要求，系统所有回油都必须经过箱上回油过滤器流回油

30、箱，以保证液压油的清洁，液压泵出口接一个截止阀和高压油表，可保证必要时将机组与系统断开并观察出油压力。2.三点支承及调节为了保持全挂车的平衡，挂车的载货台面是支承在三个点上的，通常称为三点支承。这三个支承点形成一个三角形支承面，载荷的重心不得超过这个平面，实际上支承三角形的三个支承点就是三组悬挂的中心，它的载荷分布是以液压方式通过适当调整装于每个悬挂缸的两个截止阀 ) 而得到的。悬挂缸是一个单作用式柱塞液压缸，该液压缸承担了本轮轴的全部负载，同一支承点组的液压缸是互相连接的，在车辆运行时形成一个封闭的液压系统，使车辆在不平路面行驶时，同支点组的每一悬挂承载均匀。悬挂缸与车体之间用一根橡胶软管连

31、接，它们之间装有安全阀，如果某一悬挂软管破裂，则安全阀会自动切断悬挂缸的油路，该悬挂缸所承担的负载将均匀地加到该支点组的其他悬挂缸上。全挂车货台的升降，主要是利用控制多路换向阀的操纵手柄依次完成的。多路换向阀安装在转向端梁左侧的控制箱内。3.转向系统全挂车的自动转向是通过牵引杆，以机械方式传递给转向端梁上的转向缸，转向缸为一双作用式活塞缸，转向缸给转向系统提供转向信号实现全挂车转向。在转向困难的条件下或车辆倒行时，可利用装在操纵箱内的多路换向阀实现车辆的强制转向，此时应将转向缸与机械转向系统之间的连接部件脱开，牵引杆只起牵引作用。如果挂车是由几部体车组成，同样可以实现强制转向，操纵手动换向阀还可以实现前后单体车的单独强制转向6。3.2 液压传动概述3.2.1 液压系统的组成及作用由若干液压元件和管路组成以完成一定动作的整体称液压系统7。液压系统都包括如下部分：(1)动力元件 动力元件又称液压泵，其作用是利用密封的容积变化，将原动机（如内燃机、电动机）的输入机械能转变为工作液体的压力能（即液压能），是液压系统的能源（动力）装置。（2）执行元件 将液压能转换为机械能的装置成为执行元件。它是与液压泵作用相反的能量转换装置，是液压缸和液压马达的总称。前者是将液压能转换成往复直线运动的执行元件，它输出力和速度；后者是将液压能转换成连续旋转运动的执行元件，它输出转矩和转速