137米客車幾種隨動橋轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)初探

1、13.7米客車幾種隨動橋轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)初探錢曉東，孫榮軍，沈國華2006/12/18隨著中國汽車新標準的制定，客車總長限制進一步放寬，最長可達到13.7 m，因此，載荷也相應增加，在這種情況下，雙軸客車已很難滿足要求，需要采用三軸客車(6× 2)。作為客車第三軸的隨動橋，不同于驅(qū)動橋，在客車作非直線行駛時，由于三個橋的運動不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生隨動橋輪胎的非正常磨損，不僅大大降低了輪胎的使用壽命，還對汽車行駛性能產(chǎn)生很大的影響。隨動橋輪胎的非正常磨損從動力學分析主要原因是：由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風或曲線行駛時離心力等，產(chǎn)生地面對車輪中心沿Y方向的側(cè)向反作用力，當輪胎所受側(cè)向反作用力達到車輪與地面之

2、間的附著極限時，車輪發(fā)生側(cè)向滑動，造成了輪胎的非正常磨損。為了得到較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)，克服隨動橋的非正常磨損，可參考二軸客車的理想轉(zhuǎn)角形式，以此討論三軸客車理想的轉(zhuǎn)角關系，如圖1所示。從圖1中可以得到隨動橋的轉(zhuǎn)角公式：這里是前輪轉(zhuǎn)角。為了得到理想隨動橋轉(zhuǎn)角，使其輪胎運動形式由滑動變?yōu)闈L動，須采用隨動轉(zhuǎn)向橋。目前，國內(nèi)只有少數(shù)客車廠家能開發(fā)13.7 m客車，而且大多還處于研制、完善及性能測試等驗證階段，選型的隨動橋一般不能轉(zhuǎn)向。而歐洲13.7 m三軸客車早就采用隨動轉(zhuǎn)向橋，較好地解決了由于隨動橋不轉(zhuǎn)向而產(chǎn)生的問題。筆者根據(jù)歐洲某知名設計公司設計經(jīng)驗，對隨動橋轉(zhuǎn)向的幾種結(jié)構(gòu)作初步探討。1 隨動橋主動轉(zhuǎn)

3、向(Active steering)這種結(jié)構(gòu)國外已有成熟產(chǎn)品，如德國ZF、Neoplan，瑞典Volvo隨動橋的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)主要有液控和電控兩種控制方式。雖然電控傳輸準確性、敏捷性好，但由于可靠性不好，目前歐洲豪華客車、貨車大多采用可靠性好的液壓控制方式。下面就隨動橋液控主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、工作過程及特點作簡要介紹。隨動橋主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由前主轉(zhuǎn)向液壓缸、后副轉(zhuǎn)向液壓缸、儲油器、油管及壓力開關等組成，見圖2。主轉(zhuǎn)向液壓缸一端固定在底盤上，另一端固定在動力轉(zhuǎn)向器花鍵軸驅(qū)動的搖板上；副轉(zhuǎn)向液壓缸一端固定在隨動橋工字梁上，另一端固定在轉(zhuǎn)向梯形臂上，主、副轉(zhuǎn)向液壓缸均為雙向活塞式油缸。儲油器調(diào)整油路

4、系統(tǒng)壓力并永久作用在副轉(zhuǎn)向液壓缸上。壓力開關監(jiān)視油路系統(tǒng)壓力，并與一信號燈相連接，主、副轉(zhuǎn)向液壓缸之間用三根軟管連接。其工作過程為：當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤，固定在底盤上的動力轉(zhuǎn)向器用花鍵軸驅(qū)動搖板，搖板繞花鍵軸旋轉(zhuǎn)后推動主轉(zhuǎn)向液壓缸挺桿，改變油壓，然后通過三根油管改變副轉(zhuǎn)向液壓缸油壓，副轉(zhuǎn)向液壓缸挺桿推動梯形臂，實現(xiàn)隨動橋轉(zhuǎn)向。當客車直線行駛或轉(zhuǎn)向角小于5°時，主轉(zhuǎn)向液壓缸內(nèi)前后油缸相通，油壓保持不變。同時，儲油器對副轉(zhuǎn)向液壓缸內(nèi)前后油缸增壓，確保隨動橋直線行駛。前左右轉(zhuǎn)向輪之間及隨動橋左右輪之間偏轉(zhuǎn)關系由各自的轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)設計保證，前轉(zhuǎn)向輪與隨動橋轉(zhuǎn)向輪之間的偏轉(zhuǎn)關系由主轉(zhuǎn)向液壓缸和副

5、轉(zhuǎn)向液壓缸的有效缸徑及有效力臂大小來保證，盡量滿足公式(1)，減少車輪與地面的相對滑動。隨動橋液控主動轉(zhuǎn)向特點為：(1)無論客車低速或高速向前行駛，還是倒車，隨動橋轉(zhuǎn)向均由主轉(zhuǎn)向液壓缸全程控制；(2)減少輪胎的磨損和改善高速行駛的穩(wěn)定性；(3)可靠性好，傳輸準確度較高；(4)結(jié)構(gòu)較復雜，成本高，國內(nèi)現(xiàn)在采用還有些困難。2 隨動橋被動轉(zhuǎn)向(Passive steering)這種結(jié)構(gòu)國外也有成熟產(chǎn)品，如德國ZF、MAN隨動橋的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其前輪轉(zhuǎn)向與隨動橋被動轉(zhuǎn)向之間沒有直接的信號輸入關系，而是根據(jù)客車轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的離心力變化作為輸入信號來實現(xiàn)隨動橋轉(zhuǎn)向。下面就隨動橋被動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、工作過程及特點

6、作簡要介紹。ZF被動轉(zhuǎn)向隨動橋的結(jié)構(gòu)基本與前橋一樣，但其主銷上部向后傾斜8°。被動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向減振器、氣動控制鎖止缸及傳感器等組成，見圖3。轉(zhuǎn)向減振器一端固定在隨動橋工字梁上，另一端固定在轉(zhuǎn)向梯形臂上。鎖止缸一端也固定在隨動橋上，另一端挺桿固定在與主銷相連的鎖止桿上。其工作過程為：當駕駛員向右打方向時，客車本身離心力作用，在隨動橋車輪與路面的接觸點B處作用一個側(cè)向反作用力F，反力F對車輪形成繞主銷作用的力矩FL，其方向正好與前輪轉(zhuǎn)向方向相反(向左)，見圖4。在此力作用下，實現(xiàn)了隨動橋的被動轉(zhuǎn)向。該轉(zhuǎn)向力矩的大小取決于力臂L的數(shù)值，而力臂L又取決于后傾角的大小，因此，隨動橋主銷后傾角

7、的大小要合適，如果后傾角過小，則轉(zhuǎn)向力矩小，不能克服摩擦阻力繞主銷軸線產(chǎn)生的反方向力矩，而造成隨動橋轉(zhuǎn)向遲滯，如果后傾角過大，轉(zhuǎn)向力矩大而造成隨動橋方向回正困難。當客車直線行駛時，若隨動轉(zhuǎn)向輪偶然受到外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)向減振器對隨動橋車輪形成繞主銷軸線作用的力矩，其方向正好與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，在此力矩作用下，將使車輪回復到原來的中間位置，從而保證了客車穩(wěn)定的直線行駛。當客車高速行駛或倒車時，車輪轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的信號傳輸給ECU，經(jīng)過運算并發(fā)出指令，通過調(diào)整氣壓來控制鎖止缸，使隨動輪不能轉(zhuǎn)向，確?？蛙嚪较蚍€(wěn)定性。隨動橋被動轉(zhuǎn)向特點為：(1)由于前輪與轉(zhuǎn)向輪之間沒有直接信號傳輸關系，而且路面作用在隨動橋車輪上的力是復雜變化的，雖然轉(zhuǎn)向減振器能吸收振動能量，振動衰減快，但被動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向穩(wěn)定性要比主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)差；(2)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在國內(nèi)客車行業(yè)將有一定的市場前景。3 隨動橋軸轉(zhuǎn)向當客車作非直線行駛時，在側(cè)向力作用下，車身發(fā)生側(cè)傾，此時由于隨動橋懸架導向桿系的運動及變形，會使隨動橋車輪發(fā)生繞垂直于地面軸線的小角度轉(zhuǎn)動(即軸轉(zhuǎn)向)，也會使隨動橋懸架左右彈性元件承受的載荷發(fā)生變化。能否利用這種左右彈性元件承受載荷的變化來設計一種結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)隨動橋轉(zhuǎn)向，目前還處于初步設想階段，