工程機械設(shè)計課件：輪式工程機械轉(zhuǎn)向系 -

輪式工程機械轉(zhuǎn)向系輪式工程機械是建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中不可或缺的重要設(shè)備。其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是關(guān)鍵部件之一,確保機械靈活機動、高效運轉(zhuǎn)。本節(jié)課將深入探討輪式工程機械轉(zhuǎn)向系的設(shè)計要點和關(guān)鍵技術(shù)。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(lǐng)域的大型機械設(shè)備。它們通常具有強大的動力和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。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(fù)雜的施工環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重要性轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是確保輪式工程機械高效安全運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件。合理的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計對提高機械性能至關(guān)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(zhuǎn)向能力,可以在復(fù)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(wù)。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(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要性輪式工程機械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是確保其行駛安全和操作穩(wěn)定的關(guān)鍵部件。良好的轉(zhuǎn)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(shè)計的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成工程機械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由三大部分組成:轉(zhuǎn)向機構(gòu)、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向機構(gòu)負責實現(xiàn)轉(zhuǎn)向動作,轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)將轉(zhuǎn)向動作傳遞到前輪,轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)則實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向機構(gòu)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(zhuǎn)向性能。轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向機構(gòu)是輪式工程機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，主要由轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu)總成組成。轉(zhuǎn)向輪承擔著轉(zhuǎn)向驅(qū)動的作用，通過與地面接觸實現(xiàn)機械的轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向機構(gòu)總成則負責控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向速度。轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計要考慮轉(zhuǎn)向半徑、最大轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向阻力等性能指標，確保機械能在狹小空間內(nèi)靈活轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)向傳動軸：將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸節(jié)傳遞到轉(zhuǎn)向液壓缸或轉(zhuǎn)向齒輪箱。采用鋼制結(jié)構(gòu)，設(shè)計時需考慮扭轉(zhuǎn)剛度和強度。轉(zhuǎn)向齒輪箱：將轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動通過齒輪嚙合傳遞至驅(qū)動輪。常見的結(jié)構(gòu)包括蝸桿-蝸輪、斜齒輪等。需要計算傳動比和設(shè)計合理的齒形。轉(zhuǎn)向液壓缸：推拉式或擺動式設(shè)計，帶來轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的組成包括操縱裝置、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器。操縱裝置用于接收操作員的轉(zhuǎn)向指令，轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)用于執(zhí)行轉(zhuǎn)向動作，而轉(zhuǎn)向控制器負責對整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)和控制。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的工作原理是：操作員通過操縱裝置輸入轉(zhuǎn)向指令，控制器接收指令后會根據(jù)實時狀態(tài)信息調(diào)整轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而實現(xiàn)機械設(shè)備的轉(zhuǎn)向。這種閉環(huán)控制確保轉(zhuǎn)向過程安全可靠。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)向精度、能耗效率等關(guān)鍵指標，以優(yōu)化整體轉(zhuǎn)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(diào)配合。轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計轉(zhuǎn)向機構(gòu)作為輪式工程機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件，其設(shè)計關(guān)乎整機的操控性、穩(wěn)定性和安全性。設(shè)計時需充分考慮工作環(huán)境、載荷條件等因素，以確保轉(zhuǎn)向機構(gòu)能可靠、高效地執(zhí)行轉(zhuǎn)向動作。轉(zhuǎn)向輪的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向輪是輪式工程機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心組件。其結(jié)構(gòu)主要包括輪胎、輪輞和轉(zhuǎn)向軸。輪胎提供良好的操縱性和剛性,輪輞則傳輸轉(zhuǎn)向力矩,轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接,實現(xiàn)轉(zhuǎn)向動作。轉(zhuǎn)向輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮載荷、強度、剛性、耐用性等因素,確保轉(zhuǎn)向操作的安全性和穩(wěn)定性。2.轉(zhuǎn)向輪的尺寸設(shè)計確定轉(zhuǎn)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(shè)計合理的轉(zhuǎn)向角度：考慮機械的轉(zhuǎn)彎要求,確定前輪最大轉(zhuǎn)向角度,通常不超過35度,以確保車身不會過度磨損。計算轉(zhuǎn)向半徑：根據(jù)機械的尺寸和轉(zhuǎn)向角度,計算出最小轉(zhuǎn)向半徑,確保操作靈活、轉(zhuǎn)彎方便。3.轉(zhuǎn)向輪的材料選擇輪式工程機械轉(zhuǎn)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(zhì)耐腐蝕，適用于小型機械和移動機械。轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的設(shè)計轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)是輪式工程機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部件,其設(shè)計關(guān)系到整個機械的轉(zhuǎn)向性能。主要包括轉(zhuǎn)向傳動軸、轉(zhuǎn)向傳動齒輪和轉(zhuǎn)向液壓缸的設(shè)計。轉(zhuǎn)向傳動軸的設(shè)計轉(zhuǎn)向傳動軸是連接轉(zhuǎn)向機構(gòu)和傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其設(shè)計需要考慮承受載荷、傳遞力矩、耐疲勞性等因素。轉(zhuǎn)向傳動軸常采用中空軸設(shè)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(zhuǎn)向傳動軸的連接處采用球面軸承或萬向節(jié),以提高轉(zhuǎn)向靈活性,同時也需要設(shè)計防護措施避免灰塵侵入。轉(zhuǎn)向傳動齒輪的設(shè)計轉(zhuǎn)向傳動齒輪是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中重要的傳動部件之一。其設(shè)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(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性和高效性。選擇合適的傳動比以匹配轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動特性計算齒輪的承載能力,確保其能承受轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向液壓缸的設(shè)計選擇合適的液壓缸尺寸：根據(jù)機械臂的承載能力、轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)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(shè)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(yīng)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(zhuǎn)向操作靈活順暢。液壓系統(tǒng)的調(diào)試和試驗：調(diào)試各項功能參數(shù),進行轉(zhuǎn)向性能試驗,確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作可靠。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的設(shè)計轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是輪式工程機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的核心部分,負責實現(xiàn)對輪式工程機械轉(zhuǎn)向角度和速度的精確控制,從而保證機械的轉(zhuǎn)向靈活性和操作穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)向電控單元：負責接收操縱桿信號、處理數(shù)據(jù)并控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)。轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)：包括轉(zhuǎn)向液壓缸、轉(zhuǎn)向電機等執(zhí)行部件，根據(jù)控制指令進行轉(zhuǎn)向動作。轉(zhuǎn)向傳感器：監(jiān)測轉(zhuǎn)向狀態(tài)并反饋給電控單元，如轉(zhuǎn)向角度傳感器、轉(zhuǎn)向油壓傳感器等。轉(zhuǎn)向操縱裝置：為操作者提供轉(zhuǎn)向控制接口，如轉(zhuǎn)向操縱桿、轉(zhuǎn)向手輪等。2.轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)通過傳感器檢測方向盤轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)速,將信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向速度,并指令轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)(如轉(zhuǎn)向液壓缸)執(zhí)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)向動作。轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)在ECU的控制下轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪,從而實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。整個過程是實時動態(tài)調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。3.轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計控制系統(tǒng)參數(shù)的主要包括:轉(zhuǎn)向角度、轉(zhuǎn)向角速度、轉(zhuǎn)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(shè)計。轉(zhuǎn)向角度的設(shè)計需要考慮工程機械的最小轉(zhuǎn)彎半徑要求,同時還要兼顧駕駛員的操作舒適性。轉(zhuǎn)向角速度和加速度則需要滿足機械快速穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的需求。此外,轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)還需要設(shè)計相應(yīng)的傳感器、電子控制器、液壓執(zhí)行機構(gòu)等,確保轉(zhuǎn)向控制的精度、靈敏度和響應(yīng)性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能評價轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能評價是確保輪式工程機械在復(fù)雜工況下可靠性和安全性的關(guān)鍵。從轉(zhuǎn)向性能指標、試驗方法和優(yōu)化設(shè)計三個方面全面評估轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計可靠性。轉(zhuǎn)向性能指標轉(zhuǎn)向半徑(TurningRadius):工程機械在狹小空間中的轉(zhuǎn)彎能力，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈活性。轉(zhuǎn)向角(SteeringAngle):前輪最大轉(zhuǎn)向角度，反映了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向能力。轉(zhuǎn)向響應(yīng)時間(SteeringResponseTime):操縱轉(zhuǎn)向裝置到前輪實際轉(zhuǎn)向的時間延遲，表示轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的快速性。2.轉(zhuǎn)向性能試驗進行轉(zhuǎn)向性能試驗可以全面評估輪式工程機械的轉(zhuǎn)向性能。包括:最小轉(zhuǎn)彎半徑:測試機械在最小轉(zhuǎn)彎半徑下的轉(zhuǎn)彎性能。轉(zhuǎn)向阻力:測試轉(zhuǎn)向機構(gòu)的操縱力矩與轉(zhuǎn)向角度的關(guān)系。轉(zhuǎn)向響應(yīng)時間:測試轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性:觀察轉(zhuǎn)向過程中的穩(wěn)定性和可控性。3.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵指標，包括轉(zhuǎn)向半徑、轉(zhuǎn)向力矩、轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性等。利用