雷迪迪，胡玉鵬，王翔

（1.中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410000；2.鐵建重工新疆有限公司）

0 引言

農(nóng)業(yè)行走機械的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的性能影響著農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向[1]，全液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)在農(nóng)業(yè)行走機械領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提升了農(nóng)業(yè)機械的智能化率和生產(chǎn)率。農(nóng)業(yè)機械在收獲時如果全液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向力矩不足，在田間的轉(zhuǎn)彎性能就會受限，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向半徑增大，影響農(nóng)業(yè)行走機械的轉(zhuǎn)向。因此，開展轉(zhuǎn)向力計算對比及試驗分析等研究以及分析轉(zhuǎn)向油缸的壓力變化可為農(nóng)機轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計提供參考。

1 轉(zhuǎn)向機構(gòu)原理

橫置液壓缸式轉(zhuǎn)向機構(gòu)（圖1）的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括主銷距M，液壓偏置距E，轉(zhuǎn)向節(jié)臂長R，連桿長L0和液壓桿長D，通過橫置液壓缸的左右運動來推動拉桿，帶動轉(zhuǎn)向節(jié)臂繞主銷旋轉(zhuǎn)進而帶動輪胎的旋轉(zhuǎn)，并通過內(nèi)轉(zhuǎn)向與外轉(zhuǎn)角的不同來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向（圖2），液壓缸的推力需要克服地面對輪胎的轉(zhuǎn)向力矩。

圖1 橫置液壓缸式轉(zhuǎn)向機構(gòu)示意

圖2 阿克曼轉(zhuǎn)向原理圖

根據(jù)阿克曼（Ackerman）轉(zhuǎn)向理論[2]，內(nèi)輪、外輪轉(zhuǎn)向需要滿足以下關(guān)系：

式中α—外轉(zhuǎn)角，°；β—內(nèi)轉(zhuǎn)角，°；M—轉(zhuǎn)向力矩，N·m；L—前后輪軸距，m。

根據(jù)研究及分析[3-8]，轉(zhuǎn)向機構(gòu)各零件的尺寸參數(shù)確定后，液壓缸的推力和拉力僅與地面對輪胎的轉(zhuǎn)向力矩、內(nèi)轉(zhuǎn)角和外轉(zhuǎn)角有關(guān)。

2 轉(zhuǎn)向力矩計算

2.1 雷索夫推薦公式

2.2 塔布萊克推薦公式

式中ξ—有效摩阻系數(shù)，根據(jù)a/b值選?。▓D3）；G1—車橋載荷，N；a—主銷偏置距；b—輪胎寬度，mm。

圖3 a/b 值選取

圖4 4QZ-6000 青貯機廠內(nèi)原地轉(zhuǎn)彎試驗

2.3 農(nóng)機轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式

式中G—車橋載荷，N；e—主銷偏置距，mm；b—輪胎寬度，mm；μ—輪胎與地面間的滑動摩擦系數(shù)，取0.7。

2.4 汽車轉(zhuǎn)向公式

式中μ—輪胎與地面間的滑動摩擦系數(shù)，取0.7；G1—車橋載荷，N；e—主銷偏置距，mm；P—輪胎氣壓，kPa。

3 轉(zhuǎn)向油缸計算

轉(zhuǎn)向油缸[9]所需推力為：

式中M—轉(zhuǎn)向阻力距（根據(jù)不同經(jīng)驗公式計算選?。?，N/m；r—液壓缸作用在轉(zhuǎn)向節(jié)上最小力臂，m。

轉(zhuǎn)向油缸力為：

式中D—轉(zhuǎn)向油缸缸徑，mm；d—轉(zhuǎn)向油缸桿徑，mm；P—轉(zhuǎn)向油缸壓力，MPa。

通過轉(zhuǎn)向油缸所需推力與轉(zhuǎn)向油缸力的計算對比，轉(zhuǎn)向油缸力需大于轉(zhuǎn)向油缸所需推力轉(zhuǎn)向橋才能轉(zhuǎn)向。

4 對比分析

根據(jù)4QZ-6000 型6 m 青貯機所用轉(zhuǎn)向橋進行計算，其主要參數(shù)如下：

橋荷重量（t）9.5

有效摩擦系數(shù)0.22

主銷偏置距（mm）170

油缸工作壓力（MPa）16

輪胎與地面間滑動摩擦系數(shù)0.7

輪胎自由半徑（mm）783

輪胎寬度（mm）550

缸徑（mm）88

輪胎的滾動摩擦系數(shù)0.02

輪胎靜力半徑（mm）732

輪胎氣壓（kPa）320

桿徑（mm）42

根據(jù)雷索夫推薦公式、塔布萊克推薦公式、農(nóng)機轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式和汽車轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式4 種公式的計算，轉(zhuǎn)向阻力的平均值為58 032N，根據(jù)農(nóng)機轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式計算出轉(zhuǎn)向阻力最大為66 387N，超出平均值14.4%；根據(jù)塔布萊克推薦公式計算出轉(zhuǎn)向阻力最小為51 499N，低于平均值11.3%（表1）。轉(zhuǎn)向阻力最大值、最小值與平均值誤差范圍均在15%以內(nèi)，表示4 種不同經(jīng)驗公式計算的轉(zhuǎn)向阻力誤差較小。

表1 不同經(jīng)驗公式計算對比表

5 試驗

在瀝青路面、水泥路面上和廠區(qū)內(nèi)對4QZ-6000青貯機進行原地轉(zhuǎn)彎試驗，分別調(diào)整發(fā)動機至低、中、高轉(zhuǎn)速并匹配不同轉(zhuǎn)向速度進行試驗，試驗數(shù)據(jù)如表2。

表2 瀝青路面、水泥路面及廠內(nèi)不同轉(zhuǎn)向速度下的轉(zhuǎn)向油缸壓力對比表

6 結(jié)論

通過在瀝青路面、水泥路面及廠內(nèi)工況下進行對比試驗和轉(zhuǎn)向油缸壓力測試，對比表2數(shù)據(jù)可知：

（1）相同發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)向速度快時轉(zhuǎn)向壓力也將增大，最大壓力升高。

（2）隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)向油缸進油腔最大壓力也在提高，分別約為：18.0MPa、20.0MPa 和22.0MPa。

（3）發(fā)動機轉(zhuǎn)速為900r/min時轉(zhuǎn)向油缸兩端壓差約為17.2～18.0MPa；發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1600r/min時轉(zhuǎn)向油缸兩端壓差約為19.2～20.2MPar；發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2 100 r/min 時轉(zhuǎn)向油缸兩端壓差約為20.6～21.0MPa。

（4）工作壓力為16.0MPa，目前最大壓力為22.3 MPa，比16.0MPa高38%。

7 總結(jié)

根據(jù)雷索夫推薦公式、塔布萊克推薦公式、農(nóng)機轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式和汽車轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式4 種公式的計算，塔布萊克推薦公式、雷索夫推薦公式、農(nóng)機轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式、汽車轉(zhuǎn)向經(jīng)驗公式計算數(shù)值遞增，塔布萊克推薦公式和雷索夫推薦公式計算數(shù)值相差很小。為了保證轉(zhuǎn)向性能，可取最大值來計算轉(zhuǎn)向油缸所需的最大轉(zhuǎn)向阻力，此外相同發(fā)動機轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)向速度對其影響顯著，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)向油缸進油腔最大壓力隨之提高，為了提高轉(zhuǎn)向性能，轉(zhuǎn)向油缸最大壓力需為工作壓力的1.4 倍以上，該結(jié)論可為農(nóng)機轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計提供參考。