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铰接式矿用胶轮车转向性能研究

陈艳梅  
【摘要】:防爆无轨胶轮车因其较强的机动性能大大提高了煤矿业的生产效率,促使国外铰接式胶轮车的设计研究得到快速发展。国内针对矿用铰接式胶轮车的研究起步较晚,目前设计理论尚不完善,仍处于仿造阶段。铰接车型号单一,无法满足多样的生产需求,也无法完全适用于多种路况。铰接转向机构作为胶轮车的重要组成部分,直接关系到车辆的机动性能。因此,本文针对其转向的相关技术进行研究。主要研究结果如下:以单自由度铰接式胶轮车为研究对象,通过对其在满载工作状态下的原地转向力学的分析,综合考虑轮胎—路面相互作用及车轮转角、轮胎滚动速度等因素对转向阻力矩的影响,利用虚位移原理推导了原地转向阻力矩随车轮转角的变化规律,结果表明当车轮转角达到最大45°时原地转向阻力矩也达到最大值24.68kN*m,且原地转向阻力矩随车轮转角呈非线性的增长趋势。建立了满载铰接式胶轮车多刚体转向虚拟样机模型。针对其转向时极端路况对其整车性能的影响,模拟三角形凸起、矩形坑、搓板路面等障碍路况,进行了仿真分析。结果表明车辆在矩形坑路面上转向时车体载荷分布最不均匀、稳定性最差,其后桥左右轮胎载荷出现最大差值0.54kN,前架质心转向横摆角速度达到58.71rad/s,右后轮出现最大侧倾角15.63°。提取过矩形坑时转向机构中连接前后车架铰接盘处的受力数据,进行了应力分析,结果显示前架与销轴接触处出现最大应力207MPa。得知此种情况下铰接盘处动应力值较大,产生应力集中现象,是铰接盘破裂损坏的主要原因。将铰接转向机构改进为二自由度,建立二自由度转向仿真模型,过矩形坑时前架质心横摆角速度值降为46.35rad/s,最大应力值降为157MPa。对比单自由度情况,可知同条件下改进后的转向机构动应力及稳定性在一定程度上优于单自由度情况,验证了二自由度转向机构的可靠性及优势。本文研究结果可为铰接式胶轮车转向机构的设计提供一定的理论依据。


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