專利名稱：曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制的半掛車轉(zhuǎn)向伺服系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
掛車、半掛車、轉(zhuǎn)向現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)有半掛車轉(zhuǎn)向技術(shù)已發(fā)表的以專利為多，但少有具體應(yīng)用，經(jīng)檢索國內(nèi)外1994年以前資料，認(rèn)為當(dāng)時(shí)技術(shù)存在不同缺陷，很難應(yīng)用；本發(fā)明旨在解決這些缺陷，以造出性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的實(shí)用產(chǎn)品；目前，相似技術(shù)在國內(nèi)外尚未見報(bào)導(dǎo)。
發(fā)明的目的半掛車運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)已是眾所周知。超長不可拆卸貨物的整體運(yùn)輸產(chǎn)生了對長軸距半掛車的需求，但由于長軸距半掛車的彎路通過性變壞，長軸距多軸半掛車的輪胎磨損又特別嚴(yán)重，使其應(yīng)用受到限制。本專利提出的液壓伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可大大改善超長半掛汽車列車的彎路通過性、減少輪胎磨損，且使用可靠、維護(hù)與操縱方便。發(fā)明的技術(shù)方案

圖1中，給出了兩軸牽引車牽引單軸帶有后輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的半掛車，當(dāng)牽引車前橋中點(diǎn)沿定圓周穩(wěn)態(tài)行駛時(shí)的列車折角γ與半掛車后輪轉(zhuǎn)向平均角的關(guān)系；因半掛車軸距很長，圖1中忽略了牽引座前置距，近似認(rèn)為半掛車鉸接于牽引車后軸中點(diǎn)；當(dāng)半掛車后軸的中點(diǎn)E與牽引車后軸中點(diǎn)穩(wěn)態(tài)同軌跡時(shí)，有γ＝。在轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)時(shí)，不失一般性，若綜合考慮整車通過寬、掃過寬等因素，γ≠的情況也會得到應(yīng)用；因此，將/γ稱為角傳動比，用字母i表示。特殊情況，當(dāng)半掛車輪不轉(zhuǎn)向時(shí)(半掛車輪轉(zhuǎn)角為0°時(shí)，或角傳動比i＝0時(shí))，其后軸中點(diǎn)將沿E′點(diǎn)軌跡運(yùn)動，通過彎路時(shí)所需路面寬會大大增加。
從圖2中可以看到，當(dāng)牽引車前橋中點(diǎn)沿道路中線運(yùn)動，采用γ＝方式控制，在半掛汽車列車由直線駛?cè)霃澛返倪^渡過程中，半掛車E點(diǎn)偏向道路中線外側(cè)，外側(cè)車輪幾乎躍出路面。這種狀態(tài)下，若司機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)沿彎路外側(cè)行駛，掛車產(chǎn)生甩尾，車輪會駛出路面，造成事故；特別是當(dāng)對面會車時(shí)，在牽引車躲開對面來車的同時(shí)，半掛車尾部卻會迎向?qū)γ鎭碥嚒?br> 采用本專利技術(shù)，可使半掛車E點(diǎn)得到圖3所示軌跡，既能實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)向精度，保證安全行車；又容易達(dá)到使系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)及操縱方便的目標(biāo)。
圖4、5、6給出了該系統(tǒng)的組成及原理。主要包括序號1、2、30及序號3、4、34組成的兩套曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；序號7、8、31組成的閉環(huán)負(fù)反饋機(jī)液伺服系統(tǒng)；序號9、10、35組成的卸荷油路；序號10、11、12、13、14組成的反饋補(bǔ)油及零位調(diào)整油路；序號52用于初始零位調(diào)整及應(yīng)急轉(zhuǎn)向；序號36至序號45是帶蓄能器的油源；序號33是帶有主銷內(nèi)傾的轉(zhuǎn)向節(jié)，以產(chǎn)生足夠的車輪回正力。
該系統(tǒng)為自動控制系統(tǒng)，無附加駕駛操作。發(fā)明專利的具體說明如下一、利用曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定角傳動比控制利用裝于半掛車牽引銷上端的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(序號1曲柄、2導(dǎo)桿，其A-A視圖見圖5)及裝于半掛車軸上的結(jié)構(gòu)相同的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(序號3擺臂、4導(dǎo)桿總成)，將半掛汽車列車折角信號γ及車輪轉(zhuǎn)向平均角信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換；這兩個(gè)曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)通過連軸節(jié)5、6分別與零開口四邊閥7的閥心、反饋油缸8的活塞桿相連，實(shí)現(xiàn)定角傳動比的控制。
圖4和圖5中，連接銷總成15，透過半掛車牽引銷固定板上的弧形槽16將曲柄1與牽引座17相連；蓋板18、上密封墊19、導(dǎo)桿2、下密封墊20、滾輪21，通過螺釘銷22裝在曲柄1的上平面上。空心軸23通過壓板24、螺釘25緊連在牽引銷26的上端；曲柄1通過免潤滑減磨套27、連接板28、螺釘29與牽引銷上端相連；轉(zhuǎn)彎時(shí)，牽引座17通過連接銷總成15帶動曲柄1，使其繞牽引銷26的軸線旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)曲柄1繞牽引銷軸線O轉(zhuǎn)動時(shí)，導(dǎo)桿2沿導(dǎo)槽30移動，經(jīng)聯(lián)軸節(jié)5移動伺服閥7的閥心，使油缸31動作，通過繞O′轉(zhuǎn)動的擺臂3、橫拉桿32、轉(zhuǎn)向節(jié)33，推動半掛車輪轉(zhuǎn)向。同時(shí)，擺臂3通過導(dǎo)桿總成4、導(dǎo)向槽34、聯(lián)軸節(jié)6，推動反饋油缸8的活塞桿移動，將反饋油液推入閥7的反饋腔，使閥7的閥體跟隨閥心的運(yùn)動，當(dāng)輸出與輸入滿足規(guī)定的角傳動比要求時(shí)伺服閥口關(guān)閉，車輪停止轉(zhuǎn)向。
導(dǎo)桿2與滾輪21之間的空隙及導(dǎo)桿總成4的內(nèi)部空隙內(nèi)，均封入潤滑脂。
聯(lián)軸節(jié)5、6，用以避免車體變形可能引起的機(jī)件卡滯，也使系統(tǒng)布置更為方便。
為避免由于弧形槽16開得太長引起的結(jié)構(gòu)剛度問題；及避免由于弧形槽16開得太短，轉(zhuǎn)彎時(shí)可能引起的機(jī)械干涉問題；連接銷總成15可設(shè)計(jì)為自動脫出機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車列車折角γ大于設(shè)計(jì)確定的極限值時(shí)，連接銷總成15與牽引座17脫開；鉸接于牽引銷上端的曲柄1與牽引座17的連接被中斷，伺服機(jī)構(gòu)將半掛車輪保持在極限轉(zhuǎn)角位置；當(dāng)汽車列車折角小于該極限值時(shí)，連接銷總成15在彈簧力作用下恢復(fù)與牽引座17的連接，伺服機(jī)構(gòu)正常進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。
圖4中，設(shè)閥7反饋腔的有效斷面積為S1，反饋油缸8的有效斷面積為S2；則列車折角γ、半掛車輪轉(zhuǎn)向平均角、角傳動比i之間，有如下關(guān)系OB·sinγ·S1＝O′B′·sin·S2 (1)i＝/γ≈sin/sinγ (2)O′B′＝OB·S1/S2/i(3)確定以上各參數(shù)的順序如下a.先由半掛汽車列車穩(wěn)態(tài)圓周行駛時(shí)的幾何參數(shù)(綜合考慮整車通過寬和掃過寬等因素)確定i值；b.再由曲柄1的最大擺動角和閥7閥心的極限行程確定OB值；c.進(jìn)行伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定S1和S2；d.最后，根據(jù)(3)式求出O′B′值。二、利用計(jì)算機(jī)仿真選擇卸荷閥的開口寬度利用計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，合理選擇卸荷閥9的閥心臺肩寬度d，能對彎路行駛時(shí)的定角傳動比進(jìn)行非線性修正，將半掛車行駛軌跡進(jìn)一步改善，使之在駛?cè)霃澛愤^程中，無軌跡外偏(甩尾)現(xiàn)象，還可保證整車直線行駛穩(wěn)定，既方便司機(jī)駕駛又提高整車行駛安全性。
利用PRT法[林熊熊·半掛汽車列車彎路運(yùn)動軌跡計(jì)算機(jī)仿真·汽車工程，1997；(1)]進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，可得任意轉(zhuǎn)向控制規(guī)律下的半掛汽車列車行駛軌跡。
選取定角傳動比i、和不同卸荷角γ1(即進(jìn)彎路時(shí)，當(dāng)γ≤γ1時(shí)，令i＝0)，進(jìn)行仿真計(jì)算，并進(jìn)行軌跡比較，選出最滿意的軌跡曲線所對應(yīng)的角傳動比i和卸荷角γ1，并參照圖4(沉割槽寬度d1為事先選定)即可按下式確定卸荷閥9的閥心臺肩寬度dd＝2·OB·sinγ1+d1 (4)壓力油液經(jīng)閥9、閥7、剛性開關(guān)46(或47)、油缸31，推動半掛車轉(zhuǎn)向桿系，使車輪轉(zhuǎn)動。
卸荷閥9的閥芯和閥7的閥心聯(lián)動；閥9關(guān)閉時(shí)，閥7通過低壓油；閥9開啟時(shí)，閥7通過高壓油。行駛狀態(tài)，開關(guān)13、14、48、49、50、51關(guān)閉，開關(guān)46、47打開。
當(dāng)半掛列車開始駛?cè)霃澛罚伊熊囌劢铅眯∮诘扔谛逗山铅?時(shí)，閥9關(guān)閉，減壓閥10經(jīng)單向閥35為閥7提供低壓油，這個(gè)低壓不能克服轉(zhuǎn)向節(jié)主銷內(nèi)傾產(chǎn)生的車輪回正力，該狀態(tài)下的掛車輪轉(zhuǎn)角仍為零，掛車軌跡僅向彎路內(nèi)側(cè)偏移，而不外偏；同理，當(dāng)半掛列車沿直線行駛時(shí)，這個(gè)低壓可維持掛車輪轉(zhuǎn)角為零(與普通半掛車一樣)，掛車輪不會因?yàn)榱熊囌劢堑淖兓a(chǎn)生擺動。
當(dāng)列車折角γ大于卸荷角γ1時(shí)，閥9開啟，為閥7提供高壓油；半掛車輪按規(guī)定的角傳動比i隨動轉(zhuǎn)向。
當(dāng)牽引車開始駛出彎路，列車折角減小到使伺服系統(tǒng)卸荷時(shí)，在卸荷壓力和車輪回正力的共同作用下，車輪繼續(xù)回正。三、帶蓄能器的油源采用帶蓄能器的油源(圖6)，使液壓系統(tǒng)的工作不受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動的影響，既方便倒車又有利于行車安全。
油液經(jīng)開關(guān)36、粗油濾37、由變速箱動力輸出軸帶動的泵38、精油濾39、單向閥40和蓄能器41向整個(gè)系統(tǒng)供油；溢流閥42防止泵20超壓；當(dāng)蓄能器41達(dá)最高壓力時(shí)，壓力繼電器44打開兩位閥43使系統(tǒng)卸荷，當(dāng)蓄能器壓力低于最高壓力時(shí)，兩位閥43關(guān)閉，泵38為蓄能器補(bǔ)油，蓄能器的最高壓力能夠保證半掛車滿載時(shí)原地轉(zhuǎn)向；若泵38失效，蓄能器41壓力低于規(guī)定值時(shí)，壓力繼電器45立刻啟動聲、光報(bào)警裝置(也可在系統(tǒng)中設(shè)置應(yīng)急輔泵，用壓力繼電器45的信號控制應(yīng)急輔泵的接通)，此時(shí)蓄能器41仍能提供足夠的壓力和油量，保證在司機(jī)停車之前轉(zhuǎn)向系不會失控。倒車時(shí)，離合器經(jīng)常處于半結(jié)合狀態(tài)，泵38無法提供足夠的壓力和流量，會引起掛車輪方向失控；但由于蓄能器41的功能，使超長半掛車的倒車變得非常容易，方向不會失控。四、反饋補(bǔ)油回路采用反饋補(bǔ)油回路(減壓閥10，單向閥11、12，剛性開關(guān)13、14)，既方便半掛車輪零位調(diào)整又可保證該零位的穩(wěn)定。
減壓閥10經(jīng)單向閥11、12向反饋油路補(bǔ)油；開關(guān)13、14裝于液壓管路的最高位置，閥7反饋腔和反饋油缸8的出油口朝上，以利于反饋油路初始排氣。初始零位調(diào)整次序如下a.使?fàn)恳?、半掛車之縱向?qū)ΨQ平面位于同一平面上，此時(shí)曲柄1、閥7、閥9應(yīng)位于圖4位置；b.開關(guān)13、14、46、47、48、53關(guān)閉，開關(guān)49、50、51打開，液壓系統(tǒng)通油，用手動換向閥52通過油缸31分別向左右兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動車輪數(shù)次，排除油缸8、31中的空氣后使車輪停在圖4位置(零位)；c.開關(guān)46、47、48、49、50、51、53關(guān)閉，分別打開開關(guān)13、14使閥7殼體移動，排除反饋油路中的剩余空氣后，將閥7恢復(fù)到圖4所示位置(零位)，關(guān)閉開關(guān)13、14；d.打開開關(guān)46、47、53后，車輪會有小量偏移，用開關(guān)13、14進(jìn)行微調(diào)；當(dāng)車輪歸零后，關(guān)緊開關(guān)13、14；e.關(guān)閉開關(guān)53后，半掛汽車列車就可正常行駛，且短期內(nèi)不會產(chǎn)生零位偏移。
正常使用一段時(shí)間后，如發(fā)現(xiàn)車輪零位偏移，可打開開關(guān)53，并利用開關(guān)13、14進(jìn)行快速調(diào)整，調(diào)整完成后關(guān)閉開關(guān)13、14、53后又可恢復(fù)正常使用。五、轉(zhuǎn)向伺服原理(圖4)以汽車列車右轉(zhuǎn)彎為例曲柄1順時(shí)針轉(zhuǎn)動，導(dǎo)桿2向前拉動閥7的閥心，至曲柄1轉(zhuǎn)角大于卸荷角γ1時(shí)，閥9打開，閥35自動關(guān)閉，壓力為P的壓力油經(jīng)閥9、閥7、開關(guān)47、油缸31推動車輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動；當(dāng)車輪轉(zhuǎn)向平均角＝γ·i時(shí)，反饋油缸8左腔的油被推入閥7反饋腔的上腔，閥7殼體上移，關(guān)閉閥口，車輪停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)汽車列車駛出彎路，且列車折角γ小于卸荷角γ1時(shí)，閥9關(guān)閉，低壓油經(jīng)閥35、7、開關(guān)47流入油缸31，液壓力與車輪回正力共同按＝γ·i的規(guī)律回正車輪。
權(quán)利要求
一種曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制的半掛車轉(zhuǎn)向伺服系統(tǒng)，其特征在于1.利用曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)將半掛汽車列車折角信號及車輪轉(zhuǎn)向平均角信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)定角傳動比的控制；曲柄空腔內(nèi)封入潤滑油進(jìn)行潤滑。
2.采用卸荷閥，并利用計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果選擇適當(dāng)?shù)男逗砷y參數(shù)，以保證整車直線行駛穩(wěn)定，并對定角傳動比控制方式進(jìn)行非線性修正，改善半掛車行駛軌跡，使之在駛?cè)霃澛愤^程中，無軌跡外偏(或稱為甩尾)現(xiàn)象，。
3.采用帶蓄能器的油源，以方便倒車；并具有高壓卸荷、低壓報(bào)警的功能，以保證行車安全。
4.反饋補(bǔ)油回路，用于半掛車輪零位調(diào)整，保證車輪零位的穩(wěn)定。
5.半掛車轉(zhuǎn)向伺服系統(tǒng)為自動控制系統(tǒng)，無附加駕駛操作。
全文摘要
本發(fā)明“曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制的半掛車轉(zhuǎn)向伺服系統(tǒng)”,屬半掛車轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域,用以解決超長半掛汽車列車彎路機(jī)動問題。其主要技術(shù)特征和用途是:利用安裝于半掛車牽引銷上端的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),經(jīng)液壓伺服系統(tǒng)控制半掛車輪轉(zhuǎn)向,使整車直線行駛穩(wěn)定,半掛車彎路行駛軌跡改善,不甩尾;使倒車方便,行車安全,半掛車輪零位穩(wěn)定、調(diào)整方便。該系統(tǒng)為自動控制系統(tǒng),無附加駕駛操作。
文檔編號B62D13/00GK1242319SQ99108000
公開日2000年1月26日 申請日期1999年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月11日
發(fā)明者林熊熊 申請人:林熊熊