多軸全地面起重機穩(wěn)態(tài)轉向特性分析

厲 超，李慶瀛

（徐州重型機械有限公司，江蘇 徐州 221004）

多軸全地面起重機經濟效益高，功率大，強度高，應用范圍廣泛。其自身重量越大，軸數(shù)越多，車身也就越長，在轉向方面的復雜性就更大，因此，對其穩(wěn)態(tài)特性加以分析和研究，具有非常重要的理論意義和工程意義。

1 多軸全面面起重機的特點

多軸全地面起重機是指二軸以上的車輛。從多軸全地面起重機來說，它的主要特點包括以下幾個方面：一是車身長（可達10m及以上）；二是軸數(shù)多（多為三至七軸甚至于達到九軸）；三是重量大。特別是它的轉向失真方面較為嚴重，甚至于在中速和低速條件下穩(wěn)定行駛，也有可能產生轉向失控的現(xiàn)象，造成十分嚴重的交通安全事故。

2 多軸全地面起重機的研究目的和現(xiàn)狀

研究全地面起重機的轉向特性，其好處是可以有利于進一步提高這種設備在低速運行時靈活性、高速運行的穩(wěn)定性與高速運行時的安全性。特別是軸數(shù)更多的九軸全地面起重機的研究文獻數(shù)量更少。然而，從二自由度所采用的模型來說，它相對較為簡單，因此，所取得的關于影響轉向方面的參數(shù)較少，難以對多軸車輛特有的轉向特性進行全面體現(xiàn)。

3 多軸全地面起重機的轉向特性分析

由多軸全地面起重機其整體結構可知，它的轉向特向分析是一個非常復雜的過程。針對該起重機，以拉格朗日方程為依據(jù)，建立起全輪轉向方式的三自由度模型。該模型中，對車輛產生的側向運動、橫擺運動和側傾運動都納入考慮之中，主要針對其穩(wěn)態(tài)轉向問題進行理論分析與理論研究。

根據(jù)該理想狀態(tài)，對車輛的坐標系進行定義。

車輛的質心為確定的坐標原點。x軸的正方向確定為車國內行駛方向，z軸正向為垂直路面向下的方向，以右手法確定y軸正向。按此坐標，該九軸全地面起重機的車輛線性三自由度模型如圖1所示。

圖1

因該起重機沿x軸方向前進，其速度被視為定值，故它只有三種運動方式。即沿y軸進行的側向運動，繞z軸進行的橫擺運動和車身繞x軸進行的側傾運動。

根據(jù)以上模型，引入“三自由度”多軸轉向車輛微分方程，引入“穩(wěn)態(tài)圓周運動微分方程”進行計算（該計算過程和結果由于其過程復雜，數(shù)據(jù)繁多，在此不再詳細敘述）。

在此基礎上，再以零質心側偏角的控制策略，進行全輪轉向特性分析，多軸全地面起重機其轉向特性與以下幾個方面密切相關：一是軸間距如何布置；二是各軸的車輪所具有的側偏剛度；三是各軸的質量；四是整車的質心所具位置。

根據(jù)這些結論，在進行多軸全地面起重機的機構布置時，要適當前移質心的位置，其目的是使其轉向不足方面的特性得以提升；以該機轉向中心的車身投影點為基準，其后面參與轉向軸的數(shù)量越多，轉向特性不足的特點越為明顯。如果使轉向中心投影點位置后的各軸輪胎側偏剛度增大，同時使投影點位置之前的各軸的輪胎側偏剛度降低，對于增強轉向不足方面的特性有益。

4 結語

通過分析多軸地面起重機的特點、研究目的和現(xiàn)狀及對其特性進行簡要性分析可知，多軸地面起重機的設計是一個非常復雜且科學性強的過程，需通過不斷摸索和深入研究才能實現(xiàn)。