铰接车的特点和受力分析
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铰 接 车的 特 点 和 受 力分 析
中环动力 （ 北京 ） 型汽车有限公 司 徐乃镗 重
【 摘要】 铰接车是一种不同于刚性后卸式汽车 ， 又近似铲运机的新车型。从设计角度对铰接式 车架的铰接体和转向系的受力， 予以分析和计算 。
关键词 ： 铰接车 受力 分析 计算
ｌ 铰接车的现状 与优越性
铰接式 自卸汽车 （ ｒ ｃｌ ｅ ｕ ｒ ｃ） Ａ ｔ ｕ ｔ Ｄ ｍｐＴ ｕｋ 最 ｉ ａｄ 早起 源于 ２ ０世纪 ６ 代 末 的北 欧 ， ０年 主要 是 斯 堪 的
力， 使该车能适应在狭窄空间的全天候作业 ， 具有 良
好 的机 动性 与适 应 性 。 １２ 高生产 效率 与低 运营 成本 ．
纳维亚半 岛。７ Ｏ年 代 Ｖｏ ｏ推 出第 一代产 品 ，０ ｌ ｖ ９ 年 代 普 及 全 球 。 目 前 Ｃ ｔｒｉａ ， ｒｘ Ｖｏｖ ， ａｅｐｌ ｒ Ｔｅｅ ， ｌｏ ｌ
Ｍｏ ｙ ｘ 是生产铰接车 的四大 品牌公 司， 它们不断改
进技术 ， 品质量 逐 年 提高 ， 场也 随 之 扩 张 ， 品 产 市 产
铰接式 自卸汽车能全天候地在软地面上满载作 业， 行驶车速 达到 ４ ～５ｋ ／ 。尤其该 车的翻斗 ８ ６ｍ ｈ 低矮能匹配任何装载设备 ， 便于组织生产 ， 显示 出高
生 产率 。 铰 接式 车架 减小 了车 架 的 扭 转应 力 ， 小 了车 缩
约占世界总量 的 ７ 。我国从 ７ 年代开始 引进 ， Ｏ ０ 主要应用于森林采 伐和水 电工地 ， 逐渐 向隧道工 后
程 、 山剥 离扩展 。我公 司 在 ２０ 年 开始 与爱 尔兰 矿 ０１
架 的截面 ， 质量利用系数达到 １４ ～ １５ 降低了燃 ．５ ． ， 油消耗 。其次是对道路要求不高 ， 路面稍加平整 即 可行 驶 ， 无需维 护 ， 省 了运 营费用 。 节
Ｔｍ ｎｙ ｉ ｏ ｅ 公司合 作开发该产 品， 目前 已投入 市场 。 实践证明该车的市场潜力很大 ， 具有 良好 的市场前
景， 并显示出独具的优越性。
１ １ 良好的机动性与广泛的适用性 ．
２ 铰 接车与铰接体的受力分析
铰接车的设计初衷是为了森林采伐 、 水电建设和
铰接式 自 卸汽车是指驾驶室与车体间具有铰接 点和摆动环的车辆。车架的摆动环不仅实现了前后
车体的相对独 立偏 转， 成折体 转 向， 向角达到 完 转 ４。 ５， 而且相对转动也可维持车轮在不平道路上与地
筑路。目 前用途更加广泛 ， 向隧道工程 、 矿山剥离和 港口建设扩展。它是一种不同于刚性后卸式汽车又
近似铲运机的新车型。因此它的设计概念除遵循通 常汽车的设计方法外 ， 还必须充分考虑铰
接式车架的
面的良 好接触 ， 确保 了行驶 的稳定性 与强劲的牵引
／ 一 一
特点 ， 对车架的铰接体和转向系的受力进行分析。
一 一 一 一 一 一 一 一 一 ＿
，
＼
图１
・ ・ ４
矿
用
汽
车
２ ０ 年 第 ２期 ０７
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２ １ 静态 、 ． 等速行 驶 工况 的作 用力和 铰接 体 受力 静态 时 只承受 垂直 载荷 ：
Ｇ－ Ｇ１ Ｇ２ － ＋
前 车 体取矩 ：
Ｇ１ Ｒ３ ＋ ． － Ｒ１ －
Ｒ１ １ Ｇ１１ ， － ｌ一肚 １ ３ ０ Ｌ －
‘ ． ．
Ｒ －Ｒ ＇ 。 ＋Ｒ。（ 取代数 和 ）
Ｇ＝ Ｒ１ ． ＋ Ｒ２
Ｒ１（ １ Ｌ 一ｍ 一Ｇ ｌ ３ ） １１
一
‘ ．
整车 对前 后轮 取矩 ：
Ｒ１ Ｌ— Ｇｌ ４ ． Ｕｌ － ｌ ・ Ｔ ４ ． ７Ｇ
Ｒｔ Ｇ 一Ｒ＇ Ｉ１ 丽 ） ３ Ｉ ． ＝Ｇ（一 ｔ ￣ Ｉ １
后车体取矩 ： Ｒ２ ２ ２２ ， 一Ｇ ＋肚 ２ Ｌ Ｚ ＇３ ｈ —０
‘ ． ．
Ｒ ＧＲ Ｇ譬＿（ 一 ２ － 一 Ｇ一 ） ＝ 一 １ 譬
将铰接车从铰接体分为前后车体 ， 该点受力为 Ｒ ， Ｒ 向上 （ ｓ设 ｓ 向上为正， 向下 为负） 前后 铰接体 ，
为 ．３、 ３。 Ｒ ． Ｒ
Ｒ２（ ＋ｍ ＝Ｇ２。 ＇Ｌ２ ３ ） ｌ
一
‘
．
本
ｔ ２ ）
Ｇ ｌ ｉ ｌ ＋ Ｇ
２ 一
前车体取矩 ：
Ｒ１ １ Ｇ１１ ， － ｆ Ｌ ．Ｒ１ ・ ｔ ．
—
Ｒ － Ｇｚ Ｒ２－ Ｇ２ １ ｔ ｔ 一． ＇ （ 一
铰接体受力 ：
．。一 ． ＋ ． ， Ｒ Ｒ。 Ｒ。 ，一 Ｇ 一
Ｒ３＝ Ｇ１ ． Ｇ１ Ｇｌ ｌ ｔ 一 Ｒ１一 － ｌ
Ｇ１ １ （ 一 ）
后车体取矩 ：
Ｒ 。 ２ ．２警－ ２＝ｌ ． 一 Ｇ２ ＇Ｇ Ｒ Ｌ 。 ２ １
Ｒ － ｗ ２ ． Ｇ２ Ｇ２ ２ ｆ ｆ ，一 Ｒ２ 一 一 １
一
一— Ｇｃ
０ ０３ ￣ ０．１ ． ５ ）
＋ 毒
式 中 ： ｒ — 滚 动 阻 力 系 数 （ 泥 泞 条 件 下 ， 一 ，— 在 ｒ ２ ２ 稳定 制 动工 况的 作用 力 ， ． 质量 转移 系数 和铰接
体受 力
Ｇ２ １ （ 一 ）
铰接体受力 ：
Ｒ３ Ｒ３ ＋ ． ｆ Ｇ １一 ｉ）＋ Ｇ２ １ ＝ ｔ Ｒ３ — ｆ （ Ｉ （
一
鱼 ）一 Ｌ２
ｚ
整车稳定制动的作用力和质量转移系数 ： 稳定制动作用力下 ， 整车在平衡状态的受力 ：
Ｒ ｌ －Ｇｌ一ｊ 一０ ｂ Ｌ－ ４ ５ Ｇ
‘ ． ．
（ ＋ Ｇ ） （ ｌ ＋Ｇ２ ） Ｇ１ ２ 一 Ｇ ｌ 一Ｇ
一
（ Ｇ ｌ Ｇ ｌ ＇
皂 ）
式 中： Ｇ ——前车体
重量 （ 重心） Ｇ ——后车体重量（ ２ 重心） 等速行驶时， 整车除承受垂直力外还具有滚动 阻力 ｆＲ１ ｆＲｚ ， 和 ｒ ：
ｆ６＝， （ １ ２ ｒ ｒ． ＋Ｒ ） Ｒ
一
・ ． ．
Ｒｂ ｘ Ｌ＝ Ｇ（４ １ ＋
Ｕｂ Ｇ ｌ
）
Ｒ２ ６一Ｇ—Ｒ １ ６一Ｇ—Ｇ
Ｇ
一Ｇ（ 一 １
）
整车 对后轮 取矩 ：
． Ｌ — ＧＺ ＋ Ｒ１ ４ 一０
式 中 ：３ － － １ Ｚ￣Ｌ－ ４
其 中 ：ｇ （ ｈ 一０ 通过原 点 ）
・
．
制 动时前 后轴 荷 的质量 转移 系数 ｍｌｍ２ 、 ：
Ｕ ｂ ｌ
一 ＿
＿ 一
．
． Ｒ 一
× 壶一
（ 前 轴
Ｒ２ Ｇ－ Ｒｌ Ｇ （ 一 ） ＝ － — １
荷转 移 系数）
Ｕ ｂ ２
＿
说明等速行驶时整车的受力 与静止相 同（ 只承
受垂 直 力） 。
一
一
× 壶一
（ 后 轴
・ ・ ５
荷 转移 系数 ）
２０ ０ ７年 第 ２期
矿
用
汽
车
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前 车体取 矩 ：
Ｒ乩 １ １１ ６１＾ 一＾ ） 一Ｇ 一ｊ （ １ ３ 一０ Ｚ Ｇ
． ．
Ｒ ， ｓ 一 —
， 一
１＿
Ｒ １ １ｚ Ｉ １ ３］ 乩 ＝Ｇ ［ ＋９＾一＾ ） １ （
Ｒｂ 一 Ｇ ｌ ＇ １
／（ ￣ ｈ３ － ｌ） Ｊ－］ ３ ｈ
后 车体取 矩 ：
ＲＪ ２ ２ 一Ｇ２ ２ Ｇ２ （ — ．＾ ｚ
・ ． ．
２ ３ ｑ ｆＲ ２ ３ 一＾ ）－ ． 一。
！ １ ｂ Ｇ ＝ － ｌ １一 Ｇ Ｒ＝ ＇１
后军体 取矩 ：
Ｒ（＋ Ｇｆ ｚ ） ￣ ｚ ｓ ２ ＋ ｓ ｚ ｍ） ［ “ Ｌ ＝ ２ ］
ｌ ＋ 上 （ ２ ３ ２ ＾ 一＾ ）
・
Ｒ６ ２ Ｇ ｌ＋Ｇ２ （ ２ ３ － ０ ２ － ２２ ＾ 一＾ ） ９ Ｉ
越 一
垒 掣 二 ２ 二
。ｚ＿与 ． Ｒ一
一 一 一
Ｇ ２
Ｒ， ｚ Ｇ１丝 鹤 Ｇ Ｒ，ｚ一二 ， —， ［ 一 一 Ｒ鹤一 Ｒ鹤 ＋ Ｒ ＂ 一± Ｇ ［
一
］ ］
Ｉｚ（ １ｑｈ３ －ｚ） ｌ －］ ￣３ ｈ
ｌ－ －
Ｒ － Ｒ ＇ Ｒ ｉ － ＋
Ｇ＿
＋ ［ 一
一
］
］
一
ｈ ［厶￣ ｓ＋１＋ｚ １ｌ 。＿ Ｉ ｌ 一ｈ３Ｇ ｈ － （ ） ｌ（３ Ｌ 伽 ｚｈ） Ｌ ２－ ］ ＋ ＿ 伽 ｓ
Ｌ
一
伽
。
Ｇ— Ｇ１
＋２ Ｇ
３ 铰接车转 向机构 的主 要计算
３ １ 转 弯半 径计算 ． 铰接 式 车 架 是 前 后 两 车 体 经 销 轴 连 接 在 一 起
２ ３ 起步 加速 工况 的作 用力 和铰 接体 受力 ．
铰接 车起 步和加 速行驶 时 除承 受静 止时 的垂 直 反力外
， 需克服 惯 性力 和滚 动阻力 （ 常起步 加速 还 通 度为 ０ ９￣ ｌ ｓ）整 车起 步时 ， 克服 惯性 力 （ ．５ ｍ／ ； 只 滚
的， 前后车架间的相对偏转， 实现转向运动。转 向时 每一 轴上 两侧 车轮 的转 动平 面始终 保持 平行 。车 轮
各绕 ０点 做无侧 滑 地 滚 动 ， 由此 导 出前 后 外 侧 车轮
的转 向半 径 、 Ｒ。
动阻力是通 过力矩 中心 ， 故力矩为 ０ 。在计算过程
中是按 无轴 问差 速器 工况考 虑 的） ：
整车工 况对 后车 轮取矩 ：
ＲＪＬ— Ｇｌ＋ １ ４ 一０
３ １１ 前外侧车轮的转弯半径 （ ．． 见图 ２ ）
Ｒｏ ＝Ｂ／ ＋Ｏ ２ Ａ
其 中：Ａ ＝ Ｄ＋Ｄ —Ｅ ， Ｅ ｔａ Ｏ Ａ ｏ ｏ ＋Ｄ ｃ ｇ
１ －Ｊ ４－ －ｈ
． ．
—Ｌ２ｓｎ ＋Ｌ ｇ ／ｉ ａ １ｔａ ｃ
。 ．
一
Ｇ
１－ ４
．
Ｒｏ ／ ＋Ｌ ／ ｉ ＋Ｌ ｃ ａ ＝Ｂ ２ ２ｓｎ ａ １ｔ ｇ
： Ｇ＿ ＿ Ｇ （ 一
Ｌ
Ｊ ￣ ｈ ｇ 毕
式 中 ：— — 转 向时前后 车体 问夹 角 （ 向角 ， 常为 ａ 转 通
３ 。 ４５ ） ５～ 。
（ 小 ｆ ｉ 动阻力 通 过原点 ， ｍ２ 滚 力矩 为零 。 ） 前 车体取 矩 ：
Ｒ １ １ ｎｌ＋ Ｊ 一ｃ １ （ １ ３ 一ｆＲｊ＾ —０ ＾ 一＾ ） ｒ ， ３ ＇
３ １２ 后外侧车轮的转弯半径 Ｒ （ ．． 见图 ２ ）
Ｒ１ ＝Ｂ／ ＋Ｏ ２ Ｏ
其 中： ０ 一０ｌ＋Ｅ Ｅ ０ ＝ＤＥ ｓ ＋０， ｔａ ／ｉ ｍ ０ ｃｇ
—
Ｒ（一 ） １ ｇ ｉ ３ ｊ ＝ ［ － －） ｌ ｓ Ｇ Ｊ ｈ］ ＇ Ｌ （ ｈ
ｌ－ （ ｌ ３ ｌ Ｊ ｈ －ｈ ）
，
Ｌ１ｓｎ ＋Ｌ ｇ ／ ｉａ ２ｔａ ｃ
。 ．
．
Ｒ１ ／ ＋Ｌ ／ ｉａ ２ｔａ ＝Ｂ ２ １ ｓ ＋Ｌ ｃｇ ｎ
从 以上的计算公式中可以看出： 当 Ｌ ＞Ｌ 时 ， 。 前桥的转弯半径大。
矿 用 汽 车 ２０ 年 第 ２ ０７ 期
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Ｇ１
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