CN102424001A - 四轴汽车底盘及具有该底盘的汽车起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种四轴汽车底盘，具有四个轮轴和前、后固定支腿；第一轮轴设置在前固定支腿前侧，第二、第三和第四轮轴设置在所述前固定支腿和后固定支腿之间；其中，所述第一、第四轮轴为转向轴，所述第二、第三轮轴为驱动轴。优选地，所述第一轮轴采用机械转向装置和转向助力装置驱动转向，所述第四轮轴采用随动助力装置驱动转向。本发明提供的四轴汽车底盘能够有效平衡各轴工作载荷，从而在提高整机承载能力的同时，进一步提高了转场作业效率。在此基础上，本发明还提供一种应用该底盘的四轴汽车起重机。

Description

四轴汽车底盘及具有该底盘的汽车起重机

技术领域

本发明涉及一种轮式工程机械，具体涉及一种四轴汽车底盘及具有该底盘的汽车起重机。

背景技术

四轴汽车底盘具有较好的通过性能和转场性能，在多种类型的工程机械中得到了广泛的应用。例如，起重机、举高消防车等。请参见图1和图2，其中，图1示出了现有四轴汽车起重机的整体结构主视图，图2示出了图1中所示四轴起重机底盘转向、驱动轴布置的俯视图。

如图1和图2所示，其起重作业部分通过操纵室下方的转台与汽车底盘相连，汽车起重机底盘由四根车轴支撑，其中，一、二轴位于车辆前端，三、四轴位于车辆后端；其中，一、二轴作为转向轴；三、四轴作为驱动轴。理论上来说，该方案中的四个轮轴总承载质量可达46吨，前轴(即一、二转向轴)为单胎布置，每轴承载质量可达10吨，后轴(即三、四驱动轴)为双胎布置，每轴承载质量可达13吨。

但是，基于起重机作业特性要求，必须在转台后挂接几吨重的平衡配重，使得整车重心后移，从而造成前轴承载不足，后轴超载的现象。也就是说，现有四轴起重机实际上无法实现承载46吨。

进一步地，由于现有汽车底盘的后轴承载偏大，受现行交通法规的限制无法正常上路行驶；因此，在实际使用过程中，使用者需要拆卸部分或全部配重的方法来解决。然而，拆卸部分或全部配重虽然能解决车辆后轴超载的问题，但起重作业大多需要频繁更换作业场地，频繁对配重进行拆卸、运输和安装，严重影响了起重作业效率，同时造成人力、物力的极大浪费。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对四轴汽车底盘进行优化设计，以充分发挥各轴承载能力，提高四轴汽车底盘的整机承载能力。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种结构优化的四轴汽车底盘，以有效平衡各轴工作载荷，从而在提高四轴汽车底盘整机承载能力的同时，进一步提高了转场作业效率。在此基础上，本发明还提供一种应用该底盘的四轴汽车起重机。

本发明提供的四轴汽车底盘，具有四个轮轴和前、后固定支腿；第一轮轴设置在前固定支腿前侧，第二、第三和第四轮轴设置在所述前固定支腿和后固定支腿之间；其中，所述第一、第四轮轴为转向轴，所述第二、第三轮轴为驱动轴。

优选地，所述第一轮轴采用机械转向装置和转向助力装置驱动转向，所述第四轮轴采用随动助力装置驱动转向。

优选地，所述机械转向装置包括设置在转向助力器上的转向垂臂、设置在第一轮轴上的一轴转向节臂及铰接在转向垂臂和一轴转向节臂之间的拉杆；所述转向助力装置的主动助力缸的缸杆与所述转向垂臂铰接，所述随动助力装置的随动助力缸的缸杆与设置在第四轮轴上的四轴转向节臂铰接。

优选地，所述主动助力缸和随动助力缸均配置成：其缸筒由隔板分隔为相对独立的两个工作腔，其活塞具有分别置于两个工作腔中的两个活塞体，且两个活塞体由穿装在所述隔板上的连杆连接且每个工作腔由相应活塞体分隔为两个子工作腔；与活塞杆连接的活塞体两侧的子工作腔分别开有第一油口和第二油口，另一活塞体两侧的子工作腔分别开有第三油口和第四油口。

优选地，所述主动助力缸的第一油口和第四油口分别与转向助力器的两个工作油口连通、其第二油口和第三油口分别与所述随动助力缸的第一油口和第二油口连通；所述随动助力缸的第三油口和第四油口连通。

优选地，所述主动助力油缸的第二油口和第三油口之间具有由开关阀控制导通或非导通的四轴锁死支路。

优选地，所述开关阀具体为常关式电磁阀。

优选地，所述随动助力缸的第三油口和第四油口与由蓄能器提供压力油液的蓄能支路连通，且所述蓄能支路分别通过两个单向阀与所述主动助力油缸的第二油口和第三油口单向导通。

优选地，两个单向阀分别并联设置有溢流阀，且每个溢流阀与相应的所述单向阀反向设置，且所述溢流阀的设定压力高于相应单向阀的开启压力。

本发明提供的四轴汽车起重机，包括汽车底盘及置于汽车底盘上的上车执行机构；所述汽车底盘具体为如前所述的四轴汽车底盘。

本发明提供的四轴汽车底盘通过调整车轴的设置位置及转向轴及驱动轴的设置方式，达到平衡轴荷的目的。本方案的第一轮轴设置在前固定支腿前侧，第二、第三和第四轮轴设置在前固定支腿和后固定支腿之间；其中，第一、第四轮轴为转向轴，第二、第三轮轴为驱动轴。如此设置，由于在前固定支腿与后固定支腿之间设置有三根车轴，该组轴的总承载能力得以大幅提升，使得整个底盘后方的承载能力大大提高；此外，合理的轴荷分配减小了轮胎爆胎的几率，提高了车辆行驶的安全性。同时，基于整车承载能力的有效提高，应用该底盘的起重机在转换场地时不再需要拆除配重等上机部件，避免了转场时频繁拆装配重的繁琐及时间、人力的浪费，从而能够较快进入工作状态，进一步提高了整机作业效率。

在本发明的优选方案中，第一轮轴采用机械转向装置和转向助力装置驱动转向，第四轮轴采用随动助力装置驱动转向。具体地，转向助力装置的主动助力缸的缸杆与转向垂臂铰接，且转向垂臂通过拉杆与第一轴上的转向节臂相连，以根据驾驶员的操纵指令控制第一轴实现相应的转向操作；随动助力装置的随动助力缸的缸杆与设置在第四轮轴上的四轴转向节臂铰接，实现第四轮轴根据操纵指令同步转向。如此设置，一方面两辆共同作用可靠完成车辆的转向动作，同时，大大降低了驾驶员的操作强度，具有较好的可操作性。

本发明的另一优选方案针对主动助力缸和随动助力缸作了进一步优化，其缸筒由隔板分隔为相对独立的两个工作腔，且每个工作腔均由相当的活塞体分隔成两个子工作腔，结构简单、设计合理；其中，主动助力缸可以通过子工作腔与随动助力缸的子工作腔建立油路连通关系，在满足基本随动功能的前提下，可进一步优化随动控制回路的元件及管路排布，所占装配空间较小，更加便于进行整机的总体布置。

在本发明的又一优选方案中，在主动助力油缸的第二油口和第三油口之间具有由开关阀控制导通或非导通的四轴锁死支路，即在主动助力油缸的输出随动控制压力信号的两个工作油口之间并联有开关阀。如此设置，当车辆高速运行在平直路面上时，四轴的微小转向都会造成车辆甩尾现象，从而给车辆行驶带来极大危险，为了避免这种现象的发生，可在平直路面高速行驶工况下调节开关阀位于打开状态，使得所处的四轴锁死支路导通。时需要对四轴进行锁死。这样，随着方向盘的转动，自转向器流出的转向液压油可以在主动助力缸随动工作两腔及随动助力缸的随动工作两腔内自由流动，从而在四轴转向液压油路不会形成压力输出，即，此时的随动助力缸的非随过工作两腔压力不变，进而在一轴转向时不会出现四轴随动，可完全规避车辆甩尾现象导致的不安全隐患。

本发明提供的四轴汽车底盘可适用于轮式工程机械，特别适用于汽车起重机。

附图说明

图1是现有一种四轴汽车起重机的整体结构主视图；

图2示出了图1中所示四轴起重机底盘转向、驱动轴布置的俯视图；

图3中具体实施方式所述四轴汽车底盘的俯视图；

图4为图3中所示底盘的四轴装配关系的主视图；

图5为图4中所示驱动桥的A向视图；

图6为具体实施方式所述四轴汽车底盘转向系统的工作原理图；

图7为具体实施方式所述一种助力缸的结构示意图；

图8是具体实施方式所述转向系统在四轴锁死工况下的原理示意图；

图9是具体实施方式所述转向系统在右转向工况下的原理示意图；

图10是具体实施方式所述转向系统在左转向工况下的原理示意图。

图3-图10中：

前固定支腿10、后固定支腿20、第一轮轴30、一轴转向节臂31、第二轮轴40、第三轮轴50、第四轮轴60、四轴转向节臂61、发动机70、变速箱80、第一段传动轴91、驱动轴92、法兰93；

方向盘1、转向助力器2、拉杆3、转向垂臂4、主动助力缸5、随动助力缸6、缸筒71、隔板72、活塞体73、连杆74、活塞杆75；

转向油泵11、油箱12、开关阀13、蓄能器14、第一单向阀15、第二单向阀16、第一溢流阀17、第二溢流阀18。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种可适用于各类轮式工程机械的四轴汽车底盘，该底盘通过结构优化可实现各轴工作栽荷的有效平衡，在提高四轴汽车底盘整机承载能力的基础上，可进一步提高转场作业效率。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本实施方式以四轴汽车起重机作为主体详细说明。

与现有技术相同，该汽车起重机具有四轴汽车底盘及设置在底盘车架上的上车执行机构等功能部件，例如，铰接于车架前部的吊臂装置，用于控制吊钩上、下位移的卷扬装置，用于调整吊臂姿态的变幅机构等。需要说明的是，由于上述功能部件可以采用现有技术实现，故本文不再赘述。为详见说明该起重机的四轴汽车底盘，请参见图3和图4，其中，图3是本实施方式所述四轴汽车底盘的俯视图，图4为图3中所示底盘的四轴装配关系的主视图。

结合图3和图4所示，该四轴汽车底盘的车架下方设置有前固定支腿10、后固定支腿20及四个轮轴；其中，第一轮轴30设置在前固定支腿10前侧，第二轮轴40、第三轮轴50和第四轮轴60设置在前固定支腿10和后固定支腿20之间；并且，第一轮轴30和第四轮轴60为转向轴，第二轮轴40和第三轮轴50为驱动轴。由于前固定支腿10与后固定支腿20之间设置有三根车轴，使得整个底盘后方的承载能力大大提高；同时，基于整车承载能力的有效提高，转换场地时不再需要拆除配重等上机部件，避免了转场时频繁拆装配重的繁琐及时间、人力的浪费，从而能够较快进入工作状态。此外，合理的轴荷分配还可以减小轮胎爆胎的几率。通常，上车重心位于车体中部，故第二轮轴40和第三轮轴50可设置为双胎驱动轴，第一轮轴30和第四轮轴60为单胎转向轴。

另外，本方案中将第二轮轴40和第三轮轴50设置为驱动轴，因此变速箱80输出端与驱动轴92输入端距离较近，受前固定支腿10的高度限制，发动机70、变速箱80高度均无法进一步降低。为此，驱动轴的输入、输出法兰93均采用高位居中布置(法兰中心线与车辆中心线重合)，同时可加大驱动轴输入、输出法兰93仰角，即输入、输出法兰93与水平面的夹角β。请一并结合图4和图5所示，其中，图5为图4中所示驱动桥的A向视图。如此设置，可以使得与变速箱80连接的第一段传动轴91的夹角α布置在较小的范围内，一方面满足变速箱的使用要求，另一方面确保传动系统振动保持在合理的范围内，提高整车的工作稳定性。

此外，本方案中的两个转向轴中，第一轮轴30采用机械转向装置和转向助力装置驱动实现转向动作，而第四轮轴60采用随动助力装置驱动实现转向动作。具体请参见图6，该图示出该四轴汽车底盘的转向控制示意图。

该机械转向装置同样自方向盘1输出初始转向操作转矩，通过设置在转向助力器2上的转向垂臂4及铰接在该转向垂臂4与设置在第一轮轴30上的一轴转向节臂31之间的拉杆3，实现机械转向的输出；同时，转向助力装置的主动助力缸5缸杆与转向垂臂4的中部铰接。当然，也可以根据总体布置的需要，将主动助力缸5与转向垂臂4之间的铰点设置在拉杆3与转向垂臂4之间的铰点下方，只要能够满足机械与助力同步传递转向力矩至第一轮轴30均可。相应地，随动助力装置的随动助力缸6的缸杆与设置在第四轮轴60上的四轴转向节臂61铰接，以驱动第四轮轴60同步转向。

应当理解，转向助力器2及前述主动助力缸5、随动助力缸6可以采用现有助力缸实现助力转向的基本功能，本领域普通技术人员基于现有技术完全可以实现，本文不再赘述。进一步地，本方案提供了进一步优化的助力缸结构。如图6和图7所示，其中，图7为本实施方式所述一种助力缸的结构示意图。

如图7所示，该助力缸的缸筒71由隔板72分隔为相对独立的两个工作腔，其活塞具有分别置于两个工作腔中的两个活塞体73，且两个活塞体73由穿装在隔板72上的连杆74连接，同时，每个工作腔由相应活塞体73分隔为两个子工作腔；与活塞杆75连接的活塞体73两侧的子工作腔分别开有第一油口和第二油口，另一活塞体73两侧的子工作腔分别开有第三油口和第四油口。本方案中，主动助力缸5和随动助力缸6均可配置成图7中所示的助力缸。其中，主动助力缸5可以通过子工作腔与随动助力缸6的子工作腔建立油路连通关系，在满足基本随动功能的前提下，可进一步优化随动控制回路的元件及管路排布，所占装配空间较小，更加便于进行整机的总体布置。

具体地，主动助力缸5的第一油口和第四油口分别与转向助力器2的两个工作油口连通，主动助力缸5的第二油口和第三油口分别与随动助力缸6的第一油口和第二油口连通；而随动助力缸6的第三油口和第四油口连通。

工作过程中，转向油泵11将油箱12内的低压转向液压油转换为高压油，并送入转向助力器2中，转向助力器2内部具有随方向盘1转动方向的不同而接通不同回路的换向阀(图中未示出)。以车辆右转向为例简述其工作原理，首先，驾驶员右打方向盘1，此时转向垂臂4在转向助力器2输出的机械力作用下后摆并带动一轴转向节臂31后摆，同时自转向助力器2出来的转向液压油推动主动助力缸5的活塞右移，其活塞杆带动转向垂臂4后摆，起到助力第一轮轴30右转向的作用；与此同时，自主动助力缸5第二油口出来的转向液压油流向随动助力缸6的第一油口，推动随动助力缸6的活塞左移，其活塞杆通过四轴转向节臂61带动第四轮轴60左转向。至此，在第一轮轴30右转和第四轮轴60左转的共同作用下，车辆完成右转向功能。

本文中，所使用的前、后、左、右等方位词是以位于驾驶位置的驾驶员的视角作为基准定义的，显然，相关方位词的应用并不构成对本方案保护范围的限制。

众所周知，当车辆高速运行在平直路面上时，位于后方的第四轮轴60的微小非正常转向都会造成车辆甩尾现象，从而给车辆行驶带来极大危险，为了避免这种现象的发生，本方案针对第四轮轴60提供了可锁死功能，以在平直路面上高速行驶时对第四轮轴60进行锁死，规避上述风险。

如图所示，主动助力油缸5的第二油口和第三油口之间具有由开关阀13控制导通或非导通的四轴锁死支路，即在主动助力油缸5的输出随动控制压力信号的两个工作油口之间并联该开关阀13；实际上，由于主动助力缸5的第二油口和第三油口分别与随动助力缸6的第一油口和第二油口连通，因此，该开关阀13也相当于并联在随动助力缸6的第一油口和第二油口之间。优选地，开关阀13具体为常关式电磁阀。

此外，随动助力缸6的第三油口和第四油口与由蓄能器14提供压力油液的蓄能支路连通，以储存或者释放工作过程中的压力能量。并且，蓄能支路通过第一单向阀15与主动助力油缸5的第二油口单向导通，通过第二单向阀16与主动助力油缸5的第三油口单向导通；同理，由于主动助力缸5的第二油口和第三油口分别与随动助力缸6的第一油口和第二油口连通，因此，两个单向阀所建立的单向导通关系同样形成于蓄能支路与随动助力缸6的第一油口和第二油口之间。

进一步地，为提高整体转向控制系统的工作稳定性，可以设置与两个单向阀分别并联设置的溢流阀；如图所示，第一溢流阀17与第一单向阀15并联，第二溢流阀18与第二单向阀16并联，每个溢流阀与相应的单向阀反向设置，且溢流阀的设定压力均高于相应单向阀的开启压力，以确保单向阀所在支路优选导通。

下面结合几种代表性工况简要说明其工作原理。

1)初始工况

如图6所示，将蓄能器14所在支路注入一定压力的高压油(此压力远远小于转向时的系统压力)，该蓄能支路压力超过第一单向阀15、第二单向阀16的开启压力时，则两个单向阀打开，对主动助力缸5的子工作腔D、E和随动助力缸6的子工作腔G、H四个腔注油，压力达到设定值时，即可结束注油。显然，此时D、E、G、H、I、J六个子工作腔具有相同的初始压力。

需要说明的是，随动助力缸6中I、J两腔压力大于主动助力缸5中D、E两腔和随动助力缸6中G、H两腔压力时，即向其补油；与开关阀13得电与否没有关系。当然，常态下开关阀13处于不通电状态，即两端不通。

2)四轴锁死工况

当第四轮轴60需要锁死时，需要打开开关阀13，接通开关阀13所在油路，如图8所示。

由于开关阀13打开后，其所在油路被接通；因此，随着方向盘1的转动，转向液压油可以在主动助力缸5的D、E两个子工作腔及随动助力缸6的G、H两个子工作腔内自由流动，从而四轴转向液压油路形成不了压力输出。此状态下，随动助力缸6的I、J两个子工作腔的压力不变，也就是说，第一轮轴30转向不会造成第四轮轴60转向，第四轮轴60在D、E、G、H、I、J六个子工作腔的压力下保持中位锁定状态。

3)右转向工况

转向油泵11将油箱12内的转向液压油转换为高压油，并送入转向助力器2中。如图9所示，当车辆需要右转时，开关阀13处于常闭状态。驾驶员右打方向盘1，此时转向助力器2的A腔产生高压油，转向垂臂4在转向助力器2的A腔和主动助力缸5的C腔高压油作用下后摆，推动一轴转向节臂31后摆，第一轮轴30右转；同时，主动助力缸5的C腔高压油推动其D腔也形成高压油传到推动随动助力缸6的G腔，进而通过其活塞杆的左移带动第四轮轴60。至此，在第一轮轴30右转和第四轮轴60左转的共同作用下，车辆完成右转向功能。

右转向力较大或者突变载荷时，自主动助力缸5流出的转向液压油压力也较大，当压力超过第一溢流阀17设定的溢流压力时，第一溢流阀17溢流，并且转向液压油推开第二单向阀16，与随动助力缸6流回的转向液压油汇流，以保证助力缸进、回油路压力差稳定，避免助力过大使驾驶员失去手感，造成转向过度的危险。

4)左转向工况

如图10所示，当车辆需要左转时，开关阀13处于常闭状态。驾驶员左打方向盘1，此时转向助力器2的B腔产生高压油，转向垂臂4在转向助力器2的B腔和主动助力缸5的F腔高压油作用下前摆，推动一轴转向节臂31前摆，第一轮轴30右转；同时，主动助力缸5的F腔高压油推动其E腔也形成高压油传到随动助力缸6的H腔，进而通过其活塞杆的右移带动第四轮轴60右转。至此，在第一轮轴30左转和第四轮轴60右转的共同作用下，车辆完成右转向功能。

左转向力较大或者突变载荷时，自主动助力缸5流出的转向液压油压力也较大，当压力超过第二溢流阀18设定的溢流压力时，第二溢流阀18溢流，并且转向液压油推开第一单向阀15，与随动助力缸6流回的转向液压油汇流，以保证助力缸进、回油路压力差稳定，避免助力过大使驾驶员失去手感，造成转向过度的危险。

除前述实施例所述四轴随动的实现方式外，也可以在第一轮轴30采用机械加液压助力转向方式、第四轮轴60采用电液比例转向控制模式来实现一、四轴转向。第四轮轴60根据第一轮轴30角度传感器接收的转向角度信息，按一定比例进行转动，可单独控制实现主动转向功能。当然，此方案系统复杂、成本高，可靠性稍低一些。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.四轴汽车底盘，具有四个轮轴和前、后固定支腿；其特征在于，第一轮轴设置在前固定支腿前侧，第二、第三和第四轮轴设置在所述前固定支腿和后固定支腿之间；其中，所述第一、第四轮轴为转向轴，所述第二、第三轮轴为驱动轴。

2.根据权利要求1所述的四轴汽车底盘，其特征在于，所述第一轮轴采用机械转向装置和转向助力装置驱动转向，所述第四轮轴采用随动助力装置驱动转向。

3.根据权利要求2所述的四轴汽车底盘，其特征在于，所述机械转向装置包括设置在转向助力器上的转向垂臂、设置在第一轮轴上的一轴转向节臂及铰接在转向垂臂和一轴转向节臂之间的拉杆；所述转向助力装置的主动助力缸的缸杆与所述转向垂臂铰接，所述随动助力装置的随动助力缸的缸杆与设置在第四轮轴上的四轴转向节臂铰接。

4.根据权利要求3所述的四轴汽车底盘，其特征在于，所述主动助力缸和随动助力缸均配置成：其缸筒由隔板分隔为相对独立的两个工作腔，其活塞具有分别置于两个工作腔中的两个活塞体，且两个活塞体由穿装在所述隔板上的连杆连接且每个工作腔由相应活塞体分隔为两个子工作腔；与活塞杆连接的活塞体两侧的子工作腔分别开有第一油口和第二油口，另一活塞体两侧的子工作腔分别开有第三油口和第四油口。

5.根据权利要求4所述的四轴汽车底盘，其特征在于，所述主动助力缸的第一油口和第四油口分别与转向助力器的两个工作油口连通、其第二油口和第三油口分别与所述随动助力缸的第一油口和第二油口连通；所述随动助力缸的第三油口和第四油口连通。

6.根据权利要求5所述的四轴汽车底盘，其特征在于，所述主动助力油缸的第二油口和第三油口之间具有由开关阀控制导通或非导通的四轴锁死支路。

7.根据权利要求6所述的四轴汽车底盘，其特征在于，所述开关阀具体为常关式电磁阀。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的四轴汽车底盘，其特征在于，所述随动助力缸的第三油口和第四油口与由蓄能器提供压力油液的蓄能支路连通，且所述蓄能支路分别通过两个单向阀与所述主动助力油缸的第二油口和第三油口单向导通。

9.根据权利要求8所述的四轴汽车底盘，其特征在于，两个单向阀分别并联设置有溢流阀，且每个溢流阀与相应的所述单向阀反向设置，且所述溢流阀的设定压力高于相应单向阀的开启压力。

10.四轴汽车起重机，包括汽车底盘及置于汽车底盘上的上车执行机构；其特征在于，所述汽车底盘具体如权利要求1至9中任一项所述的四轴汽车底盘。

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