CN104058006A - 一种车辆横向行驶转向机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆横向行驶转向机构，其特征在于：在左侧的前转向臂和后转向臂之间以及在右侧的前转向臂和后转向臂之间铰接有四工位双作用油缸，在两个前转向轮的旁边依次设置有左转向油缸和右转向油缸，左转向油缸和右转向油缸一端与最接近的转向臂连接，另一端与机架连接，在左转向油缸和右转向油缸之间设有双向液压锁，同时，在前转向轮固定不动，后转向轮发生转向时，后转向轮中的左转向轮与右转向轮的轴线相交于两个前转向轮的中心线的连线上。本发明采用液压和机械构件的方式代替了计算机编程控制四个电机转向的方式，提高了车辆纵向行驶转向机构的可靠性，同时降低了成本。

Description

一种车辆横向行驶转向机构

技术领域

本发明涉及一种转向机构，尤其涉及一种车辆横向行驶转向机构，且特别适用于叉车的横向转向机构。

背景技术

一般车辆都只限于纵向行驶，车辆转向需要较大空间，当遇到狭窄通道时，转向极为不便，为此，出现了四轮四方向行驶车辆，对于四轮四方向行驶车辆，它同时具有纵向行驶和横向行驶功能，特别是对于四轮四方向行驶侧面叉车，它具有平衡重式叉车、侧面叉车、前移式叉车、固定平台搬运车的功能，实现了一机多用的目的，使其能适应于各种领域的物料搬运，尤其是在狭窄通道行驶以及对于装载长的物料，更显优势。

然而，四轮四方向行驶车辆的横向转向机构相对于于常规的四轮驱动车辆的转向机构具有很大的不同，由于横向转向机构的存在，使得四轮四方向行驶车辆的转向系统具有很高的技术含量和较高的技术要求。

此外，目前，国内外能生产的厂家很小。对于现有的四轮四方向行驶车辆的转向装置，生产厂家一般采用计算机编程的方式控制四个电机转向，这种方法的参数设定都依赖于理想的平坦的路面，然而，车辆在行驶过程中的实际路面远远偏离理想路面要求，导致四个车轮的转向阻力相差很大，使得四个转向电机载荷差别很大，易造成个别电机的堵转，从而使电机和电控设备的故障出现率很大，使得转向系统的可靠性差，且容易损坏，同时，使用四个转向电机和四套转向电控设备的费用较高，也造成了车辆的购车成本和维修费用大大提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种可靠性高，成本低的车辆横向行驶转向机构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种车辆横向行驶转向机构，包括机架、对称设置在该机架前、后、左、右四个方向交汇处的转向轮，每个转向轮上铰接有转向臂，其特征在于：在左侧的前转向臂和后转向臂之间以及在右侧的前转向臂和后转向臂之间铰接有四工位双作用油缸，每个四工位双作用油缸包括前油缸和后油缸，左侧的前油缸的无杆腔与右侧的后油缸的无杆腔油路连接且截面积相等，左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔油路连接且截面积相等，同时，在两个前转向轮的旁边依次设置有左转向油缸和右转向油缸，左转向油缸和右转向油缸一端与各自的转向臂转动连接，另一端与机架转动连接，在左转向油缸和右转向油缸之间设有双向液压锁，同时，在前转向轮固定不动，后转向轮发生转向时，后转向轮中的左转向轮与右转向轮的轴线相交于两个前转向轮的中心线的连线上。

作为液压连接的一种方式，该横向转向机构还包括油泵和油箱，该油泵的第一工作油口与左侧的后油缸的有杆腔相连通，左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔相连，右侧的前油缸的有杆腔连接油箱；该油泵的第二工作油口与右侧的后油缸的有杆腔相连通，右侧的后油缸的无杆腔与左侧的前油缸的无杆腔相连，左侧的前油缸的有杆腔连接油箱，该液压油路连接简单，实现了通过液压控制车辆横向行驶的左右转向功能。

作为液压连接的另一种方式，该横向转向机构还包括液压控制系统，该液压控制系统包括第一单向顺序阀和第二单向顺序阀，液压油从该液压控制系统的第一工作油口流入后经分两路，一路串联第一单向顺序阀后与左侧的后油缸的有杆腔相通，左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔油路相通，右侧的前油缸的有杆腔连通该液压控制系统的第二工作油口，另一路与左侧的前油缸的有杆腔相通，左侧的前油缸的无杆腔与右侧的后油缸的无杆腔油路相通，右侧的后油缸的有杆腔串联第二单向顺序阀后与该液压控制系统的第二工作油口相通。

作为改进，所述第一单向顺序阀和第二单向顺序阀分别包括一单向阀和与该单向阀并联的二位三通换向阀，该二位三通换向阀的T口接油箱，并通过P口的压力来控制换向，实现了顺序阀的功能，当P口压力没有达到设定的压力值时，二位三通换向阀左位使能，液压油不能从该二位三通换向阀通过，当P口压力上升到设定的压力值时，二位三通换向阀实现换向，使得右位使能，从而液压油通过该二位三通换向阀，这样就实现了顺序阀的功能。

与现有技术相比，由于本发明的优点在于：在车辆横向行驶过程中，左转向油缸和右转向油缸的活塞杆全部伸出，推动前左转向轮和前右转向轮转动，在90°切换后，利用双向液压锁锁定，同时，两个四工位双作用油缸经过切换，前左油缸和前右油缸的活塞杆处于缩回工况，前左转向轮和前右转向轮固定，后左转向轮和后右转向轮转向，在后左油缸和后右油缸的活塞杆伸出时，四个车轮在横向行驶状态下全部对正；当车辆右转弯时，压力油流入左侧的四工位双作用油缸的后油缸的有杆腔，左侧的的后油缸的活塞杆缩回，使得左后侧的转向轮逆时针转动，同时，由于左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔油路连接，在左侧的后油缸的活塞杆缩回的过程中，左侧的后油缸的无杆腔压力油进入右侧的前油缸的无杆腔内，从而推动右侧的前活塞杆伸出，进而推动右后侧的转向轮逆时针转动，同时，由于左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔油路连接且截面积相等，使得左侧的后活塞杆的缩短量与右侧的前活塞杆的伸长量相等，此时，后左转向轮的转角小于后右转向轮的转角，通过设定两个四工位双作用油缸的长度，实现了后转向轮中的左转向轮与右转向轮的轴线相交于两个前转向轮的中心线的连线上，满足了车辆向右转弯的动作要求，当车辆向左转弯时，其原理与右转弯相同，本发明采用液压和机械构件的方式代替了计算机编程控制四个电机转向的方式，提高了车辆横向行驶转向机构的可靠性，同时降低了成本。

附图说明

图1是本发明实施例中车辆横向行驶转向机构的结构示意图；

图2是本发明实施例中车辆横向行驶过程中右转转向时四轮转向的结构示意图；

图3是本发明实施例中车辆横向行驶时后转向轮轴线相交示意图；

图4是本发明实施例中四工位双作用油缸控制后转向轮转动的原理图；

图5是本发明实施例中车辆横向行驶时后转向轮轴线相交的结构示意图；

图6是本发明实施例中车辆在横向行驶时四工位双作用油缸以及转向轮的初始状态示意图；

图7是本发明实施例中车辆横向行驶过程中右转弯时四工位双作用油缸以及转向轮的示意图；

图8是本发明实施例中车辆横向行驶过程中左转弯时四工位双作用油缸以及转向轮的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至8所示，本实施中的车辆横向行驶转向机构，包括机架1，四个转向轮21、22、23、24，依次包括前左转向轮22、前右转向轮21、后左转向轮23、后右转向轮24，四个转向臂31、32、33、34，依次包括前左转向臂32、前右转向臂31、后左转向臂33、后右转向臂34，两个四工位双作用油缸41、42，依次为左四工位双作用油缸42和右四工位双作用油缸41，以及左转向油缸52、右转向油缸51。

其中，四个转向轮21、22、23、24对称设置在该机架1前、后、左、右四个方向交汇处，每个转向轮21、22、23、24上铰接有转向臂31、32、33、34，具体为前左转向轮22上铰接前左转向臂32、前右转向轮21上铰接前右转向臂31、后左转向轮23上铰接后左转向臂33、后右转向轮24上铰接后右转向臂34，两个四工位双作用油缸41、42依次铰接在左侧的前转向臂和后转向臂之间以及在右侧的前转向臂和后转向臂之间，具体为左四工位双作用油缸42铰接在前左转向臂32和后左转向臂33之间，右四工位双作用油缸41铰接在前右转向臂31和后右转向臂34之间，每个四工位双作用油缸41、42包括前油缸和后油缸，左四工位双作用油缸42包括前左油缸421和后左油缸422，右四工位双作用油缸41包括前右油缸411和后右油缸412，前左油缸421的无杆腔与后右油缸412的无杆腔油路连接且截面积相等，后左油缸422的无杆腔与前右油缸411的无杆腔油路连接且截面积相等，同时，在两个前转向轮21、22的旁边依次设置有左转向油缸52和右转向油缸51，左转向油缸52和右转向油缸51一端与最接近的转向臂转动连接，另一端与机架1转动连接，在左转向油缸52的无杆腔和右转向油缸51的有杆腔之间设有双向液压锁，同时，在前转向轮21、22固定不动，后转向轮23、24发生转向时，后左转向轮23与后右转向轮24的轴线相交于两个前转向轮21、22的中心线的连线上。

根据四轮四方向行驶车辆的横向行驶的要求，在横向行驶时，两前转向轮22、21固定，后转向轮23、24转向，同时，两个后转向轮23、24在左右转向时，后左转向轮23与后右转向轮24的轴线相交于两个前转向轮22、21的中心线的连线上，如图4所示。

首先，根据在横向行驶转向时，后左转向轮23与后右转向轮24的轴线相交于两个前转向轮22、21的中心线的连线上的要求，对于横向行驶时，转向机构的几何参数进行论述。

在横向行驶时，由于前转向轮22、21固定，后转向轮23、24转向，转向机构由曲柄连杆机构变为摆杆机构，四工位双作用油缸42、41的功用由连杆变为摆杆。当车辆右转弯时，左四工位双作用油缸42的长度n1缩短，右四工位双作用油缸41的长度n2伸长，且左、右四工位双作用油缸42、41也是同步动作的，故左、右四工位双作用油缸42、41的伸长量和缩短量相等，此时车辆后左转向轮23的转角小，后右转向轮24的转角大，从而实现两个后转向轮23、24的轴线交点在两前转向轮22、21的中心线的连线上的要求。

当两个后转向轮23、24在左右转向时，转向机构满足以下运动方程：

ctgβ-ctgα＝2M/L (1)

式中，α为内轮转角，β为外轮转角，M为前转向轮21、22与后转向轮23、24之间的轮距，L为左转向轮22、23与右转向轮21、24之间轮距。

通过图解法反复作图确定，同时结合该运动方程进行验算，求得的结果为，车辆后方的转向臂m1’＝222mm，车辆后方的转向臂角θ1’＝47°，如图5所示。

在车辆横向行驶过程中，左转向油缸52和右转向油缸51的活塞杆全部伸出，推动前左转向轮22和前右转向轮21转动，在90°切换后，利用双向液压锁锁定，使得前左转向轮22和前右转向轮21固定，后左转向轮23和后右转向轮24转向，同时，两个四工位双作用油缸42、41经过切换，前左油缸421和前右油缸411的活塞杆处于缩回工况，后左油缸422和后右油缸412的活塞杆伸出时，四个车轮在横向行驶状态下全部对正，左、右四工位双作用油缸42、41处在横向行驶的初始状态，如图6所示。

接着，针对两种液压连接方式，对横向行驶转向机构的工作原理做进一步的描述。

第一种连接方式，该横向转向机构还包括油泵和油箱，该油泵的第一工作油口与后左油缸422的有杆腔相连通，后左油缸422的无杆腔与前右油缸411的无杆腔相连，前右油缸411的有杆腔连接油箱；该油泵的第二工作油口与后右油缸412的有杆腔相连通，后右油缸412的无杆腔与前左油缸421的无杆腔相连，前左油缸421的有杆腔连接油箱。该液压油路连接简单，实现了通过液压控制车辆横向行驶的左右转向功能，具体为：

当车辆右转弯时，压力油从P口流入左四工位双作用油缸42的后左油缸422的有杆腔，后左油缸422的活塞杆缩回，使得后左转向轮23逆时针转动，同时，由于后左油缸422的无杆腔与前右油缸411的无杆腔油路连接，在后左油缸422的活塞杆缩回的过程中，后左油缸422的无杆腔压力油进入前右油缸411的无杆腔内，从而推动前右油缸411的活塞杆伸出，从而推动后右转向轮24逆时针转动，同时，由于后左油缸422的无杆腔与前右油缸411的无杆腔油路连接且截面积相等，使得后左油缸422的活塞杆的缩短量与前右油缸411的活塞杆的伸长量相等，此时，后左转向轮23的转角小于后右转向轮24的转角，通过设定两个四工位双作用油缸42、41的长度，实现了后左转向轮23与后右转向轮24的轴线相交于两个前转向轮22、21的中心线的连线上，满足了车辆向右转弯的动作要求，当车辆向左转弯时，压力油从P1口流入右侧四工位双作用油缸41的后右油缸412的有杆腔，从T1口流回，其原理与右转弯相同，如图1、4所示。

第二种连接方式，该横向转向机构还包括液压控制系统，该液压控制系统包括第一单向顺序阀13和第二单向顺序阀14，当液压油从该液压控制系统的第一工作油口流入后经分两路，一路串联第一单向顺序阀13后与后左油缸422的有杆腔相通，后左油缸422的无杆腔与前右油缸411的无杆腔油路相通，前右油缸411的有杆腔连通该液压控制系统的第二工作油口，另一路与前左油缸421的有杆腔相通，前左油缸421的无杆腔与后右油缸412的无杆腔油路相通，后右油缸412的有杆腔串联第二单向顺序阀14后与该液压控制系统的第二工作油口相通，当液压油从该液压控制系统的第二工作油口流入后经分两路，一路经第二单向顺序阀14后进入后右油缸412的有杆腔，后右油缸412的无杆腔与前左油缸421的无杆腔油路相通，前左油缸421的有杆腔连通该液压控制系统的第一工作油口，另一路则进入前右油缸411的有杆腔，前右油缸411的无杆腔与后左油缸422的无杆腔油路相通，液压油从后左油缸422的有杆腔经第二单向顺序阀14后与该液压控制系统的第一工作油口相通，其中，第一单向顺序阀13和第二单向顺序阀14分别包括一单向阀和与该单向阀并联的二位三通换向阀，该二位三通换向阀的T口接油箱，并通过P口的压力来控制换向，实现了顺序阀的功能，当P口压力没有达到设定的压力值时，二位三通换向阀左位使能，液压油不能从该二位三通换向阀通过，当P口压力上升到设定的压力值时，二位三通换向阀实现换向，使得右位使能，从而液压油通过该二位三通换向阀，这样就实现了顺序阀的功能.针对第二种连接方式，通过将该液压控制系统的第一工作油口和第二工作油口分别并联两路油路，同时设置有第一单向顺序阀13和第二单向顺序阀14，增大了后转向轮23、24的左右转向的幅度，具体为：

液压油从第一工作油口流入，此时，由于第一单向顺序阀13的隔断，液压油只能流入左四工位双作用油缸42的前左油缸421的有杆腔，前左油缸421的活塞杆缩回，推动后左转向轮23逆时针转动，同时，前左油缸421的有杆腔的液压油进入后右油缸412的无杆腔，后右油缸412的活塞杆伸出，推动后右转向轮24逆时针转动，由于前左油缸421和后右油缸412的活塞杆是同步动作的，因此，前左油缸421的活塞杆的缩回量与后右油缸412的活塞杆的伸出量相等，后左转向轮23的转角小于后右转向轮24的转角，通过设定两个四工位双作用油缸的长度，实现了后左转向轮23与后右转向轮24的轴线相交于前转向轮22、21的的中心线的连线上，随着压力油的持续供给，当前左油缸421的活塞杆与前左油缸421的缸壁相抵时，同时，在设置前左油缸421的有杆腔与后右油缸412的有杆腔之间的双向液压锁的作用下，前左油缸421与后右油缸412被锁定；随着，第一工作油口的压力继续升高，使得第一单向顺序阀13打开，压力油进入后左油缸422的有杆腔，推动后左油缸422的活塞杆缩回，使得后左转向轮23继续逆时针转动，同时，由于后左油缸422的无杆腔与前右油缸411的无杆腔油路连接，在后左油缸422的活塞杆缩回的过程中，后左油缸422的无杆腔压力油进入前右油缸411的无杆腔内，从而推动前右油缸411的活塞杆伸出，继而推动后右转向轮24同时继续逆时针转动，同样地，后左油缸422的活塞杆的缩短量与前右油缸411的活塞杆的伸长量相等，依然满足了车辆向右转弯的动作要求；同理，当车辆向左转弯时，压力油从第二工作油口流入，从第一工作油口流回，其原理与右转弯相同，如图7、8所示。

综上，本发明采用液压和机械构件的方式代替了计算机编程控制四个电机转向的方式，提高了车辆纵向行驶转向机构的可靠性，同时降低了成本。

Claims (4)

1.一种车辆横向行驶转向机构，包括机架、对称设置在该机架前、后、左、右四个方向交汇处的转向轮，每个转向轮上铰接有转向臂，其特征在于：在左侧的前转向臂和后转向臂之间以及在右侧的前转向臂和后转向臂之间铰接有四工位双作用油缸，每个四工位双作用油缸包括前油缸和后油缸，左侧的前油缸的无杆腔与右侧的后油缸的无杆腔油路连接且截面积相等，左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔油路连接且截面积相等，同时，在两个前转向轮的旁边依次设置有左转向油缸和右转向油缸，左转向油缸和右转向油缸一端与各自的转向臂转动连接，另一端与机架转动连接，在左转向油缸和右转向油缸之间设有双向液压锁，同时，在前转向轮固定不动，后转向轮发生转向时，后转向轮中的左转向轮与右转向轮的轴线相交于两个前转向轮的中心线的连线上。

2.根据权利要求1所述的车辆横向行驶转向机构，其特征在于：还包括油泵和油箱，该油泵的第一工作油口与左侧的所述后油缸的有杆腔相连通，左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔相连，右侧的前油缸的有杆腔连接油箱；该油泵的第二工作油口与右侧的后油缸的有杆腔相连通，右侧的后油缸的无杆腔与左侧的前油缸的无杆腔相连，左侧的前油缸的有杆腔连接油箱。

3.根据权利要求1所述的车辆横向行驶转向机构，其特征在于：还包括液压控制系统，该液压控制系统包括第一单向顺序阀和第二单向顺序阀，液压油从该液压控制系统的第一工作油口流入后经分两路，一路串联第一单向顺序阀后与左侧的后油缸的有杆腔相通，左侧的后油缸的无杆腔与右侧的前油缸的无杆腔油路相通，右侧的前油缸的有杆腔连通该液压控制系统的第二工作油口，另一路与左侧的前油缸的有杆腔相通，左侧的前油缸的无杆腔与右侧的后油缸的无杆腔油路相通，右侧的后油缸的有杆腔串联第二单向顺序阀后与该液压控制系统的第二工作油口相通。

4.根据权利要求3所述的车辆横向行驶转向机构，其特征在于：所述第一单向顺序阀和第二单向顺序阀分别包括一单向阀和与该单向阀并联的二位三通换向阀，该二位三通换向阀的T口接油箱，并通过P口的压力来控制换向。