CN105857392A - 一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，属于履带车辆的铰接机构。后车支座组与中间连接架固定连接，中间连接架通过销一与前车支架铰接，俯仰油缸组件一端与后车支座组件铰接、另一端与前车上支座和前车支架铰接，前车下支座通过销二与前车支架下方铰接，左转向油缸组件和右转向油缸组件分别与前车支架两侧铰接。优点是结构新颖，设计理念先进，加工制造容易，维修也较为方便，便于油缸管路的铺设，通过本结构就能实现车辆前后车体转向、俯仰、扭转运动，大大地增强了车辆的通过能力和越野性能。

Description

一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构
技术领域
本发明属于一种履带车辆的铰接机构，应用于双节履带车辆，将铰接履带车的前后车体连接起来，以实现两节车体相对转向、俯仰及水平扭转运动。
背景技术
采用三自由度铰接机构的铰接履带车辆的最大特点就是可以行走在各种复杂的路面上，前后车体通过铰接机构连接，使前后车体可实现相对转向、俯仰和扭转运动。其转向和俯仰运动具有可控性，两节车体就可以随着地形的变化做出相应的调整，使有限的履带长度能尽可能地保持与地面的接触，进而获得很高的通过能力。因此采用这种铰接机构的履带车也被称为全地形铰接履带车。
采用传统的铰接履带车辆一般只能实现一个自由度的相对转向。这种方式虽然能够减少转向时间和转向路程，但是在路况及其复杂，地形极度崎岖、受力复杂的条件下：比如雪地、冰面、沼泽、山丘以及抢险救灾现场，常规的履带工程车辆由于自身的通过能力受限，就很难在这些地区作业。而当采用三自由度铰接机构的履带车辆在复杂道路上行驶时，可以通过主动的或被动方式对车辆姿态进行调整，尽可能的使履带与地面保持最大接触，从而获得更高的牵引力，提高了履带车辆的通过能力。所以这种车辆能在军事、救灾抢险和野外勘探等极端情况下发挥很大的作用。
中南大学陈金涛在硕士论文《钴结壳采矿铰接履带车式作业车仿真研究》中设计了一种铰接结构。这种机构虽然能够实现三自由运动，但是却存在以下缺点：1、对于陆路运动，转向所需的力远远大于俯仰运动所需的力，它却采用两个俯仰油缸，一个转向液压缸。这样很可能造成转向力不足，俯仰力有冗余。2、铰接机构是非对称的，造成前后车体在转向行走过程中轨迹不重合，行驶阻力较大。3、转向油缸是单缸，使得铰接点处受到的附加载荷大，使用寿命变短。4、这种铰接结构不能使前车的动力传到后车，车辆不能同时前后驱动，大大减低了车辆的通过能力。
吉林大学魏小强在硕士论文《铰接履带车运输车体和铰接架强度刚度分析》中提到了一种铰接机构，这种机构由支架、支座、两个转向油缸和两个俯仰油缸组成。这种机构也存在以下缺点：1、铰接支架设计不合理，容易产生应力集中，不仅零件加工制造困难，装配不容易达到应有精度，而且铰接支架一端处于悬空状态，使其承载时，所受力矩较大，使用寿命大大降低。2、由于采用两个俯仰油缸，不仅使俯仰力有冗余，而且使铰接机构的重量增大，惯性大，运动更加笨拙。3、转向油缸是首尾两端与铰接支架铰接的，使铰接机构尺寸过大，重量大，不利于车辆的轻量化。在运动过程中，由于惯性大，不仅增大耗油量，而且铰点更易磨损。4、水平铰接支座结构设计不合理，不仅在转向运动中受力，而且在俯仰运动中受力，承载过大，寿命降低。
发明内容
本发明提供一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，以解决存在的车辆结构不合理、重量大、通过能力和越野性能差的问题。
本发明采取的技术方案是：后车支座组与中间连接架固定连接，中间连接架通过销一与前车支架铰接，俯仰油缸组件一端与后车支座组件铰接、另一端与前车上支座和前车支架铰接，前车下支座通过销二与前车支架下方铰接，左转向油缸组件和右转向油缸组件分别与前车支架两侧铰接。
本发明所述左转向油缸组件的结构是：转向油缸一与转向支座一通过销三铰接，销四用于与前车支架铰接。
本发明所述转向支座一用于与前车体连接。
本发明所述右转向油缸组件的结构是：转向油缸二与转向支座二通过销七铰接，销八用于与前车支架铰接。
本发明所述转向支座二用于与前车体连接。
本发明所述俯仰油缸组件的结构是：俯仰油缸通过销五、销六分别与俯仰支座和后车支座组件的扭转支座铰接，俯仰支座用于与前车上支座和前车支架铰接。
本发明所述俯仰油缸组件中还包括垫片，该垫片位于俯仰支座和前车上支座之间。
本发明所述后车支座组件的结构是：扭转支座套在套筒外部，连接盘与扭转支座压接，该连接盘、套筒分别用于与后车体连接。
本发明所述前车支架的主体为圆筒形。
本发明的优点是结构新颖，设计理念先进，加工制造容易，维修也较为方便，便于油缸管路的铺设，通过本结构就能实现车辆前后车体转向、俯仰、扭转运动，大大地增强了车辆的通过能力和越野性能。
铰接转向是通过两转向缸推动前后车体绕铰销转过一定角度而达到的，因此也有叫做“折腰”转向的；铰接式车体的车架因由前后车体组成，所以一般轴距较长，但是由于车身曲折角度较大（每侧可达 35°至45°），所以仍可获得较小的转向半径，因转向半径小，机动性能好，可在非常狭窄的场地作业，在转向过程中转向力矩的变化较小，使转向动作平稳。
根据车辆地面力学分析，铰接式车辆的俯仰能力直接影响其越壕和越障能力，本发明可以主动的改变俯仰油缸的运动状态，当车辆越沟壕时，俯仰油缸锁死，前后车体在纵向变成刚性结构，这样车辆能够比本身车体长的沟壕；当车辆越障时，俯仰油缸驱动，使前车抬头，车辆能够轻松地越过比较高的垂直障碍。
由于扭转运动，前后车体相对角度根据地形改变扭转角度，从而使前后车的履带更好与地面贴合，大大增强车辆的驱动能力，进一步发挥出车辆的机动性能。
相对于已有铰接机构，本发明还有以下优点：
1、通过实践，发现俯仰运动的阻力远远小于转向运动阻力，本发明采用一个个俯仰油缸，两个个转向液压缸，这样不仅能提供足够的转向力和俯仰力，而且使铰接机构重量变轻，惯性小，铰接机构实现轻量化；俯仰运动更加灵活，控制更加轻便，延时少，油缸反应更灵敏。
2、本发明铰接机构是对称的，铰接转向是用双油缸布置，两油缸都是对称布置在纵向中心线两侧，这样会使得（1）前、后车架的转向支撑刚度大，由于形成转向双力臂，铰接点受到的附加载荷小，使用寿命更长。（2）左、右转向力矩和转向流量大小一样，便于控制。（3）在转向过程中转向力矩的变化较小，使转向动作平稳。
3、本发明铰接结构能使前车的动力传到后车，车辆能同时前后驱动，大大提高车辆的通过能力和越野能力。
4、本发明铰接支架是由圆筒加工焊接而成的，设计合理，不容易产生应力集中，零件加工制造简单，装配容易达到应有精度。
5、本发明转向油缸分别通过活塞杆端部和缸筒端部与铰接支架铰接的，使铰接机构尺寸合理，有利于车辆的轻量化，在运动过程中，由于重量变轻，铰点所受的运动冲击变小，而且有利于降低耗油量。
6、本发明铰接机构的支座结构设计合理，不存在任何支座受到两种运动的力，承载合理，寿命得到延长。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明转向运动铰接机构的结构示意图；
图5是本发明俯仰运动铰接机构的结构示意图；
图6是本发明后车支座组件的结构示意图。
具体实施方式
后车支座组4与中间连接架5固定连接，中间连接架5通过销一6与前车支架8铰接，俯仰油缸组件3一端与后车支座组件4铰接、另一端与前车上支座2和前车支架8铰接，前车下支座9通过销二10与前车支架8下方铰接，左转向油缸组件1和右转向油缸组件7分别与前车支架8两侧铰接。
本发明所述左转向油缸组件1的结构是：转向油缸一104与转向支座一101通过销三102铰接，销四103用于与前车支架8铰接。
本发明所述转向支座一用于与前车体连接。
本发明所述右转向油缸组件7的结构是：转向油缸二704与转向支座二701通过销七702铰接，销八703用于与前车支架8铰接。
本发明所述转向支座二用于与前车体连接。
本发明所述俯仰油缸组件3的结构是：俯仰油缸304通过销五303、销六305分别与俯仰支座302和后车支座组件4的扭转支座401铰接，俯仰支座302用于与前车上支座2和前车支架8铰接。
本发明所述俯仰油缸组件3中还包括垫片301，该垫片位于俯仰支座302和前车上支座2之间。
本发明所述后车支座组件4的结构是：扭转支座401套在套筒403外部，连接盘402与扭转支座401压接，该连接盘402、套筒403分别用于与后车体连接。
本发明所述前车支架8的主体801为圆筒形。
工作原理
前车上支座2、前车上支座9以及转向支座一101、转向支座二701都与前车体焊接在一起，通过两个转向油缸一伸一缩，能够实现车辆左右转向，由于俯仰油缸组件3是通过俯仰支座302与前车支架铰接在一起的，这样当车辆转向时，俯仰油缸组件3会随后车支架组件4，中间连接架5以及前车支架8一起左右摆动，这样运动不会发生干涉。
在俯仰运动过程中，俯仰油缸304通过销五303，销六305分别与俯仰支座302和后车支座组件4铰接在一起，后车支座组件4与中间连接架5焊接在一起，中间连接架5通过销一6与前车支架8铰接在一起，当俯仰油缸伸缩时，会带动后车支座组4与中间连接架5绕前车支架8转动，车辆实现俯仰运动。
在扭转运动过程中，扭转支座401套在套筒403上，连接盘402压着扭转支座401并用螺栓与后车体连接在一起，这样整个铰接机构能够绕车辆轴线方向转动。

Claims (9)

1.一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：后车支座组与中间连接架固定连接，中间连接架通过销一与前车支架铰接，俯仰油缸组件一端与后车支座组件铰接、另一端与前车上支座和前车支架铰接，前车下支座通过销二与前车支架下方铰接，左转向油缸组件和右转向油缸组件分别与前车支架两侧铰接。
2.根据权利要求1所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：所述左转向油缸组件的结构是：转向油缸一与转向支座一通过销三铰接，销四用于与前车支架铰接。
3.根据权利要求2所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：所述转向支座一用于与前车体连接。
4.根据权利要求1所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：所述右转向油缸组件的结构是：转向油缸二与转向支座二通过销七铰接，销八用于与前车支架铰接。
5.根据权利要求4所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：本发明所述转向支座二用于与前车体连接。
6.根据权利要求1所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：所述俯仰油缸组件的结构是：俯仰油缸通过销五、销六分别与俯仰支座和后车支座组件的扭转支座铰接，俯仰支座用于与前车上支座和前车支架铰接。
7.根据权利要求6所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：所述俯仰油缸组件中还包括垫片，该垫片位于俯仰支座和前车上支座之间。
8.根据权利要求1所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：所述后车支座组件的结构是：扭转支座套在套筒外部，连接盘与扭转支座压接，该连接盘、套筒分别用于与后车体连接。
9.根据权利要求1所述的一种铰接履带车辆的三自由度铰接机构，其特征在于：所述前车支架的主体为圆筒形。
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