CN108189910B - 一种多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿用铰接车辆装备技术领域，为了提高长轴距重型铰接车辆对复杂路况的适应性，本发明提供了一种多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构，具有使前后机架相对转向、相对摆动和垂向举升的功能，包括前连接部、三角提升臂、转向铰接部、摆动铰接部和摆动轴，前连接部与转向铰接部之间通过三角提升臂铰接相连，并通过连接提升油缸，可实现前连接部与转向铰接部的垂向举升功能，摆动铰接部与后车架间通过摆动轴相连接，可实现前车架与后车架间的水平摆动，转向铰接部与摆动铰接部间通过铰接连接，可实现垂直旋转。即本发明可同时实现前、后车架间的铰接转向、左右摆动、垂向举升3种功能，解决了部分超长铰接车型对复杂路面适应性差的问题。

Description

一种多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构

技术领域

本发明属于煤矿用铰接车辆装备技术领域，具体涉及一种多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构。

背景技术

煤矿井下巷道空间狭小，路面条件恶劣，尤其是综采工作面的搬家倒面期间，大量重型设备需要安装或回撤，单件重量最大可达80吨以上，因此重型设备的运输极易破坏路面，导致路面状况极度恶化，而维护路面的成本高、周期长，严重影响矿井生产效率。现有煤矿用三轴线或四轴线的铰接式辅助运输车辆，尤其是车身超过10米以上的超长重型车辆，由于巷道空间高度有限，无法像地面常规车辆那样设计较大的离地间隙，同时为了减小车辆在井下的转弯半径，降低转向阻力，其铰接部前后轮胎的轴线距离设计较大，而在运输过程中又不可避免的遇到巷道路面坑洼不平的工况，局部路面甚至还有急变坡点，而现有车辆由于车身长、前后轮胎轴距大，车辆通过性较差，极易出现车辆局部卡底现象，造成该类超长重型车辆运输效率低下，甚至无法完成重型设备的搬家任务。如图7所示的矿用四轴线铰接运输车辆下坡工况示意图、图8所示的矿用四轴线铰接运输车辆复杂路况下行车示意图，均出现了卡底现象。

因此，需要对前后车架的铰接装置作出合理改进，使其在变坡位置能同时满足垂向举升、水平摆动、垂直旋转多自由度的运动，才能解决超长重型车辆在井下巷道运输困难的问题。

经检索，目前的铰接机构主要有以下几种：

1）专利201120105281.9所述的平地机前后机架铰接机构，该类机构虽然能实现铰接转向功能，但不能实现前、后车架相对举升的功能，因此无法主动改变铰接部的离地间隙，也无法实现前、后车架的水平摆动功能。同时，由该机构中设置的转向限位结构可知，该类铰接机构侧重的是保护转向油缸，提高转向油缸的使用寿命，是适用于平地的最简单的前后机架铰接机构。

2）专利201210463080.5所述的煤矿井下四驱车双铰点摆动式铰接架结构，该结构可实现前后车架的铰接转向、水平摆动两种功能，但由于其不具备垂向举升功能，无法主动改变铰接转向部分的离地间隙，不适于变坡越障。

3）专利201410804511.9所述的越障铰接车车架连接装置，该装置可实现前后车架的铰接转向以及前后车架的水平摆动两种功能，其原理类似第2种，也不具备垂向举升功能。该装置的越障功能是通过被连接的前、后车架作环绕前后水平方向的圆周转动和环绕竖直方向的圆周转动，进而使得车辆前后轮胎均同时着地，适应高低不平的起伏路面。但正是由于其转动范围的极限性，不能适用于急剧变坡点的特殊工况，尤其是煤矿井下超长铰接车辆，在行至急剧变坡点处时，极易出现车辆卡底的突发状况。

发明内容

本发明为了解决现有矿用超长重型铰接运输车辆由于车身长、轴距大，导致车辆在路面坑洼不平、急变坡点等路况条件下通过性差的问题，进而提供了一种多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构，以提高长轴距重型铰接车辆对复杂路况的适应性。

本发明采用如下技术方案：

一种多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构，具有使前后机架相对转向、相对摆动和垂向举升的功能，包括前连接部、三角提升臂、转向铰接部、摆动铰接部和摆动轴，车辆前车架与前连接部连接；

所述前连接部与转向铰接部之间通过三角提升臂铰接相连，且前连接部和三角提升臂之间铰接有对称设置的两组提升油缸，通过提升油缸能够使前连接部、三角提升臂和转向铰接部绕铰轴在竖向平面内运动，前连接部、三角提升臂和提升油缸构成使转向铰接部相对前连接部垂向举升的举升机构；

所述转向铰接部与摆动铰接部通过竖向铰接销Ⅰ铰接，车辆后车架通过摆动轴与摆动铰接部连接，车辆后车架随摆动铰接部绕竖向铰接销Ⅰ水平摆动；

所述摆动铰接部两侧分别铰接有一组转向油缸，转向油缸的缸体铰接安装于转向铰接部上，车辆后车架随摆动铰接部绕转向铰接部上的竖向铰接销Ⅰ水平转向。

所述举升机构的提升油缸通过机电液一体化系统进行自动控制，可实现车辆自动调节离地间隙以适应不同路况的功能。机电液一体化系统包括防爆红外位移传感器、防爆控制器、位移传感器和防爆电液比例多路阀，防爆红外位移传感器安装于机架的最低点位置，防爆红外位移传感器与防爆控制器的信号输入端连接，防爆控制器的信号输出端与防爆电液比例多路阀连接，提升油缸与防爆电液比例多路阀连接；

所述提升油缸上设有检测油缸位移量的位移传感器，位移传感器与防爆控制器的信号输入端连接，构成提升油缸的闭环控制回路。

所述前连接部为“┓”型结构，前连接部的水平横板通过销轴与前车架固定连接；

所述三角提升臂的前端和尾端分别通过铰接销Ⅲ、铰接销Ⅱ内嵌式的与前连接部竖向板顶部、转向铰接部顶端铰接， 三角提升臂的中段与提升油缸铰接。

所述转向铰接部为“簸箕铲”状，通过提升油缸驱动，三角提升臂能绕其尾端与转向铰接部的连接铰接销Ⅱ旋转收回至转向铰接部内，使转向铰接部被举升至最高处。

工作时，前连接部与前车架通过两组销轴连接，摆动轴与后车架铰接连接。当车辆转向时，通过液压系统操纵转向油缸使转向铰接部与摆动铰接部发生转动进而使得整车实现铰接转向。当车辆在路况较好的平路行驶时，提升油缸处于收回状态，车辆正常行驶，当车辆行驶至下坡路或上坡路的变坡点或坑洼不平的路面时，电液控制系统会实时监控车辆最低点的离地间隙，当监测到离地间隙低于设定值时，系统会自动通过液压系统控制提升油缸伸出至预设值，使后车架随着转向铰接部整体处于举升状态，从而增大了后车架的离地间隙，使车辆顺利通过变坡点或路面的坑洼部分，车辆通过后，电液控制系统会自动根据监测到离地间隙的变化而控制提升油缸缩回至预设值，使后车架恢复平路行驶状态。

本发明相对现有技术有如下有益效果：采用本发明的矿用重型铰接车辆可根据路况的不同情况，自动采取举升状态行驶越过障碍，越障后可自动恢复平直状态行驶。相较于现有矿用铰接车辆，本发明的应用大大提高了长轴距重型铰接车辆的路面适应性，本发明结构紧凑，电液控制简单可靠，精度高，承载能力强，结构稳定，成本低，特别适用于矿用长轴距重型铰接车辆，提高了重型车辆对矿井巷道复杂路面的适用性。

附图说明

图1 本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构主视图；

图3为图2的K向视图；

图4为本发明铰接机构未举升状态下坡行车示意图；

图5为本发明铰接机构举升状态下坡行车示意图；

图6为本发明铰接机构举升状态复杂路况行车示意图；

图7为本发明铰接机构转向示意图；

图8现有矿用四轴线铰接运输车辆下坡工况示意图；

图9现有矿用四轴线铰接运输车辆复杂路况下行车示意图；

图10为提升油缸的液压控制原理图；

图11为提升油缸的电气控制原理图；

图中：1-前连接部、2-三角提升臂、3-转向铰接部、4-摆动铰接部、5-摆动轴、6-提升油缸Ⅰ、7-转向油缸Ⅰ、8-油缸销Ⅰ、9-铰接销Ⅰ、10-铰接销Ⅱ、11-油缸销Ⅱ、12-铰接销Ⅲ、13-提升油缸Ⅱ、14-转向油缸Ⅱ、15-前车架、16-后车架；

17-变量泵、18-高压过滤器、19-防爆电液比例多路阀。

具体实施方式

结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1、2、3所示的多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构，包括前连接部1、三角提升臂2、转向铰接部3、摆动铰接部4、摆动轴5、提升油缸Ⅰ6、转向油缸Ⅰ7、油缸销Ⅰ8、铰接销Ⅰ9、铰接销Ⅱ10、油缸销Ⅱ11、铰接销Ⅲ12、提升油缸Ⅱ13、转向油缸Ⅱ14。前连接部1通过两组销轴与前车架固定连接，前连接部1与三角提升臂2、提升油缸Ⅰ6、提升油缸Ⅱ13通过铰接销Ⅲ12、油缸销Ⅱ11连接组成举升机构，三角提升臂2与转向铰接部3通过铰接销Ⅱ10水平铰接，转向铰接部3与摆动铰接部4通过铰接销Ⅰ9垂直铰接，摆动铰接部4与摆动轴5纵向铰接，摆动轴5通过滚动轴承与后车架铰接，铰接部3与摆动铰接部4之间通过转向油缸Ⅰ7、转向油缸Ⅱ14实现水平转向。

所述的前连接部1与三角提升臂2、提升油缸6、提升油缸Ⅱ13组成的提升机构，三角提升臂2与转向铰接部3、摆动铰接部4、摆动轴5组成的铰接机构，该提升机构可通过油缸举升与之连接的铰接机构，该铰接机构具有3个互相垂直的转动自由度和1个平移自由度，进而实现铰接转向、前机架与后机架的相对摆动、铰接结构的举升等功能。

本发明采用了机电液一体化控制方式，可实现车辆对复杂路况自适应调节功能。其控制装置主要由防爆红外位移传感器、防爆控制器、防爆电液比例多路阀及带有防爆位移传感器的提升油缸，所述的防爆红外位移传感器安装于机架最低点位置，可实时检测车辆最小离地间隙，该传感器将测得距离值传输给防爆控制器，控制器根据其几何模型对应的函数关系式得出油缸调节所需要的位移量，进而控制器输出一电流信号给电液比例阀，该阀根据控制器给定电流信号输出一定流量液压油去控制油缸进行调整行程位移量，该油缸上的位移传感器根据检测到的油缸位移量反馈回控制器，控制器得到这反馈回位移量形成闭环控制，以达到精确控制提升油缸的位移量，保证了车辆可实现自动调节离地间隙，达到跨越障碍物目的。电气液压控制原理图如图10和11所示。其中，变量泵输出压力油到高压过滤器，高压过滤器输出压力油到防爆电液比例多路阀，多路阀根据控制器输入电流信号输出相应压力油到液压油缸，进而实现该机构精准跨越障碍物的目的。

工作时，本发明铰接机构前连接部1与前车架通过两组销轴连接，摆动轴5与后车架通过滚动轴承铰接连接。当车辆转向时，通过液压系统操纵转向油缸Ⅰ7、转向油缸Ⅱ14使转向铰接部3与摆动铰接部4发生转动进而使得整车实现铰接转向（如图7所示）。当车辆在路况较好的平路行驶时，提升油缸Ⅰ6、提升油缸Ⅱ13处于缩回状态，车辆正常行驶，当车辆行驶至下坡路或上坡路的变坡点或复杂路况时（如图4所示），电液控制系统会实时监控车辆最低点的离地间隙，当监测到离地间隙低于设定值时，系统会自动通过液压系统控制提升油缸Ⅰ6、提升油缸Ⅱ13伸出至预设值，使后车架随着转向铰接部3整体处于举升状态（如图5、图6所示），从而增大了后车架的离地间隙，使车辆顺利通过变坡点或路面的坑洼部分，车辆通过后，电液控制系统会自动根据监测到离地间隙的变化而控制提升油缸Ⅰ6、提升油缸Ⅱ13缩回至预设值，使后车架恢复平路行驶状态。

本发明要求在前连接部与转向铰接部之间通过三角提升臂铰接相连，并通过提升油缸Ⅰ、提升油缸Ⅱ连接后，可实现前连接部与转向铰接部的垂向举升功能，进而达到后车架相较于前车架可举升的动作，从而可增大后机架的离地间隙，提高整机的越障性能；另外本发明中的摆动铰接部与后车架间通过摆动轴相连接，可实现前车架与后车架间的水平摆动，进而可使整车铰接部前后的轮胎均可同时着地，更好的适应复杂路面；第三本发明中转向铰接部与摆动铰接部间通过铰接连接，可实现垂直旋转，通过左右两个转向油缸Ⅰ、转向油缸Ⅱ实现液压驱动转向功能。即可同时实现前、后车架间的铰接转向、左右摆动、自动垂向举升3种功能，可极大的提高铰接转向车辆的越障能力，尤其是可提高铰接部分的离地间隙，解决了部分超长铰接车型对复杂路面（如急剧变坡点等）适应性差的问题。

Claims (3)

1.一种多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构，其特征在于：具有使前后机架相对转向、相对摆动和垂向举升的功能，包括前连接部（1）、三角提升臂（2）、转向铰接部（3）、摆动铰接部（4）和摆动轴（5），车辆前车架与前连接部（1）连接；

所述前连接部（1）与转向铰接部（3）之间通过三角提升臂（2）铰接相连，且前连接部（1）和三角提升臂（2）之间铰接有对称设置的两组提升油缸，通过提升油缸能够使前连接部（1）、三角提升臂（2）和转向铰接部（3）绕铰轴在竖向平面内运动，前连接部（1）、三角提升臂（2）和提升油缸构成使转向铰接部（3）相对前连接部（1）垂向举升的举升机构；

所述转向铰接部（3）与摆动铰接部（4）通过竖向铰接销Ⅰ（9）铰接，车辆后车架通过摆动轴（5）与摆动铰接部（4）连接，车辆后车架随摆动铰接部（4）绕竖向铰接销Ⅰ（9）水平摆动；

所述摆动铰接部（4）两侧分别铰接有一组转向油缸，转向油缸的缸体铰接安装于转向铰接部（3）上，车辆后车架随摆动铰接部（4）绕转向铰接部（3）上的竖向铰接销Ⅰ（9）水平转向；

所述举升机构的提升油缸通过机电液一体化系统进行控制，机电液一体化系统包括防爆红外位移传感器、防爆控制器、位移传感器和防爆电液比例多路阀（19），防爆红外位移传感器安装于后机架最低点位置，防爆红外位移传感器与防爆控制器的信号输入端连接，防爆控制器的信号输出端与防爆电液比例多路阀（19）连接，提升油缸与防爆电液比例多路阀（19）连接；

所述提升油缸上设有检测油缸位移量的位移传感器，位移传感器与防爆控制器的信号输入端连接，构成提升油缸的闭环控制回路。

2.根据权利要求1所述的多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构，其特征在于：所述前连接部（1）为“┓”型结构，前连接部（1）的水平横板通过销轴与前车架固定连接；

所述三角提升臂（2）的前端和尾端分别通过铰接销Ⅲ（12）、铰接销Ⅱ（10）内嵌式的与前连接部（1）竖向板顶部、转向铰接部（3）顶端铰接， 三角提升臂（2）的中段与提升油缸铰接。

3.根据权利要求2所述的多自由度自适应举升越障式车辆铰接机构，其特征在于：所述转向铰接部（3）为“簸箕铲”状，通过提升油缸驱动，三角提升臂（2）能绕其尾端与转向铰接部（3）的连接铰接销Ⅱ（10）旋转收回至转向铰接部（3）内，使转向铰接部（3）被举升至最高处。

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