CN112960035A - 转向机构及独立悬架系统 - Google Patents

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CN112960035A CN202110331010.3A CN202110331010A CN112960035A CN 112960035 A CN112960035 A CN 112960035A CN 202110331010 A CN202110331010 A CN 202110331010A CN 112960035 A CN112960035 A CN 112960035A
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cylinder
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曹光光
马云旺
李冬冬
赵留福
张翰伟
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Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种转向机构及独立悬架系统，所述转向机构包括转向摇臂单元、中位锁止油缸、第一转向助力油缸、第二转向助力油缸、第一转向拉杆和第二转向拉杆；所述中位锁止油缸的一端与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架铰接；所述第一转向助力油缸和第二转向助力油缸的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架铰接；所述第一转向拉杆和第二转向拉杆的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端连接有转向节臂，所述转向节臂用于固定在轮边上。本发明取消了摇臂筒以及摇臂支座，大幅减轻了整车重量，减小了转向机构所需的空间，使得零部件的布置更加紧凑，简化了加工工艺，降低了经济成本。

Description

转向机构及独立悬架系统
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种转向机构及独立悬架系统。
背景技术
汽车悬架既作为车架与车轴之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。每个车轮单独通过一套悬架安装于车架或者车轴上，车轴采用断开式，中间一段固定在车架上，这种悬架称为独立悬架。采用独立悬架具有以下优点：两侧车轮可以单独运动不受影响，有利于汽车行驶的平顺性以及轮胎的接地性能；车轮运动空间较大，左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可以减少车身的倾斜和振动，降低刚度，改善平顺性。
目前，独立悬架结构已经在全地面起重机底盘上得到广泛应用。独立悬架结构主要包括导向机构、减震装置和弹性元件。导向机构决定了车轮跳动时的运动轨迹和车轮定位参数的变化，以及整车前后侧倾中心及纵倾中心的位置，从而在很大程度上影响了整车的操纵稳定性和抗纵倾能力。减震装置的功能是吸收悬架垂直振动的能量，并转化为热能耗散掉，使振动迅速衰减。弹性元件主要是用来缓和冲击，在缓和冲击时主要依靠弹性元件与轮胎的弹性变形。
如图1(a)和图1(b)所示，是目前在全地面起重机上已经使用的独立悬架系统，该悬架包括断开式车桥、悬架油缸、转向机构等。悬架油缸固定在车轮轮边与车架之间，悬架油缸上端与车架通过法兰面螺栓固定，下端与车桥轮边通过油缸一周的螺栓来固定。悬架油缸可以实现轮胎的定位，缓冲来自路面的冲击，可避免因轮胎跳动引起的悬架油缸活塞杆与导向套之间的摩擦。V型推力杆通过中心球铰链连接车轮轮边，支铰链连接主减速器，起到横向定位作用，提高了悬架横向刚度。主减速器与车轮轮边减速机构之间通过传动轴连接在一起，主减速器上端面通过螺栓连接与车架固连在一起。转向机构也为断开式，转向梯形由三个转向拉杆、两个转向摇臂以及两个转向节臂组成，两侧转向拉杆连接转向摇臂与节臂，中间转向拉杆连接左右两摇臂，转向摇臂固定在摇臂支座上，如图2所示。转向节臂安装在车轮轮边与V型推力杆中心球铰链之间，通过螺栓固定。车轮转向时，转向助力油缸带动转向摇臂转动，转向摇臂带动转向拉杆，转向拉杆带动转向节臂，转向节臂带动轮边转动，实现车轮转向。
可见，现有的独立悬架系统中，为了满足转向的需求，需要在车架底部安装摇臂支座用以固定摇臂，承受在转向过程中摇臂所受的力。另外，左右两侧的转向摇臂各包含上下两个臂，两臂同时固定在摇臂筒上，实现同步转动。摇臂支座以及摇臂筒增加了整机重量，占用了大量的安装空间，增加了装配难度及经济成本。悬架油缸通过轴承衬套与车架上的油缸支座连接，一方面轴承衬套结构复杂，装配难度大，经济成本高；另一方面，油缸支座由一个上底板以及两个侧立板组成，重量和体积均较大。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种转向机构及独立悬架系统，取消了摇臂筒以及摇臂支座，大幅减轻了整车重量，减小了转向机构所需的空间，使得零部件的布置更加紧凑，简化了加工工艺，降低了经济成本。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种转向机构，包括：
转向摇臂单元；
中位锁止油缸，一端与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架铰接；
相对设置的第一转向助力油缸和第二转向助力油缸，二者的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架铰接；
相对设置的第一转向拉杆和第二转向拉杆，二者的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端连接有转向节臂，所述转向节臂用于固定在轮边上。
可选地，当所述转向机构为双摇臂三拉杆结构时，所述转向摇臂单元包括：
两个I型摇臂支架，用于固定在车架下底面；
第三转向拉杆；
第一I型转向摇臂和第二I型转向摇臂，二者分别与所述第三转向拉杆的两端相连，且与对应的I型摇臂支架相连；
所述第一I型转向摇臂上还连接有第一转向助力油缸和第一转向拉杆；
所述第二I型转向摇臂上还连接有第二转向助力油缸和第二转向拉杆；
所述中位锁止油缸与所述第一I型转向摇臂或第二I型转向摇臂相连。
可选地，当所述转向机构为单摇臂两拉杆结构时，所述转向摇臂单元包括：
II型摇臂支架，用于固定在车架下底面
II型转向摇臂，所述II型转向摇臂与所述II型摇臂支架相连，且其中一侧的两端分别与第一转向助力油缸和第一转向拉杆相连，另一侧的两端分别与第二转向助力油缸和第二转向拉杆相连；
所述中位锁止油缸与所述第II型转向摇臂相连。
第二方面，本发明提供了一种独立悬架系统，包括：
车架；
两个相对设置的轮边；
两个相对设置的悬架油缸，二者的一端与所述车架相连，另一端与对应的轮边相连；
输入法兰，用于与轮间传动轴相连；
主减速器，与所述输入法兰相连，且固定在车架底部，其输出端通过传动轴与轮边相连；
相对设置的第一推力杆和第二推力杆，二者的一端与轮边相连，另一端与主减速器相连；
第一方面中任一项所述的转向机构，分别与所述轮边和车架相连。
可选地，所述输入法兰下偏置，用于增大轮间传动轴与车架之间的距离；或者所述车架与主减速器之间设有主减速器支架，用于增大轮间传动轴与车架之间的距离。
可选地，当所述转向机构为双摇臂三拉杆结构时，所述转向节臂固定在轮边与悬架油缸之间，所述第一转向助力油缸、第二转向助力油缸和中位锁止油缸的其中一端均铰接在车架下底面上；所述I型摇臂支架固定在车架下底面上。
可选地，当需要实现转向时，所述中位锁止油缸不工作，所述第一转向助力油缸或第二转向助力通过伸缩控制第一I型转向摇臂和第二I型转向摇臂转动，再由所述第一转向拉杆和第二转向拉杆带动转向节臂，转向节臂带动轮边，实现车轮转向；当需要后桥锁止时，所述中位锁止油缸工作，将所述转向机构锁死。
可选地，当所述转向机构为单摇臂两拉杆结构时，所述转向节臂固定在轮边与悬架油缸之间，所述第一转向助力油缸、第二转向助力油缸和中位锁止油缸的其中一端均铰接在车架下底面上；所述II型摇臂支架固定在车架下底面上。
可选地，当需要实现转向时，所述中位锁止油缸不工作，所述第一转向助力油缸或第二转向助力通过伸缩控制所述II型转向摇臂转动，再由第一转向拉杆和第二转向拉杆带动转向节臂，转向节臂带动轮边实现车轮转向；当需要后桥锁止时，所述中位锁止油缸工作，将所述转向机构锁死。
可选地，所述悬架油缸包括：顺次相连的接头座、缸体、套筒和底座；所述接头座的顶部铰接有油缸支架，所述油缸支架与车架相连；所述底座与所述轮边相连。
可选地，所述车架的横截面为倒梯形或异型多边形。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明取消了摇臂筒以及摇臂支座，大幅减轻了整车重量，减小了转向机构所需的空间，使得零部件的布置更加紧凑，简化了加工工艺，降低了经济成本。
进一步地，本发明基于现有的主减速器与输入法兰关系，将输入法兰旋转180度，使其下偏置，或者是在主减速器和车架下底面之间设置主减速器支架，既能保证轮间传动轴及车轮的旋向不变，又能增加了轮间传动轴与车架之间的距离，为转向机构的布置预留了足够的空间。
进一步地，本发明改变悬架油缸与车架的连接方式，由原来的法兰面螺栓固定改为销轴连接，降低了装配难度，减轻了油缸支架重量，降低了经济成本，提高了可靠性。
进一步地，本发明采用倒梯形或异型多边形车架，增大了车架的侧面面积，增加了车架与悬架油缸之间的空间，为液压布管、气路布管等系统预留足够的空间。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1(a)为目前在全地面起重机上已经使用的独立悬架系统的结构示意图之一；
图1(b)为目前在全地面起重机上已经使用的独立悬架系统的结构示意图之二；
图2为现有技术中转向机构的结构示意图；
图3为实施例1的一种具体实施方式中转向机构的结构示意图；
图4为实施例1的另一种具体实施方式中的转向机构的结构示意图；
图5为实施例2的一种具体实施方式中主减速器与输入法兰之间的装配示意图；
图6为实施例2的另一种具体实施方式中主减速器与输入法兰之间的装配示意图；
图7为实施例2的一种具体实施方式中油缸支架的结构示意图；
图8为实施例2的一种具体实施方式中悬架油缸的结构示意图；
图9(a)为实施例2的一种具体实施方式中车架的结构示意图；
图9(b)为实施例2的另一种具体实施方式中车架的结构示意图；
图10(a)为实施例2的一种具体实施方式中独立悬架系统的结构示意图；
图10(b)为实施例2的一种具体实施方式中独立悬架系统的结构示意图；
其中：
101.车架、102.悬架油缸、104.轮边、105.传动轴、106.第一推力杆、107.输入法兰、108.主减速器、109.第一转向助力油缸、110.制动气室、111.第二转向助力油缸、112.第一转向拉杆、113.第三转向拉杆、114.第二转向拉杆、115.转向节臂、117.悬架油缸、118.中位锁止油缸、119.第一转向下摇臂、125.油缸支座、126.第二转向下摇臂、129.第二推力杆、130.摇臂筒、131.摇臂支座、132.转向上摇臂。
1.车架、2.悬架油缸、3.主减速器支架、4.轮边、5.传动轴、6.第一推力杆、7.输入法兰、8.主减速器、9.第一转向助力油缸、10.制动气室、11.第二转向助力油缸、12.第一转向拉杆、13.第三转向拉杆、14.第二转向拉杆、15.转向节臂、16.I型摇臂支架、17.悬架油缸、18.中位锁止油缸、19.第一I型转向摇臂、20.I型摇臂支架、21.接头座、22.缸体、23.套筒、24.底座、25.油缸支架、26.第二I型转向摇臂、27.II型转向摇臂、28.II型摇臂支架、29.第二推力杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种转向机构，包括：
转向摇臂单元；
中位锁止油缸18，一端与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架1铰接；
相对设置的第一转向助力油缸9和第二转向助力油缸11，二者的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架1铰接；
相对设置的第一转向拉杆12和第二转向拉杆14，二者的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端连接有转向节臂15，所述转向节臂15用于固定在轮边4上。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图3所示，当所述转向机构为双摇臂三拉杆结构时，所述转向摇臂单元包括：
两个I型摇臂支架(16、20)，用于固定在车架1下底面；
第三转向拉杆13；
第一I型转向摇臂19和第二I型转向摇臂26，二者分别与所述第三转向拉杆13的两端相连，且与对应的I型摇臂支架(16、20)相连；
所述第一I型转向摇臂19上还连接有第一转向助力油缸9和第一转向拉杆12；
所述第二I型转向摇臂26上还连接有第二转向助力油缸11和第二转向拉杆14；
所述中位锁止油缸18与所述第一I型转向摇臂19或第二I型转向摇臂26相连。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图4所示，当所述转向机构为单摇臂两拉杆结构时，所述转向摇臂单元包括：
II型摇臂支架28，用于固定在车架1下底面；
II型转向摇臂27，所述II型转向摇臂27与所述II型摇臂支架28相连，且其中一侧的两端分别与第一转向助力油缸9和第一转向拉杆12相连，另一侧的两端分别与第二转向助力油缸11和第二转向拉杆14相连；
所述中位锁止油缸18与所述第II型转向摇臂27相连。
所述转向机构中的中位锁止油缸也可以是机械转向拉杆，所述第一转向助力油缸、第二转向助力油缸以及中位锁止油缸的布置位置不固定，不局限于图3和图4所示。第一转向助力油缸、第二转向助力油缸以及中位锁止油缸可以同时安装在I型转向摇臂或II型转向摇臂上，也可以同时安装在轮边的转向节臂上，还可以分别安装在I型转向摇臂或II型转向摇臂和转向节臂上。所有与之类似的布置方式均在本申请的保护范围内。I型摇臂支架和II型摇臂支架直接焊接或螺栓固定在车架下底面上，I型摇臂支架和II型摇臂支架的结构不局限于图中所示。只要I型转向摇臂或II型转向摇臂不依靠摇臂支座就可以固定在车架上的固定形式均在本申请保护范围内。
可见，上述两种实施方式中的转向机构均不需要额外的摇臂支座来固定摇臂以及承受摇臂的支反力，只需要一个小型的摇臂支架将转向摇臂直接固定在车架上。在实际使用过程中，转向机构位于车架下底面与轮间传动轴中间，取消摇臂筒以及摇臂支座，大幅减轻了整车重量，减小了转向机构所需的空间，使得零部件的布置更加紧凑，简化了加工工艺，降低经济成本。
实施例2
如图10所示，本发明提供了一种独立悬架系统，包括：
车架1；
两个相对设置的轮边4；
两个相对设置的悬架油缸(2、17)，二者的一端与所述车架1，另一端与对应的轮边4相连，起到抬升和降低车架1的作用；
输入法兰7，用于与轮间传动轴相连；
主减速器，与所述输入法兰7相连，且固定在车架1底部，其输出端通过传动轴5与轮边4相连；
相对设置的第一推力杆6和第二推力杆29，二者的一端与轮边4相连，另一端与减速器相连，起到固定及定位作用；
实施例1中任一项所述的转向机构，分别与所述轮边4和车架1相连。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图5所述，所述输入法兰7下偏置，用于增大轮间传动轴与车架1之间的距离，且能保证轮间传动轴及车轮的旋向不变，为转向机构的布置预留足够的空间；在本发明实施例的另一种具体实施方式中，如图6所述，所述车架1与所述主减速器8之间设有主减速器支架3，用于增大轮间传动轴与车架1之间的距离，且能保证轮间传动轴及车轮的旋向不变，为转向机构的布置预留足够的空间。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图3及图10所示，当所述转向机构为双摇臂三拉杆结构时，所述转向节臂15固定在轮边4与悬架油缸(2、17)之间，所述第一转向助力油缸9、第二转向助力油缸11和中位锁止油缸18的其中一端均铰接在车架1下底面上；所述I型摇臂支架(16、20)固定在车架1下底面上。
当需要实现转向时，所述中位锁止油缸18不工作，所述第一转向助力油缸9或第二转向助力油缸11通过伸缩控制第一I型转向摇臂19和第二I型转向摇臂26转动，再由所述第一转向拉杆12和第二转向拉杆14带动转向节臂15，转向节臂15带动轮边4，实现车轮转向；当需要后桥锁止时，所述中位锁止油缸18工作，将所述转向机构锁死。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图4及图10所示，当所述转向机构为单摇臂两拉杆结构时，所述转向节臂15固定在轮边4与悬架油缸(2、17)之间，所述第一转向助力油缸9、第二转向助力油缸11和中位锁止油缸18的其中一端均铰接在车架1下底面上；所述II型摇臂支架28固定在车架1下底面上。
当需要实现转向时，所述中位锁止油缸18不工作，所述第一转向助力油缸9或第二转向助力油缸11通过伸缩控制所述II型转向摇臂27转动，再由第一转向拉杆12和第二转向拉杆14带动转向节臂15，转向节臂15带动轮边4实现车轮转向；当需要后桥锁止时，所述中位锁止油缸18工作，将所述转向机构锁死。
如图7和8所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述悬架油缸(2、17)包括：顺次相连的接头座21、缸体22、套筒23和底座24；所述接头座21的顶部铰接有油缸支架25，所述油缸支架25与车架1相连；所述底座24与所述轮边4相连。具体实施过程中，所述接头座21通过螺栓固定在缸体22上。悬架油缸与车架的链接方式改进后，油缸支架的重量以及体积均得到较大降低，同时使得悬架油缸的结构得以简化，降低了装配难度和工艺复杂程度，提高了悬架油缸的可靠性.
如图9(a)所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述车架1的横截面为异型多边形。如图9(b)所示，在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述车架1的横截面为倒梯形。多边形车架增大了车架的侧面面积，增加了车架与悬架油缸之间的空间，可以为液压布管、气路布管等系统预留足够的空间。需要指出的是，车架截面形状不仅局限于图9(a)和(b)所示，凡是车架截面形状不是矩形的多边形，均在本专利保护范围之内。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述轮边4上还连接有制动气室10，用于实现制动。
综上可见，本发明实施例中的新型独立悬架系统大幅降低了整车重量，使得零部件之间的布置更加紧凑，同时降低了装配难度和工艺复杂程度，提高了可靠性，降低了经济成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.一种转向机构，其特征在于，包括：
转向摇臂单元；
中位锁止油缸，一端与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架铰接；
相对设置的第一转向助力油缸和第二转向助力油缸，二者的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端用于与车架铰接；
相对设置的第一转向拉杆和第二转向拉杆，二者的其中一端分别与所述转向摇臂单元相连，另一端连接有转向节臂，所述转向节臂用于固定在轮边上。
2.根据权利要求1所述的一种转向机构，其特征在于，当所述转向机构为双摇臂三拉杆结构时，所述转向摇臂单元包括：
两个I型摇臂支架，用于固定在车架下底面；
第三转向拉杆；
第一I型转向摇臂和第二I型转向摇臂，二者分别与所述第三转向拉杆的两端相连，且与对应的I型摇臂支架相连；
所述第一I型转向摇臂上还连接有第一转向助力油缸和第一转向拉杆；
所述第二I型转向摇臂上还连接有第二转向助力油缸和第二转向拉杆；
所述中位锁止油缸与所述第一I型转向摇臂或第二I型转向摇臂相连。
3.根据权利要求1所述的一种转向机构，其特征在于，当所述转向机构为单摇臂两拉杆结构时，所述转向摇臂单元包括：
II型摇臂支架，用于固定在车架下底面
II型转向摇臂，所述II型转向摇臂与所述II型摇臂支架相连，且其中一侧的两端分别与第一转向助力油缸和第一转向拉杆相连，另一侧的两端分别与第二转向助力油缸和第二转向拉杆相连；
所述中位锁止油缸与所述第II型转向摇臂相连。
4.一种独立悬架系统，其特征在于，包括：
车架；
两个相对设置的轮边；
两个相对设置的悬架油缸，二者的一端与所述车架相连，另一端与对应的轮边相连；
输入法兰，用于与轮间传动轴相连；
主减速器，与所述输入法兰相连，且固定在车架底部，其输出端通过传动轴与轮边相连；
相对设置的第一推力杆和第二推力杆，二者的一端与轮边相连，另一端与主减速器相连；
权利要求1-3中任一项所述的转向机构，分别与所述轮边和车架相连。
5.根据权利要求4所述的一种独立悬架系统，其特征在于：所述输入法兰下偏置，用于增大轮间传动轴与车架之间的距离；或者所述车架与主减速器之间设有主减速器支架，用于增大轮间传动轴与车架之间的距离。
6.根据权利要求4所述的一种独立悬架系统，其特征在于：当所述转向机构为双摇臂三拉杆结构时，所述转向节臂固定在轮边与悬架油缸之间，所述第一转向助力油缸、第二转向助力油缸和中位锁止油缸的其中一端均铰接在车架下底面上；所述I型摇臂支架固定在车架下底面上。
7.根据权利要求6所述的一种独立悬架系统，其特征在于：当需要实现转向时，所述中位锁止油缸不工作，所述第一转向助力油缸或第二转向助力通过伸缩控制第一I型转向摇臂和第二I型转向摇臂转动，再由所述第一转向拉杆和第二转向拉杆带动转向节臂，转向节臂带动轮边，实现车轮转向；当需要后桥锁止时，所述中位锁止油缸工作，将所述转向机构锁死。
8.根据权利要求4所述的一种独立悬架系统，其特征在于：当所述转向机构为单摇臂两拉杆结构时，所述转向节臂固定在轮边与悬架油缸之间，所述第一转向助力油缸、第二转向助力油缸和中位锁止油缸的其中一端均铰接在车架下底面上；所述II型摇臂支架固定在车架下底面上。
9.根据权利要求8所述的一种独立悬架系统，其特征在于：当需要实现转向时，所述中位锁止油缸不工作，所述第一转向助力油缸或第二转向助力通过伸缩控制所述II型转向摇臂转动，再由第一转向拉杆和第二转向拉杆带动转向节臂，转向节臂带动轮边实现车轮转向；当需要后桥锁止时，所述中位锁止油缸工作，将所述转向机构锁死。
10.根据权利要求4所述的一种独立悬架系统，其特征在于，所述悬架油缸包括：顺次相连的接头座、缸体、套筒和底座；所述接头座的顶部铰接有油缸支架，所述油缸支架与车架相连；所述底座与所述轮边相连。
11.根据权利要求4所述的一种独立悬架系统，其特征在于：所述车架的横截面为倒梯形或异型多边形。
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