CN114313007A - 一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘 - Google Patents

Abstract

本发明专利属于煤矿用车辆底盘技术领域，尤其涉及一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘。包括机架，机架前后两端的底部分别安装有前驱动桥及转向装置和后驱动桥及转向装置，机架底部中间安装有分动箱，分动箱与前驱动桥及转向装置之间连接有前传动轴，分动箱与后驱动桥及转向装置之间连接有后传动轴，前驱动桥及转向装置两端分别连接前右轮胎和前左轮胎，后驱动桥及转向装置两端分别连接后右轮胎和后左轮胎，机架上每个车轮处安装有缓冲减震装置。本发明改变了车架的受力状况，增加车架的使用寿命，提高底盘的通用性，降低整车底盘高度，在新的底盘上，设计了一套新型缓冲减震装置。

Description

一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘

技术领域

本发明专利属于煤矿用车辆底盘技术领域，尤其涉及一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘。

背景技术

煤矿用防爆胶轮车分为整体底盘和铰接底盘两种结构形式。其中整体底盘式车辆以其整车布置紧凑，车身短，重量轻，结构简单为特点而被广泛使用。但目前的这种整体底盘，普遍采用的钢板弹簧悬挂形式，一方面比较笨重，占用空间大，底盘高度高,不适用小型矿用车辆。同时板簧各片在运动过程中易产生摩擦磨损，容易损坏；另一方面其运动状态不能随载荷及路况的变化及时做出弹性调整。而且单轮减震性能弱，整体车架摆动幅度大。这样，在车辆载荷不同并且井下路况松软湿滑，颠簸，坑凹不平等恶劣的情况下长期使用，机架容易出现裂纹甚至断裂，并且车辆的舒适性差。

煤矿用防爆胶轮车多采用前轮转向结构，转向形式单一，转弯半径范围固定，对于巷道狭小，周边比较复杂的工况，车辆转弯、掉头、会车容易操作不便，自适应性较差。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘。

本发明采取以下技术方案：一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，包括机架，机架前后两端的底部分别安装有前驱动桥及转向装置和后驱动桥及转向装置，机架底部中间安装有分动箱，分动箱与前驱动桥及转向装置之间连接有前传动轴，分动箱与后驱动桥及转向装置之间连接有后传动轴，前驱动桥及转向装置两端分别连接前右轮胎和前左轮胎，后驱动桥及转向装置两端分别连接后右轮胎和后左轮胎，机架上每个车轮处安装有缓冲减震装置；所述的前驱动桥及转向装置和后驱动桥及转向装置包括驱动桥，驱动桥中部安装有与前传动轴或后传动轴连接的减速器，减速器实现前后传动轴与驱动桥内的半轴以及差速器连接，驱动桥两端安装有轮边桥万向铰接装置，轮边桥万向铰接装置，驱动桥与轮边湿式制动器之间设置有轮边轴与中间驱动桥固定套，轮边桥万向铰接装置上安装轮胎以及轮边湿式制动器，驱动桥中部固定转向装置，包含双伸缩油缸缸筒，双伸缩油缸缸筒两端的双伸缩油缸缸杆与螺纹调节杆连接，螺纹调节杆与转向连接固定杆连接，限制转向角度，转向连接固定杆与轮边桥万向铰接装置铰接连接。

进一步的，缓冲减震装置包括摆梁，摆梁一端与机架底部的摆动梁连接耳座铰接连接，摆梁另一端与安装在驱动桥上的摆梁固定耳座铰接连接，驱动桥上还安装有驱动桥螺旋弹簧固定底座，机架对应驱动桥螺旋弹簧固定底座的位置处设置有机架螺旋弹簧固定座，机架螺旋弹簧固定座内安装有机架螺旋弹簧卡环，机架螺旋弹簧固定座内安装有驱动桥螺旋弹簧固定卡环，机架螺旋弹簧卡环和驱动桥螺旋弹簧固定卡环之间装配有可调节载荷式螺旋弹簧。

进一步的，机架螺旋弹簧固定座和驱动桥螺旋弹簧固定底座之间的纵向位置上连接有板簧高度限位绷带。

进一步的，还包括减震器，减震器上部的缸筒耳固定在安装在机架上的减震器固定耳套杆及减震器固定耳之间，用螺栓连接；减震器下部的缸杆孔与摆动梁中间孔以及车桥上摆动梁中间固定耳座孔同心，并通过同一螺栓、螺母、垫圈固定连接。

进一步的，驱动桥上一侧安装有横拉杆固定座，横拉杆固定座与横拉杆机构的一端铰接连接，横拉杆机构的另一端与机架另一侧的底部的横拉杆耳座铰接连接。

进一步的，机架底部设置有四块橡胶限位块，橡胶限位块的厚度为当可调节载荷式螺旋弹簧压缩到接近其极限位置时，驱动桥和车架之间不会直接发生机械碰撞。

还包括液压转向系统，所述的液压转向系统包括转向液压泵、液压转向器、前轮转向缸、后轮转向缸、四轮转向控制阀、四轮转向控制手柄、先导控制减压阀以及系统安全阀，液压油箱通过转向液压泵与液压转向器的P口连接，液压转向器工作口分别连接前轮转向缸和四轮转向控制阀，四轮转向控制阀与后轮转向缸连接，四轮转向控制手柄，用液压胶管连接在四轮转向控制阀先导油口，控制四轮转向控制阀换向；先导控制减压阀用液压胶管连接在转向系统主油路和四轮转向控制手柄进油口，为四轮转向控制手柄供油；系统安全阀安装在转向系统主油路，限制系统的安全工作压力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.改变了车架的受力状况，增加车架的使用寿命，提高底盘的通用性，降低整车底盘高度，在新的底盘上，设计了一套新型缓冲减震装置。该装置重量轻，占用空间小，可调节缓冲不同载荷，不同工况车架的受力，增加驾驶员及乘车人员的舒适性。

2.本发明适应不同巷道不同工况条件下的车辆运动状态，也即提高车辆运动的自适应性，设计了特殊的液压转向控制系统，根据不同的工况条件及需求，通过控制四个车轮不同方向的多自由度组合，实现不同条件的行驶要求，可操作性强，赋予车辆灵活自如的转向性能。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图I；

图2为本发明总体结构示意图II；

图3为本发明机架结构示意图I；

图4为本发明机架结构示意图II；

图5为本发明中缓冲减震装置结构示意图；

图6为图5中I处放大图；

图7为本发明中驱动转向结构示意图；

图8为转向液压控制图；

图中1-前右轮胎，2-机架，3-后右轮胎，4-后左轮胎，5-后左缓冲减震装置，6-前左缓冲减震装置，7-前左轮胎，8-后驱动桥及转向装置，9-后传动轴，10-分动箱，11-前驱动桥及转向装置，12-前右缓冲减震装置，13-前传动轴，14-后右缓冲减震装置，15-橡胶限位块，16-转向液压泵，17-液压转向器，18-前轮转向缸，19-后轮转向缸，20-四轮转向控制阀，21-四轮转向控制手柄，22-先导控制减压阀，23-系统安全阀，201-机架纵梁，202-机架横梁，203-中间横梁，204-左后螺旋弹簧固定座，205-减震器耳固定套杆，206-减震器固定耳，207-左前螺旋弹簧固定座，208-右后螺旋弹簧固定座，209-后右摆梁连接耳座，210-前右摆梁连接耳座，211-右前螺旋弹簧固定座，212-机架螺旋弹簧固定座卡环，213-后横拉杆耳座，214-后左摆动梁连接耳座，215-前左摆动梁连接耳座，216-前横拉杆耳座，501-螺栓I，502-螺母I，503-垫圈I，504-摆梁，505-螺栓II，506-螺母II，507-减震器，508-可调节载荷式螺旋弹簧，509-横拉杆机构，510-板簧高度限位绷带，511-卡板，512-螺栓III，513-垫圈II，801-轮边湿式制动器，802-轮边桥万向铰接装置，803-摆动梁中间固定耳座，804-轮边轴与中间驱动桥固定套，805-驱动桥螺旋弹簧固定卡环，806-驱动桥螺旋弹簧固定底座 ，807-减速器，808-驱动桥，809-转向连接固定杆，810-驱动桥横拉杆固定座，811-螺纹调节杆，812-双伸缩油缸缸杆，813-双伸缩油缸缸筒，814-螺栓IV，815-螺母III，816-双伸缩油缸固定耳，817-摆动梁固定耳座，818-转向连接固定杆耳座。

具体实施方式

车架底盘机械结构及柔性减震功能的实现。

一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，包括机架2，机架2前后两端的底部分别安装有前驱动桥及转向装置11和后驱动桥及转向装置8，机架2底部中间安装有分动箱10，分动箱10与前驱动桥及转向装置11之间连接有前传动轴13，分动箱10与后驱动桥及转向装置8之间连接有后传动轴9，前驱动桥及转向装置11两端分别连接前右轮胎1和前左轮胎7，后驱动桥及转向装置8两端分别连接后右轮胎3和后左轮胎4，机架2上每个车轮处安装有缓冲减震装置；所述的前驱动桥11及转向装置和后驱动桥及转向装置8包括驱动桥808，驱动桥808中部安装有与前传动轴13或后传动轴9连接的减速器807，减速器807实现前后传动轴与驱动桥808内的半轴以及差速器连接，驱动桥808两端安装有轮边桥万向铰接装置802，轮边桥万向铰接装置802，驱动桥808与轮边湿式制动器801之间设置有轮边轴与中间驱动桥固定套804，轮边桥万向铰接装置802上安装轮胎以及轮边湿式制动器801，驱动桥808中部固定有双伸缩油缸缸筒813，双伸缩油缸缸筒813两端的双伸缩油缸缸杆812与螺纹调节杆811连接，螺纹调节杆811与转向连接固定杆809连接，转向连接固定杆809与轮边桥万向铰接装置802铰接连接。

整体式底盘中，机架是车辆的承载部分，承载着动力及防爆装置、传动、液压、电气、气动、驾驶室和货箱（或客箱）等所有组件。同时将车桥通过缓冲减震装置与车架柔性连接起来。重量轻，结构强度大。主要由以下各件组成：

机架纵梁201、机架横梁202、中间横梁203、组成机架的主体结构。

左后螺旋弹簧固定座204、左前螺旋弹簧固定座207、右后螺旋弹簧固定座208、右前螺旋弹簧固定座211，分别与焊接在各个螺旋弹簧固定座上的机架螺旋弹簧卡环212组合，用于四个可调节载荷式螺旋弹簧508与机架一端的连接限位。

机架上前右摆动梁连接耳座210、前左摆动梁连接耳座215、后右摆动梁连接耳座209、后左摆动梁连接耳座214为4件摆梁504与机架的柔性连接端。

后横拉杆耳座213，前横拉杆耳座216为横拉杆509与机架的连接耳座，实现横拉杆与机架端的柔性连接。

缓冲减震装置是影响汽车乘坐舒适性和操纵稳定性的重要部件，同时也是机架与车辆驱动桥的中间连接装置。整个底盘由4组结构组成均相同的减震装置组成。主要包括摆梁504、减震器507、可调节载荷式螺旋弹簧508、横拉杆509、高度限位绷带510等。

其中摆梁504两端分别与机架上的摆梁连接耳座、车桥上的摆梁固定耳座817、摆动梁中间固定耳座803等三处耳座通过螺栓501、螺母502、垫圈503连接。当通过起伏凸凹路面时，通过摆梁绕螺栓的转动缓冲机架的受力。

可调节载荷式螺旋弹簧508两端分别与机架螺旋弹簧固定座上的机架螺旋弹簧卡环212及驱动桥的螺旋弹簧固定底座806上的驱动桥螺旋弹簧固定卡环805限位装配，以定位驱动桥与车架的前后位置。螺旋弹簧选用的是可调节载荷用螺旋弹簧。其结构是将小刚度螺旋弹簧安装于大刚度螺旋弹簧中，利用二级弹簧连接件将两种螺旋弹簧连接成串联形式，形成高刚度弹簧。可根据载荷重量和路况变化随时调整减震刚度。

根据设计选定的螺旋弹簧的最大压缩量，确定橡胶限位块15的厚度。当螺旋弹簧压缩到接近其极限位置时，车桥和车架之间不会直接发生机械碰撞。同时也使螺旋弹簧勉受损坏。橡胶限位块为4块，分别布置在车架底部，车桥与车架发生碰撞的部位。

为了防止车辆遇到大的起伏路面上下颠簸时，可调节载荷式螺旋弹簧508从机架螺旋弹簧卡环212或驱动桥螺旋弹簧固定卡环805中脱开，在机架的螺旋弹簧固定座和驱动桥的螺旋弹簧固定座之间的纵向位置上连接了板簧高度限位绷带510，限制由于机架的跳动可调节载荷式螺旋弹508簧脱出卡环。限位绷带由卡板511，螺栓512，垫圈513固定。

为了消减车身与车桥的震动，提高车辆行驶平顺性，减震器507上部缸筒耳固定在机架的减震器固定耳套杆205及减震器固定耳206之间，用螺栓连接。减震器507下部缸杆孔、摆动梁504中间孔、车桥上摆动梁中间固定耳座803孔同心，通过同一螺栓、螺母、垫圈连接。实现减震器的减震作用。

为了保持车身与车桥的横向稳定性，防止车辆坡度行驶或者转弯时侧移，增加车辆行驶的稳定性，在本车底盘车桥的两端设置了2套横拉杆机构509，两端分别与机架上横拉杆耳座，驱动桥上横拉杆固定座810连接。

驱动桥及转向装置是实现车辆行走及转向运动的重要机构

发动机的动力经变矩器、变速箱、分动箱传递到前后桥减速器，最后传到轮胎，实现车辆的行走。本底盘的前后驱动桥机械结构相同，为自设计驱动桥。主要组成部分如下：

轮边湿式制动器801由液压系统控制实现车辆制动功能。

轮边桥万向铰接装置802，轮边轴与中间驱动桥固定套804，通过液压耦合传动可实现轮胎的转动。

驱动桥螺旋弹簧固定底座806，驱动桥螺旋弹簧固定卡环805，用以固定螺旋弹簧与驱动桥的连接。

减速器807实现传动轴到减速器到驱动桥内半轴、差速器、再到轮边的传动。

驱动桥808，增大传递转矩，改变传动方向，并传递给左右车轮。

液压转向控制，由双伸缩油缸缸筒813、双伸缩油缸缸杆812、螺纹调节杆811、转向连接固定杆809组合，通过液压控制双伸缩油缸的行程来控制车辆转向。其中螺纹调节杆811用以调节轮胎的转动角度。

转向连接固定杆809通过螺栓与焊接在驱动桥上的固定杆耳座818连接。双伸缩油缸缸筒813通过螺栓814、螺母815与焊接于驱动桥的双伸缩油缸固定耳816连接固定。

驱动桥横拉杆固定座810用以横拉杆在驱动桥一端的连接。

摆动梁固定耳座817固定摆梁在驱动桥端的连接。

液压转向系统设置有转向液压泵16，提供系统动力源；液压转向器17，用液压胶管连接与液压泵16与前后转向缸之间；前轮转向缸18，驱动前轮转向；后轮转向缸19，驱动后轮转向；四轮转向控制阀20，用液压胶管连接于液压转向器17与后轮转向缸19之间，用于控制后轮的转动方向；四轮转向控制手柄21，用液压胶管连接在四轮转向控制阀20先导油口，控制四轮转向控制阀20换向；先导控制减压阀22，用液压胶管连接在转向系统主油路和四轮转向控制手柄21进油口，为四轮转向控制手柄21供油；系统安全阀23，安装在转向系统主油路，限制系统的安全工作压力。

车辆多自由度转向运动状态的实现。

发动机空压机带动液压转向泵16为液压转向系统提供油源，四个车轮多自由度组合转向系统可实现四种操作形式:

车辆直行，不转向：

液压转向器17从P口进油，转向器阀芯不发生位移，转向器T口回油，液压系统待压运转。

车辆前轮转向（例：右转），后轮不转向：

液压转向器17从P口进油，转向器阀芯发生位移，液压油从液压转向器17的A口流至前轮转向缸18的a1口，前轮转向缸18中的油液从b1口流至液压转向器17的B口，经转向阀芯从液压转向器17的T口流回油箱，前轮根据转向阀芯开口慢慢向右转动。

后轮因四轮转向控制阀20保持中位，油口关闭，后轮转向缸19不动作，不发生转向。

车辆前轮转向（例：右转），后轮与前轮同向转动：

首先操作四轮转向控制手柄21，使得四轮转向控制阀20的x2口进入控制油，四轮转向控制阀20换向至下位。同时，液压转向器17从P口进油，转向器阀芯发生位移，液压油从液压转向器17的A口流至前轮转向缸18的a1口和后轮转向缸19的a2口，前轮转向缸18和后轮转向缸19中的油液从b1、b2口流至液压转向器17的B口，经转向阀芯从液压转向器17的T口流回油箱，前、后轮根据转向阀芯开口慢慢向右转动。

车辆前轮转向（例：右转），后轮与前轮反向转动

首先操作四轮转向控制手柄21，使得四轮转向控制阀20的x1口进入控制油，四轮转向控制阀20换向至上位。同时，液压转向器17从P口进油，转向器阀芯发生位移，液压油从液压转向器17的A口流至前轮转向缸18的a1口和后轮转向缸19的b2口，前轮转向缸18和后轮转向缸19中的油液从b1、a2口流至液压转向器17的B口，经转向阀芯从液压转向器17的T口流回油箱，前轮根据转向阀芯开口慢慢向右转动，后轮根据转向阀芯开口慢慢向左转动。

Claims (7)

1.一种煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，其特征在于：包括机架（2），机架（2）前后两端的底部分别安装有前驱动桥及转向装置（11）和后驱动桥及转向装置（8），机架（2）底部中间安装有分动箱（10），分动箱（10）与前驱动桥及转向装置（11）之间连接有前传动轴（13），分动箱（10）与后驱动桥及转向装置（8）之间连接有后传动轴（9），前驱动桥及转向装置（11）两端分别连接前右轮胎（1）和前左轮胎（7），后驱动桥及转向装置（8）两端分别连接后右轮胎（3）和后左轮胎（4），机架（2）上每个车轮处安装有缓冲减震装置；所述的前驱动桥（11）及转向装置和后驱动桥及转向装置（8）包括驱动桥（808），驱动桥（808）中部安装有与前传动轴（13）或后传动轴（9）连接的减速器（807），减速器（807）实现前后传动轴与驱动桥（808）内的半轴以及差速器连接，驱动桥（808）两端安装有轮边桥万向铰接装置（802），轮边桥万向铰接装置（802），驱动桥（808）与轮边湿式制动器（801）之间设置有轮边轴与中间驱动桥固定套（804），轮边桥万向铰接装置（802）上安装轮胎以及轮边湿式制动器（801），驱动桥（808）中部固定有双伸缩油缸缸筒（813），双伸缩油缸缸筒（813）两端的双伸缩油缸缸杆（812）与螺纹调节杆（811）连接，螺纹调节杆（811）与转向连接固定杆（809）连接，转向连接固定杆（809）与轮边桥万向铰接装置（802）铰接连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，其特征在于：所述的缓冲减震装置包括摆梁（504），摆梁（504）一端与机架（2）底部的摆动梁连接耳座铰接连接，摆梁（504）另一端与安装在驱动桥上的摆梁固定耳座（817）铰接连接，驱动桥上还安装有驱动桥螺旋弹簧固定底座（806），机架（2）对应驱动桥螺旋弹簧固定底座（806）的位置处设置有机架螺旋弹簧固定座，机架螺旋弹簧固定座内安装有机架螺旋弹簧卡环（212），机架螺旋弹簧固定座内安装有驱动桥螺旋弹簧固定卡环（805），机架螺旋弹簧卡环（212）和驱动桥螺旋弹簧固定卡环（805）之间装配有可调节载荷式螺旋弹簧（508）。

3.根据权利要求2所述的煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，其特征在于：所述的机架螺旋弹簧固定座和驱动桥螺旋弹簧固定底座（806）之间的纵向位置上连接有板簧高度限位绷带（510）。

4.根据权利要求2所述的煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，其特征在于：还包括减震器（507），减震器（507）上部的缸筒耳固定在安装在机架上的减震器固定耳套杆（205）及减震器固定耳（206）之间，用螺栓连接；减震器（507）下部的缸杆孔与摆动梁（504）中间孔以及车桥上摆动梁中间固定耳座（803）孔同心，并通过同一螺栓、螺母、垫圈固定连接。

5.根据权利要求2所述的煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，其特征在于：所述的驱动桥上一侧安装有横拉杆固定座（810），横拉杆固定座（810）与横拉杆机构（509）的一端铰接连接，横拉杆机构（509）的另一端与机架另一侧的底部的横拉杆耳座铰接连接。

6.根据权利要求2所述的煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，其特征在于：所述的机架（2）底部设置有四块橡胶限位块（15），橡胶限位块（15）的厚度为当可调节载荷式螺旋弹簧（508）压缩到接近其极限位置时，驱动桥和车架（2）之间不会直接发生机械碰撞。

7.根据权利要求2所述的煤矿用防爆车辆多自由度柔性车体整体底盘，其特征在于：还包括液压转向系统，所述的液压转向系统包括转向液压泵（16）、液压转向器（17）、前轮转向缸（18）、后轮转向缸（19）、四轮转向控制阀（20）、四轮转向控制手柄（21）、先导控制减压阀（22）以及系统安全阀（23），液压油箱通过转向液压泵（16）与液压转向器（17）的P口连接，液压转向器（17）工作口分别连接前轮转向缸（18）和四轮转向控制阀（20），四轮转向控制阀（20）与后轮转向缸（19）连接，四轮转向控制手柄（21），用液压胶管连接在四轮转向控制阀（20）先导油口，控制四轮转向控制阀（20）换向；先导控制减压阀（22）用液压胶管连接在转向系统主油路和四轮转向控制手柄（21）进油口，为四轮转向控制手柄（21）供油；系统安全阀（23）安装在转向系统主油路，限制系统的安全工作压力。

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