1、250第二章 船厂用自行式液压载重车第一节 船厂用自行式液压载重车概述船厂用自行式液压载重车主要用于在建船体分段船厂内不同工段件的搬运，可以在有限空间内穿梭转场，大大提高了船厂生产进度。船厂用自行式液压载重车具有超重载荷搬运、机动灵活、自行驶、高稳定性以及高通过性等优异性能，广泛应用于大件超重型货物和工程设备等的陆上运输，是对大型零部件以及产品进行运输和转场的常用运输工具，如图 2-2-1 为船厂用自行式液压载重车。图 2-2-1 船厂用自行式液压载重车一、 船厂用自行式液压载重车的发展现状1 国外自行式液压载重车的现状国外早在20世纪30年代开始研制船厂用自行式液压载重车(又称全液压自行走平
2、板车) ，经过几十年的研究，目前的液压载重车已实现了高度自动、全液压、计算机控制，不仅有适应超大型物件运输及安装的组合式液压载重车，还有满足不同要求的各种各样的液压载重车，如图2-2-2为SCHEUERLE公司生产的船厂用自行式液压载重车。德国 SCHEUERLE 制造的运输车辆运载量达到 15000 吨。索埃勒自行式液压运输车辆主要有两种模块，4 轴线和 6 轴线。单个模块的车宽为 2430 mm，高为 1500350 mm，轴距为 1400 mm，6 轴线模块的总体长度为 8400 mm，两模块横向拼接时，中间加一纵梁，总宽度为 5330 mm。4 轴线和 6 轴线模块总重分别为 160
3、吨和 240 吨。德国GOLDHOFER的重载模块车能够运输有效载荷的范围为 70吨到10000吨。为运输大型的重心高的货物，平台挂车可以在纵向和横向连接起来。重载模块车架的中间梁是箱形截面，储气缸和储油液压缸及转向系统在转向架中连接为一体以防止破坏。带液压轴悬架的摆动车桥是与液压辅助回路(3点或4点支承 )互联的，在这些辅助回路中可得到相等的轴向载荷。重型模块251使用2个循环回路的液压全轮转向系统，安有立式止推轴承的模块转向角是60，安球轴承的转向角为55。电子同步转向可以不依赖模块的位置而实现中间转向点转向。为运输超重型货物，该公司提供了静压力传动的自行走重型运输车。牵引力和运行速度主要
4、取决于驱动轴线的数目，也与电源组的输出有关。PSTE系列的自行走运输机运用电子多向转向装置，转向角可达110。此转向系统可用于单个模块也可用于纵向和横向的结合体上。转向模式有直行、横行、斜行和沿长轴上一点弧形旋转等，可通过遥控控制转向。每个轴都是用传感器和液压缸控制的，因此系杆不用重新排列。图 2-2-2 船厂用液压载重车2 国内自行式液压载重车的现状我国在20世纪80年代开始了液压载重车的研究与制造工作。尤其是船厂用平板运输车的研制，主要有秦皇岛通联集团、苏州大方和湖北三江航天万山特种车辆有限公司的产品已经占有一定的市场份额，本世纪初，有更多的特种车辆生产企业加入了这个行业，如图2-2-3所
5、示为江苏海鹏特种车辆有限公司生产的船厂用液压载重车。图 2-2-3 船厂用自行式液压载重车二、 船厂用自行式液压载重车整体结构与主要技术参数1 船厂用自行式液压载重车整体结构(1) 载重平台 此载重平台是常用的载重模块，其顶部用于承载船体分段，下部连接转向系统、悬挂系统、动力舱及驾驶室，其长度宽度即为车体外形的长度宽度，如图 2-2-4 所252示，车体外形尺寸为 16500 mm2500 mm。图 2-2-4 载重平台(2) 悬挂机构 如图 2-2-5 所示，悬挂机构主要由悬挂架、平衡臂、悬挂油缸、摆动轴和轮胎轮辋构成，其中驱动悬挂摆动轴内安装轮边减速机和液压马达。动轴能够自动适应横坡的要求
6、，保证每个轮胎承载基本相同。悬挂系统采用静液压传动形式，分组构成的 3 点及 4 点悬挂分组能够均匀分配载荷，防止车架扭曲，根据行驶路面情况自动进行伸缩补偿； 1231.平衡臂 2.悬挂架 3.悬挂油缸图 2-2-5 悬挂结构图(3) 从动桥 如图 2-2-6 所示，从动桥上配置盘式制动器及气制动器用以承担载荷及行车、驻车制动；车辆中的从动桥主要作用为从动承担负载，行车或驻车过程中进行制动。按照制动力矩要求，一般情况轻系列船厂用载重车从动桥采用单空气制动缸，通过机械结构控制左右两个盘式制动器；重系列船厂用载重车则在每个从动桥上安装两个空气制动缸，用以分别控制左右两个盘式制动器。2531.轮辋
7、2.轮胎 3.端盖 4.轮毂 5.螺母 M20 6.刹车鼓 7.轮轴 8.双腔储能制动分泵 9.平衡臂 10.分泵支架图 2-2-6 从动桥结构图(4) 驱动桥 如图 2-2-7 所示，驱动桥中装有高速液压马达（或低速大扭矩马达，不带减速机） ，行星传动减速机，通过减速机提升扭矩后驱动轮胎进行旋转，从而驱动整车前进或后退。设计驱动桥时需要注意以下几点：驱动桥钢结构应具有足够强度及刚度由于驱动桥中安装的马达需引出油管及排量控制线和转速传感线，需在驱动桥上开孔，这势必会降低驱动桥的强度；驱动桥端部法兰盘不得与气嘴干涉由于轮辋、轮胎及气嘴与驱动桥之间存在相对的旋转运动，气嘴距离轴心最近，所以避免气嘴
8、与法兰干涉即可使得轮胎自由旋转；开孔应便于后期维护。1.轮辋 2.轮胎 8.25-15 3.马达减速机组 4.螺栓 M14 5.螺栓 M146.轮轴 7.螺栓 M16 8.螺母 M95图 2-2-7 驱动桥结构图(5) 驾驶室 载重车在前后两端安装有配置完全相同的驾驶室，可根据不同工况选择其中任意驾驶室进行操作，船厂用载重车通常配置两个同等配置的驾驶室，在正常行车工况下只有一个驾驶室具有控制权，可以防止另一端驾驶室的误操作，以保证行车的安全可靠，吊装在载254重平台前后两端平面之下，安装后驾驶室底面高度需满足最小离地间隙要求，同时驾驶室、驾驶室门不得与转向后的轮胎干涉。考虑驾驶人员操作的舒适性
9、及通用性，通常将驾驶室各操作器件按照汽车驾驶室布置。一般配置防震座椅、液晶显示器、空调、暖风、CD 播放器及收音机等，如图 2-2-9 所示为驾驶室外形图。图 2-2-8 驾驶室外形图2 船厂用自行式液压载重车的主要参数车辆的主要参数包括：车辆额定装载质量；车辆自身质量；轴线数/悬挂数；驱动轴线数量；从动轴线数量；半轴载荷；车速（空载平地最高车速及满载平地最高车速） ；爬坡能力（横向坡度及纵向坡度） ；轮胎规格/数量；轮辋规格 /数量；载重平台外型尺寸；载重平台顶面高度；载重平台升降行程；最小离地间隙（驾驶室与动力舱） ；中心回转半径及发动机型号/功率。通常所说的重系列及轻系列船厂用自行式液压
10、载重车按照半轴载荷区分，其中半轴载荷为16T 的称为轻系列载重平台；半轴载荷为 32T 的称为重系列载重平台。采用不同半轴的同时，轻系列、重系列车亦采用不同的轮胎及轮辋。表 2-2-1 列写了 JHP250ZXP 的主要技术参数，供读者参考。表 2-2-1 JHP250ZXP 的主要技术参数额定装载质量 250000 kg最大装载质量 270000 kg车辆自身质量 60000 kg载重质量 轴载质量 31000 kg悬挂总数 10轴线总数 5驱动轴数量 4悬挂轴线 从动轴数量 6空载车速 012 km/h动力 满载平地车速 06 km/h255满载爬坡车速 02 km/h性满载爬坡能力 纵坡
11、 6 % 横坡 2 %轮胎规格 12.00-20轮胎数量 40轮辋规格 8.5-20轮胎轮辋 轮辋数量 40平台最低位置 1600 mm平台升降行程 700 mm平台长度尺寸 16500 mm平台尺寸 平台宽度尺寸 5100 mm发动机 道依茨增压空空中冷发动机发动机型号 BF6M1015CP发动机功率/转速 300 KW/2100 rpm发动机发动机进气形式 增压中冷第二节 船厂用载重车主要结构设计一、 载重车的车架载重车的车架也即载重平台一般为 Q345 钢板焊接结构，所有纵梁、横梁及辅助梁均采用工 字形结构，大焊缝高度满焊以确保结构坚固可靠。针对主要承重梁分布情况，载重平台可分为中大梁承
12、重式和边大梁承重式，如图 2-2-9 所示。中 大 梁 承 重 形 式边 大 梁 承 重 形 式图 2-2-9 载重平台横向截面图256中大梁承重式优点在于车体整体刚性大，抗扭曲能力突出，力学承载能力优秀；边大梁载重式优点在于车体中部空间充裕，便于液压管路及电气线路布置，这种布置方式尤为适合广泛应用液压传动、液压管路及电气线路繁琐的系统。载重平台设计中需要注意的问题包括：(1) 轴间距最小允许值涉及到独立转向时轮胎之间是否干涉，需同时考虑轮间距方可最终确定（轮胎长时间使用边缘变大） ；(2) 回转支承底座与纵梁间距涉及独立转向时轮胎与纵梁是否干涉，须同时考虑轮间距方可最终确定（轮胎长时间使用边
13、缘变大） ；(3) 回转支承安装面处刚度重载时回转支承安装面变形，引起回转支承变形将导致转向失灵，甚至回转支承及机械结构失效；(4) 回转支承所在横梁及圆盘处理工艺回转支承安装面粗糙度及挠度要求高，需焊后加工；(5) 车体中部连接由于动力舱上部横梁间距较大，4 点悬挂分布时，中部受扭情况严重。二、 载重车的悬挂机构1 载重车的悬挂机构的组成悬挂机构由平衡臂、悬挂架、悬挂油缸组成。平衡臂承受弯曲作用，要求具有较大刚度及强度，通常采用锻件加工而成；悬挂架与回转支承通过高强度螺栓连接在一起，承受拉力，在转向过程中，转向力矩经由悬挂架、平衡臂传递给车桥，悬挂架承受巨大扭曲作用。通常悬挂架采用箱式结构焊
14、接，并严格要求焊接质量；悬挂油缸通常采用柱塞缸，回程依靠车辆重力压缩完成。设计中，在满足车体升降行程的同时，使车桥轴线与回转支承尽量接近，这样可使轮胎在转向过程中减少滑动摩擦情况的发生。在车体中位高度时，轮胎中线与回转支撑中心线重合，可使转向效果最佳。液压载重车液压悬挂的采用，除了提供整车升降和调平的功能外，更重要的是液压油缸的伸缩补偿功能保证了运行过程中轮组均匀承载，避免打滑，以适应路面不平的情况，维持运行的安全可靠。平台车升降设计原则是除了满足各部件的结构强度外，能得到规定的液压载重车高度的升降范围 1400300mm。其油缸为单作用柱塞缸，油缸通过关节轴承耳环与悬挂架及平衡臂连接。在液压
15、力的作用下柱塞缸往外伸，悬挂架与平衡臂之间夹角不断变大，液压载重车可由最低伸至最高。在液压载重车及其自重作用下柱塞往回收，车架可降至最低，同时通过悬挂油缸的伸缩动作，液压载重车还可以适应凹凸不平的路面。2 载重车悬挂机构数学模型的建立257以 MLZ150T 液压载重车为例，液压悬挂结构可以简化为平面滑块摇杆机构，如图 2-2-10所示。AB 为悬挂架，与回转支承相连，转向机构带动回转支承旋转，而悬挂架由回转支承带动转动，相对车架没有升降运动，在悬挂机构中相当于机架；AC 为悬挂液压缸，其伸缩长度决定液压载重车升降高度；BCD 为平衡臂，通过 B、C 、 D 三点分别与悬挂架、悬挂液压缸及车桥
16、轮轴连接。 BCDALabc1ded1d2图 2-2-10 悬挂机构简图A 点与 B 点之间的距离为 a，B 点与 C 点之间距离为 b，L 为悬挂处于中位时液压缸的初始长度， 为起始转向角度， 为转动角度。设当悬挂转角为 时，液压缸的行程为 ，则有Cx(2-2-1)cos22axLc转向执行机构的力平衡方程为(2-2-2)s(21 GdF式中 为液压缸的输出力，N ；F为悬挂缸转动力臂，m ；1d为轮胎受力中心 D 点的转动力矩；2G为轮轴中心受力，N。根据三角形面积公式(2-2-3)12)sin(21dxLabc可得(2-2-4)cosi21abd即258(2-2-5)cos()cos(2
17、in2 GdabF三、 载重车的转向机构1 载重车的转向原理以 MLZ150T 液压载重车为例，转向机构通常采用平面连杆机构，如图 2-2-11 所示。该机构由轮胎 1，回转立柱 2，回转支承 3，编码器 4，转向架支座 5，转向臂 6，转向油缸 7，转向油缸支座 8，转向连杆 9 及悬挂架 10 组成。其中转向油缸采用活塞缸结构，伸出或缩回动作可使车桥沿逆时针或顺时针方向转向，通过合理设计连杆机构的集合尺寸及合理选择油缸，可获得做够大的转向角度范围及足够的当量力臂。1 2 34 5 67 89 1 0OABCP ( P x , P y )Q ( Q x , Q y )图 2-2-11 平面连
18、杆机构式转向机构如图 2-2-12 所示，针对该机构建立的力学模型，通过 matlab 仿真、优化，可获得角度及力学特性曲线以供机械设计参考。OABCP ( P x , P y )Q ( Q x , Q y )xyT oT s259图 2-2-12 转向机构力学模型简图2 载重车转向机构数学模型的建立为了满足不同工况，液压载重车采用全轮独立转向和转角微电控制，可实现直行、斜行、横行、转向、头尾摆动、中心回转等转向模式。下面以八字转向为例，建立各车轮间转向角度的综合数学模型，如图 2-2-13 所示。ORSL左右图 2-2-13 转向模型设转向时左侧悬挂转角为 ，右侧悬挂转角为 ，转向中心到运输车中心线的距离为 R，左右轮距为 S，轮轴间距为 L，以车的前进方向为正向，逆时针转向为正角，顺时针转向为负角，建立运输车八字转向时右转的数学模型：(2-2-6) L/)2(cot/t1SR将 与相应的 值交换，则得到运输车左转时的数学模型。ii
