铰接式车辆转向稳定性特性分析

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铰接式工程车辆,包括装载机、铲运机、集材机等,具有转向半径小、转向机动性好等优点,主要应用于矿山开采、能源利用、工程建设等领域。由于铰接式车辆前后车体通过纵向销轴连接在一起,车体结构不规则,故其在转向过程中极易发生倾翻。典型的铰接轮式装载机的倾翻事故多发生在斜坡及更为恶劣的路面,以及高速运输急转弯的情况下。研究发现,稳定性好的铰接车辆,不仅能保证操作人员的人身安全,还能有效降低铰接车辆在地形复杂路面上的失稳,在不过分降低车速的前提下作业行驶,从而提高生产效率。本文主要针对铰接轮式装载机的转向稳定性进行了相关的理论分析及仿真试验。首先在国内外对铰接车辆稳定性研究现状的基础上,根据铰接车辆静态稳定性理论,对装载机斜坡上行驶及转向过程中的静态横向一级、二级稳定性进行了分析;然后对模型静态、动态坐标下的轮胎变形量、地面对轮胎的垂直作用力及重心位置进行了求解,此外根据机械系统动力学,建立了合适的装载机斜坡转向动力学模型,运用MATLAB对整车系统的动力学方程进行了求解;其次将Solidworks中建立的装载机模型,通过x_t格式导入ADAMS/View中,重新添加材料属性及约束,编写合适的轮胎及路面文件,最终完成了虚拟样机的建立;最后将动力学模型仿真结果和虚拟样机模型仿真结果进行了对比,验证了模型的正确性。通过装载机动力学仿真,分析了不同速度、转向角、斜坡角度对转向稳定性的影响;根据铰接式车辆侧倾稳定性评价指标,选取了横向加速度、侧倾角、重心位移、横向载荷转移率(LTR)等参数对装载机的动态稳定性进行分析与评价,为铰接工程车辆转向稳定性的分析提供了具有一定参考价值的数据和分析方法。
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