一种装载机静态转向阻力矩的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种力矩的测量方法，具体是一种装载机原地转向时静态转向阻力矩 的测量方法，属于装载机转向力矩测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 装载机在正常作业、运输和行驶时需要频繁转向，转向的难易与否直接关系着整 机的性能及工作效率，故转向是整机非常重要的性能之一。整机在满载或超载运输的情 况下，由于工作场地狭小的限制，经常需要W较小的转弯半径进行转向，当转向到极限位置 时，会出现转向困难或转向比较费力的情况，一旦整机转过极限位置后，转向就变得相对容 易。分析认为：只有转向油缸提供的转向力矩大于地面的转向阻力矩时，整机才可实现转 向；大的越多，则转向越容易；反之，则比较困难。因此，在设计新产品时，需要知道同吨位 装载机的转向阻力矩有多大，W及转向阻力与地面的摩擦系数、载荷、角度等参数之间的近 似关系式，即在什么时候、什么状态下的转向阻力矩最大，从而有针对性的改变设计参数来 实现较好的经济性。然而，装载机的转向阻力和阻力矩难W把握，各种文献中提到的理论公 式都无法相对精确的估算出转向阻力矩的具体值。
[0003] 由实践经验得知，转向阻力矩的大小与转向阻力及转向油缸有关，转向阻力又与 转向系统压力有关。而目前转向油缸及其转向系统压力的选取一般都根据现有的经验来决 定，即采用类比法确定。但依据经验选择的转向油缸的转向力矩往往富余量比较大，成本 较高，经济性不化却又不能轻易减小油缸的尺寸来满足，且在转向极限位置时余量又比较 小。因此，转向阻力矩相关参数的缺乏，使得设计人员只好牺牲整机的经济性来满足。
[0004] 如何能相对准确的估算出不同吨位装载机的转向阻力矩，并提出转向阻力矩必须 满足的要求及相应的比较经济的设计余量（安全系数），则成为急需解决的问题。如此， 可W通过排查现有装载机的转向力矩是否满足要求，如果过于富余，则可W减小系统压力 或者更改为较小的转向油缸来满足，从而降低成本，提高产品竞争力；如果转向力矩余量过 小，则需要提高系统压力或者将转向缸加粗等W增大转向力矩，从而减少转向系统的故障 率，提高整机的工作可靠性，进而为后续的新产品设计和老产品的转向系统优化提供理论 和数据参考。因此，每种机型转向阻力矩的曲线图显得非常重要，转向力矩的富余量为决定 整机经济性和可靠性的直接因素之一。
[0005] 转向阻力矩分为两种：一种为静态转向阻力矩，另一种为动态转向阻力矩；动态 转向阻力矩是指整机正常转向过程中的（包括原地转向和行驶中转向）；而静态转向阻力 矩是指整机由静止开始转向瞬时的转向阻力矩，即转向油缸从无响应到有响应并开始伸缩 时对应的转向阻力矩（仅原地转向时出现）。
[0006] 根据最大静摩擦力大于滑动摩擦力的理论，轮胎转向的模型为轮胎的侧向滑动和 侧向转动的合成运动，但滑动的同时又有滚动。据此，分析认为最大静态转向阻力矩大于动 态转向阻力矩，因此只需测得最大静态转向阻力矩即可，而对于装载机的静态转向阻力矩， 现有技术并没有有效的测量方法。
【发明内容】
[0007] 针对上述存在的技术问题，本发明提供一种装载机静态转向阻力矩的测量方法， 能够得到整机任意位置的静态转向阻力矩。
[0008] 为了实现上述目的，先对装载机静态转向阻力矩的获得及相关因素进行理论分 析：
[0009] 当整机原地缓慢转向时，可近似的认为转向阻力矩等于转向系统提供的转向力 矩，整机转向越缓慢，转向力矩越接近转向阻力矩的真实值。当然，转向系统提供的先导压 力必须要推动转向系统主阀的阀芯从而使得转向油缸有伸缩响应，只是油缸的响应动作越 慢越好。而当整机由静止开始原地缓慢转向时，整机所克服的即为静态转向阻力矩。
[0010] 据此，对于装载机静态转向阻力矩的测量便可转化为对整机由静止开始缓慢转向 时的转向力矩的测量。而整机原地缓慢转向的条件有如下两点：1，发动机怠速运转，2.方 向盘的转速越慢越好，但是要满足油缸有伸缩响应。
[0011] 由于整机满载（前桥载荷占比75%左右）转向时比空载（前桥载荷占比50%左 右）转向时的阻力矩要大，故可W认为转向阻力矩与前桥载荷存在某种正相关，即前桥载 荷越大，转向阻力矩越大。而装载机的前桥载荷在整机满载且动臂平伸时最大，因此本发明 的测量方法另一要求是：整机满载，并且动臂处于平伸位置。而当整机转向时，前桥的载荷 会变大，因此前桥的转向阻力矩也会变大，故可W认为转向阻力矩与转向角度也存在某种 正相关。
[0012] 综合可见，本发明的测量方法要求的条件有；1.整机挂空挡，原地转向；2.整机满 载，并且动臂处于平伸位置；3.发动机怠速运转；4.方向盘的转速（每个机型）W实际油缸 有伸缩响应的最小方向盘转速为准（接近最小也可）。
[0013] 为了进一步验证上述推断，可对整机的转向过程建立模型并进行理论分析。
[0014] 如图1所示，ABCD0组成装载机的转向较点模型，0为前后车架较接中也点，A、B、 C、D分别为后车架右较点、前车架右较点、前车架左较点，后车架左较点。而且A点与D点、 B点与C点相对于较接中也纵向对称平面对称。由于整机向左转向和向右转向具有对称性， 为了研究方便，假设整机向左转向：
[0015] 当前车架向左转过任意角度a时，前车架右较点B转到B'，前车架左较点C转 到C'，AB'为右油缸较点中也距，DC'为左油缸较点中也距，左、右油缸对较接中也0的 力臂分别为 OF、0E，则 0B = OB' = 0C = 0C' = R，A0 = 0D = L，初始角度目=Z A0B = Z D0C。
[0016] 对此有：当前车架向左转过角度为a时，整机转向系统瞬时提供的转向力矩M 为：
[0017] M = F右*犯+F左*0F = P巧右*犯+P巧左*0F ①，
[001引其中，Ft和Ft分别代表右转向油缸、左转向油缸对整机产生的推力；P为整机转向 系统的瞬时压力，P《Pmx(额定压力），超载时，P = Pmx，转向液压系统溢流阀开启，系统开 始溢流；正常工作时，P < Pmx;S右和S左分别为右油缸和左油缸的有效面积。
[001 引 AA0B'中，AB' 2= R2+L2-2化cos(目+ a) ②，
[0020] 而 A AOB '的面积：s =如4B''OE 二户B'*OA *sin ('/3+a.)=去RLsin (.片+a) ③，
[0021] 由公式②和③可W推出：
【主权项】
1. 一种装载机静态转向阻力矩的测量方法，其特征在于，该测量方法将装载机的静态 转向阻力矩转化为对整机瞬时转向力矩的测量，具体是先选择同一片地面综合摩擦系数一 致的场地上，测量时，装载机整机满载，且动臂举升至平伸位置，同时整机发动机处于怠速 运转，整机由静止进行原地转向，在整机转向过程中测量转向系统压力P和对应的转向角 度a，将测量值代入整机转向系统瞬时提供的转向阻力矩公式：
即可获得整机相应位置处的静态转向阻力矩，式中，R为前车架铰点与铰接中心的距 离，L为后车架铰点与铰接中心的距离，0为前后铰点与铰接中心形成的初始角度，D为转 向油缸活塞缸内径，d为活塞杆直径。
2. 根据权利要求1所述的一种装载机静态转向阻力矩的测量方法，其特征在于，驾驶 员以转向油缸能推动车架进行转向的最小方向盘转速进行转向，整机从左极限转向到右极 限时，方向盘转过总圈数的一半作为基础，在此基础上将其n等份，仅测量n组数据和一项 极限位置数据；第一组数据测量时为整机由对直开始转向；第（i+1)组数据测量时，整机起 始位置为方向盘从整机对直状态转过iX总圈数/2n之后；对于每个周期进行测量时，驾驶 员均以最小方向盘转速匀速转向，每个测量周期不超过方向盘的1/4圈，其中，n为正整数， i= 0,1，2, 3......n-l〇
3. 根据权利要求2所述的一种装载机静态转向阻力矩的测量方法，其特征在于，所述 测量的转向系统压力P为测量整机由静止开始缓慢转向的瞬时系统压力值。
【专利摘要】本发明公开一种装载机静态转向阻力矩的测量方法，该方法是在同一片地面综合摩擦系数一致的场地，整机由静止开始缓慢转向，将装载机的静态转向阻力矩转化为对整机瞬时转向力矩的测量，从而可以得到整机任意位置的静态转向阻力矩。仅测量两个独立参数：转向系统压力和对应的转向角度，计算出整机静态转向阻力矩。要求整机满载，动臂举升至平伸位置，整机发动机处于怠速运转，整机由静止缓慢地进行原地转向。驾驶员以转向油缸能推动车架进行转向的最小方向盘转速进行转向，整机从左极限转向到右极限时，以方向盘转过总圈数的一半作为基础，在此基础上将其n等份，仅测量n组数据和一项极限位置数据，最终能够测量出装载机的静态转向阻力矩。
【IPC分类】G01M17-06, G01L3-00
【公开号】CN104568258
【申请号】CN201410853135
【发明人】张永胜, 郭军胜, 韩标, 黄新, 张爱霞, 其他发明人请求不公开姓名
【申请人】徐工集团工程机械股份有限公司科技分公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月31日