王 耘，林景高，康翌婷

(1.安徽江淮汽車技術中心，安徽 合肥 230091；2.中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會，北京 100860；3.北京科技大學機械工程學院，北京 100083)

汽車機械

礦用汽車懸架系統(tǒng)的研究綜述

王 耘1，林景高2，康翌婷3

(1.安徽江淮汽車技術中心，安徽 合肥 230091；2.中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會，北京 100860；3.北京科技大學機械工程學院，北京 100083)

礦用汽車運行環(huán)境惡劣，對車輛的平順性和行駛穩(wěn)定性有很高的要求。近年來礦用汽車懸架系統(tǒng)形式不斷革新。從彈性和阻尼元件以及導向機構兩方面介紹了國內(nèi)外剛性自卸車懸架系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，指出油氣彈簧是目前使用最廣泛的彈性和阻尼元件，并概述了多種形式導向機構的優(yōu)缺點?；旌线B通式主動控制油氣懸架以及新形式的導向機構都是未來礦用汽車懸架系統(tǒng)的研究方向。

礦用汽車；懸架系統(tǒng)；油氣懸架；導向機構

0 引 言

非公路(礦用)自卸車是在露天礦山為完成巖石土方剝離與礦石運輸任務而使用的一種重型自卸車，主要分為鉸接式自卸車和剛性自卸車兩類。相對于鉸接式自卸車而言，剛性車的車架是整體式的，沒有鉸接體或擺動環(huán)，采用4×2驅動，載重量范圍很廣，從20～400 t之間均有相關產(chǎn)品，是主要的礦山運輸設備。剛性車又可以分為液力機械傳動和電傳動兩種，這兩種驅動形式的剛性礦用車雖然在傳動系統(tǒng)上有本質性的不同，但是在懸架系統(tǒng)方面無甚差異。由于非公路自卸車的運行環(huán)境復雜，路況惡劣，對懸架系統(tǒng)的要求很高。懸架系統(tǒng)主要由彈性元件，阻尼元件以及導向機構三個部分組成，下面就分別對剛性自卸車的這三部分的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀進行綜述。

1 彈性與阻尼元件的發(fā)展現(xiàn)狀

鉸接式自卸車的彈性和阻尼元件主要有：螺旋彈簧、橡膠彈簧、空氣彈簧和液壓減振器，以及油氣彈簧。

盡管剛性自卸車的懸架系統(tǒng)經(jīng)歷了傳統(tǒng)的金屬彈簧(如鋼板、螺旋、扭桿彈簧)及減振器，橡膠彈簧，可壓縮液體懸架幾個階段，但由于它們承載能力上的限制，油氣彈簧成為目前應用最廣泛的剛性自卸車懸架系統(tǒng)的彈性與阻尼元件。

油氣懸架是以氣體(氮氣)作為彈性介質，以油液作為傳力介質，以懸架缸內(nèi)部的節(jié)流孔、單向閥等作為減振器元件的一種懸架。油氣懸架具有非線性剛度特性、非線性阻尼特性、儲能比大、吸振性能好、車身高度可調、剛性閉鎖和結構緊湊等優(yōu)點。

油氣懸架按照蓄能器形式可分為單氣室、雙氣室、兩級氣壓式等；按照車橋各懸掛是否相連可分為獨立式和連通式；按照車輛行駛過程中懸掛控制是否需要外部能量輸入分為被動、半主動和主動。目前國外油氣懸架已經(jīng)商品化，應用于自卸車、全地面起重機等。非公路自卸汽車多采用獨立式被動油氣懸架，LIBHERR全地面起重機系列在路況好的情況下采用獨立式懸架，而在路況惡劣的情況下采用互聯(lián)式懸架。

2 導向機構的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 前懸架的導向機構型式

剛性礦用自卸車前懸架結構有兩種：非獨立懸架和獨立懸架。其中非獨立懸架主要是雙縱臂式，只在較少的車型中應用，而獨立懸架的形式則多種多樣，并廣泛應用在液力機械傳動和電傳動的車型中。按照導向機構的不同可分為單縱臂式，雙叉臂式，燭式以及復合連桿式懸架。

(1)雙縱臂式

Unit Rig公司MT-4000之后的MT系列前懸架都采用了雙縱臂式非獨立懸架。這種形式大大降低了車架的應力負荷，也改善了行使性能。這種懸架形式使得轉向油缸直接安裝在前橋上，從兩個縱臂間穿過。。目前這種懸架仍在MT系列車型上使用。

雙縱臂式懸架受力簡單，左右懸架只承受軸向力，使用壽命長，但是整體式前橋結構復雜，非簧載質量較大，整車質心位置偏高，而且非獨立懸架相對于獨立懸架存在諸多不足，比如一側車輪的跳動必然會引起另一側車輪在橫向平面內(nèi)發(fā)生擺動，所以目前剛性自卸車上傾向于使用獨立懸架。

(2)單縱臂式

Euclid公司的8170和柳工首鋼重型汽車廠的190 t電動輪自卸車均采用單縱臂式獨立懸架，縱臂可以圍繞著其擺動軸線相對于車架上下擺動，左右懸架可以獨立運動，而且也只承受軸向力。該形式懸架結構復雜，整車非簧載質量較大，質心位置偏高，但懸架受力簡單，使用壽命長。

HITACHI公司的EH3500采用前置定位臂式懸架，其形式與單縱臂式懸架類似，是其衍生。但油氣懸架的活塞桿未安裝在輪軸上，而是安裝在定位臂上，因此活塞桿不在缸筒內(nèi)旋轉，前置定位臂的垂直運動避免了輪胎的磨損。

(3)燭式

燭式懸架在當今的剛性礦用自卸車上應用最為廣泛，比如Komatsu公司的630E、730E、830E、930E，徐工的DE170，和湘潭電機的SF32系列等。燭式懸架結構簡單，車架龍門梁內(nèi)空間較大，發(fā)動機總成位置可以降低和前移，使整車質心高度下降，對提高汽車的操縱穩(wěn)定性有利。但懸架系統(tǒng)受力復雜，整個前橋的縱向行駛阻力、垂直載荷、橫向側偏力等都由油氣懸架承擔，而且由于主銷內(nèi)傾角的作用，前輪距會隨前油氣懸架的上下運動而發(fā)生變化，從而引起輪胎的橫向滑移，加重了輪胎以及前油氣懸架桿筒與缸筒之間的磨損，也影響到輪胎和油氣懸架的使用壽命。

(4)雙叉臂式

LIBHERR公司的一系列車型及三一重工的220 t電動輪自卸車均采用雙叉臂式獨立懸架(圖1)。

圖1 雙叉臂式獨立懸架

雙叉臂式獨立懸架是比較復雜的空間機構。只要合理地選擇懸架結構參數(shù)和適當?shù)夭贾?，就可以將輪距和車輪定位參?shù)的初始值及其變化限制在一定范圍內(nèi)，保持良好的行駛穩(wěn)定性，并能使懸架與轉向桿系的運動干涉減小，不易發(fā)生跳擺，故在剛性自卸車中得到應用，但是由于結構復雜，所占的布置空間比燭式懸架要大很多，所以并未廣泛使用。

(5)復合連桿式

復合連桿式懸架(圖7)作為一種新型的獨立懸架形式已經(jīng)申報專利，并應用在徐工DE300、DE400(國內(nèi)最大噸位的剛性自卸車)，和北車集團的EQ190電動輪車型上。

圖2 復合連桿式獨立懸架

復合連桿式前懸架用簡單的結構布置，在利用油氣懸架作主銷，保證前輪定位參數(shù)的同時，解決了一般礦用汽車油氣懸架作主銷時載荷條件惡劣、磨損嚴重的問題，來自車輪的橫向力和縱向力分別有橫拉桿和斜拉桿承擔，而且油氣懸架處雙關節(jié)軸承連接能消除兩個連桿之間的內(nèi)應力，提高前懸架系統(tǒng)和車架的整體使用壽命。

3.2 后懸架的導向機構型式

由于剛性礦用自卸車大多都采用整體式后橋，所以后懸架主要為非獨立懸架。形式主要包括A型架橫拉桿式和四連桿式。

(1)A形架橫拉桿式

如今國內(nèi)外大部分的車型比如Komatsu，Caterpillar以及國內(nèi)徐工的全線剛性車型都采用A型架橫拉桿式后懸架(圖3)。A型架約束了后橋三個方向的位移自由度，主要承擔縱向力，橫拉桿約束的后橋橫向的擺動自由度，主要承擔橫向力，兩個油氣懸掛缸只承受垂直方向的力。這種形式簡單可靠。

圖3 A型架橫拉桿式懸架

(2)四連桿式

Liebherr的T252GB、T262GB、T282B采用了四連桿式非獨立懸架(圖4)。這種后懸架形式由一個上三角控制臂和兩根底部縱拉桿組成，后橋所有的受力都直線傳遞給車架，降低了應力集中。兩個油氣懸掛的支撐點將車架的力都從橋殼頂端直接傳遞給輪胎，這樣使得車架的長度更短，重量更輕，并且不會給橋殼造成彎矩。

圖4 四連桿式懸架

(3)獨立后懸架

剛性自卸車后懸架也有采用獨立懸架的形式，如Liebherr的TI272、TI274(圖5)。TI274采用兩套獨立后橋，四個后輪由兩臺電機分別驅動，能為自卸車提供良好的牽引性能，并大大減少輪胎的磨損。獨立的后橋可以使每個后輪在崎嶇不平的路面上承受大致相同的地面壓力，從而減少輪胎的過載情況。

圖5 Ti車型的后懸架

由于Ti車型的后橋是斷開式的，配備由Liebherr研發(fā)的直接負載獨立懸架，不需要要縱向或橫向的連桿。這種懸架的獨特之處在于電動機殼與后橋垂直起到連桿的作用，側向力通過貨箱傾卸銷軸直接傳遞到車架，油氣懸掛安裝在雙胎之間，每一套獨立的后軸可以沿中心方向擺動4度左右。

3 發(fā)展方向

在彈性和阻尼元件研究方面，連通式主動控制油氣懸架目前已經(jīng)發(fā)展到初步應用階段。從現(xiàn)在廣泛應用的獨立式被動油氣懸架系統(tǒng)發(fā)展到連通式主動油氣懸架系統(tǒng)，可以實現(xiàn)橫向穩(wěn)定性的主動控制。再進一步可發(fā)展到單橋上相互連通且車橋間也相互連通的混合連通式主動油氣懸架系統(tǒng)，可滿足縱向行駛平順性及縱向穩(wěn)定性的要求。

在導向機構研究方面，復合連桿式前懸架以其獨特的優(yōu)勢必將在剛性自卸車市場中廣泛應用，設計新型導向機構的獨立前懸架以滿足更精確的定位參數(shù)要求是未來發(fā)展方向。由于局限于整體式后橋的形式，后懸架導向機構也只能采取非獨立懸架的形式，但若是剛性自卸車的后橋形式發(fā)生大規(guī)模的技術變革(如LIEBHERR的TI系列斷開式后橋)，那么后懸架系統(tǒng)的導向機構也將隨之向獨立懸架方向發(fā)展。

[1] 孫博，胡順安，周俊，等．國內(nèi)非公路礦用自卸車發(fā)展現(xiàn)狀研究[J]．煤礦機械，2010，31(8)：15-16．

[2] 劉晉霞，張文明，董翠燕．鉸接式自卸車與剛性自卸車的比較[J]．礦山機械，2003，(9)：21-22．

[3] 張學艷，羅維東，張文明，等．鉸接式自卸車懸架系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．煤礦機械，2011，32(10)：5-7.

Research Status of Suspension System used in Rigid Off-Highway Dump Truck

WANG Yun,LIN Jing-gao,KANG Yi-ting

(1.Technology Centre, Anhui Jianghuai Automobile Cooperation, Anhui Hefei 230091;2.China Ocean Mineral Resource R&D Association, Beijing 100860;3.School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology, Beijing 100083, China)

The operation condition of mining truck, a common off-highway vehicle, is so hash that it demands suspension system with high performance. The application status of suspension system used in rigid dump truck is reviewed from two aspects: elastic and damping components, and linkage mechanism. Hydro pneumatic suspension is widely used in rigid dump truck, and the advantage and disadvantage of main linkage mechanisms are introduced. Interconnected-hydro pneumatic suspension with active control and new type of linkage mechanism are future research direction of suspension system used in rigid dump truck.

mining truck; suspension system; hydro pneumatic suspension; linkage mechanism

2016-06-08

王耘(1982-)，男，安徽合肥人，工程師，主要從事乘用車商用車車身設計研究。

國家863計劃課題“地下智能礦用汽車”，項目編號：2011AA060404。

U469.4.03

C

1008-3383(2017)03-0178-03