自行式铲运机悬架系统设计-《工程机械理论与设计》

自行式铲运机在铲装作业时，为使其工作稳定，有较高的铲装效率，需要采用刚性悬架的底盘。但在运输和回驶时，刚性悬架使机械的振动较大，限制了运行速度，极大地影响铲运机的生产率，并降低了使用寿命。

铲装作业时要求底盘为刚性悬架，高速行驶时又要求底盘为弹性悬架的这一矛盾，通过借鉴重型汽车上的油气式弹性悬架得以解决。弹性悬架现有两种结构形式：一种是日本小松和美国通用的铲运机上采用的油气弹性悬架；另一种是美国卡特皮勒的铲运机上采用的弹性转向枢架，如图8.3 所示。

图8.3　两种不同结构形式的弹性悬架

1—前桥；2—悬臂；3—随动杆；4—水平阀；5—储能器；6—牵引车机架；7—悬架油缸；8—转向枢架；9—辕架曲梁；10—减振油缸。

1.油气弹性悬架

WS16S-2 采用气控液压悬架，装有悬架锁定机构，可将弹性悬架装置锁住使机身稳定；还装有自动调整水平机构，无论载荷如何变化（如空斗和装载的铲斗），可保持铲运机离地间隙不变，图8.4 为悬架系统原理图。

图8.4　WS16S-2 型铲运机悬架系统

1—油泵；2—单向节流阀；3—悬架油缸；4—分流阀；5—液压水准阀；6—蓄能器；7—车架；8—前桥；9—悬架操纵阀；10—电磁阀；11—储气罐；12—控制箱；13—随动阀；14—气缸；15—速放阀；16—单向阀；17—弹簧衬套链节；18—摇臂；19—水平控制阀；20—悬臂。

悬架锁定机构的工作原理：当悬架操纵阀9 关闭时，电磁阀10 电路被切断，气缸14 使液压水准阀5 在下降位置，悬架油缸3 的大腔回油，关闭通向蓄能器6 的油路，这时为刚性悬架。

悬架操纵阀开启，压缩空气使气缸14 的活塞杆向外推出，液压水准阀5 的阀杆换位，使悬架油缸3 的大腔进油，水准阀5 定位在将油泵来油泄回油箱位置。这时根据运输工况的需要，悬架油缸3 的活塞给蓄能器6 中的压缩氮气以不同的压力，形成有效的弹性，成为弹性悬架。(www.xing528.com)

水平控制机构的工作原理：当悬架油缸3 的活塞杆在某一负荷作用下缩回到某种程度，车架7 和悬臂20 之间的距离随之减小，随动杆13 上移，带动摇臂18 压向上水平控制阀19，使之换位，压缩氮气进入气缸14，使液压水准阀5 在上升位置，压力油进入悬架油缸3 的上腔，活塞杆外伸，使车架和悬臂之间的距离增加，随动杆13 拉动摇臂逐渐离开左上水平控制阀。当悬架油缸活塞杆回复到其原来位置时，随动杆也回复到原来位置，左上水平控制阀又恢复右位工作，气缸14 在右腔密封气体压力的作用下复位，液压水准阀5 也回复到“定位”位置。由刚性悬架变弹性悬架时也有这样一个动作过程。

2.弹性转向枢架

由于转向枢架与牵引车之间用一个水平铰销进行铰接，使牵引车与铲斗可有一定的横向摆动。在铲运机高速行驶时，存在牵引铰接装置的冲击振动。

美国卡特皮勒公司生产的627B 型自行式铲运机在牵引车和铲运车之间设有氮气-液压缓冲连接装置，可减缓车辆运行时的振动冲击，减轻司机疲劳，降低对道路的要求，提高车辆行驶速度，其连接缓冲装置如图8.5 所示。

图8.5　627B 型铲运机连接缓冲装置

1—上连杆；2—缓冲油缸；3—水平控制阀组（包括20、21 两部分）；4—蓄能器；5—牵引车架；6—板弹簧；7—下连杆；8—铲运车枢架；9—后转向枢架；10—前转向枢架；11—油箱；12—油泵；13—主溢流阀；14—单向阀；15—放油阀；16、24—先导阀；17—油缸单向阀；18—溢流阀；19—选择阀；20—先导阀组；21—定位组合阀；22—定位阀；23—锁定单向阀；25—节流孔口。

在前转向枢架和后转向枢架之间，用两个连杆1 和7 相连构成了具有一个自由度的平行四连杆机构，由缓冲油缸2 控制这个自由度的运动。缓冲油缸的下腔为工作腔，与装有氮气的蓄能器4 通过节流孔口相连。蓄能器中的氮气如同弹簧，受压时吸收振动，弹回时氮气膨胀使液流停止并回流，节流孔起阻尼作用。选择阀19 置于司机室右侧，有升斗/弹性、升斗/锁定、降斗/锁定 3 个位置。选择阀位于锁定位时，液压缸大腔和蓄能器的油液接通油缸的小腔，铲运机为刚性连接，用于铲装或卸土作业，保证强制控制铲刀位置。选择阀位于弹性位时，液压泵向氮气蓄能器和液压缸大腔供油，液压缸的活塞杆推出，铲斗的前部被顶起，这时铲斗前部支承在油气弹性悬架系统上。

水平控制阀组由先导组合阀（其上有主溢流阀、单向节流阀、放油阀、先导阀、油缸单向阀和溢流阀）和定位组合阀（其上有定位阀、锁定单向阀和先导活塞）用螺栓组成一体，装在弹性连接处，起控制油液通向蓄能器及液压缸各腔的作用。

弹性悬架与弹性转向枢架两者的结构，若从原理上分析，前者的缓冲减振性能应优于后者，但其零部件数较多，结构较复杂。