基于阿克曼原理的16轮起重机转向机构设计_张鑫1

【阿克曼转向原理】 阿克曼转向原理是由Rudolph Ackermann提出的，它是一种汽车转向设计理论，旨在确保车辆在转向时，所有车轮都能沿着最理想的滚动轨迹运动，避免轮胎打滑，减少转向阻力。对于常规的4×2车辆，即两前轮驱动的车辆，在转向时，两个前轮的转向轴线延长线应交汇于后轴的延长线上，以实现阿克曼转向。这种设计使得所有车轮在同一时间达到相同的转弯半径，从而保证车辆的稳定性和操控性。 【16轮起重机转向机构设计】 在16轮600吨轮胎式船艇搬运起重机（游艇吊）的设计中，阿克曼转向原理的应用更为复杂。该起重机拥有8组共16个车轮，每组两个车轮通过车桥连接，并由一个回转机构共同驱动旋转。回转机构包含回转支承、编码器、液压缸和回转柱，这些部件共同作用以实现精确的转向控制。 【转向模式】 起重机能够实现9种不同的行走模式，包括直行、斜行、阿克曼转向以及原地360°转向。在阿克曼转向模式下，所有16个车轮围绕同一瞬时圆心进行无滑移的滚动。为了达到这个效果，必须解决每个车轮的转向角度问题。 【转向角度计算】 利用MathCAD软件，可以计算出各车轮之间的转向角度关系。根据阿克曼转向原理，可以列出一系列等式，例如：车轮1和4、2和3、5和6、6和7的转向角度相等，以及关于车轮与瞬时圆心距离的几何关系。这些等式有助于找到满足阿克曼转向的车轮转角。 【控制系统】 为了实现对每个车轮转角的精确控制，设计采用了PLC（可编程逻辑控制器）配合编码器和液压系统。通过PLC接收来自遥控器的指令，结合编码器监测车轮位置，液压系统则执行实际的转向动作。以其中一个车轮为基准，可以解算出其他车轮的转向角度，确保所有车轮同步转动，符合阿克曼转向原则。 【总结】 基于阿克曼原理的16轮起重机转向机构设计，解决了大型轮胎式起重机在复杂环境下的灵活转向问题。通过数学建模、精确控制技术和液压系统的集成，实现了对16个车轮的独立控制，确保了起重机在不同行驶模式下的稳定性和操作精度。这种设计对于提升重型机械的作业效率和安全性具有重要意义。