一种转向悬架油缸及其悬架转向系统

摘要

本发明公开了一种转向悬架油缸，集成转向油缸、转向中位锁定油缸、悬架油缸为一体；向转向腔一或转向腔二充油，驱动齿条向右或向左运动，通过齿轮齿条机构带动齿轮旋转，齿轮与缸底三固定，带动与缸底三连接的传动件旋转，再通过花键结构带动连接座旋转，连接座与转向节连接，进而实现车辆转向功能；向转向中位锁定腔一和转向中位锁定腔二同时充油，推动活塞三、活塞四运动，最后将活塞三、活塞四推至锁定座处；通过螺母、锁定座的配合与将齿条固定在锁定位置，进而实现车辆行驶过程中的中位锁定功能；向悬架作用腔一或悬架作用腔二充油，推动连接座向右、向左运动，进而实现悬架油缸起到的升降、减振作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种转向悬架油缸及其悬架转向系统，具体涉及一种具有转向、转向中位锁定功能的悬架油缸，用于工程机械悬架系统（独立悬架/非独立悬架）、转向系统。

背景技术

转向助力系统一般由转向油缸、转向节臂、转向拉杆、转向控制器等零部件组成。转向节臂和转向拉杆组成转向梯形结构，转向油缸一端安装在车桥固定座上、一端安装在转向油缸上，转向油缸运动带动转向拉杆运动，起转向助力作用。转向油缸上会布置液压管路和控制管路。布置转向油缸、转向节臂、转向拉杆等占用车辆底盘大量空间。

当车辆需要保持直线行驶、不跑偏，需要设置转向中位锁定油缸，从而实现转向系统中位锁定功能。

为了实现车辆的转向及行驶过程中的振动衰减功能，目前主要采取以下技术方案组合。1、独立悬架技术方案独立悬架结构：悬架油缸一端通过机械装置固定在车架上，一端与转向节连接，通过悬架油缸的伸缩传递作用在车轮与车架之间的一切力和力矩，并缓和路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶的平顺特性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。

2、独立悬架转向技术方案断开时转向机构：转向油缸一端固定在车架上，另一端与转向摇臂总成和转向拉杆形成的转向梯形，转向梯形将转向油缸拉力作用于转向摇臂总成，从而带动转向节旋转实现转向功能。其中转向油缸实现车辆的转向助力。

通过以上两种技术方案的组合，实现了独立悬架车辆的转向及行驶过程中的振动衰减功能。

现有技术存在以下缺陷：（1）元件多，结构复杂：为了实现底盘转向助力系统与悬架系统功能，底盘包含了转向油缸、转向助力油缸、中位锁止油缸、转向横拉杆、转向节臂、转向控制器等多个零部件，装配时间较长、故障点较多。

（2）占用较大的底盘空间，车架稳定性、刚度受到限制：将这些零部件合理的布置在底盘，需要占用大量空间，布置受限，且影响车架稳定性和刚度。系统底盘空间占用大，车架稳定性、刚度受到限制。

（3）重量重：由于系统元件多且布置负载，系统重量难以降低，影响车辆承载能力，造成车辆油耗升高，增加车辆使用成本。

（4）成本高：由于系统元件多，装配点多，造成系统采购、生产以及维护维修成本难以降低。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种转向悬架油缸。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种转向悬架油缸，其特征在于：集成转向油缸、转向中位锁定油缸、悬架油缸为一体；

（1）转向油缸功能：向转向腔一或转向腔二充油，驱动齿条向右或向左运动，通过齿轮齿条机构带动齿轮旋转，齿轮与缸底三固定，带动与缸底三连接的传动件旋转，传动件通过花键结构带动连接座旋转，连接座与转向节连接，进而带动轮边总成向右或向左旋转，进而实现车辆转向功能；

（2）转向中位锁定油缸功能：向转向中位锁定腔一和转向中位锁定腔二同时充油，推动活塞三、活塞四运动，活塞三、活塞四之间容腔的油液从油口流出，最后将活塞三、活塞四推至锁定座处；活塞三和活塞四通过螺母与锁定座的配合与将齿条固定在锁定位置，进而实现车辆行驶过程中的中位锁定功能；

（3）悬架油缸功能：向悬架作用腔一或悬架作用腔二充油，推动连接座向右、向左运动，进而实现悬架油缸起到的升降、减振作用。

方案一：所述的转向悬架油缸，包括缸底一、转向腔一、活塞一、缸筒一、齿条、活塞二、转向腔二、导向套一、缸筒二、转向中位锁定腔一、活塞三、锁定座、螺母、活塞四、缸筒三、转向中位锁定腔二、缸底二、齿轮、密封圈二、缸底三、外套筒、导向套三、缸筒四、花键结构、悬架作用腔一、活塞杆一、通油芯管一、通油芯管二、导向套二、活塞五、密封圈三、悬架作用腔二、连接座；

活塞一、活塞二、导向套、活塞三、活塞四依次设置在缸筒一中，导向套与缸筒之间密封固定连接；活塞一与缸底一之间形成有转向腔一，活塞二与导向套之间形成有转向腔二；活塞三与导向套之间形成有转向中位锁定腔一，活塞四与缸底二之间形成有转向中位锁定腔二；活塞三与活塞四之间设置有锁定座；齿条两端分别与活塞一、活塞二固定连接，活塞杆一端与活塞二固定连接，活塞杆另一端设置有与锁定座相配套的螺母，导向套一和活塞三套设在活塞杆上；齿轮与齿条相啮合，通过齿条左右移动带动齿轮旋转，齿轮与缸底三固定；

外套筒一端固定连接在缸底三上，活塞杆一一端固定在缸底三上，缸筒四一端固定在连接座上，缸筒四套设在外套筒中，活塞杆一设置在缸筒四中，缸筒四的另一端通过导向套三与活塞杆一密封连接，外套筒与缸筒四之间设置有花键结构和导向套二，活塞杆一的自由端设置活塞五与缸筒四之间进行密封，使得活塞杆一的自由端、缸筒四、连接座之间形成悬架作用腔二，活塞杆一与缸筒四之间通过活塞五和导向套三形成环形的悬架作用腔一，通油芯管一连通缸底三油口和悬架作用腔二，通油芯管二连通缸底三油口和悬架作用腔一。

进一步的，活塞五和缸筒四之间设置有密封圈三进行密封。

方案二：所述的转向悬架油缸，其特征在于：包括缸底一、转向腔一、活塞一、缸筒一、齿条、活塞二、转向腔二、导向套一、缸筒二、转向中位锁定腔一、活塞三、锁定座、螺母、活塞四、缸筒三、转向中位锁定腔二、缸底二、齿轮、密封圈二、缸底三、悬架作用腔一、外套筒、活塞五、导向套二、缸筒四、通油芯管一、活塞杆二、活塞杆一、悬架作用腔二、导向套三、花键结构、导向套四、密封件三、连接座；

活塞一、活塞二、导向套、活塞三、活塞四依次设置在缸筒一中，导向套与缸筒之间密封固定连接；活塞一与缸底一之间形成有转向腔一，活塞二与导向套之间形成有转向腔二；活塞三与导向套之间形成有转向中位锁定腔一，活塞四与缸底二之间形成有转向中位锁定腔二；活塞三与活塞四之间设置有锁定座；齿条两端分别与活塞一、活塞二固定连接，活塞杆一端与活塞二固定连接，活塞杆另一端设置有与锁定座相配套的螺母，导向套一和活塞三套设在活塞杆上；齿轮与齿条相啮合，通过齿条左右移动带动齿轮旋转，齿轮与缸底三固定；

外套筒一端固定连接在缸底三上，活塞杆一一端固定在缸底三上，缸筒四、活塞杆二一端固定在连接座上，导向套四与活塞杆一的自由端固定连接，活塞五与活塞杆二的自由端固定连接；

缸筒四套设在外套筒中，活塞杆一设置在缸筒四中，活塞杆二设置在活塞杆一中，活塞杆二的自由端通过活塞五与活塞杆一密封连接，活塞杆一自由端的导向套四套设在活塞杆二外，活塞杆一与活塞杆二之间通过活塞五和导向套四形成环形的悬架作用腔一，外套筒与缸筒四之间设置导向套三，活塞杆一与缸筒四之间设置花键结构和导向套二，使得活塞杆二的自由端、活塞杆一、缸底三之间形成悬架作用腔二，通油芯管一连通缸底三油口和悬架作用腔二，缸底三中开设通道连通油口和悬架作用腔一。

进一步的，导向套四与活塞杆二之间设置密封件三进行密封。

作为优选方案，所述的转向悬架油缸，还包括密封件一、螺母一和挡圈，所述活塞杆端部与活塞二之间通过螺母一和挡圈固定连接；活塞一、活塞二、活塞三、活塞四分别通过密封件一与缸筒内壁之间密封。

作为优选方案，所述的转向悬架油缸，其特征在于：还包括壳体、轴承、端盖和密封圈二，所述齿轮通过轴承安装在壳体中，壳体两端通过端盖和密封圈二密封。

本发明还提供一种悬架转向系统，包括上述的转向悬架油缸，还包括轮边总成、车架、转向节、半轴、主减速器；转向悬架油缸连接安装在车架上，转向节一端与转向悬架油缸连接，另一端与轮边总成连接；轮边总成、转向节、转向悬架油缸、车架组成车轮的悬架系统，起到底盘自主升降、吸收衰减振动作用；主减速器与车架连接，半轴一端与轮边总成连接，另一端与及主减速器连接；主减速器将发动机动力通过半轴传递至轮边总成转动，从而驱动车辆行驶；转向悬架油缸中的齿轮齿条油缸旋转，带动转向节的转向实现车桥的转向。此时为独立型悬架转向系统。

进一步的，所述转向悬架油缸可通过连接座或螺栓固定在车架上。

进一步的，所述的悬架转向系统，其特征在于：还包括转向拉杆，所述转向拉杆的两端分别通过转向节臂连接在转向悬架油缸上，此时为带转向拉杆型悬架转向系统。

有益效果：本发明提供的一种转向悬架油缸，具有以下优点：具有转向、转向中位锁定功能的悬架油缸，用于工程机械悬架系统（独立悬架/非独立悬架）、转向系统，实现悬架系统悬架油缸、转向系统转向油缸、转向中位锁定油缸功能，主要解决现有悬架系统、转向系统元件多、布置结构复杂、受布置空间影响较大、重量重、成本高等问题。

附图说明

图1和图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3和图4为本发明实施例2的结构示意图；

图5为带转向拉杆型悬架转向系统结构图；

图6为独立型悬架转向系统结构图；

图1、图2中：缸底一1-1，转向腔一1-2，活塞一1-3，密封件一1-4，缸筒一1-5，齿条1-6，活塞二1-7，挡圈1-8，螺母一1-9，转向腔二1-10，导向套一1-11，缸筒二1-12，转向中位锁定腔一1-13，活塞三1-14，锁定座1-15，螺母1-16，活塞四1-17，缸筒三1-18，转向中位锁定腔二1-19，缸底二1-20，壳体1-21，齿轮1-22，密封圈二1-23，端盖1-24，轴承1-25，缸底三1-26，外套筒1-27，导向套三1-28，缸筒四1-29，花键结构1-30，悬架作用腔一1-31，活塞杆一1-32，通油芯管一1-33，通油芯管二1-34，导向套二1-35，活塞五1-36，密封圈三1-37，悬架作用腔二1-38，连接座1-39。

图3、图4中：缸底一2-1，转向腔一2-2，活塞一2-3，密封件一2-4，缸筒一2-5，齿条2-6，活塞二2-7，挡圈2-8，螺母一2-9，转向腔二2-10，导向套一2-11，缸筒二2-12，转向中位锁定腔一2-13，活塞三2-14，锁定座2-15，螺母2-16，活塞四2-17，缸筒三2-18，转向中位锁定腔二2-19，缸底二2-20，壳体2-21，齿轮2-22，密封圈二2-23，端盖2-24，轴承2-25，缸底三2-26，悬架作用腔一2-27，外套筒2-28，活塞五2-29，导向套二2-30，缸筒四2-31，通油芯管一2-32，活塞杆二2-33，活塞杆一2-34，悬架作用腔二2-35，导向套三2-36，花键结构2-37，导向套四2-38，密封件三2-39，连接座2-40；

图5、图6中：轮边总成1，转向节臂2，车架3，转向悬架油缸4，转向节5，半轴6，主减速器7，转向拉杆8。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种转向悬架油缸，集成了转向油缸、转向中位锁定油缸、悬架油缸的功能，集成度高。主要分为两部分：悬架油缸部分、转向油缸和转向中位锁定油缸部分。

具体包括缸底一1-1，转向腔一1-2，活塞一1-3，密封件一1-4，缸筒一1-5，齿条1-6，活塞二1-7，挡圈1-8，螺母一1-9，转向腔二1-10，导向套一1-11，缸筒二1-12，转向中位锁定腔一1-13，活塞三1-14，锁定座1-15，螺母1-16，活塞四1-17，缸筒三1-18，转向中位锁定腔二1-19，缸底二1-20，壳体1-21，齿轮1-22，密封圈二1-23，端盖1-24，轴承1-25，缸底三1-26，外套筒1-27，导向套三1-28，缸筒四1-29，花键结构1-30，悬架作用腔一1-31，活塞杆一1-32，通油芯管一1-33，通油芯管二1-34，导向套二1-35，活塞五1-36，密封圈三1-37，悬架作用腔二1-38，连接座1-39；

活塞一1-3、活塞二1-7、导向套1-11、活塞三1-14、活塞四1-17依次设置在缸筒一1-5中，活塞一1-3、活塞二1-7、活塞三1-14、活塞四1-17分别通过密封件一1-4与缸筒内壁之间密封；导向套1-11与缸筒之间密封固定连接；活塞一1-3与缸底一1-1之间形成有转向腔一1-2，活塞二1-7与导向套1-11之间形成有转向腔二1-10；活塞三1-14与导向套1-11之间形成有转向中位锁定腔一1-13，活塞四1-17与缸底二1-20之间形成有转向中位锁定腔二1-19；活塞三1-14与活塞四1-17之间设置有锁定座1-15；

齿条1-6两端分别与活塞一1-3、活塞二1-7固定连接，活塞杆一端与活塞二1-7之间通过螺母一1-9和挡圈1-8固定连接，活塞杆另一端设置有与锁定座1-15相配套的螺母1-16，导向套一1-11和活塞三1-14套设在活塞杆上；齿轮1-22与齿条1-6相啮合，通过齿条1-6左右移动带动齿轮1-22旋转，齿轮1-22与缸底三1-26固定；

进一步的，齿轮1-22通过轴承1-25安装在壳体1-21中，壳体1-21两端通过端盖1-24和密封圈二1-23密封。

外套筒1-27一端固定连接在缸底三1-26上，活塞杆一1-32一端固定在缸底三1-26上，缸筒四1-29一端固定在连接座1-39上，缸筒四1-29套设在外套筒1-27中，活塞杆一1-32设置在缸筒四1-29中，缸筒四1-29的另一端通过导向套三1-28与活塞杆一1-32密封连接，外套筒1-27与缸筒四1-29之间设置花键结构1-30和导向套二1-35，活塞杆一1-32的自由端与缸筒四1-29之间设置活塞五1-36和密封圈三1-37，使得活塞杆一1-32的自由端、缸筒四1-29、连接座1-39之间形成悬架作用腔二1-38，活塞杆一1-32与缸筒四1-29之间形成环形的悬架作用腔一1-31，通油芯管一1-33连通缸底三1-26油口G和悬架作用腔二1-38，通油芯管二1-34连通缸底三1-26油口F和悬架作用腔一1-31。

转向悬架油缸实现功能描述如下：

（1）转向油缸功能：向转向腔一1-2或转向腔二1-10充油，驱动齿条1-6向右或向左运动，通过齿轮齿条机构带动齿轮1-22旋转，齿轮1-22与缸底三1-26固定，带动外套筒1-27旋转，外套筒1-27通过花键结构1-37带动连接座旋转，连接座1-39与转向节5连接，进而带动轮边总成1向右或向左旋转，进而实现车辆转向功能。

（2）转向中位锁定油缸功能：向转向中位锁定腔一1-13和转向中位锁定腔二1-19同时充油，推动活塞三、活塞四运动，两活塞之间容腔的油液从E口流出，最后将活塞三1-14、活塞四1-17推至锁定座1-15处。两活塞通过螺母1-16将齿条固定在中间位置（锁定座位置），进而实现车辆行驶过程中的中位锁定功能。

（3）悬架油缸功能：向悬架作用腔一1-31或悬架作用腔二1-38充油，推动连接座1-39向右、向左运动，进而实现悬架油缸起到的升降、减振等作用。

实施例2

如图3和图4所示，一种转向悬架油缸，包括缸底一2-1，转向腔一2-2，活塞一2-3，密封件一2-4，缸筒一2-5，齿条2-6，活塞二2-7，挡圈2-8，螺母一2-9，转向腔二2-10，导向套一2-11，缸筒二2-12，转向中位锁定腔一2-13，活塞三2-14，锁定座2-15，螺母2-16，活塞四2-17，缸筒三2-18，转向中位锁定腔二2-19，缸底二2-20，壳体2-21，齿轮2-22，密封圈二2-23，端盖2-24，轴承2-25，缸底三2-26，悬架作用腔一2-27，外套筒2-28，活塞五2-29，导向套二2-30，缸筒四2-31，通油芯管一2-32，活塞杆二2-33，活塞杆一2-34，悬架作用腔二2-35，导向套三2-36，花键结构2-37，导向套四2-38，密封件三2-39，连接座2-40。

活塞一2-3、活塞二2-7、导向套2-11、活塞三2-14、活塞四2-17依次设置在缸筒一2-5中，活塞一2-3、活塞二2-7、活塞三2-14、活塞四2-17分别通过密封件一2-4与缸筒内壁之间密封；导向套2-11与缸筒之间密封固定连接；活塞一2-3与缸底一2-1之间形成有转向腔一2-2，活塞二2-7与导向套2-11之间形成有转向腔二2-10；活塞三2-14与导向套2-11之间形成有转向中位锁定腔一2-13，活塞四2-17与缸底二2-20之间形成有转向中位锁定腔二2-19；活塞三2-14与活塞四2-17之间设置有锁定座2-15；

齿条2-6两端分别与活塞一2-3、活塞二2-7固定连接，活塞杆一端与活塞二2-7之间通过螺母一2-9和挡圈2-8固定连接，活塞杆另一端设置有与锁定座2-15相配套的螺母2-16，导向套一2-11和活塞三2-14套设在活塞杆上；齿轮2-22与齿条2-6相啮合，通过齿条2-6左右移动带动齿轮2-22旋转，齿轮2-22与缸底三2-26固定；

进一步的，齿轮2-22通过轴承2-25安装在壳体2-21中，壳体2-21两端通过端盖2-24和密封圈二2-23密封。

外套筒2-28一端固定连接在缸底三2-26上，活塞杆一2-34一端固定在缸底三2-26上，缸筒四2-31、活塞杆二2-33一端固定在连接座1-39上，活塞五2-29与活塞杆二2-33端部固定连接；

缸筒四2-31套设在外套筒1-27中，活塞杆一2-34设置在缸筒四2-31中，活塞杆二2-33设置在活塞杆一2-34中，活塞杆二2-33的另一端通过活塞五2-29与活塞杆一2-34密封连接，活塞杆一2-34的自由端与活塞杆二2-33之间设置导向套四和密封圈三，活塞杆一2-34与活塞杆二2-33之间形成环形的悬架作用腔一2-27，

外套筒1-27与缸筒四2-31之间设置导向套三，活塞杆一2-34与缸筒四2-31之间设置花键结构1-30和导向套二，使得活塞杆二2-33的自由端、活塞杆一2-34、缸底三2-26之间形成悬架作用腔二2-35，通油芯管一2-32连通缸底三2-26油口G和悬架作用腔二2-35，缸底三2-26开设通道连通油口F和悬架作用腔一2-27。

转向悬架油缸实现功能描述如下：

（1）转向油缸功能：向转向腔一或转向腔二充油，驱动齿条向右或向左运动，通过齿轮齿条机构带动齿轮旋转，齿轮与缸底三固定，带动活塞杆一2-34旋转，活塞杆一2-34通过花键结构带动连接座旋转，连接座与转向节连接，进而带动轮边总成向右或向左旋转，进而实现车辆转向功能。

（2）转向中位锁定油缸功能：向转向中位锁定腔一和转向中位锁定腔二同时充油，推动活塞三、活塞四运动，两活塞之间容腔的油液从油口E流出，最后将活塞三、活塞四推至锁定座处。两活塞通过螺母将齿条固定在中间位置（锁定座位置），进而实现车辆行驶过程中的转向中位锁定功能。

（3）悬架油缸功能：向悬架作用腔一或悬架作用腔二充油，推动连接座向右、向左运动，进而实现悬架油缸起到的升降、减振等作用。

实施例3

本发明提出的基于转向悬架油缸的带转向拉杆型悬架转向系统结构如图5所示。转向节5与转向悬架油缸4及轮边总成1连接。轮边总成1、转向节5、转向悬架油缸4、车架3组成车轮的悬架系统，起到底盘自主升降、吸收衰减振动等作用。主减速器7与车架3连接，半轴6与轮边总成1及主减速器7连接。主减速器7将发动机动力通过半轴6传递至轮边总成1转动，从而驱动车辆行驶。

转向悬架油缸4通过连接座或螺栓固定在车架3上，转向拉杆8通过转向节臂2固定在转向悬架油缸上，转向拉杆8布置在车架侧面，转向悬架油缸中的齿轮齿条油缸旋转，实现车桥的转向，转向拉杆8保证左右车轮的转向位置关系。

实施例4

本发明提出的基于转向悬架油缸的独立型悬架转向系统结构如图6所示，与带转向拉杆型悬架转向系统结构相比，少了转向拉杆，结构进一步简化。

转向节5与转向悬架油缸4及轮边总成1连接。轮边总成1、转向节5、转向悬架油缸4、车架3组成车轮的悬架系统，起到底盘自主升降、吸收衰减振动等作用。主减速器7与车架3连接，半轴6与轮边总成1及主减速器7连接。主减速器7将发动机动力通过半轴6传递至轮边总成1转动，从而驱动车辆行驶。

转向悬架油缸4通过连接座或螺栓固定在车架3上，转向悬架油缸中的齿轮齿条油缸旋转，带动转向节5的转向实现车桥的转向。该系统能够实现车桥不同侧车轮转向单独控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。