用于车辆车轮的液压转向系统的制作方法

本发明涉及用于车辆车轮的液压转向系统，并且涉及配备有这类系统的车辆。

背景技术：

液压转向系统通常用于诸如叉车之类的车辆中。通常，液压气缸控制车轮托架围绕大体竖直的转向轴向的旋转。气缸的连接杆的延伸或收缩推动或拉动车轮托架上的偏移点并且致使托架围绕转向轴线旋转，从而使安装在托架上的车轮转向。

wo2014/075921中公开了这类转向系统的示例。公开了一对可转向车轮，每个车轮由液压气缸控制，其中气缸串联地连接使得它们同步地对其相应的车轮进行操作。每个液压气缸不可移动地安装到车辆底盘并且具有能够以常规方式进行往复移动的主动连接杆。转向控制杆充当连接杆的自由(远)端与车轮托架之间的联动装置，其中转向控制杆枢转地联接到连接杆和车轮托架两者。气缸的不可移动的安装允许刚性液压管线(例如金属管)代替常规柔性管线连接到气缸。

关于这类系统的缺点是通过转向控制杆作用的力向量的方向在整个转向角度范围内变化。在转向周期中的一些点处，力向量以某一角度指向连接杆，在该角度力向量具有显著的横向分量。这对气缸密封件产生应变并且可能导致液压密封失效。还需要较大且较强的连接杆来耐受翘曲力，以及用于气缸上的连接杆的加强的密封件。因为气缸是液压联接的，所以被动连接杆从每个液压气缸的后方延伸以密封活塞后方的腔室，并且横向力也被传递到被动连接杆和在气缸后方的密封件。此外，刚性液压管线胜于柔性管线的声称的优点不一定存在。刚性液压管线制造起来更昂贵、更换起来更昂贵，并且由于振动尤其对于移动设备不太可靠。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于车辆车轮的转向系统，所述转向系统包括：

车轮托架，所述车轮托架用于安装转向车轮，所述车轮托架围绕转向轴线相对于车辆可旋转地安装以允许所述车轮转向；

液压气缸，所述液压气缸具有在其中的活塞和刚性连接杆组件，所述刚性连接杆组件从所述活塞延伸到所述气缸外部；

其中所述刚性连接杆组件包括：第一节段，所述第一节段适于往复进出所述气缸；以及第二节段，所述第二节段从所述第一节段刚性地延伸到枢转点连接部，所述第二节段在所述枢转点连接部处偏离所述转向轴线枢转地连接到所述车轮托架；并且

其中所述液压气缸枢转地安装在所述车辆上，使得防止所述液压气缸相对于所述车辆进行平移移动但是所述液压气缸能够相对于所述车辆改变其取向。

通过提供具有直接延伸到所述车轮托架上的所述枢转点的刚性连接杆组件的枢转地安装的液压气缸，避免了使用双重枢转转向控制杆或联动装置。所述液压气缸可改变其取向以适应所述车轮托架上的所述枢转点的位置的角度变化。以这种方式，横向翘曲力减到最小。

虽然所述转向系统是液压的，但是它可用于具有任何种类的驱动系统的车辆中(换句话说不仅用于液压驱动车辆中)。因此，例如它可用于液压驱动卡车、具有内燃发动机的车辆、混合动力车辆、电动车辆等中。

优选地，所述第一节段是笔直的线性杆节段并且所述枢转点布置成与所述第一节段线性地对齐。

以这种方式，保证来自所述枢转点的力向量沿着所述笔直的线性连接杆节段的线并沿着所述液压气缸本身的轴线被引导，因此完全消除了所述气缸的密封件受到的任何额外的横向应变。

另外，优选地，所述枢转点、所述第二节段与所述第一节段刚性地联接的点、所述第一节段的轴线、所述气缸的轴线以及所述气缸枢转地安装在所述车辆上的位置都是共线的。

优选地，所述第二节段是在所述第一节段与所述枢转点连接部之间延伸的弯曲构件，所述弯曲构件限定可容纳所述车轮托架的一部分的凹部。

这个凹部可通过允许围绕所述车轮托架的一部分(诸如轮毂或轴承)驱动所述枢转点来扩大转向角度的范围。

优选地，当所述转向角度在一个方向上处于最大值时，所述凹部容纳所述车轮托架的一部分。

优选地，所述第二节段是弧形构件。

所述连接杆组件可以是具有所述第一节段和所述第二节段的一体形成的结构。(换句话说，术语“组件”不暗示所述第一节段和所述第二节段必须是连接在一起的单独实体，因为一体形成的构件可被制造为包括两个节段。)

在当前优选的实施方案中，所述连接杆组件包括连接杆作为所述第一构件并且包括刚性地附接到所述连接杆的延伸构件作为所述第二构件。

将所述延伸构件刚性附接到所述连接杆排除在该点处使用枢转连接。

所述转向系统优选地还包括被动杆，所述被动杆在相反方向上从所述气缸延伸到所述连接杆并且与所述连接杆安装在共同的活塞或活塞组件上，所述被动杆在背离所述车轮的方向上密封所述气缸并准许所述气缸与另一液压气缸以推拉布置同步。

如果不需要同步或如果将采用替代的同步方法，则可省略这种被动杆。

所述系统还可包括安装在所述车轮托架上的车轮。

优选地，所述系统还包括液压回路，所述液压回路包括液压泵、从所述液压泵到所述液压气缸的连接以及用于响应于转向输入而控制所述液压回路内的液压流体的流动的装置。

在另一方面，提供了一种车辆转向系统，所述车辆转向系统包括根据权利要求1至9中任一项所述的用于第一车辆车轮的第一转向系统、根据权利要求1至9中任一项所述的用于第二车辆车轮的第二转向系统，以及串联地连接所述第一转向系统和所述第二转向系统的所述液压气缸的液压回路。

还提供了一种车辆，所述车辆包括根据权利要求1至10中任一项所述的转向系统。

附图说明

现在将通过对本发明的实施方案的以下描述来说明本发明，所述实施方案是仅作为示例参照附图提供的，在附图中：

图1至图3是在不同转向角度下描绘的用于车辆车轮的转向系统的透视图；

图4至图6分别是在与图1至图3相同的转向角度下描绘的转向系统的平面图；

图7是在正常转向模式下描绘的配备有车辆转向系统的车辆的平面图；

图8是在侧向转向模式下描绘的图7的车辆的平面图；

图9是在侧向转向模式下用于图7和图8的车辆中的车辆转向系统的整体液压回路；并且

图10是图9的液压回路的细节。

具体实施方式

参照图1至图3，以透视图示出了车辆车轮12的转向系统10。

图1示出了当车轮12向正前方转向时的系统。图2示出了当车轮12以直角转向时，即已转动90°以在侧向方向上转向时的系统。图3示出了当车轮12在其最大程度上转向超出90°到达大约135°的转向角度时的系统。

车轮12安装在车轮托架14上，车轮托架又安装在轴承或轮毂16上，这准许车轮围绕竖直轴线相对于车辆的底盘32旋转。驱动马达18可例如为液压的或电动的，安装在车轮12上从而准许在前进或后退方向上驱动车轮。应了解，车辆驱动系统的本质以及驱动系统与车辆的联接对于转向系统不是必需的并且可根据设计者或制造商的偏好而变化。因此，例如代替安装在车轮上的液压马达或电动马达，发动机可使用驱动轴或齿轮组件联接到车轮。发动机可为内燃的、混合动力的、电动的、液压的或任何其他种类。

车轮的转向由液压气缸20控制，液压气缸具有主动连接杆22(图2和图3，在图1中被隐藏)和被动杆24。连接杆22构成刚性连接杆组件的第一节段，并且适于往复进出气缸。

图1示出了当连接杆被完全收回到气缸20中时的系统，图2示出了已从气缸中被驱动出到中途的连接杆20，并且图3示出了从气缸延伸最大程度的连接杆。

刚性连接杆组件的第二节段26是以刚性钢板的形式提供，它刚性地(即没有移动、旋转或枢转自由度)联接到连接杆22。因此，当连接杆22往复进出气缸20时，第二节段沿着直线被对应地朝向和背离气缸驱动。

被动杆24在其自由端未被联接并且用以允许气缸以下文进一步描述的推拉方式液压地联接到另一车轮的转向系统的气缸并与它同步。如果不需要这种同步，或者这种同步可由替代的同步机构(诸如单独的同步气缸)或由驱动另一车轮上的转向机构的适当的液压泵回路取代，则可省掉这个被动杆。

启动阀(未示出)设置在活塞中。如本领域已知的，这种启动阀用于在初始起动时启动系统并用于在诸如关于图7至图10所描述的多气缸系统中在使用期间将气缸保持为启动的和同步的。

液压气缸枢转地安装在车辆上，使得防止液压气缸相对于车辆进行平移移动但是所述液压气缸能够相对于车辆改变其取向。枢转底座由附接到气缸外部的轴环28提供，其中轴环耳轴安装在焊接到车辆底盘32的固定支架30中。

另外参照图4至图6，以平面图示出了车辆车轮的转向系统的操作。

从图4移动到图5到图6可以看出，刚性连接杆组件22、26被逐步推动背离气缸。刚性地安装在第一节段(连接杆)22上的第二节段26维持其角度布置并且线性地平移背离气缸20。

第二节段26的远端(即远离气缸的一端)在枢转点50处枢转地联接到车轮托架14。由于这个枢转点50偏离轴承16的旋转中心52，因此它在连接杆延伸时相对于气缸20横向地平移。由于气缸20枢转地安装在底盘上，因此气缸操作随着连接杆延伸而改变，如在图4至图6的进展中可见的。

在气缸20、第一节段22与第二节段26之间没有横向移动消除了气缸密封件受到的应变。此外，可观察到转向周期的所有点、枢转点50、第二节段26与第一节段22刚性地联接的点、第一节段22的轴线、气缸20的轴线以及气缸枢转地安装在车辆上的位置(即轴环28与支架30之间的枢转)都是共线的。力向量(由图4至图6中的宽箭头所指示)都沿着这根共线的轴线被引导，从而确保在气缸或连接杆22、24上绝对没有任何横向力。

第二节段26是呈在第一节段22与枢转点连接部50之间延伸的弯曲构件的形式。弯曲构件限定可容纳车辆托架的一部分的凹部54。这在图6中可见，其中当转向角度延伸超出90°到达其最大角度(在该实施方案中)135°时凹部54容纳车轮托架的在轮毂下方的一部分。因此，第二节段26的弧形形状沿穿过轮毂的一部分的直线从枢转点传递力。

取决于所选择的形状和尺寸，根据设计者的希望，最大转向角度可以大于或小于135°。在替代布置中，第二构件可安装在车轮托架上方并且容纳轮毂或轴承16的一部分。

在所示实施方案中，连接杆22配合到形成在第二节段的近端中的插口中并(诸如通过焊接)刚性地附接在该插口内。然而，也可采用其他刚性安装布置。此外，术语“组件”的使用(如在刚性连接杆组件中)不暗示第一节段和第二节段必须是组装在一起的单独构件。刚性连接杆组件可以是具有可识别部分的一体形成的部件，该等可识别部分包括适于在气缸内进行往复运动的第一部分或节段以及从第一部分延伸到车轮托架的第二部分或节段。

图1至图6中所示的用于车辆车轮的转向系统可并入在如图7至图10所示的车辆的整体转向系统中。谈论中的车辆是叉车但是转向系统可在液压转向适合于的任何车辆中实现。

首先参照图7，以平面图示出了叉车。车辆的视图被简化以示出底盘32、叉34、叉提升机构36，以及车轮和转向布置，现在将对这些进行描述。

如先前关于图1至图6确切地描述的左前轮12和转向系统10安装在左前侧。右前轮12’由转向系统10’控制，转向系统10’是转向系统10的镜像。在车辆后方，可转向的从动后轮与其自己的(常规的)转向气缸40一起安装。然而，常规的转向气缸可用根据本发明的用于车辆车轮的转向系统更换。

车辆在图7中示出为处于正常转向模式。所有三个车轮12、12’、28与车辆的前后轴线对齐，即与叉34平行地对齐。在该转向模式中，转向系统10、10’可能不在作用中，其中前轮是固定的，并且车辆可仅通过后轮(即，使杆从气缸40收回或延伸以使后轮38围绕其竖直轴线旋转)来转向。

在图8中，车辆示出为处于侧向模式。后轮38已转动经过90°与车辆的前后轴线垂直对齐，使得车辆可使用前轮12、12’被侧向地驱动和转向。在该模式中，后轮38固定在适当位置并且遵循弧线，该弧线的曲率方向和半径由前轮12、12’的角度确定。

每个前轮的转向系统10、10’的相应气缸是同步的，使得如图8所示，左前轮12采用的角度被车轮12’在相对方向上镜射。因此，用于车辆车轮的两个转向系统一起形成图9和图10所示的整体车辆转向系统的一部分。

在图9中，可以看出左手系统10的气缸通过液压回路联接到右手系统10’的气缸，液压回路包括控制回路42、通向/来自控制回路的端口l的左手压力管线44、桥接管线46以及通向/来自端口r的右手压力管线48。每个气缸具有前腔室(具有连接杆22，见图1至图6)和后腔室(具有被动杆24)，腔室填充了液压流体并且由活塞分隔开，杆安装在活塞上。

系统10的前腔室连接到左手压力管线44。系统10的后腔室通过桥接管线46连接到系统10’的前腔室。系统10’的后腔室连接到右手压力管线48。气缸容积相等并且系统是平衡的，使得如图9所示，两个活塞都沿着其相应气缸采用相同位置。

另外参照图10，更详细地示出了控制回路42。控制回路具有分别连接到液压泵和罐的端口p和t。旋转泵44由转向柱的轴46控制，使得转向柱在一个方向上的旋转致使液压流体通过端口l被泵送到管线44中(并且对应体积的流体经由端口r返回)，同时柱在另一方向上的旋转致使发生反向流动。单向阀和电磁阀48的布置处置回路内的液压流体的所得流动。

当对左手管线44加压时，系统10的活塞被向后驱动，从而使系统10的连接杆22收回到气缸中。同时，这对系统10的后腔室加压并且流体通过桥接管线46流入系统10’的前腔室中，从而将后一系统的活塞向后驱动到相同程度。对右手管线48加压具有相对的效应，其中在每种情况下流体流反向并且活塞被向前驱动。

用于前轮的整体车辆转向系统在每一侧具有的优势与图1至图6的单个车轮转向系统相同，从而在不对液压气缸的密封件施加横向力的情况下提供超出90度的准确转向。

本发明不限于本文中描述的实施方案，所述实施方案可在所附权利要求的范围内变化。