路灯车轮式底盘转向系统是用来操纵车辆行驶方向的结构。根据使用工况、要求的不同，工程车辆采用的转向方式不尽相同，如：轮式沥青混凝土摊铺机采用前后轮从相反方向偏转的方式以实现最小的转弯半径；平地机采用蟹行的方式以克服作用力不对中而使行驶方向发生的偏扭；拖拉机、汽车为方便驾驶多采用前轮转向的方式；叉车、路灯车等为了增加机车的机动性而采用后轮驱动的方式等。
路灯车是运用螺旋滚筒切削、集料原理研制的用于地表含矿砂土收集的专用工程。由于路灯车采用了三点支撑悬架系统，工作装置位于两个前轮之间，使前轮的转向阻力增加，整车机动性变差，采用后轮驱动则可避免这些缺点，为此，文中研制了一种液压驱动的盘式转向机构，并对其进行了运动学和动力学分析。实际工程使用情况表明，该转向机构动作平稳、同步性好，满足了路灯车的要求。路灯车的支撑装置悬架系统主要由两个前轮系统及一个后轮轮轴系统组成，形成三点支撑。转向机构安装于后轮轮轴系统上，其结构1，由上底盘、下底盘及液压缸等组成。转向机构上部通过螺栓与车体相连，下部通过销轴与轮轴相连。驱动油缸伸缩杆伸长或收缩，带动车体与轮轴之间相互转动，从而实现车体的转向。由于路灯车工作对象为含矿砂土，转向时摩擦阻力较大。
故对转向结构的设计要求为：
（1）在满足转向机构操作方便，转向灵活的前提下，采用最简单的系统；
（2）关键零部件的工作强度满足使用要求，具有一定的可靠性。路灯车的转向靠液压机构实现，液压机构的受力和运动与主动件的受力和运动有关，而主动件的状态是车辆转向时，液压缸带动转盘转动而引起的。机构中液压缸采用双作用液压缸，液压缸二铰接点间的长度是可变的，因此液压缸在不同位置将有不同的速度、加速度及角速度。以 A点（转盘）为原点建立机构坐标分析模型。—液压缸到转轴中心的垂直距离矢量；—液压缸长度方向上的矢量；—液压缸一端到转轴中心的距离矢量。液压缸和活塞杆角度的运动情况相同。可以得到矢量方程的两个分量表达式求液压缸的位移、速度、角速度，对时间求1阶导数后得；
（3）根据机构坐标分析模型在 ADAMS－view中创建多体动力学模型，各零部件施加运动约束。油缸与活塞间施加滑动约束，转向桥体施加固定副，其他部件施加转动副。在油缸与活塞间的滑动副上添加驱动力，液压杆速度L?z2为输入量，设置仿真时间为3 s，仿真步数为500步。通过仿真得到液压缸的位移、速度、转盘转角、角速度随时间的变化曲线。仿真结果显示，在不考虑液压缸行程范围条件下，液压杆的长度变化设定为周期性变化，转盘角速度变化曲线呈周期性变化，液压杆速度和转盘角速度非正弦变化，但两者总体规律一致；
由式（2）和工（3）可知，液压杆长度与转盘转角相关，伸缩速度与转盘转动角速度相关，将图3c，d曲线数据代入式（2）和式（3）可得其计算曲线，且计算曲线与仿真曲线一致，表明了仿真结果的可靠性，4。在转盘实际运动过程中，需要控制液压缸的长度和运动速度来实现的匀速转向，因此建立利于程序编写的转盘转角与液压缸的显性关系便显得尤为重要。将图4中液压缸长度变化曲线进行四次多项式拟合得液压缸长度方程及拟合曲线；
（4）对比两曲线可知，拟合曲线可以很好地对计算曲线进行拟合，故该方程可为下一步路灯车匀速转向控制提供重要理论依据。
转向机构动力学分析：
（1）受力分析。当转向驱动油缸的转向力大于车轮与地面接触产生的摩擦力时，转向机构开始转动，所以下转盘与上转盘的设计应达到一定的强度要求。又因为下转盘与上转盘受力相同，针对其中之一进行分析，即可得知整个转向机构的受力情况，在此选择对下转盘进行受力分析，以此验证整个机构的强度安全，转向机构受力。设计时，选取滚动阻力系数为0．35，初始设计下转盘为空心轴。路灯车样机设计承重7．5 t，故后轮承重为2．5 t。油缸行程160 mm，l为405 mm。车轮与地面产生的摩擦力；
（2）在下转盘支座上产生的力矩，根据油缸安装位置及行程，计算可得：34°≤θ≤46°按θ＝34°计算可得：M＝832 N·m按θ＝46°计算可得：M＝1070 N·m强度计算：下转盘和上转盘采用的材料均是 Q235，其许用扭转应力最大值为20 MPa7，大于作用在下转盘上的最大转应力1．95 MPa。说明转向机构满足力学安全要求；
（3）转向阻力矩及转向力矩计算。转向时，转向驱动油缸所产生的转向力矩必须大于转向阻力矩，才可转向。转向阻力矩和转向力矩可采用下式计算：MS0———相对于铰接点转动时的阻力矩，——转向力矩 ——前轮轮距，——最重的载荷，—转向驱动油缸的工作压力，—活塞直径，——液压缸相对于铰接点的最小力臂。因为 MS＞MS0，即转向力矩大于转向阻力矩，故选择的转向驱动油缸满足设计需求；
（4）有限元分析，对转向机构结构进行分析可知，油缸支座与转盘的连接处为受力集中点，当支座承力过大时，有可能发生断裂。利用有限元分析功能，对转向机构的应力和位移进行校核和验证。有限元分析结果显示：下转盘受到的最大应力为26 MPa，最大变形量仅为0．12 mm，有限元分析时赋予材料为普通碳钢，其屈服强度为220 MPa，故下转盘的安全系数；上转盘受到的最大应力为38MPa，最大变形量仅为0．15 mm，上转盘的安全系数 S＝220/38＝5．7；由于路灯车样机选用的是铣刨专用的实心橡胶轮胎，工作环境是砂砾地表，轮胎与地面的阻力系数要略大于斜交轮胎与砂地的滚动阻力系数0．3，故设计的转向机构安全系数偏大可保证样机使用过程中留有一定的安全裕量，保证样机的整体安全。采用铰接式在水平地面上稳定转向的转向半径计算公式，可得到前外侧车轮转向半径 R1和后外侧车轮转向半径 —轮距；—轴距；—转向角；—铰接点距前轴距离与轴距的比值。理论计算与分析结果，设计了转向机构，结构7。上转盘7上部安装升降油缸与车架相连，下转盘下部通过销轴与轮轴相连；上转盘7与下转盘4之间安装双列圆锥滚子轴承，轴承上下表面安装防尘端盖1和2，用于轴承的间隙调节和密封；下转盘4和上转盘7圆周表面焊接支座3和5，用于安装转向驱动油缸。转向驱动油缸通过控制伸缩推杆带动上转盘和下转盘相互运动，从而带动车轮左右运动，实现样机的转向功能。
