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        框架車行走液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)差速控制的研究

        2015-04-25 01:46:06安四元
        機(jī)床與液壓 2015年10期
        關(guān)鍵詞:驅(qū)動(dòng)輪控制閥凸輪

        安四元

        (中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院,山西太原030006)

        支架搬運(yùn)車在行駛過程中,特別是轉(zhuǎn)彎時(shí),每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速是不一樣的,尤其是采用兩邊獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的情況下,如果不加以調(diào)節(jié),就會(huì)出現(xiàn)車輪不同步導(dǎo)致輪胎磨損。為了避免這個(gè)情況,設(shè)計(jì)框架車液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)差速控制裝置,能提高框架車行駛的穩(wěn)定性,使車輛在行駛過程中自動(dòng)調(diào)節(jié)各驅(qū)動(dòng)輪的行駛速度,使驅(qū)動(dòng)輪在行駛過程中和地面保持純滾動(dòng),以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制差速。

        1 框架式支架搬運(yùn)車液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理介紹

        如圖1 所示,煤礦井下框架車的液壓行走系統(tǒng)左右相互獨(dú)立,每一側(cè)分別由閉式泵1、先導(dǎo)控制閥2、先導(dǎo)控制閥3、凸輪4 和液壓馬達(dá)5 組成。閉式泵給液壓系統(tǒng)提供高壓油,高壓油推動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)輸出動(dòng)力,帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng),先導(dǎo)控制閥1 控制車輛的前進(jìn)和后退,先導(dǎo)控制閥1 由先導(dǎo)控制閥2提供壓力控制油,凸輪4 控制先導(dǎo)控制閥2 上頂桿的位移,頂桿位移決定了先導(dǎo)控制閥2 輸出的壓力。

        圖1 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理

        2 支架搬運(yùn)車差速控制裝置的設(shè)計(jì)

        2.1 差速控制

        圖2 驅(qū)動(dòng)輪受力分析圖

        車輛在轉(zhuǎn)向時(shí),同一軸線內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速不一樣,外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速大于內(nèi)側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速,如果內(nèi)外側(cè)車輪轉(zhuǎn)速一樣,則外側(cè)車輪必定發(fā)生滑移。為了較好地解決差速控制問題,使其達(dá)到預(yù)定的性能,下面以單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪為例,并假設(shè)車輪完全剛性,行駛過程中車輪和地面始終保持純滾動(dòng),驅(qū)動(dòng)輪受力見圖2。

        由上圖受力分析可得出驅(qū)動(dòng)輪力矩平衡方程為

        式中:Mm為馬達(dá)輸出扭矩,N·m;G 為輪胎承受的載荷,N;N 為地面支撐力,N;F 為牽引力,N;f為地面靜摩擦因數(shù);R 為輪胎有效滾動(dòng)半徑,m。

        由上述公式可知,牽引力F=Mm/R≤N·f =G·f,即Mm≤f·G·R,車輛行駛的牽引力F 是由液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩Mm決定的,隨著馬達(dá)輸出扭矩Mm的變化而變化,但牽引力F 的變化要受路況的制約,其最大值不能超過地面對(duì)輪胎的最大靜摩擦力,如果所受牽引力超過地面最大靜摩擦力,輪胎將會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。這樣不但會(huì)造成輪胎磨損,而且還會(huì)造成行駛失控,這就是要解決的差速控制問題。由以上分析可以得出:只要阻止車輪滑動(dòng)的阻力不超過輪胎的最大滑動(dòng)摩擦力,車輪就不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。

        傳統(tǒng)的車輛是通過機(jī)械傳動(dòng)來傳遞動(dòng)力的,是經(jīng)過離合器→變速器→傳動(dòng)軸→差速器→半軸這樣幾種裝置的作用才使車輪驅(qū)動(dòng)的,其中差速器用來實(shí)現(xiàn)左右車輪轉(zhuǎn)向差速同步性;除了機(jī)械差速器之外,工程車輛上用的還有一種靠液壓自適應(yīng)式差速轉(zhuǎn)向,該差速轉(zhuǎn)向是通過驅(qū)動(dòng)車輪行走的變量馬達(dá)通過流體傳動(dòng)自適應(yīng)特征來實(shí)現(xiàn)差速的;框架式支架搬運(yùn)車采用靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),并且左右兩邊液壓系統(tǒng)相互獨(dú)立,依照普通的機(jī)械差速轉(zhuǎn)向和液壓自適應(yīng)轉(zhuǎn)向是不可能實(shí)現(xiàn)的。

        2.2 框架車差速控制裝置的設(shè)計(jì)

        由于框架車液壓系統(tǒng)左右驅(qū)動(dòng)相互獨(dú)立,車輛在轉(zhuǎn)向時(shí)不容易實(shí)現(xiàn)差速,需設(shè)計(jì)差速控制裝置。如圖3 所示,液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中差速控制裝置主要包括兩個(gè)先導(dǎo)控制閥2 和凸輪3,先導(dǎo)控制閥安裝在后機(jī)架1上,凸輪3 裝在前機(jī)架5 上,前后機(jī)架通過鉸接銷軸4 連接。車輛在轉(zhuǎn)向時(shí),凸輪跟隨前機(jī)架一起轉(zhuǎn)動(dòng),兩個(gè)先導(dǎo)控制閥隨著凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng),其頂桿的位移發(fā)生變化,兩個(gè)先導(dǎo)控制閥的出口壓力也發(fā)生相應(yīng)地變化,進(jìn)而引起兩個(gè)液壓泵的排量發(fā)生變化,左右兩側(cè)的馬達(dá)實(shí)現(xiàn)了差速。

        圖3 差速轉(zhuǎn)向控制裝置

        差速控制裝置中凸輪將左右兩側(cè)獨(dú)立的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接起來,是個(gè)很關(guān)鍵的元部件,凸輪設(shè)計(jì)的好壞決定了車輛差速轉(zhuǎn)向控制性能,決定了車輛轉(zhuǎn)向時(shí)左右兩側(cè)車輪的協(xié)調(diào)性。如圖4 所示,凸輪是由1、2、3 三段曲線弧生成的扇形結(jié)構(gòu),3 段曲線弧決定了兩個(gè)先導(dǎo)控制閥頂桿伸出的位移。

        圖4 凸輪外形圖

        3 結(jié)束語

        框架式支架搬運(yùn)車液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)差速控制裝置可以有效解決煤礦井下支架搬運(yùn)車轉(zhuǎn)向時(shí)左右兩側(cè)車輪的差速問題,可以很好地滿足礦井下狹窄巷道車輛轉(zhuǎn)彎半徑小的要求。此外,該裝置為車輛輪胎的使用壽命提供了強(qiáng)有力的保障,并隨著井下車輛的廣泛普及應(yīng)用,對(duì)煤礦井下安全生產(chǎn)具有積極意義。

        [1]常凱.煤礦用液壓支架搬運(yùn)車的選型探討[J].煤礦機(jī)械,2010,31(6):72-74.

        [2]柳玉龍.液壓傳動(dòng)在支架搬運(yùn)車中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2010,31(7):177-179.

        [3]姚懷新.工程機(jī)械底盤及其液壓傳動(dòng)理論[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [4]安光明.框架式支架搬運(yùn)車的閉式回路靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)探討[J].煤礦機(jī)械,2010,31(12):128-129.

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