摘要：對(duì)于輪式機(jī)械，因其工作特點(diǎn)均采用四輪驅(qū)動(dòng)，車(chē)輛底盤(pán)四輪驅(qū)動(dòng)的液壓行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有中央驅(qū)動(dòng)和輪邊獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。本文通過(guò)對(duì)兩種典型行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析研究，并以0.5立方小型地下鏟運(yùn)機(jī)為例在Automation studio中建立仿真模型，模擬分析兩種行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，通過(guò)對(duì)比分析得出：輪邊驅(qū)動(dòng)方式效率更高，適應(yīng)性更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：輪式機(jī)械；液壓行走系統(tǒng)；底盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式

中圖分類(lèi)號(hào)： TU621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2015）10（b）-0000-00

1中央驅(qū)動(dòng)方式

中央驅(qū)動(dòng)方式?jīng)]有對(duì)車(chē)輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大的改變，保留了原有傳動(dòng)橋等，只是用液壓泵和馬達(dá)替代了變矩器?？梢酝ㄟ^(guò)液壓泵和馬達(dá)的調(diào)速實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，輸出轉(zhuǎn)速和扭矩范圍更寬，發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率相對(duì)提高。

其又分為單橋和雙橋：1）單橋驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)變量液壓泵輸出方向和輸出流量的調(diào)節(jié)，對(duì)車(chē)輛的速度、換向和制動(dòng)進(jìn)行控制。檔位變換通過(guò)變速箱進(jìn)行機(jī)械換擋。系統(tǒng)可以通過(guò)比例控制和手動(dòng)伺服變量控制液壓變量泵的輸出，有效降低外界負(fù)載對(duì)車(chē)輛的影響，提高車(chē)輛行駛穩(wěn)定性。2）雙橋驅(qū)動(dòng)方式，雙橋驅(qū)動(dòng)方式與單橋驅(qū)動(dòng)相比結(jié)構(gòu)要相對(duì)復(fù)雜。雙橋驅(qū)動(dòng)通過(guò)變速箱同時(shí)驅(qū)動(dòng)前后橋，要求比單橋驅(qū)動(dòng)更大變速范圍，因此一般選擇變量泵——變量馬達(dá)變速調(diào)速回路，速度范圍較大，配合機(jī)械換擋，有效提高車(chē)輛性能。能夠滿(mǎn)足復(fù)雜工況的作業(yè)要求，適合牽引力大以及外界載荷變化較大車(chē)輛。

2輪邊獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式

車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)直接通過(guò)輪邊馬達(dá)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，由變量泵控制馬達(dá)實(shí)現(xiàn)速度變化。隨著體積和重量更小的液壓馬達(dá)的問(wèn)世，甚至直接插裝式的液壓馬達(dá)及相應(yīng)輪邊減速器的發(fā)展，輪邊獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用前景更加廣闊。

根據(jù)馬達(dá)安裝和管路連接的不同，大致又可分為三種情況：1）四輪對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)，前后橋分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，便于發(fā)揮車(chē)輛牽引性能。但是，由于增加了液壓元器件數(shù)量，系統(tǒng)的故障環(huán)節(jié)會(huì)相應(yīng)增多。2）四輪非對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)，所謂非對(duì)稱(chēng)驅(qū)動(dòng)方式，就是由于地面狀況變化，使前后橋驅(qū)動(dòng)在行駛過(guò)程中所受阻力不同，造成前后橋載荷分布不均勻，進(jìn)而使馬達(dá)排量發(fā)生變化，四個(gè)輪邊馬達(dá)的排量不相等。3）馬達(dá)串、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式，利用車(chē)輛一側(cè)的兩個(gè)液壓馬達(dá)構(gòu)成串并聯(lián)回路，通過(guò)串并聯(lián)回路的變換實(shí)現(xiàn)車(chē)輛變速的目的。在變量泵輸出流量一定的情況下，串聯(lián)時(shí)馬達(dá)輸入流量相當(dāng)于并聯(lián)式馬達(dá)輸入流量的一倍。因此，在不高于額定轉(zhuǎn)速的情況下，串聯(lián)時(shí)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速是并聯(lián)時(shí)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速的一倍。如圖1所示，為加裝了單向溢流閥的馬達(dá)串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)回路。由于兩側(cè)回路相同，為了簡(jiǎn)便，只給出一側(cè)的液壓回路。

圖1單溢流閥組成的串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)回路

由以上分析可知，兩馬達(dá)構(gòu)成并聯(lián)回路時(shí)，車(chē)輛在低速檔位工作。當(dāng)變換到串聯(lián)回路時(shí)，車(chē)輛在高速檔位工作，此時(shí)，兩馬達(dá)互相影響，會(huì)形成差速鎖功能。但是這種回路功率利用率低，容易使車(chē)輪的加速磨損，。

解決上述問(wèn)題的措施是：在前后馬達(dá)之間加裝一個(gè)單項(xiàng)溢流閥，起到調(diào)節(jié)油路的作用。當(dāng)車(chē)輛差速轉(zhuǎn)向時(shí)，流量Q會(huì)不斷變化，轉(zhuǎn)向的方向決定補(bǔ)油或是排油。此外，轉(zhuǎn)向還跟變量泵對(duì)內(nèi)側(cè)和外側(cè)的馬達(dá)調(diào)速有關(guān)。這種驅(qū)動(dòng)方式對(duì)車(chē)輛性能的提升很大，能夠使車(chē)輛適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)工況。

3兩種驅(qū)動(dòng)方式對(duì)比分析

對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)方式采用Automation Studio軟件進(jìn)行仿真分析，并以0.5立方小型地下鏟運(yùn)機(jī)為實(shí)例進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

圖2 0.5立方小型鏟運(yùn)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)液壓行走系統(tǒng)原理圖

如圖2所示，中央驅(qū)動(dòng)液壓行走系統(tǒng)中，變量泵與補(bǔ)油泵隨發(fā)動(dòng)機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，補(bǔ)油泵對(duì)系統(tǒng)供油，用以維持主回路壓力，同時(shí)為控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供壓力油，補(bǔ)充油液損失。補(bǔ)油泵輸出的液壓油，經(jīng)單向閥，進(jìn)入低壓油路，另一側(cè)在高壓作用下關(guān)閉。高壓安全閥，當(dāng)壓力高于一定值時(shí)，使變量泵柱塞沖程變小。壓力限制器傳感器如同安全閥閥芯，起先導(dǎo)控制作用。旁通閥的作用是：某些情況下，使液壓油不經(jīng)泵，直接流回殼體，減少功率損耗。高壓油液通過(guò)三位三通換向閥、一個(gè)梭形閥和一個(gè)低壓溢流閥進(jìn)入變量馬達(dá)伺服缸（柱塞），通過(guò)改變馬達(dá)斜盤(pán)的傾斜角度，實(shí)現(xiàn)變量調(diào)速。

圖3 0.5立方小型鏟運(yùn)機(jī)輪邊驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)液壓原理圖

如圖3所示，輪邊驅(qū)動(dòng)液壓行走系統(tǒng)中，兩個(gè)變量泵分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)定量馬達(dá)，變量泵和馬達(dá)構(gòu)成的兩個(gè)獨(dú)立的液壓回路。補(bǔ)油泵輸出的液壓油，用以維持主回路壓力，為控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供壓力油，補(bǔ)充油液損失。經(jīng)一側(cè)單向閥，進(jìn)入低壓油路，另一側(cè)在高壓作用下關(guān)閉。

馬達(dá)和泵采用串并聯(lián)形式，使車(chē)輛具有高低速兩個(gè)檔位。在一檔位工作時(shí)，所有馬達(dá)以并聯(lián)的形式工作，保證扭矩輸出，可用于作業(yè)工況。當(dāng)換到二檔位時(shí)，前后側(cè)的馬達(dá)是串聯(lián)的形式，使馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速變大，可用于行駛工況。

通過(guò)兩個(gè)方案對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，中央驅(qū)動(dòng)方式只是用液壓泵和馬達(dá)回路代替了液力變矩器，保留驅(qū)動(dòng)橋等原有基本結(jié)構(gòu)，車(chē)輛的平衡方式、轉(zhuǎn)向控制、差速等均保持不變，整車(chē)性能和牽引特性沒(méi)有質(zhì)的改變。但是在采用變量泵—變量馬達(dá)回路后，通過(guò)容積調(diào)速，能夠得到較寬的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率得到提升。

輪邊驅(qū)動(dòng)方式是用液壓泵和馬達(dá)取代變速箱、驅(qū)動(dòng)橋等結(jié)構(gòu)，縮短了傳遞路徑。由于液壓泵和馬達(dá)通過(guò)管路連接，不需像剛性連接時(shí)要考慮傳遞方向和空間結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，可以根據(jù)需要調(diào)整車(chē)輛結(jié)構(gòu)布置，用以滿(mǎn)足車(chē)輛性能要求。

結(jié)論：輪邊驅(qū)動(dòng)方式不但能實(shí)現(xiàn)中央驅(qū)動(dòng)方式車(chē)輛的性能指標(biāo)，且具有更大的適應(yīng)性，提升車(chē)輛性能?？梢圆恍枰獑为?dú)的轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，其通過(guò)兩側(cè)獨(dú)立液壓回路的調(diào)速差，進(jìn)行差速轉(zhuǎn)向。

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