郭太清，韓美香，蔡新盛，張 敏，解 康，暢 寧

(山西北方機械制造有限責任公司，山西 太原 030009)

一種礦用機械的行走直線功能改進方法

郭太清，韓美香，蔡新盛，張 敏，解 康，暢 寧

(山西北方機械制造有限責任公司，山西 太原 030009)

履帶式行走底盤的結構是在底盤的行走架上安裝有左、右2條履帶的行走裝置，其行走功能的實現(xiàn)方法是在左、右2條履帶上各裝1套行走驅動機構，每條履帶的行走驅動力是由各自結構中安裝的馬達(馬達由來自泵的壓力油驅動)的輸出軸旋轉而形成的。單泵供油使2個馬達同時工作時，馬達會因受到各自所驅動的阻力的不同，而呈現(xiàn)出承受阻力小的馬達運轉，承受阻力大的馬達無法同步運轉或不轉的情況，這就形成機械設備不能直線行走的問題。針對這種情況，進行了分析研究，最終采用負載敏感多路閥解決了這一問題。

履帶；行走；直線；換向閥

根據(jù)煤礦生產建設應用市場的需求，筆者開展了一種礦用機械的研制工作。該礦用機械的行走工況是煤礦等的巷道，巷道的最窄寬度是3.5 m，道路是具有石塊或煤塊的土質路面。由于煤礦的巷道場地所限，所以對這種礦用機械的行走直線功能要求較高。該礦用機械必須能夠在3.5 m寬的巷道內實現(xiàn)穩(wěn)定行駛并能轉彎。

1 礦用機械的行走裝置結構

工程機械的行走裝置有多種形式，常見的主要有履帶式、輪式和步履式等3種，其主要功能是支承和移動。而履帶式行走裝置是最常應用的一種形式，其突出的優(yōu)點是牽引力大、接地比壓小、附著系數(shù)大、越野性能及穩(wěn)定性好、爬坡能力強、轉彎半徑小和機動靈活。基于上述優(yōu)點，履帶式行走裝置更適合在煤礦等的巷道內運行。

履帶式行走裝置的結構是在底盤的行走架上安裝有左、右2條履帶，而整個履帶式行走裝置是由2組“四輪一帶”(即引導輪、支重輪、托鏈輪、驅動輪和履帶)、張緊裝置、行走機構和1個行走架組成。其中，行走機構包括行走馬達、行走減速機裝置和行走制動閥。行走馬達由來自泵的壓力油驅動旋轉，并將扭矩傳遞到行走減速裝置。行走減速裝置為多級行星齒輪減速結構，作用是降低行走馬達的轉速，增大驅動扭矩，使驅動輪和履帶轉動[1]，從而驅動整車的行走運動。

履帶式行走裝置機械行走時，驅動輪在驅動力矩的作用下產生一個拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出。由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使整機克服阻力向前移動，使驅動輪卷動履帶，導向輪再把履帶鋪設到地面上，從而使整機沿著履帶軌道向前持續(xù)運行。整機轉向時，通過對安裝在2條履帶上、由液壓泵供油的行走馬達的油路控制，可以實現(xiàn)轉向或就地轉彎，以適應整機在各種地面上的轉向。

2 初始設計的行走操作閥原理

煤礦用機械的履帶式行走裝置所應用的具體工況要求其具有防爆功能，所以在液壓系統(tǒng)設計時，不能選用電磁換向閥，且由于工作流量不很大，可以直接操作，所以也不必增加先導操作等。手動換向閥是依靠手動杠桿的作用力驅動閥芯運動來實現(xiàn)油路通斷或切換的方向控制閥。由于手動換向閥操作簡便，工作可靠，又能使用在沒有電力的場合，因而在行走機械液壓系統(tǒng)中得到了廣泛的應用[2]。本文選擇了四川長江液壓有限責任公司的兩聯(lián)手動Z系列多路換向閥。其液壓原理圖如圖1所示。

圖1 Z系列多路換向閥原理圖

Z系列多路換向閥是由多個換向閥和安全閥及各種附加閥組合而成的片式組合閥，根據(jù)工作機構需要，可組合為10聯(lián)以內的多路閥組。它具有工作壓力高、結構緊湊、安全閥性能好、可靠性高和通用性好等特點。它主要用于挖掘機、裝載機、起重機械和礦山機械等的液壓系統(tǒng)中，能夠實現(xiàn)多個執(zhí)行機構的集中控制。

3 問題現(xiàn)象及原因分析

產品試制完成后，進行行走試驗時發(fā)現(xiàn)，其行走時很難做直線運動，且操作行走操縱閥后，整車是左右晃動著前進，晃動的幅度很大、很猛，不適應在坑道中自行運動。針對上述問題，通過認真研究和分析后發(fā)現(xiàn)，由于原系統(tǒng)是單泵供油，所以普通手動換向閥換向后，若左右行走馬達同時供油行走，受阻力大小的影響就會出現(xiàn)單邊行走的狀況。

4 行走直線功能改進方法

在液壓閥中有分流—集流閥，可以使2個或2個以上的執(zhí)行元件在承受不同負載時，仍能獲得相等(或成一定比例)的流量，從而實現(xiàn)執(zhí)行元件的同步運動，故也稱為同步閥[3]。此閥可以保證2條履帶的直線運行功能，但該礦用機械還有轉彎、回轉等功能要求，即2條履帶既有行走直線時需同步的要求，又有轉彎等時需不同步的要求，所以分流—集流閥還不適合該礦用機械的底盤行走裝置的要求。

有一種負載傳感控制系統(tǒng)是采用壓力補償閥，使多路閥前、后(上、下游)的壓差ΔP為定值。根據(jù)節(jié)流孔流量公式，即：

(1)

式中，K是流量系數(shù)，與油的容重有關；A是節(jié)流孔面積(即多路閥芯的開度)；ΔP是節(jié)流孔前、后壓差(即多路閥芯前、后壓差)。

由式1可知，若保持壓差ΔP不變，則流經(jīng)節(jié)流孔(多路閥芯的節(jié)流邊)的流量只與過流面積成正比。這就是說，實現(xiàn)各聯(lián)節(jié)流閥前、后壓差均保持在設定的相等值，進而保證多路閥各聯(lián)通流量只與閥芯位移相關，而與各聯(lián)負載無關[4]。在履帶式底盤的行走過程中，即使左、右履帶的阻力變化不定，只要使閥芯兩端壓差ΔP為定值，那么，流進2個液壓馬達的流量也不改變，因而底盤上2條履帶的轉速也保持不變。即負載傳感控制可保證2個馬達的輸出軸的轉速不受負載變化的影響，兩馬達互不干擾；因此負載傳感系統(tǒng)只需采用單泵并聯(lián)回路，即可實現(xiàn)各聯(lián)機構的動作要求。

丹福斯的負載敏感多路閥是一種串聯(lián)定差減壓閥的負載敏感手動換向閥。這種配置串聯(lián)定差減壓閥的負載敏感系統(tǒng)，其基本優(yōu)點是所控制負載速度只與輸入信號有關，不受負載壓力變化的影響，各聯(lián)之間互不干擾，速度只與各聯(lián)輸入信號相關；因此，該閥用來操作單泵供油控制2條履帶行走的液壓系統(tǒng)裝置很適合。但這種負載敏感多路閥的中位都是O型的封閉結構，沒有中位回油通道，在各執(zhí)行機構都不動作時不能形成卸荷狀態(tài)，這樣就會增加無用功的損耗，增加系統(tǒng)發(fā)熱。如何將沒有回油通道的負載敏感閥組改變成有回油通道的閥組，就是解決問題的關鍵。

通過認真分析和研究這種負載敏感閥組的結構和原理圖，最終確定了采用多加1聯(lián)負載敏感閥，用多加的這一聯(lián)閥的一端工作位作為通道使用，形成回油通道，使得在行走機構不工作時，系統(tǒng)是卸荷狀態(tài)，這樣可以減小功率損失和減少系統(tǒng)發(fā)熱；同時，該回油通道還可以當作過橋通道進行與其他閥組的連接，形成動力油源的傳送。其原理圖如圖2所示。

圖2 負載敏感閥原理圖

具體實施方法是將負載敏感閥組中的一聯(lián)的操縱手柄，操縱為固定在某一端的工作狀態(tài)。而固定這一手柄在某一工作位的方法是通過將一支桿的一端固定在閥組上，另一端將這一聯(lián)的手柄操作桿支承為一種工作狀態(tài)，將對應輸出壓力油的工作油口接至回油處，從而形成了卸荷回路。此卸荷回路也可作為過橋通道向其他閥組提供油源，便于和其他類型的閥組連接。該聯(lián)的負載敏感閥是作為通道功能使用；而當其余聯(lián)的負載敏感閥工作時，此聯(lián)作為通道的負載敏感閥不影響其正常工作，只是分流一些油。工作時也可將該支桿旋開，即可不產生分流的作用。實際將負載敏感閥的某一聯(lián)操縱手柄固定在一個工作位的實施情況如圖3所示。

圖3 某一聯(lián)操縱手柄固定在一個工作位的實施情況

該礦用機械的履帶式行走裝置的液壓系統(tǒng)中按上述方法更換為負載敏感閥組后進行試驗， 其行走直線運動很穩(wěn)，且轉彎行駛也很靈活，達到了該產品在單泵供油的情況下其行走動作適應煤礦巷道環(huán)境的要求。

5 結語

負載敏感閥在液壓系統(tǒng)中的應用，主要是能夠實現(xiàn)與負載無關地控制執(zhí)行元件的流量，所以閥的流量僅與控制信號成比例，而與負載大小無關；因此，采用該閥后，操縱行走控制閥的閥桿動作時，行走速度只與操作的閥芯開口大小有關，而不受單邊履帶阻力大小的影響，這樣可以保證單泵供油的履帶式行走底盤的行走直線性和轉彎功能的要求。該方法適合于僅由單泵供油的情況下，通過壓力補償同時控制多個具有不同負載壓力的執(zhí)行器，可以僅通過改變各操作閥的操作量來調整各執(zhí)行器的速度，使控制速度不隨負載壓力而變化，避免低負載過快、高負載停止的現(xiàn)象。在車輛和工程機械中采用多執(zhí)行器負載敏感，可以大幅度提高其操作性能[5]。

[1] 陳國俊. 液壓挖掘機[M].武漢：華中科技大學出版社，2011.

[2] 范存德. 液壓技術手冊[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2004.

[3] 雷天覺. 液壓工程手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[4] 葛磊，趙虎，權龍. 基于SimulationX的多路閥負載補償閥建模分析[J].液壓與氣動，2013(10)：11-14.

[5] 顧臨怡，謝英俊. 多執(zhí)行器負載敏感系統(tǒng)的分流控制發(fā)展綜述[J].機床與液壓，2001(3)：3-6.

責任編輯鄭練

南京欲建國際機床產業(yè)園區(qū)

從南京新工集團主辦、機床集團承辦的“現(xiàn)代機床制造業(yè)發(fā)展及市場論壇”上獲悉，南京機床產業(yè)正加大與全球頂尖企業(yè)的深度合作，未來南京還有計劃建立國際機床產業(yè)園區(qū)。上世紀70～80年代，南京的機床行業(yè)在全國領先，但是90年代后，南京的機床行業(yè)漸漸落后，相比沈陽、大連、重慶的機床產業(yè)有較大差距，相比德國西門子、日本法那科等全球頂尖企業(yè)則差距更大。為了縮小南京機床產業(yè)與世界先進機床產業(yè)的差距，南京機床產業(yè)加大了與德國西門子、日本法那科等全球頂尖企業(yè)的深度合作，未來3年，南京機床集團將加快技術引入和推進全球市場化營銷，實現(xiàn)南京機床產業(yè)的升級換代，未來還有計劃在南京國際機床產業(yè)園，實現(xiàn)集高端機床生產和銷售于一體的產業(yè)化基地。

——摘自中國機床網(wǎng)

AMethodofMiningMachineryWalkStraightLineFunctionImprovement

GUO Taiqing, HAN Meixiang, CAI Xinsheng, ZHANG Min, XIE Kang, CHANG Ning

(Shanxi North Machinery Manufacturing Limited Liability Company, Taiyuan 030009, China)

Crawler walking chassis structure is setting up two crawler walking device on the chassis of walking, the walking function implementation of the method is: to set driving mechanism in each of two tracks, a driving force of each crawler walking by their structure is installed in the motor (motor driven by pressure from the pump oil) of the output shaft rotation. Single pump oil make two motors at work at the same time, the motor will be driven by their own resistance to the present. Under the small resistance of the motor running, the motor in the resistance can't work under synchronous operation or not, and it makes mechanical equipment can't walk straight. For this kind of situation, we have carried on the analysis of research, finally use the load sensitive multi-way valve solve this problem.

track, walk, a straight line, directional control valve

TH 15

:B

郭太清(1961-)，男，工程師，大專，主要從事工程機械的研發(fā)設計等方面的研究。

2015-02-09