張子文，魏文靜

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300350）

物流運(yùn)輸中，用于危險品運(yùn)輸?shù)姆辣囕v作為輔助化工行業(yè)運(yùn)輸貨物的關(guān)鍵載物設(shè)備，具有運(yùn)轉(zhuǎn)效率高、使用較靈活等特點(diǎn)，在使用中做為擔(dān)負(fù)工業(yè)原材料及生產(chǎn)物料等材料運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?，按照承載重量劃分，基本承重可超過8t的防爆車即認(rèn)定為重型車輛，由于化工危險品物流區(qū)域巷路較窄、彎路較多，因此要求駕駛車輛人員具備相關(guān)的專業(yè)證件[1]。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是物流防爆車的主要構(gòu)成部分，系統(tǒng)性能的優(yōu)劣可直接影響物流操作穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由車輛液壓泵、方向盤、轉(zhuǎn)向設(shè)備、壓力溢出表、溢流閥門等構(gòu)成，工作中由車輛發(fā)電機(jī)提供液壓泵的動力值，物流過程中，動力泵的高壓油溢出，流經(jīng)壓力管經(jīng)過車輛壓力過濾裝置，最終到達(dá)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)車輛在化工危險品物流運(yùn)輸?shù)缆饭ぷ髦行枰D(zhuǎn)向時，手動調(diào)節(jié)方向盤，帶動轉(zhuǎn)向設(shè)備中閥芯工作，提供車輛轉(zhuǎn)向動力。車輛直行時，壓力油可不經(jīng)過壓力表過濾，直接流經(jīng)壓力管線提供回路直行動力。基于化工危險品物流運(yùn)輸中部分運(yùn)輸物品存在一定潛在危險，極易出現(xiàn)爆炸或高溫燃燒等現(xiàn)象，不但抑制了物品的運(yùn)輸效率，降低了化工危險品物流工作的安全性，同時也嚴(yán)重的限制了化工危險品物流行業(yè)在經(jīng)濟(jì)市場的持續(xù)發(fā)展[2]。結(jié)合化工危險品物流市場調(diào)查數(shù)據(jù)得知，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在車輛運(yùn)轉(zhuǎn)時液壓壓力較大的危險，為了提升化工危險品物流運(yùn)輸效率，如何實現(xiàn)防爆車輛液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行時的壓力控制勢在必行。

1 化工危險品物流防爆車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)輸優(yōu)化研究

1.1 化工危險品物流運(yùn)輸防爆車轉(zhuǎn)向阻力矩優(yōu)化設(shè)計

化工危險品物流防爆車阻力距離是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)之一，盡管目前市場內(nèi)已經(jīng)出臺很多相關(guān)阻力矩優(yōu)化的方式，但對于整體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)化程度較低?；のｋU品物流防爆車空載時，前端荷載質(zhì)量大于后端荷載重量；車輛滿載時，后端荷載重量大于前端荷載重量。依照動力學(xué)原理及虛位移分析方式，計算最大轉(zhuǎn)向阻力矩數(shù)值[3]。計算公式為：

公式中：M表示為化工危險品物流運(yùn)輸防爆車液壓最大轉(zhuǎn)向阻力矩；T表示為車輛轉(zhuǎn)向過程中由車輪摩擦引發(fā)的轉(zhuǎn)向阻力；δ表示為車輛轉(zhuǎn)向時方向盤轉(zhuǎn)向引發(fā)的轉(zhuǎn)向阻力值；β表示為傳動扭轉(zhuǎn)引發(fā)的橫向切力；γ表示為車輛轉(zhuǎn)向受到的縱向阻力；α表示為車輛轉(zhuǎn)向中存在的虛位移距離。根據(jù)上述計算公式可知，阻力距的外在影響因素與虛位移及橫向切力兩者具有直接的聯(lián)系[4]。現(xiàn)行運(yùn)行系統(tǒng)由于額定功率數(shù)值較低，造成滿載運(yùn)輸狀態(tài)下荷載力賦值與系統(tǒng)功率輸出值匹配的角度。因此，優(yōu)化時要注意提高系統(tǒng)功率輸出值，還要對泵源、高壓輸出回路及油箱回路壓力值實施不定期檢測，保持液壓車的啟動頻率和換向功率在轉(zhuǎn)向時相對穩(wěn)定。忽略其它影響系統(tǒng)運(yùn)行的外在因素，降低阻力對車輛影響，計算系統(tǒng)阻力矩終端輸出值，計算公式如下。

公式中：i表示為化工危險品物流運(yùn)輸防爆車輛；r表示為虛位移測量中心點(diǎn)；λ表示為系統(tǒng)可調(diào)節(jié)位移誤差范圍。結(jié)合裝箱系統(tǒng)運(yùn)行實際需求，明確阻力矩的優(yōu)化范圍，設(shè)定轉(zhuǎn)向評價目標(biāo)，包括轉(zhuǎn)向阻力矩調(diào)試靈敏程度、動力設(shè)備牽引性能及系統(tǒng)在設(shè)備運(yùn)行中的空間控制等，依照不同型號車輛的不同需求量，調(diào)整車輛轉(zhuǎn)向性能，確保壓力輸出值具有一定時效性，進(jìn)而起到滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)阻力矩優(yōu)化的作用[5]。

1.2 運(yùn)輸設(shè)備轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油缸參數(shù)值優(yōu)化設(shè)計

目前，化工危險品物流防爆車通常使用雙缸式轉(zhuǎn)向油缸，布置在系統(tǒng)與設(shè)備鉸接中心位置處，轉(zhuǎn)向角度通常設(shè)置在25~50°之間，轉(zhuǎn)向油缸在安裝過程中，除了需要嚴(yán)格遵循化工危險品物流運(yùn)輸設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)，同時需要考慮到后期油缸的清理或維修是否便利、與系統(tǒng)連接處需排除干擾設(shè)施。此外，需控制轉(zhuǎn)向軸距離且油缸內(nèi)壓力變化情況，以此要求力臂在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行中維持相對平穩(wěn)。根據(jù)車輛系統(tǒng)架構(gòu)排放要求，調(diào)整油缸壓力輸出轉(zhuǎn)向角度，優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)油缸參數(shù)值。如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油缸參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)圖1表述信息，圖中點(diǎn)A與點(diǎn)B表示為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中油缸與車輛前端發(fā)電機(jī)連接處，點(diǎn)C與點(diǎn)D表示為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中油缸與車輛后端承載機(jī)架連接處，點(diǎn)O表示為系統(tǒng)交接中心處。依照動力學(xué)作圖分析方法，可明確油缸壓力輸出值傳送路徑，設(shè)定路徑長度為參數(shù)L，在確?；钊麠U與油箱保持一定距離的基礎(chǔ)上，明確轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出力矩數(shù)值應(yīng)大于產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向力矩值，表示為Ms≥M。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油缸中壓力輸出值會隨著車輛轉(zhuǎn)向桿的變化而變化，且轉(zhuǎn)向桿兩端荷載受力不均等，因此無法確定兩端輸出數(shù)據(jù)的最小值，忽略其它影響油缸壓力參數(shù)的外界因素，計算轉(zhuǎn)向油缸兩端壓力輸出值。計算公式如下。

公式中：Ms表示為轉(zhuǎn)向油缸兩端壓力輸出值；Pmax表示為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行中可承受的最大壓力值表示為常數(shù)參數(shù)，通?？杀磉_(dá)油缸內(nèi)液體壓強(qiáng)，取值范圍在0.45～0.65之間；D表示為車輛油塞外直徑；d表示為車輛油塞內(nèi)直徑，取值為0.4D；rmin表示為當(dāng)折腰角度到達(dá)一定數(shù)值時，鉸接點(diǎn)力臂取值最小。通過上述計算公式，可明確系統(tǒng)內(nèi)油缸壓力參數(shù)變化趨勢及數(shù)據(jù)輸出路線，以此滿足參數(shù)的優(yōu)化。

1.3 支撐運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行液壓泵裝置優(yōu)化設(shè)計

物流防爆車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向運(yùn)行時間是評估系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)之一，若車輛轉(zhuǎn)向速度過快，超出系統(tǒng)可調(diào)節(jié)范圍，會產(chǎn)生壓力反作用力，進(jìn)而對物流車輛平衡控制起到一定的抑制作用。若轉(zhuǎn)向太慢會導(dǎo)致荷載過重發(fā)電機(jī)壓力不足，造成大型交通事故。因此，應(yīng)合理選擇支撐系統(tǒng)運(yùn)行的液壓泵裝置，防止大型運(yùn)輸車輛在實施化工產(chǎn)品運(yùn)輸時轉(zhuǎn)向故障，考慮到液壓泵排量對地下裝載機(jī)造成的沖擊力，優(yōu)化后液壓泵設(shè)備壓力排量計算公式如下。

公式中：q表示為優(yōu)化后液壓泵設(shè)備壓力排量；l表示為壓力數(shù)值傳輸最短路徑；N表示為系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備高速空轉(zhuǎn)速度，計算單位為r/s；T表示空轉(zhuǎn)時間，計算單位為s；η表示為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部容積工作效率，計算單位為%。結(jié)合終端計算數(shù)值q，選擇化工危險品物流行業(yè)合理的液壓泵商家，設(shè)計優(yōu)化后系統(tǒng)內(nèi)液壓泵工作流程。

由系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集端輸入車輛轉(zhuǎn)向動力數(shù)值，整合車輛實際物流情況，將運(yùn)行狀態(tài)分為直行變速轉(zhuǎn)向及直接轉(zhuǎn)向，傳遞數(shù)據(jù)值中央傳動端，并結(jié)合馬達(dá)后端傳動數(shù)據(jù)，處理左/右兩方轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)，收集齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)及太陽輪運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)，將數(shù)據(jù)統(tǒng)計后存檔歸入終端數(shù)據(jù)庫，輸出轉(zhuǎn)向動力值。結(jié)合動力空間值在液壓泵中選擇與系統(tǒng)匹配的轉(zhuǎn)向器，篩選靜態(tài)信號符合傳感流量方法轉(zhuǎn)向器，確保系統(tǒng)運(yùn)行時排量穩(wěn)定，完成支撐系統(tǒng)運(yùn)行液壓泵裝置的運(yùn)輸設(shè)備優(yōu)化設(shè)計。

1.4 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)約束條件優(yōu)化設(shè)計

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)中除了受到自身性能及結(jié)構(gòu)約束外，同時受到車輛行駛路面情況、電動機(jī)供電情況及壓力回路等因素的干擾，以此優(yōu)化系統(tǒng)中多個約束條件，降低對系統(tǒng)運(yùn)行的抑制作用，可起到提升系統(tǒng)綜合性能的作用。其一，化工危險品物流防爆車在轉(zhuǎn)向行駛過程中，兩側(cè)回路受到的向前牽引力均需由系統(tǒng)壓力提供，卻要求牽引力值不得小于輪胎與地面摩擦受到的阻力，可表示為動力因子條件大于等于地面動力因子質(zhì)量。計算公式如下。

公式中：g(X)表示為車輛行駛過程中地面對系統(tǒng)運(yùn)行造成的約束；D0發(fā)電機(jī)牽引力產(chǎn)生的動力因子質(zhì)量；Dc表示為地面動力因子質(zhì)量。通過上述條件控制可將地面約束對系統(tǒng)運(yùn)行的影響降至最低。其二，液壓泵轉(zhuǎn)速作為抑制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行的條件之一，可對其實施下述優(yōu)化措施。計算公式如下。

公式中：g表示為系統(tǒng)中多個液壓泵轉(zhuǎn)速；X表示為針對不同液壓泵的不同約束條件；MC表示為液壓泵最低轉(zhuǎn)速；MC表示為液壓泵最高轉(zhuǎn)速；nC表示為發(fā)電機(jī)待機(jī)轉(zhuǎn)速；nE表示為系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速；nσ表示為發(fā)電機(jī)待機(jī)轉(zhuǎn)矩；nμ表示為系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩。其三，結(jié)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行過程中性能要求，結(jié)合壓力數(shù)據(jù)傳輸軌跡，對系統(tǒng)額定電壓輸出值實施約束。計算公式如下。

公式中：kp表示為系統(tǒng)可調(diào)節(jié)壓力值；PH表示為系統(tǒng)運(yùn)行額定壓力值；PM表示為壓力回路傳輸中最高電壓值。依照系統(tǒng)運(yùn)行特性，調(diào)整齒輪轉(zhuǎn)速比及系統(tǒng)中多個硬件布置要求，完成約束條件優(yōu)化。

2 對比實驗

2.1 實驗準(zhǔn)備

設(shè)計對比實驗，選用型號為DFH-1203G化工危險品防爆車作為此次實驗的研究對象，該型號車輛在市場內(nèi)主要應(yīng)用于大型產(chǎn)品、原材料為化工危險品等物品的物流運(yùn)輸，根據(jù)車輛的使用情況，設(shè)定車輛轉(zhuǎn)向履帶滾動受阻值為0.08MPa，受阻最大系數(shù)值為1.5。過泵檢驗，車身自體重量為7500kg、轉(zhuǎn)向中發(fā)電機(jī)最大承載轉(zhuǎn)數(shù)為2500r/min，驅(qū)動后輪半徑長度為0.468m，防爆車中央轉(zhuǎn)向比值為2.845，終端輸出轉(zhuǎn)向比值為5.64，履帶軸距長度為1.632m，系統(tǒng)統(tǒng)一供油壓力為25MPa，調(diào)轉(zhuǎn)溢流閥時壓力值驟降到2.0MPa。轉(zhuǎn)向出現(xiàn)交叉異?，F(xiàn)象的概率為0.8，預(yù)計出現(xiàn)變異的概率為0.002?？紤]到防爆車在化工危險品物流中的基本使用要求，忽略車輛行駛中影響實驗結(jié)果的其它外界因素，將車輛原地轉(zhuǎn)向壓力變化值作為評價轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，實驗論證采用相同的環(huán)境變化的路段和地區(qū)、具有相同性質(zhì)和質(zhì)量的化工危險品實施運(yùn)輸論證實驗，在車輛滿載狀態(tài)下讓車輛在普通混凝土路面上進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向，在油缸中的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)各安裝一個壓力傳感設(shè)備，測量轉(zhuǎn)向過程中系統(tǒng)收到各個點(diǎn)的壓力值。先收集優(yōu)化前化工危險品物流防爆車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油缸的壓力數(shù)據(jù)值，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)分析數(shù)據(jù)集合中存在的異常點(diǎn)，定義該組為此次實驗的對照組。再使用本文優(yōu)化后的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實施相同操作步驟，收集實驗數(shù)據(jù)，定義該組為實驗組。使用CHMP智能型液壓檢測設(shè)備采集數(shù)據(jù)，并將獲取數(shù)據(jù)整理成曲線輸出。

2.2 實驗結(jié)果分析（見圖2）

由圖2可知，在整個轉(zhuǎn)向?qū)嶒炦^程中，優(yōu)化后的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力曲線變化相對平穩(wěn)，符合車輛壓力標(biāo)準(zhǔn)變化趨勢，且轉(zhuǎn)向后整體壓力值控制較平穩(wěn)，在整體實驗中，轉(zhuǎn)向相對靈活，轉(zhuǎn)向油缸無其它干擾因素出現(xiàn)。由此可分析出本次改進(jìn)的液壓車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有極大優(yōu)勢，可以在物流運(yùn)輸過程中，減輕車身負(fù)擔(dān)，自動調(diào)控壓力值，提高運(yùn)輸效率，并且通過各個回路的優(yōu)化提高化工危險品物流運(yùn)輸?shù)陌踩阅?。更具備市場實際應(yīng)用價值。

圖2 實驗結(jié)果對比

3 結(jié)束語

化工行業(yè)在市場的快速發(fā)展在一定程度上促進(jìn)了化工物品運(yùn)輸行業(yè)的前進(jìn)，因此本文從系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、約束條件、支持系統(tǒng)設(shè)備及轉(zhuǎn)向阻力矩4個方面，提出了化工危險品物流防爆車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)化的詳細(xì)研究，設(shè)計對比實驗，提出實驗環(huán)境，驗證優(yōu)化的系統(tǒng)在實際運(yùn)行中可有效的控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)內(nèi)部壓力輸出值，具備一定的市場研究價值。盡管本文研究在實際應(yīng)用中已經(jīng)取得了部分成績，但在后期的發(fā)展中，仍需要從多個角度思考問題，包括系統(tǒng)內(nèi)部硬件設(shè)備排布的緊湊程度、軟件程序集成性、轉(zhuǎn)向桿連接管線、車輛及系統(tǒng)定期養(yǎng)護(hù)時間等，除此之外，結(jié)合市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，選擇經(jīng)濟(jì)效益相對較高的產(chǎn)品作為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)備，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率的同時，降低了系統(tǒng)維護(hù)成本，為化工危險品物流行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)指導(dǎo)。