霍富強，代帥威

(長安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

0 引言

在巷道水泥攤鋪機實際工作過程中，其行走液壓系統(tǒng)能否正常工作直接影響攤鋪機攤鋪的質(zhì)量。在完成攤鋪機的液壓系統(tǒng)設(shè)計后，用液壓仿真軟件AMESim對設(shè)計好的液壓系統(tǒng)根據(jù)實際工況進行建模仿真分析，以驗證液壓系統(tǒng)設(shè)計的合理性和可行性[1]。

1 巷道水泥攤鋪機行走裝置

巷道水泥攤鋪機的履帶式行走底盤與傳統(tǒng)的工程機械兩履帶式行走底盤基本一致，左右兩側(cè)各有一條履帶，采用全液壓驅(qū)動，每一條履帶由各自的液壓馬達單獨通過履帶鏈輪完成驅(qū)動，相互之間互不干擾，但是可以協(xié)同工作。在正常作業(yè)工作過程中，兩個履帶協(xié)同完成攤鋪機的前進、后退和轉(zhuǎn)向動作，其動作方式和履帶式挖掘機相似[2]，故此履帶式行走系統(tǒng)的設(shè)計上和雙履帶式工程機械有一定程度的相似。行走裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 巷道水泥攤鋪機履帶行走液壓系統(tǒng)設(shè)計

履帶行走機構(gòu)負責水泥攤鋪機的前進、后退和轉(zhuǎn)向。設(shè)計履帶行走液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

履帶式行走液壓系統(tǒng)包括行走馬達、制動回路、行走限速回路和補油回路等。其在工作時要求左、右兩個液壓行走馬達旋轉(zhuǎn)運動，并且同時動作、互不干擾，故設(shè)計時采用單獨換向閥來分別控制單個液壓馬達，同時，換向閥帶有閥后補償作用，其LS壓力反饋直接于負載敏感泵LS口[3]。

制動回路包括制動油缸1和制動換向閥7，當履帶式行走工作時，主換向閥10上位或者下位接入油路，改變行走馬達2的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，以控制攤鋪機前進行走或者后退。油液經(jīng)主換向閥10進入油路，經(jīng)過梭閥6到達制動換向閥7左側(cè)，克服彈簧力使制動換向閥7左位接入油路，使油液通過阻尼孔8進入到制動油缸1，克服油缸彈簧力的作用，使制動油缸1釋放行走馬達2，實現(xiàn)正常行走；當主換向閥10處于中位時，制動換向閥7未接入油路，制動油缸1鎖死行走馬達2，行走馬達不能運轉(zhuǎn)。

行走限速回路和補油回路主要包括雙向平衡閥4、安全閥3和補油閥5等，當巷道水泥攤鋪機在下坡過程中出現(xiàn)溜坡現(xiàn)象時，系統(tǒng)在雙向平衡閥4的調(diào)節(jié)下，關(guān)小或者關(guān)閉行走馬達的回油路，使其減速或者制動，保證安全性。安全閥3主要是為了防止行走馬達2超過其工作負載，限制其在最高工作壓力范圍內(nèi)正常運行，回路中的補油閥5主要是為了避免巷道水泥攤鋪機失速或者突然換向、制動時，行走馬達2進油口產(chǎn)生的吸空現(xiàn)象。

當巷道水泥攤鋪機需要前進動作時，主換向閥10上位接入油路，油液經(jīng)過主換向閥10的阻尼孔后流向壓力補償器9，之后進入行走馬達2的進油路，油液經(jīng)主換向閥后，一路進入雙向平衡閥4到達行走馬達2進油口，此時行走馬達2在液壓制動油缸1的作用下處于抱死狀態(tài)，不能旋轉(zhuǎn)工作；另一路經(jīng)過梭閥6進入到制動換向閥7左側(cè)，克服制動換向閥彈簧力，使制動換向閥7左位接入油路，油液經(jīng)過阻尼孔8進入液壓制動油缸1右側(cè)，克服液壓制動油缸1的彈簧力，使油缸活塞左移，此時行走馬達被釋放，在進油口油液壓力作用下旋轉(zhuǎn)動作，巷道水泥攤鋪機前進；當巷道水泥攤鋪機后退時，主換向閥10的下位接入油路，油液通過回路中的梭閥6、制動換向閥7和阻尼孔8進入到制動油缸1，使其釋放行走馬達2，行走馬達2在油液作用下旋轉(zhuǎn)動作，巷道水泥攤鋪機后退；當巷道水泥攤鋪機需要轉(zhuǎn)向時，只需控制主控制閥10的閥芯開口度即可控制進入回路中的流量大小，進而控制兩個液壓行走馬達的旋轉(zhuǎn)速度，使其兩條履帶之間產(chǎn)生速度差，最終實現(xiàn)巷道水泥攤鋪機的轉(zhuǎn)向；當巷道水泥攤鋪機停止工作時，主換向閥10處于中位，此時進油路不通，制動油缸1抱死行走馬達2，從而巷道水泥攤鋪機停止行走。

3 履帶行走馬達參數(shù)

履帶行走馬達排量計算公式：

式中：Δp為馬達進出油口壓差，Δp=30 MPa；

ηm為馬達機械效率，取ηm=0.95；

Mm為馬達所受外負載，Mm=355 N·m。

帶入?yún)?shù)后得到履帶行走馬達的排量為78.38 mL/r。查閱相關(guān)液壓馬達生產(chǎn)廠家資料，最終選擇力士樂A2FE90/61W型雙向定量馬達，其排量為90 mL/r，最高轉(zhuǎn)速為4500 r/min，最大輸出扭矩572 N·m。

4 巷道水泥攤鋪機履帶行走液壓系統(tǒng)仿真研究

在AMESim16.0中，建立履帶行走回路仿真模型如圖3所示[4]。

在進行履帶行走液壓系統(tǒng)模型仿真過程中，主要是模擬攤鋪機在不同坡度上的穩(wěn)定性行走狀態(tài)，每隔5秒改變一次爬坡度，共計仿真時長設(shè)置為30 s中，依次對攤鋪機在路面坡度為0、10%、20%、30%、10%和0的斜坡上進行穩(wěn)定性行走仿真模擬，仿真結(jié)果如圖4、圖5所示。

由圖4可以看出，行走泵實際最高壓力處于29 MPa左右，未超過行走泵峰值壓力，行走馬達實際最高壓力低于行走泵約2 MPa，與設(shè)計壓力損失相符，且行走馬達壓力均未超過其峰值壓力。

由圖5可以看出，行走泵輸出流量約為80 L/min，行走馬達的輸出流量約為40 L/min，在攤鋪機實際運行爬坡過程中，來自于行走泵的流量被均等分配流入到兩個行走馬達中，且在不同坡度上行走，行走泵都能保持穩(wěn)定的流量輸出，與理論設(shè)計結(jié)果相符合。

5 結(jié)論

根據(jù)巷道水泥攤鋪機行走裝置結(jié)構(gòu)與作業(yè)時要求，設(shè)計了巷道水泥攤鋪機履帶行走液壓系統(tǒng)原理圖，并對履帶行走馬達進行了選型計算。最后，利用AMESim16.0對其行走液壓系統(tǒng)進行了仿真分析，得到了液壓行走馬達的壓力、流量響應(yīng)曲線，從響應(yīng)曲線可以看出系統(tǒng)壓力在開始階段有一定波動，這是由液壓閥引起的，液壓泵和行走馬達均能快速響應(yīng)，并穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)正常工作[5]，各元件壓力與流量均未超過泵與馬達的設(shè)計參數(shù)，驗證了整個系統(tǒng)設(shè)計的正確性與合理性。