框架車行走液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)差速控制的研究

安四元

(中國(guó)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)程中車輪和地面始終保持純滾動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪受力見(jiàn)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(guò)地面對(duì)輪胎的最大靜摩擦力，如果所受牽引力超過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)機(jī)械傳動(dòng)來(lái)傳遞動(dòng)力的，是經(jīng)過(guò)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(lái)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(guò)驅(qū)動(dòng)車輪行走的變量馬達(dá)通過(guò)流體傳動(dòng)自適應(yīng)特征來(lái)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(guò)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(lái)，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(yǔ)

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(wèn)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．