全液压多轮驱动轮胎式运梁车打滑探讨.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 6期 d o i l 0 ． 3 9 6 9 4 ． is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ．2 0 1 4 ．0 6 ． 0 1 4 全液压多轮驱动轮胎式运梁车打滑探讨 丁文长 中铁十四局集团第五工程有限公司 ， 山东 兖州 2 7 2 1 1 7 摘要 在我 国的高 速铁 路施工 中大量使用全液 压多轮驱动轮胎式运 梁车 ， 车辆行 驶在路基及上下坡道 时常出现打滑 的现 象 ， 针 对这 种打滑导致 的车辆安全 隐患 ． 该文详细分析了车辆打滑的原因及解 决方案。 关键 词 全液压多轮驱动 ； 轮胎式运梁 车 ； 行走打滑 中 图 分 类 号 TH1 3 7 文 献 标 识 码 A 文章 编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 01 4 0 6 0 0 4 6 0 4 An a l y s i s o n S k i d d i ng o f M u l t i wh e e l Hy d r a u l i c Dr i v i n g Ve hi c l e DI NG We n c h a n g C h i n a R a i l w a y F o u r t e e n B u r e a u G r o u p F i f t h E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ． ，Ya n z h o u 2 7 2 1 1 7 ， C h i n a Ab s t r a c t Mu l t i - wh e e l t i r e d riv i n g t y p e o f t r a n s p o r t i n g g i r d e r v e h i c l e s a r e wi d e l y u s e d i n t h e h i g h s p e e d r a i l w a y c o n s t r u c t i o n i n C h i n a ． T h e s e v e h i c l e s o fte n s k i d o n t h e r a mp o f u p d o w n s l o p e ． F o c u s i n g o n t h e s a f e t y d a n g e r t o b e c a u s e d b y t h i s p h e n o me n o n ， t h i s p a p e r a n a l y z e s t h e c a u s e s o f s k i d d i n g a n d p u t s f o r wa r d t o s o me s o l u t i o n s ． Ke y wo r d s mu l t i w h e e l h y d r a u l i c d riv i n g ； wh e e l e d t r a n s p o r t e r ； s k i d i n t r a v e l l i n g 0 引言 目前 在 高 速铁 路 施 工 中 ．大量 使 用 全 液压 多轮 驱 动轮胎式运梁车 ．这种运梁车采用闭式液压系统驱动 多 轮行 走 。闭式 液 压 系统驱 动具 有 重载 低速 的特 性 ， 它 适 用于时速 2 5 0 ～ 3 5 0 k m铁路客运 专线 3 2 m、 2 4 m、 2 0 m 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 2 9 作 者简介 丁文长 1 9 7 2 一 ， 男 ， 山东栖霞人 ， 工程师 ， 学士 ， 本科 ， 研 究方 向为土建施 工机 械。 2 ． 3关于 检验 规则 产 品检 验分 出厂 检 验和 型式 检验 柔性石墨板 的生产是生产线 的连续作业 ．产品以 卷为单位 ， 正常情况下一卷产品中间不宜断开 。故标准 规定检验抽样时以“ 卷 ” 为单位产品 检验时， 按照标准规定 的检验项 目逐项检验 ． 如有 一 项 的检验结果 不符合标准规定 ． 则加倍抽样对该项 目进行检验。如还不符合标准规定 ， 则产 品判 为不合 格 品 。 3 结束语 1 J B ／ T 7 7 5 8 ． 2 2 0 0 5 柔性石墨板技术条 件 是 国 内评价柔性石墨板产品质量 的唯一技术依据 ．标准 内 整孔预应力箱梁的运输 运输箱梁从预制场通过便道 、 铁路路基 、 桥梁 包括钢结构连续梁 、 钢混结合连续梁 等 、 隧道 、 涵洞等运至架梁工位并 向架桥机喂梁等工 作 ． 以及驮运架桥机实现桥间转移等多种作业用途 。由 于在运梁过程 中车辆需要频繁地通过上下路基 ．有的 在山区工地受施工地和施工时间限制等原因 ．存在临 时铺设路基的情况 ．这种临时路基许多达不到级配以 上的路面要求 有 的施工工地道路工况非常复杂 ． 不仅 纵坡坡度大 、 横坡多 。 而且路面崎岖不平或路面没有压 容 、 对产 品的技术要求项 目及其指标 、 检验方法 、 检验 规则等都科学 、 合理 ， 与当时国内产品生产的技术水平 相适 应 。 2 标准的使用者 ， 应全 面掌握标 准 内容 ， 准确理 解标准条款 ， 以便正确执行标准。 参 考 文 献 【 1 ] J B ／ T 7 7 5 8 ． 2 2 0 0 5 ， 柔 性石墨板技术条件[ S 】 ． [ 2 1 吴素 云． 柔性 石墨材料 硫含量对金属 电化 学腐蚀影响 的试验 研究[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 4 ， 5 ． [ 3 ] 沈锡 华． 密封材料手册[ M】 ． 北京 中国石化 版社 ， 1 9 9 1 ． [ 4 ] 吴素 云， 张维 ． 密封 件型式试 验规则 解读【 J ] ． 液压 气动 与密 封， 2 0 1 2 ， 6 ． Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ N o ． O 6 ． 2 0 1 4 实存在浮土等路况 这样的道 路对全液压多轮驱动的 运梁车的使用造成 了一定 的困难 ．使运梁车在运输 中 常出现打滑的现象 ． 在上坡或平地路基上打滑 ． 车辆失 去驱动力无法行驶 、 在下坡路基打滑 ， 不仅使车辆失去 驱动力 ．而且同时会失去 了闭式液压系统特有的静液 压制动力 ．在无驱动力和制动力 时会使 车辆在下坡时 出现溜车等危险工况 ．出现这样 的问题无论对操作人 员还是对设备本身来说都存在极大 的安全 隐患 大大 影响了施工的效率 1 车辆行走 工作原理 运梁车全车工作原理方块图如图 1 所示 ．行走驱 动系 统 为 闭式 液压 系 统 ．发 动 机分 别 驱 动 4台变量 泵 排 出压力油液合流后分别传递到多个驱动马达 ．马达 带动减速器来驱动轮胎使车辆行驶 ．连接马达为并联 分布 ． 每组马达所需要 的油液流量相同 。 马达产生的扭 矩相同 ， 系统没有节流损失 ． 若各轮所处路面附着条件 相同且路 面情况 良好 ． 可 以实现各车轮“ 纯滚动” 走行 ． 基本可实现无滑移或少滑移行驶 。车辆行驶速度 由闭 式液压系统的流量和马达的排量来决定 ．闭式液压系 统的流量通过微电控制泵的排量产生 ．其流量均分到 各组马达上 ．马达的排量根据车辆负载的大小 由微电 控制来决定 ， 以达到适应各种路况 、 载荷要求使车辆行 驶达到重 载低速 、 空载高速的速度要求 ， 使发动机功率 匹配处于最佳状态 当在行驶 中需要车辆停止时只要 把泵的排量逐步变为零 ， 行驶 中的车辆就会平稳停止 ， 这 就是 闭式 液压 驱动 系统 特有 的行 车 制动 特性 。 发 动 机 发 动 机 分 动 箱 分 动 箱 主 泵 t I 蓬 桑 芊 微 电控制 主 泵 I 嚣 察 誉 主 泵 ， l 筵 襄 季 悬挂控制阀H 悬挂油缸 动马 转向控制阀H 转向油缸 主 泵 l 整 檗 茅 图 1 全车动力传动方块 图 由于 全 液压 多 轮驱 动 轮胎 式 运 梁 车驱 动 系统 为 液 压闭式系统 ， 当其 中一个马达打滑时， 液压驱动系统就 会马上失去驱动力 ， 使 车辆无法行驶 。因此 ， 解决运梁 车轮子打滑 已成为运梁车液压行走系统急需解决 的关 键 技术 问题 2 行走理论计算 1 车辆行走驱动扭矩计算 单 台马达驱动扭矩计算 M m 式 中 马达排 量 m L ／ r ； △ p 马达工作压差 MP a ； 叩 容积积率 。 驱动车轮扭矩计算 单 台马达驱动减速器后产生扭矩 驱动车轮扭矩 M L M m 叼 式 中 减 速器 减速 比 7 7 机械效率。 车辆行走驱动总扭矩为 M z M L n 式 中n 马达 总数 量 2 驱动车轮将发生滑动时的最大摩擦力 和扭矩 的计算 G自 重 G 载 重 式中G 重 车辆 自重； G 载 重 载 重 ； 轮胎滑动摩擦系数 0 ． 7 。 x R 式 中 轮 胎有 效半 径 3 车辆不发生打滑的条件 Mz 驱动轮胎将发生滑动时的最大摩擦力 产生的扭 矩 大 于车 辆行 走 马达 驱动 总扭 矩 Mz 。 4 重载行走和轻载行走速度及功率匹配 发动机驱动闭式液压驱动系统 的功率计算 P 3 0 0 0 0 6 0 0 k W 卵．、。 式 中p 驱 动 系统输 出流量 L ／ m i n ； △ p 马达工作压差 MP a ； 叼 。 总效率 叼 叼 。 在重载时 ． 需要 马达的驱动扭矩较大 ． 系统驱动压 力上升 马达的工作压差 △ p T ， 则通过微电控制加大 马达排量 V s m 和调整减小驱动泵排量 V 印，即驱动系统 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 0 6期 输出流量 Q J ， ， 马达转速减慢， 车辆行走速度降低 ， 使 发动机功率范 围趋于合理 达到重载慢速的效果 。 在空载时 ． 需要马达 的驱动扭矩较小 ． 系统驱动压 力下降 马达的工作压差 △ p 1 ， 则通过微电调整减小 马达排量 、 调整加大驱动泵排量 v ， 即驱动系统输 出流量 O t， 马达转速上升， 车辆行走速度加快 ， 使发 动机功率范围趋于合理 ， 达到空载快速的效果 。 3 车辆 打滑的原 因分析 闭式驱动泵 图中泵组为 4泵合流 直接驱动多个 马达 图 中马达 1至马达 n表示多组 马达 ， 马达 带动 轮子转动 ． 多个马达为并联连接 ， 设备 的驱动扭矩为马 达驱动扭矩之和 当某一组驱动马达轮子的附着力不 够 时 ， 这一驱 动马达就高速 旋转 打 滑 ． 整车失 去动 力。如下说明 1 正 常行 驶 工况 如 图 2所 示 ．闭式 驱 动泵 排 出压力 油 源 驱动 马 达 旋转 ．油液进人马达端为高压端 ，马达 另一端为低压 端 驱动液压系统建立高压驱动压力 ． 使每组马达产生 扭矩 相 同 ． 运 梁 车行 驶正 常 。 高压一 高压 图 2正 常 行驶 工 况 马达 的正 常转 速 r ／ mi n 2 上 坡或 平地 行驶 出现车 轮打 滑 工况 如 图 3所 示 ． 当某 一 马 达 出 现 打 滑 时 ， 闭 式 液 压 驱动系统 建立不起高压驱动压力 ． 系统成为低压工作 状态 ， 泵排 出的油液只供打滑马达 ， 形成 自回路 ， 整车 驱动动力丧 失 ， 使车辆 处于停止 状态 ． 但那 打滑马达 处于高速 旋转状态 ． 轮胎将磨损和使处于高速旋转状 态 的 马 达 及减 速 器 将 有 损 坏 可 能 ． 液 压 系 统 处 于 事 故 工况 。 低压一 48 低压一 图 3上 坡／ 平 地 打 滑 工 况 打 滑 马达 的转 速 为 r ／ m i n ⋯V g 可知打滑马达转速是正常行走马达 的 ／ 7 , 倍 ．属 于 高速故障工况 ． r t 为驱动马达总数 ， 其余马达停止 。 3 下坡正常行驶工况 如图 4所示 ． 整车下坡时 ． 由车重分解成正压力和 下滑力 ． 在下滑力的作用下使整车加速向下行驶 ， 造成 马达另一端变为高压 ． 泵输出端将变为低压 ， 由于闭式 系统中泵特有的特性 ．使一端的高压油液仍按泵排量 来控制 马达的行车速度 ．驱动液压系统仍保 持高压驱 动压力。在下坡时如果能保证马达不打滑的话 ， 整车下 坡行驶是非常稳定的 低压 低压 高压 高压 图 4下 坡 正 常 行 驶 4 下坡 打滑 时 出现 车轮 打滑 工况 图 5为下坡打滑时出现车轮打滑工况的分析 当 下坡行驶 中某一马达出现打滑时 ．形成一个低压 自回 路液压系统 ． 闭式液压驱动系统建立不起高压 ． 整车液 压驱动力失效 ． 在势能和惯性的作用下 向前 冲． 下坡溜 车 的快慢 直 接 反 映在 反 转 打滑 的马 达转 速 上 ．反转 越 快 ． 整 车下 行 溜 车速 度越 快 ． 此 时 闭式 系 统 中特 有 的 制 动力丧失 ， 工况属于最危 险工况 整车失去制动力 ， 打 滑马达转向与其他马达转向相反 低压 低压 A ．． 1_ fL lI lI lI l； 马达 达 婶 低压 低压 图 5下 坡 车 轮 打 滑 工 况 分 析 4 打滑溜坡 的解决方 案 1 三点分布受力均匀 运梁车 由于车辆 的轴线较 多 ． 车辆长 ， 根据三点决定一平面原理 ， 一般将运梁车 划分为三点支撑的稳定结 构 运梁车悬挂组进行合理 的编组以满足箱梁运输和向架桥机喂梁等不同工况 的 要求。 运输混凝土箱梁时 ， 以图 6为例 悬挂组按 1 0 1 0 编组 ． 前端 l 0轴线 2 0个悬挂编成 1组 ， 各悬挂承载完 全相同 ， 相当于形成一个支撑点 ； 后 1 0轴线左右 l 0个 Hvd r a ul i cs Pn e uma t i c s S e a l s ／ No． 0 6． 2 01 4 悬挂各编成 1 组 ， 相当于形成两个支撑点。从而实现三 点支撑 ，保证箱梁在运输过程 中三支点均匀受力且为 同一平面 ， 保证 了轮胎与地面的受力一致 ， 尽可能使每 个驱动轮子 的摩擦力相等 ．达到减少运梁车行驶 中出 现打滑的几率。 圈 6支 反 力均 匀 分 布 原 理 2 改变打滑马达排量 ， 来保证闭式液压系统 的驱 动力 根据以上轮子打滑原 因分析 ． 当某一组驱动马达 轮子的附着力不够时 ．这一驱动马达就高速旋转 f 打 滑 ， 闭 式 液 压 驱 动 系统 为低 压 工 作 状 态 ． 泵 排 出的 油 液只供打滑马达 ． 形成 自回路 ． 系统建立不起高压 。可 通过马达上的转速传感器转速信号和其他马达转速信 号进行 比较 ， 当某一马达出现高速旋动时 ． 控制器就能 检测到， 并进行控制来减少这个马达的排量 ． 达到减少 马达的驱动扭矩与此附着力相 匹配 ．直至使此马达的 排量为零 ． 来保持闭式液压系统驱动液压压力 ． 即保证 了闭式液压系统 的驱动力和特有的制动力 ． 当打滑的驱 动轮恢 复至纯滚 动 时 ． 则驱 动该 车 轮 的马达 的排 量又 自 动恢复到其余马达的排量 调节过程如图 7所示 高压 高压 一低 压 图 7调 节 马 达 排 量 抑 制 打 滑 3 采用流量控制阀 采用流量控制阀来控制马达 转速的控制系统来解决马达打滑的原理 ．每组马达上 均装有速度传感器和可调流量控制 阀 当传感器检测 到某 个 马达 超 速 时 ．控 制器 发 指令 给 相应 的流 量控 制 阀来减小流 向该马达的流量 ． 减慢打滑马达的转速 ， 这 样就可以有效防止马达打滑 ．且系统压力仍能维持一 个相对较高压力状态 ， 整车仍能正常行驶 当打滑的驱 动轮 越 过 打滑 区段 后 ．则进 入 此 马达 的油 量又 自动恢 复到其余 马达的流量 ．即可调流量控制阀恢复最大流 量 ， 减少 系 统 的节 流 损失 。如 图 8所示 马 达 1为 打滑 马达 ． 闭式液压 系统驱动流量控制进入 马达 1 ． 调整打 滑马达的转速至正常。 高压 高压 低压 图 8采 用 流 量 控 制 阀 解 决 打 滑 通 过流 量控 制 阀进 入 打滑 马达 的油 量调 整为 打滑马达的转速为 l ， r ／ mi n 公式显示通过流量控制 阀后 ．打滑马达转速将调 整 为 和正 常行驶 时 的 马达转 速 一致 5 总结 全液 压多轮驱 动轮胎式 运梁车具 有“ 机一 电一 液 ” 一 体 化高技术产品 ， 采用闭式液压系统驱动行走 其行走传 动 系统 由发动机 、 变量泵 、 变量马达 、 减 速机构以及控 制等部件组成 ， 它的传 动装置具有重量轻 、 体积小 ， 便 于车辆总体布局等特点 ．全液压驱动根据泵和马达的 不 同组合 ． 可 以获 得 不 同 的牵 引力 和行 驶 速度 ， 可 以较 容易地实现车辆的无级调速及微动行驶 ．使车辆柔和 启动 ．并能迅速变速和无冲击变换行驶方 向．实现直 行 、 八字转向等转 向模式 ． 还具有闭式液压系统特有 的 静液压制动力使行驶中车辆平稳制动 、 停止等优点。当 我们能较好地解决运梁车轮子打滑等难题后 ．全液压 多轮驱动轮胎式运梁车性能将更加完善 参 考 文 献 【 1 】 吴晓 明， 高殿 明． 液压变量 泵 马达 变量调 节原理 与应用【 M】 ． 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ． 2 01 2 ． 【 2 】 雷 天觉 ． 新 编液压 T程 手册【 M ] ． 北京 北 京理 T大学 H { 版社 ， 1 9 98． 【 3 】 石 方治， 张春清， 王立 军， 等 ． 工 程机械 车辆行驶 泵一 马达 闭式 系统分析[ J 】 ． 建筑机械， 2 0 0 1 ， 6 ． [ 4 ] 高 春雷． 静液压 闭式传 动 系统输 出特性 计算 分析【 J 】． 铁道 建 筑， 2 0 0 5 ， 3 ． [ 5 ] 官忠范． 液压传 动系统[ M 】 ． 北 京 机械T业卅版{ l ， 1 9 9 6 ． [ 6 ] 周士 昌． 液压 系统设计 图集[ M】 ． 北 京 机械工业出版礼， 2 0 0 3 ． [ 7 ] 赵 静一 ． 大 型 自行 式液 压载重 l车[ M] 一E 京 化 T工业 出版社， 201 0 49