自行式框架车液压控制系统的研究-.pdf

第 8卷第 1 期 2 0 1 0年 3月 中国工程机械学报 C HI NE S E J O U R NA L OF C O N S T R U C T I O N MA C H I N E R Y VO 1 ． 8 No ． 1 Ma r ．2 0 1 0 自行式框架车液压控 制系统 的研 究 赵静 一 ， 程 斐 ， 周生保 ， 苗 增 1 ． 燕 山大学 河北省重型机械流体动力传输 与控 制重点 实验室 ， 河北 秦皇 岛0 6 6 0 0 4 ； 2 ． 江苏海鹏特种 车辆有 限公 司， 江苏 江阴2 1 4 5 2 1 摘要 简述了自行式框架车液压控制系统的设计思路， 分析了 自行式框架车驱动液压系统、 悬挂液压系统以及 转向液压系统的工作原理， 详细介绍了自行式框架车由液压负荷传感转向器和流量放大器组成的新型全液压转 向系统 ， 并对该转 向系统 的优点进行 了分析． 关键词自行式框架车；液压系统； 转向器 ； 流量放大器 中图分类号 U 4 6 3 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 5 5 8 1 2 0 1 0 0 1 0 0 5 1 0 5 H y dr aul i c c ont r ol s ys t e m s f or s e l f l_ pr 0 pe l l e d pa l l e t c ar r i e r s Z HAO J i n g - y i ，C HENG Fe i ，Z HOU S h e n g - b a o ，MI AO 1 ． H e b e i Ke y L a b o r a t o r y o f He a v y Ma c h i n e r y F l u i d P o we r T r a n s mi s s i o n a n d C o n t r o l ， Y a n s h a n Un i v e r s i t y ， Qi n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 4 ，C h i n a 2 ． J i a n g s u H a i p e n g S p e c i a l V e h i c l e Co ． ， L t d ． ， J i a n g y i n 2 1 4 5 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n i t i a l l y， t h e d e s i g n n o t i o n s o n h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e ms a r e s u mma r i s e d f o r s e l f p r o p e l l e d p a l l e t c a r r i e r s ． E s p e c i a l l y ， t h e d r i v i n g， s u s p e n d i n g a n d s t e e r i n g h y d r a u l i c s y s t e ms a r e i n v e s t i g a t e d ． M t e r wa r d s， a n o v el t o t a l l y h y dr a u l i c s t e e r i n g s ys t e m ， wh i c h c o ns i s t s o f l o a d- s e ns i ng s t e e r i ng u ni t a nd f l o w a m p l i f i e r ， i s p r o p o s e d ． Ev e n t u a l l y， t h e a d v a n tag e s o f t h e s t e e r i n g s y s t e m a r e h i g h l i g h t e d ． Ke y wo r d s s e l f - p r o p e l l e d p a l l e t c a r r i e r ；h y d r a u l i c s y s t e m ；s t e e r i n g u n i t ；f l o w a mp l i f i e r 自行式框架车是钢厂内部物料运输的专用车辆 ． 随着钢铁工业 的发展 ， 无论从载重量还是工作便捷与 高效率等方面， 钢厂对运送成 品、 坯料 、 钢包 以及钢渣等特重物件运输车的要求 日益提高 ． 与普通拖挂式平 板运输车相 比， 自行式框架运输车因其 机动灵活 、 可配合料篮完成各种转运作业 、 占用场地小 、 工作效率 高 、 载重量大 、 操作简单 、 结构合理 、 性能优 良等显著优点而得到广泛应用． 自行式框架车在钢厂短距离运送冷热轧卷 、 板材 、 线材 、 钢管等至码头、 铁路库 中大显身手． 这种车辆 除具备一般运输车辆 的功能外 ， 还具有平衡举升 、 平衡下降、 货架倾翻、 复位、 驱动防滑系统 A S R 控制 、 轨 迹校直控制等功能l 1 J ． 自行式框 架车液压 系统 组成 自行式框架车由机械系统 、 液压控制系统 、 动力系统、 电气控制系统 四部分构成 了一个 功能完备的有 机整体 ． 其中液压控制系统又分为驱动液压系统 、 转向液压系统以及悬挂液压系统 ， 驱动系统采用行走工 程机械典型的闭式液压系统 ． 闭式液压系统适用于外负载惯性大且换 向频繁的机构 ， 特别是结构要求特别 紧凑的大型工程机械的驱动系统 ． 转向系统采用由负荷传感转向器和流量放大器组成的全液压转向系统 ， 反应较为灵敏， 能够满足框架车高速运行时的转向要求 ． 自行式框架车采用全液压悬挂 系统 ， 液压悬挂 可 以灵活地实现载货平台的平稳举升 、 平稳下降 ， 能够 自适应路面起伏状况 ， 起到了很好的减震作用 ． 作者简介 赵静-- 1 9 5 7 一 ， 男， 教授． E - m a i l a f e i 2 2 9 y a h o o ． c a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中国工程机械学报 第 8卷 2 液压系统原理分析 2 ． 1 驱动液压系统分析 自行式框架车驱动系统采用闭式液压系统 ， 原理图如 图 1 所示． 图中 A， B分别为液压泵和液压马达 的工作油口， L为液压泵液压马达的泄漏油 口． 闭式液压系统是 由液压泵和液压 马达组成的容积调速系 统 ， 通过调节液压泵或者液压马达的排量来调节马达的输出转速或转矩 ． 由变量泵和变量马达组成的调速 系统完全可以实现无级调速 ， 具有调速范围广， 控制功率大 ， 传动效率高， 系统发热量少等显著优点而被广 泛用在行走工程机械的驱动系统中． 另外由于闭式液压系统 自身的特点 ， 可以很好地解决车辆行驶过程中 的差速控制和差力控制问题 ． 自行式框架车驱动系统 由 2台电液比例变量泵 9 0 L 1 8 0供油 ， 1 4台电液比例马达 5 1 C 6 0并联连接， 马 达经过减速机将扭矩传至驱动桥 ． 电液 比例马达集成了冲洗阀， 主要用来在泵和马达工作时不断地在低压 回油管道 中更换部分已经工作过的油液， 以改善回路的工作状态． 变量泵集成 了一套补油系统和 2个多功 能阀 ， 补油系统主要由 1个补油泵 、 2个单 向阀和 1个补油溢流阀组成 ， 补油系统一方面及时补充闭式系 统 中由冲洗阀溢流 的油液以及泵和马达的容积损失， 另一方面需要建立 1 个最低补油压力 ； 多功能阀包括 1 个顺序阀实现压力限制 ， 1个高压溢流阀实现过压保护和 1 个旁通阀． 针对 自行式框架车的 4种工况 空载平地 、 空载爬坡 、 满载平地 、 满载爬坡 ， 马达排量可以设定空载、 重 载、 爬坡三挡 ， 分别对应马达 1 ／ 4 排量 、 1 ／ 2排量 、 全排量 ， 通过调节闭式变量泵 2个 比例电磁铁 的得电顺 序和电流大小来实现车辆的前进 、 倒退 以及车速的变化 ． 图 1 自行 式框 架车驱动液压 系统原理 图 Fi g ． 1 T he o r y c h a r t o f d r i v e h y d r a u l i c s y s t e m 2 ． 2 转 向液压系统分析 自行式框架车的转 向通过液压缸推动连杆机构来实现各轴线上车轮的转动 ， 如图 2所示 ． 该转 向系统 结构简单 ， 安全可靠 ， 可以满足在狭窄场地的施工需要 ， 作业效率高． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 赵静一 ， 等 自行式框架车液压控制系统的研究 图 2自行式框架车转 向机构 Fi g． 2 S t e e r i n g me c ha ni s m o f s e l f - p r o p e l l e d p a l l e t c a r r i e r 自行式框架车在空载和加载情况下速度要求较高 ， 所以采用反应灵敏的全液压负荷传感转向器组成 的转 向系统， 该转向系统主要 由变量泵 、 流量放大器 、 转向器以及液压缸组成 ， 如图 3所示 ． 图中 C L， C R分 别为流量放大器的左转向和右转向工作油 E l ， R， L分别为流量放大器左转 向和右转 向控制油 口， HP ， E F ， H T， P P分别为流量放大器的进油 口、 次工作油 口、 回油 口、 控制油 口， P， T分别为转向器 的进油 口和回油 口， L S为各负载的反馈控制油 口， X为负荷传感泵的控制 口． 这种转 向系统具有反应灵敏 、 操纵力小 、 压力 损失小、 布置灵活 、 节能等优点． 1 ． 吸油过滤器； 2 ． 回油过滤器； 3 ． 开式变量泵； 4 ． 液压表； 5 ． 梭阀； 6 ． 流量放大器； 7 ． 负载敏感转向器； 8 ． 转向油缸； 9 ． 截止阀； 1 0 ． 电磁换 向阀； 1 1 ． 节流 阀 图 3 自行式框架车转 向液压 系统 原理图 Fi g ． 3 Th e o r y c h a r t o f s t e e r i n g h y d r a ul i c s y s t e m 由负荷传感转 向器和流量放大器组成 的转 向系统用小排量转 向器作先导控制 ， 全部或大部分油液经 流量放大器到转向液压缸． 流量放大器可以根据不同的需要将转 向器的流量放大 4 ， 5 ， 8 ， 1 O倍甚至 2 0倍 ， 从而满足转向要求 ． 流量放大器可以与转向器分开放置， 如 图 4所示 ， 图示各油 口对应 图 3转 向液压系统 原理 图中的油 口． 转向器是一种转阀式转向装置 ， 主要 由转 阀和计量泵组成． 转向装置通过转 向杆和框架 车的方向盘联接 ， 转动方向盘时 ， 液压油从转向系统 的泵通过转 阀 阀芯和套筒 以及计量泵 齿轮组 ， 并 根据方向盘转动的方向， 进入流量放大器的 L口或 R口， 计量泵调节通人流量放大器的流量 ， 使其 与方向 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中国工程机械学报 第 8卷 盘转动角度成 比例 ． 流量放大器是 由优先 阀、 方向控制阀、 流量控制阀以及缓 冲安全 阀组成 ， 如 图 5所示． 液压泵为优先阀的进油 口 HP 油 E l 供油 ， 优先阀为转向器和流量阀供油 ， 多余 的流量通过出油 口 E F 油 口为框架车升降液压系统供油， 优先阀可以在任意时刻优先为转向系统供油． 图 4负荷敏 感转 向系统 示意图 Fi g ． 4 S c h e ma t i c d i a g r a m o f l o a d - s e ns i ng s t e e r s y s t e m 缓冲与 图 5 流量放大器结构 示意图 Fi g ． 5 St r u c t ur e g r a p h of flo w- amp l i fie r 自行式框架车采用负荷传感转向系统使得转向系统最优化， 只有在需要转向的时候将流量优先引导 至转向系统 ， 当车辆不转向时， 发动机动力用来控制框架车的升降系统 ． 负荷敏感转 向系统减小了功率损 失 ， 增强 了燃油经济性 引． 2 ． 3悬挂液压系统分析 自行式框架车由 1 2个悬挂共 同承载着货物 平台的重量 ， 为保 证在 不平 整路 面行驶 的平稳 性 ， 在每个悬挂上设计 了液压缸 减振平衡 系统 ， 其工作原理与油气 弹簧悬挂相 同． 若干液压缸相 互连通 ， 能根据路面情况 自动调整液压缸的伸缩 量 ， 保证各轮胎 接地 比压相 同， 避免某一轮胎超 载 ， 如图 6所示 ． 框架车车身 1 是运输车的承载平 台， 悬挂系统是 框架车 的支撑装 置， 可 以实现货 1 ． 车身； 2 ．悬挂钢架； 3 ． 悬挂柱塞缸； 4 ． 轮胎； 5 ． 地面 图 6 框架车悬挂升降机构 Fi g ． 6 S u s p e n d i n g m e c h a ni s m o f s e l f - p r o pe l l e d p a l l e t c a r r i e r 台的升降， 每一组独立悬挂总成由悬挂液压缸 、 悬挂钢架 、 平衡臂、 车桥和轮胎轮辋等部件组成． 自行式框架车悬挂缸为柱塞缸 ， 根据框架车不 同工况下稳定性要求 ， 通过液压截止阀的开启和关闭将 1 2个悬挂缸分成不同支撑组． 悬挂缸分为 4组 ， 构成 4点支撑， 易于调整车身使其保持水平 ． 框架车的悬 挂液压缸也可分成 3组 ， 实现 3点支撑． 同一组悬挂内的液压缸油路相通 ， 压力相等 ， 使得 同一组的轮胎承 受载荷均衡 ． 3点支撑适合于不平坦的路面， 4点支撑适合载荷重心不平衡 的工况 ， 但对路面要求较高 ． 悬挂液压系统和转向液压系统共用 l台带压力切断和负荷敏感功能的变量泵供油． 液压系统原理如 图 7所示 ． 自行式框架车悬挂系统可靠性要求较高 ， 悬挂液压系统的设计采用 了冗余设计． 在各悬挂油缸 人 口处设置一对安全阀 ， 在 1 条管路爆裂时该油路 自动截断， 另一条管路 自动接通保证系统正常工作 ． 并 且在主进油管路上设计了防爆阀 ， 防止主管路破裂造成悬挂失控下降l 3 ] ． 悬挂下降速度可通过二通限速阀 调节 ， 下降速度不受负载大小影响． 在行走过程 中， 悬挂油缸处于中位 ， 由于框架车最高速度可达 3 5 k m h ‘ 。 ， 必然会产生压力冲击 ， 路况不好时， 载货平台很不稳定 ， 为减少压力 冲击 ， 增加元件使用寿命 ， 提高系 统可靠性 ， 在悬挂液压系统 中设计了蓄能器， 合理匹配蓄能器的容量和预充气压力， 在受冲击载荷的情况 下 ， 系统压力可减少 3 0 ％～4 0 ％[ ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 赵静一 ， 等 自行式框架车液压控制系统 的研究 3 结论 1 ． 悬挂柱塞缸； 2 ． 安全阀； 3 ． 防爆阀； 4 ． 截止阀； 5 ． 蓄能器； 6 ． 压力传感器； 7 ． 二通限速阀； 8 ． 液压表； 9 ． 液控单向阀； 1 O ． 节流阀； 1 1 ． 转向多路阀； 1 2 ． 溢流阀； l 3 ． 电磁换向阀； 1 4 ． 梭阀 图 7 自行式框 架车悬挂液压系统原理图 Fi g ． 7 T h e o r y c h a r t o f s us p e n di ng h y d r a u l i c s y s t e m 简要介绍了钢厂运输专用车辆 自行式框架车结构特点及实际用途 ； 对框架车的驱动液压系统、 转 向液压系统以及悬挂液压系统工作原理进行 了详细分析； 为提高车辆行驶过程中的安全性和平稳性 ， 尝试 将 由转 向器和流量放大器组成的全液压转向系统运用于重型载重运输车上， 并在液压悬挂 系统设计 中运 用了蓄能器 ． 为其他重型载重运输车液压系统 的设计提供了借鉴． 参考文献 王智勇 ， 赵静一． 9 0 0 t 运梁车新 型电液控 制系统研究与工程实践 [ D] ． 秦 皇岛 燕 山大学 ， 2 0 0 7 ． W6 『 G Z h i y o n g ， Z H A O J in g y i ． Re s e a r c h o n n e w e l e c t r o - h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m a n d e n g i n e e r i n g p r a c t i c e o f 9 0 0 t o n tr a n s p o r t i n g g i r d e r v e h l e [ D ] ． Q i n h u a n g d a o Y a n s h a n Un i v e r s i t y ， 2 0 0 7 ． 王华军， 杨成 刚， 赵静一 ． 负荷传感技术在重型平板车液压控制系统上的应用[ J ] ． 冶金设备 ， 2 0 0 9 3 3 94 1 ． W Hu a j u n ， Y A NG C h e n 暑 g a n g ， Z HA 0 J i n g y i ． A p p l i c a t i o n of l o a d s e n s i n g t e c h n o l o g y i n t h e h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m o f h e a v y d u t y tr a n s p o r t e r [ J ] ． Me l l u r g i c a l E q u ip me n t ， 2 0 0 9 3 3 94 1 ． 刘 雅俊 ， 赵静一 ． 悬挂液压系统 中新型管路防爆 阀的可靠性 设计r J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 8 ， 3 6 1 1 1 8 41 8 5 ． L I U Y a j u n ， Z H A 0 J i n g y i ． R e l i a b i l i t y d e s i g n of t h e n e w e x p l o s i o n - p r o o f v a l v e i n h y dra u l i c s u s p e n s i o n s y s t e m[ J ] ． Ma c h i n e Tool ＆Hy d r a u l i c s ， 2 0 0 8， 3 6 1 1 1 8 41 8 5． 宋建军 ． 框架车液压系统设计及其节能技术研究[ D ] ． 秦皇岛 燕山大学 ， 2 0 0 8 ． S O NG J i a n j u n ． P a l l e t c a r r i e r h y d r a u l i c s y s t e m d e s i g n a n d i t s e n e r g y s a v i n g s t u d y F D] ． Qi n h u a n g d a o Y a n s h a n Un i v e r s i t y ， 2 0 0 8 ． ] ] ] ] 口 口 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m