分流集流阀在框架车行走系统中的应用研究.pdf

2 0 1 3 年 1 月 第4 1卷 第2期 机床与液压 MACHI NE T 0OL HYDRAUL I CS J a n ． 2 0 1 3 Vo l _ 41 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 2 5 分流集流阀在框架车行走系统中的应用研究 安 四元 中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原 0 3 0 0 0 6 摘要介绍框架车行走液压系统原理 ，分析车辆打滑的原因，并提出3种解决车辆打滑问题的方法。针对框架车的使 用条件，研究分流集流阀在框架车行走液压系统中的应用。 关键词框架车；分流集流阀；打滑 中图分类号T D 3 5 5 文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 20 7 22 Ap pl i c a t i o n o f Di v i di ng - c o mb i ni ng Va l v e i n t he W a l ki ng S y s t e m o f Fr a me Ve h i c l e AN S i y u a n T a i y u a n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g ， T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 0 6 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p r i n c i p l e o f w a l k i n g h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e f r a me v e h i c l e w a s d e s c r i b e d ． T h e r e a s o n o f t h e v e h i c l e s k i d d i n g w ．as a n a l y z e d ．T h r e e me a s u r e s we r e p r e s e n t e d t o s o l v e t h e p r o b l e m o f v e h i c l e s k i d d i n g ．T h e a p p l i c a t i o n o f t h e d i v i d i n g c o mb i n i n g v a l v e i n t h e w alk i n g h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e f r a me v e h i c l e wa s s t u d i e d a g a i n s t t h e c o n d i t i o n s f o r t h e v e h i c l e a p p l i c a t i o n s ． Ke y wo r d s F r a me v e h i c l e ；Di v i d i n g c o mb i n i n g v a l v e ；S k i d d i n g 行走系统是框架车系统中最为重要的系统之一， 它直接影响整机的安全性 、作业效率和能源消耗。车 辆在矿井下巷道中行走时，经常会遇到地面潮湿和铺 有煤渣的路况，在这种情况下，框架车会因为路面附 着力减小而出现车辆甩尾、打滑等现象 ，造成车辆轮 胎磨损、作业效率下降、零部件损坏甚至造成煤矿事 故。因此，研究框架车行走系统同步特性对提升车辆 整机性能、提高车辆作业效率具有很重要的意义。 1 框架车行走系统原理介绍 框架车行走系统左右两侧相互对称 ，采用了普 通的变量泵驱动变量马达的闭式系统方案。单边驱 动液压系统原理如图 1 所示 ，发动机 1 提供动力给 液压泵 2 ，液压泵将发动机的机械能转化为液压系 统的压力能，并将压力油传输给分流 阀4 ，分流 阀 将液压油分配给两个马达 5 ，其中冲洗阀 3将系统 中的热油排走，减少系统的热量 ，起到了散热的作 用。手动换 向阀 6用于控制分流 阀工作状态 的切 换，正常情况下 ，分流阀不起作用；如果车轮出现 打滑就操作手动换向阀 6 ，使分流阀处于分流状态 ， 抑制了车轮的打滑。 图 1 框架车行走液压系统原理图 1 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 2 7 作者简介安四元 1 9 8 2 一 ，男，硕士，助理工程师，从事液压产品的设计开发工作。Em a i l a n s y 2 0 0 7 1 2 6 ． c o rn。 第 2期 安四元 分流集流阀在框架车行走系统中的应用研究 7 3 2 框架车同步方案研究 2 ． 1 车辆打滑原 因分析 框架车由于采用左右侧独立驱动的方式，经常会 出现同一侧前 后轮打滑的现象，只需对一侧的 车轮进行受力分析 F f F F i ≤F T． r 垒 P_ 二 ≤F 十 F 1 式中 为滚动阻力； F 为空气阻力； 为坡 道阻力 ； F ． 为驱动力 ； 为减速机输 出的扭矩 ； r 为轮胎的滚动半径 ； 卸 为马达 的进 出口压差 ； ‘ 为马达的排量 ； i 为减 速机的减速 比； 为马达及配套减速机的机械效率； F 为 附着力 ； F 为地面对轮胎 的反 向作用力 ； 为轮胎与地面的摩擦因数。 由公式 1 可知，框架车正常行走时，需要驱 动力大于等于所有阻力之和，并且小于等于轮胎的附 着力，车辆如果遇到以下两种情况会发生打滑 1 车辆的驱动力由马达和减速机提供 ，车辆 行走时遇到的所有阻力之和决定了液压驱动系统的压 力，进而确定了车辆的驱动力。框架车在爬坡时 ，车 辆所受的阻力增大，车辆输出的驱动力也增大，如果 这个驱动力超过了轮胎所受的附着力 ，框架车就出现 打滑 ； 2 轮胎所受的附着力与地面对轮胎 的反向作 用力和轮胎与地面的摩擦因数有关。框架车在行走时 遇到潮湿的或者带有煤渣的路面，轮胎与地面的摩擦 因数减小 ，附着力减小，车辆的驱动力大于了轮胎的 附着力，引起车辆打滑。其中一个车轮或者两个车轮 出现打滑，车轮相应速度增大，通过该车轮的马达流 量也增大 ，别的车轮马达的流量下降，驱动力下降， 车辆 因此不 能前进 。 2 ． 2 行走 系统 同步方案研 究 要防止车辆出现打滑 ，首先在设计时根据车辆所 受的阻力确定系统的压力 ，再选择合适的轮胎 ，使轮 胎的附着力大于车辆行走时所需要的驱动力 ；车辆如 果遇到特殊路况发生打滑时，解决车辆打滑问题的方 法有以下 3种 1 调节打滑车轮马达的流量，使 通过该马达的流量减小 ； 2 调节打滑车轮马达的 转速； 3 调整打滑车轮马达的转矩。 根据以上3种方法提出以下 3种方案 1 采用分流集流阀，限制打滑车轮马达的流 量 ，防止通过别的马达的流量流进打滑马达 ，引起打 滑马达高速旋转，别的马达也因没有足够的流量而不 能给车辆提供足够的行走驱动力 ； 2 增加防滑阀，对每个马达配置相应的防滑 阀，如果车轮发生打滑 ，操作相应的防滑阀，使通过 该马达的流量为零 ，驱动轮变为从动轮； 3 采用转速传感器反馈每个马达转速，形成 闭环控制 ，当检测到某个马达转速超过平均转速一定 范围时，将该马达的排量按照一定的算法减小，使得 该马达输出扭矩相应减小 ，直至相关联马达建立起同 样的压力 ，转速相等。 2 ． 3 框 架车同步方案研 究 针对框架车的使用情况 ，作者选择了分流集流阀 方案。分流集流阀是一种同步控制阀，是利用负载压 力反馈的原理 ，来补偿因负载压力变化而引起流量变 化的一种流量控制阀，其作用是按一定的流量比例同 时向两个液压缸或液压马达供油 分流或接受回 油 集流 。 根据框架车使用工况以及液压系统所需要的压力 和流量，选择力士乐的带 自由轮回路的分流集流阀， 如图 2 所示。该分流集流阀通过液压操作切换阀的工 作状态，正常情况下，三位四通阀2不工作，分流集 流阀处于非分流工况，液压泵过来的压力油经过阀 1 直接分给两个马达；通过 P 液控 口切换阀 1阀芯的 位置，使阀 1上位工作 ，液压泵提供的液压油经过阀 2后分给液压马达，分流阀处于分流工况，使两马达 转速保持同步。 P 1 一液控换向阀 2 一 三位 四通 阀 3 一单向溢流阀 图2 分流集流阀液压原理图 分流集流阀工作时，A、B侧负载压力变化引起 阀芯移动，使阀2中变节流 口各 自调整 自己的开度 ， 最终使阀左右定节流孔前后油液压力差相等，从而保 证流过这两个节流孑 L 的流量相等。 框架车车轮发生打滑时，通过操作图 1中阀6给 图 2中 P 口提供控制油 ，使分流集流阀处于分流工 况，限制了流经打滑马达的流量 ，使两个马达转速保 持同步，制止了车轮的打滑 ，车辆能够正常行驶。如 下转第 9 5页 第 2 期 康多祥 等 一种液压伺服阀的复位机构 9 5 滑阀控制腔 3内端面之间设一弹簧底座 4 ，弹簧底座 4上与压缩弹簧 1 对接的位置处有凹槽。 液压伺服阀的复位机构的弹簧底座 4或安装于压 缩弹簧 1 与功率级滑阀控制腔 3内端面之间，或与功 率级滑阀控制腔 3内端壁为一体。 参考文献 【 1 】 姚建庚． 直动式电液伺服阀的开发与应用[ J ] ． 液压气 动与密封 ， 2 0 0 4 2 61 0 ． 【 2 】 胡建军， 杨尚平， 赵光波． 直动式比例阀控液压马达数学 建模及研究[ J ] ． 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3 ． 上接第 7 3页 果两个马达在分流工况因供油不足出现气蚀，分流集 流阀中单向溢流阀通过 S口给马达补油，防止气蚀的 发生 。 3结束语 分流集流阀方案具有结构简单、易于操作、可靠 性高等优点 ，很好地解决了框架车在矿井下出现打滑 的问题 ，由于分流集流阀工作时具有节流压力损失 ， 选择带有 自由轮回路的分流集流阀克服了这一问题 ， 在车辆打滑时操作换 向阀使分流集流阀处于工作状 态，提高了工作效率 ，延长了轮胎使用寿命 ，改善了 整机性能 。 参考文献 【 1 】 安光明． 框架式支架搬运车的闭式回路静液压传动系统 探讨[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 0 1 2 1 2 8 1 2 9 ． 【 2 】赵静一， 刘雅俊 ， 王智勇． 分流集流阀在 1 0 0 0 K N液压载 重车中的应用 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 4 1 5 5 1 5 6 ． 【 3 】 姚怀新． 工程机械底盘及其液压传动理论[ M] ． 北京 人 民交通出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 4 】 刘宏社． 一种分流集流阀同步回路的接法分析[ J ] ． 机 械研究与应用 ， 2 0 0 6 5 2 O一 2 1 ． 【 5 】 靳占雷． 分流集流阀在木工机械中的应用 [ J ] ． 林业机 械与木工设备 ， 2 0 0 4， 3 2 1 O 4 8 ． 上接 第 9 2页 2 依据流体力学中的续性方程和伯努利方程， 并通过试验进行适当修正 ，成功研制出系列液压虹吸 阀，适用于不同类别和不同机型机器的液压系统的补 油装置 。 参考文献 【 1 】 陈长植． 工程流体力学[ M] ． 武汉 华中科技大学出版 社 ， 2 0 0 8 2 4 9 2 8 4 ． 【 2 】柯葵， 朱立明． 流体力学与流体机械[ M] ． 上海 同济大 学出版社 ， 2 0 0 9 3 0 83 1 1 ． 【 3 】李立国， 张靖周． 航空用引射混合器 [ M] ． 北京 国防工 业出版社， 2 0 0 7 l 一1 2 ． 【 4 】陆宏圻． 射流泵技术的理论及应用[ M] ． 北京 水利电力 出版社， 1 9 8 9 ． 【 5 】张师帅． 计算流体动力学及其应用 C A D软件的愿理与 应用[ M] ． 武汉 华中科技大学出版社， 2 0 1 1 ． 【 6 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