煤矿搬运锚杆车辆四轮独立转向系统研究.pdf

106液压与动2020年第7期 do i 10.11832/j. issn . 1000-4858.2020. 07.016 煤矿搬运锚杆车辆四轮独立转向系统研究 陈利东 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030006 摘要针对煤矿井下车辆作业空间狭小、照明条件受限、驾驶员视野差的缺陷，提出四轮独立转向系 统，可以大大提高煤矿车辆的机动性、安全性。通过分析转向系统的动力学和运动学特性，设计了四轮转向 系统的液压原理图，通过仿真软件对转向系统进行仿真分析并进行工业性试验。试验结果表明用于井下煤 矿锚杆车辆的四轮独立液压系统的转向特性能够满足实际需求，提高了井下车辆转向的稳定性及灵活性，该 液压转向系统达到了预期效果。 关键词独立转向；煤矿车辆；锚杆车辆；仿真研究；液压转向 中图分类号TH137 TD42 文献标志码B文章编号1000-4858 202007-0106-06 Simu l a t io n Resea r c h o n Fo u r -w h eel In d epen d en t St eer in g Syst em o f Co a l Min e An c h o r Veh ic l e CHEN Li-d o n g Ta iyu a n Resea r c h In st it u t e, Ch in r Co r l Tec h n o l o g y a n d En g in eer in g Gr o u p, Ta iyu a n, Sh a n x i 030006 Abstrac t In v iew o f t h e c o a O min e v eh ic l es l imit ed o per a t io n spa c e is n a r r o w , l ig h t in g c o n d it io n s, d o v er r o f po o r v isio n d ef ec t s. Th e f o u r -w h ed in d epen d en t st eea n g syst em pr o po sed io t h is pa per c o n g r ea t l y impr o v e t h e mo bil it y a n d sa f et y o f c o a l min e v eh ic l es. By a n a l yzin g t h e d yn a mic c a n d k in ema t ic c c h a r a c t ea st ic c o f t h e st eea n g syst em. Th e h yd r a u Hc sc h ema t ic d ia a r a m o f f o u r -w h eee st eer in g syst em is d esig n ed, a n d t h e st eer in g syst em is sic u l a t ed a n d a n a l yzed by t h e sin iu yt io n so f t w a r e a n d t est ed o n t ie ben c h . Th e r esu l t s sh o w t h a t u sed in u n d er a r o u n d c o o l min e v eh ic l es a t l o w speed w h ed st eer in g c h a r a c t er ist ic e o f t . h yd r a u Ho st eer in g syst em a c h iev ed t h e ex pec t ed ef f ec t . Key wo rds in d epen d en t st eer in g, c o a l min e v eh ml a , 引言 目前煤矿井下无轨辅助运输车辆车身宽度普遍在 2 m左右，在超窄型巷道无法使用。为了实现在超窄 的地形条件下能够开展正常的运输及救援工作，同时 可以提高物料运输效率、降低劳动工作强度、增强救援 的及时性，因此急需开发一种宽度窄、转弯半径小、灵 活度高的超窄型车辆[1_2]o 现有煤矿井下无轨车辆主要的转向方式有桥式 转向、較接式转向、履带滑移转向等，由于狭窄地形的 限制，车辆转向灵活度低、行驶机动性差、总体布置困 难等缺点，均无法满足超窄地形下的作业需求。本研 究通过对超窄狭隘空间下的使用工况进行现场调研, h e h yd r a u a o syst em c o n sa t isf y t h e a c t u a l d ema n d, a n d t h e a n c h o r v eh ic l e, simu l a t io n st u d y, h yd r a u Ho st eer in g 设计一种全液压四轮独立转向的液压系统，满足实际 使用需求,实现车辆大角度范围内迅速、准确、安全、平 稳的转向,对提高煤矿运输效率、抢险救灾及人员救护 具有非常重要的意义。 1煤矿车辆的运动特性 为了提高转向系统的机动性、灵活性，对煤矿搬运 锚杆车辆四轮独立转向系统的运动特性进行分析 收稿日期2019-12-21 基金项目山西省重点研发计划项目201803D121104 作者简介陈利东1984*，男,山西长治人，助理研究员，硕 士，主要从事液压技术方面的科研工作。 2020年第7期液压与动107 搬运锚杆车辆的转向需 前/后轮转向、 斜行、双 驶，即可大大 辆的灵活性和机动 ，如图1所示，对 辆前轮转 后轮转向时，车 辆的运动 相同的，其转半径人均可用 表V 9 Lcot 0 或 9 Lcctr 一 1 车辆在转向时，内外侧车轮的偏转度是不相等的, 由上式可得 c o t r - c o t r * 常数 2 式中，9转弯半径 H 彳 L 彳 “，----转向角 R a 前轮转向 0 b 后轮转向 R c 四轮转向 图1转向方式示意图 2 的动力学特性的动力学特性 辆的行驶 发 时，轮 的作用如图2所示。在运动过程中， 的 和 形合理分布并不 ，其合的作用 为D点， 的辆和地 作用的 力 构成了一个试图减小侧偏角的力偶3「4负载敏感 的移动 油缸的活塞发 移动，调节泵的 大； 泵泵出口压力与 负载压 差通过负载敏感阀的调节，基本保持在 2. 5 MPa左右， 了 泵模型的准确性。 1 负载压力2变量泵出口压力 图6变量泵压力与负载压力对比 建煤矿搬运锚杆车辆液压 的整机仿真模 型，如图7所示。前 转向模式仿真信号设定为给 转角信号如图8所示，时间为0时给方向盘 180。的 信号，仿时间3 s，仿步长设置为 0.01s。仿 结果如图9所示， 大转角为 均接近于45。， 转 大接近于28。，前 经过约 0.7 s实现偏转 平 。车辆 转 合 转向原理，能 现车辆平稳转向，最大 限度减 ， 了期的设计 。 转向模式仿真信号设定为给 转角 信号如图10所示，0〜3 s时给 左的斜坡输入 信号，仿真时间3 S,仿 步长设置为0.。1 S。仿 结 如图11所示,左右前 左偏转，左右后 右偏 转， （右）偏转 （左）偏转角, 两者偏转角度跟 设计要求。 2020年第7期液压与动109 图7搬运锚杆车辆液压系统仿真模型 40 30 平 。左后轮偏转角大于右后轮偏转角,前 本维持原 ，未发偏转。 o O o O 血臬解 1 1 O O t/s 图8前轮转向输入信号 1左前轮2.右前轮3左/右后轮 图9 时摆动缸转角 后轮转向模式仿真信号设定为给 左 的转角信号如图12所示,0时给 180。的阶跃输 信号，仿 时间3 s,仿 步长设置为0.01 s。仿 结果如图13所示，左右后轮经过约0.6 s实现偏转并 图10转向输入信号 1左前轮2.右前轮3.左后轮4.右后轮 图 11 时 动缸 110液压与动2020年第7期 -40 -30 -20 -10 0 ------------------1----------------------1--------------------1 0 1 z 2 3 R/m 图12转向输入信号 1左后轮2.右后轮3左/右前轮 图13 时摆动缸转角 6车辆四轮转向试验研究车辆四轮转向试验研究 本研究的 转向机构应用 司新研发的某无 轨 运 上， ，为 建立模型 的正确性， ，在 进行了工业 ， ，如图14所示。车辆在水平 上行驶， ，为了 启动 等工况对转 的 , 辆以约5 k m/h的度 行驶时, , 测 辆行驶时前轮转向、 、后 转向、 、 转4个工 况的转 能。 。 转通 器测得, ,油缸 移通过油缸 移传感器测得, ,油缸压力通过压 传感器测得。 。 图14样车试验现场 图15为前轮转向时转向油缸 的作用曲线， ， 数据可得， ，转向半径9 和理 的差值 较小，最大误差为6. 3， ，理论值略大于实测值， ，在误 差 ， ，能 需求。。图16为 前轮 转向时， ， 理转 度％曲线， ，在窄 型车辆转 度最大时， ， 值理论值误差最大为 6.8 o 图16前轮轮胎转角试验与理论曲线 7结论结论 通过对煤矿搬运锚杆车辆 转 在狭 窄地形条件下的使用工况 ， ，设计出 合 井 辆 转向的液压 ， ，该 可以实现 辆的前轮转向、 、后 转向、 、 转 等转向模式。。相 对于在工作面进行人工搬运锚杆， ，该锚杆搬运车辆四 转向的灵活性可以极大的锚杆运输的高 和及时 o通 ， 前期仿真工作具有 的精 确度， ，误差控制在能够接受的 ， ，对 辆的设计 具有 的指导意义。 。 参考文献 1谷捷,石博强，赵志国，等基于ADAMS的拼接式组合平 板车转向机构优化J煤矿机械,2011, 1 49 -52. 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