框架式支架搬運車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改進對策

王輝， 胡軍科， 周創(chuàng)輝

（1.中南大學機電工程學院，長沙410072；2.湖南大學機械與運載工程學院，長沙410082）

框架式支架搬運車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改進對策

王輝1， 胡軍科1， 周創(chuàng)輝2

（1.中南大學機電工程學院，長沙410072；2.湖南大學機械與運載工程學院，長沙410082）

針對框架式支架搬運車工程實踐中所暴露出的問題，提出一種采用靜液壓技術的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，探索建立全液壓行走工程車輛的液壓差速系統(tǒng)的方法，以提高該型車輛液壓系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

支架搬運車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；改進

0 引言

隨著煤礦綜合機械化開采技術的發(fā)展，其自動化水平和機械化程度日益提高，綜采工作對大型綜采機械的依賴性也逐漸增加，而綜采機械的安全性和穩(wěn)定性直接決定著井下綜采作業(yè)的效率，影響著煤礦的生產(chǎn)效益。框架式支架搬運車作為井下作業(yè)面搬家的重要運輸機械，具有裝卸方便、快捷、安全的特點，能夠大幅提高工作面設備搬遷效率，最大限度縮短非生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。本文對該車型液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行分析研究，以求通過改進系統(tǒng)提高該車型的穩(wěn)定性和安全性。

1 框架式支架搬運車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

如圖1，框架式支架搬運車采用鉸接車架轉(zhuǎn)向，前車搭載動力源，后車為U形運輸框，兩車由中間銷軸鉸接，使用2只轉(zhuǎn)向油缸使前、后車架保持或改變一定角度，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

圖1 框架式支架搬運車整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖

支架搬運車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理如圖2。整個液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向器1、轉(zhuǎn)向油缸6和供油（回油）系統(tǒng)三大部分組成。轉(zhuǎn)向器由轉(zhuǎn)閥2、計量馬達3、負載安全閥4、補油單向閥5組成。當車輛方向盤不轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)閥不動作時，來自P口的高壓油經(jīng)過轉(zhuǎn)向器后，通過T口返回油箱，而轉(zhuǎn)向油缸6和計量馬達3兩側(cè)油腔中的油液均處于封閉位置，從而保證支架搬運車直線行駛。當車輛方向盤轉(zhuǎn)動，即轉(zhuǎn)閥左右換位時，由P口進入的高壓油經(jīng)過轉(zhuǎn)閥2進入計量馬達3，驅(qū)動計量馬達3轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，增大單位體積的排量。壓力油經(jīng)過計量馬達3，由CL（CR）口進入轉(zhuǎn)向油缸6中相應油腔，推動活塞桿運動，從而實現(xiàn)車輛向左（右）轉(zhuǎn)向。同時，回油通過轉(zhuǎn)向器中相對應的油路從T口回到油箱。轉(zhuǎn)向過程中，計量馬達轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和方向盤轉(zhuǎn)動的方向一致，當方向盤停止轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)閥閥芯停止轉(zhuǎn)動，由于計量馬達的轉(zhuǎn)子帶動轉(zhuǎn)閥的閥套一起轉(zhuǎn)動，消除了轉(zhuǎn)閥中閥芯與閥套之間的相對轉(zhuǎn)角，使得轉(zhuǎn)閥又處于中央位置，整個轉(zhuǎn)向機構(gòu)停止轉(zhuǎn)向。

2 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工程實踐中暴露的問題

支架搬運車作為全液壓驅(qū)動車輛，采用左右分區(qū)形式，具有良好的附著能力，車輛在復雜惡劣的地面條件下具有很好的通過性。但該型車輛在轉(zhuǎn)向時，由于內(nèi)外側(cè)車輪存在速度差（如圖3）。這就導致轉(zhuǎn)向過程中作用于內(nèi)側(cè)車輪和外側(cè)車輪的馬達需要設置差速機構(gòu)以保證車輛在轉(zhuǎn)向時實現(xiàn)內(nèi)外輪胎的差速，從而保證輪胎與地面間不發(fā)生相對滑動。

圖3 鉸接式車輛轉(zhuǎn)向差速示意圖1.前輪 2.后輪

目前的市場上也有用于全液壓車輛的差速系統(tǒng)，該系統(tǒng)中安裝有一個凸輪（如圖4），當前后車體在鉸接點1處發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，依靠凸輪2輪緣的形狀變化，控制2個液壓閥3柱塞的位移，柱塞位移的變化產(chǎn)生壓力變化，致使變量液壓泵內(nèi)的斜盤角度發(fā)生變化，從而達到控制兩側(cè)液壓泵排量大小，實現(xiàn)內(nèi)外側(cè)車輪的差速。然而，由于凸輪的加工制造精度、安裝精度以及壓力控制閥本身的精度等原因，造成該類型的差速機構(gòu)需要對每一輛車單獨進行復雜調(diào)試，定期維護的成本較高，使用一段時間后，極易出現(xiàn)內(nèi)外側(cè)泵排量不能按預期值調(diào)整，差速效果明顯下降。以上缺點容易造成輪胎打滑或者拖輪現(xiàn)象，使得輪胎磨損加劇，影響正常轉(zhuǎn)向，若是高速時還會影響車輛的橫向穩(wěn)定性，易引發(fā)井下安全事故。

圖4 凸輪式差速機構(gòu)示意圖

3 系統(tǒng)改進對策

圖5 支架搬運車液壓差速系統(tǒng)液壓原理圖

為了克服支架搬運車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)現(xiàn)有缺點和不足，試建立一種適合該車型的液壓差速系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由兩組液壓泵、兩組液壓馬達，兩個液壓整流板、兩個外控式順序閥、兩個分流閥、轉(zhuǎn)向液壓缸、梭閥、全液壓轉(zhuǎn)向器組成（如圖5）。兩組液壓泵與液壓馬達各組成一側(cè)驅(qū)動閉式回路，兩個閉式回路分別驅(qū)動左右兩側(cè)車輪；每側(cè)的閉式回路中串聯(lián)一個分流閥，分流閥的一端接液壓泵，另一端與兩個液壓馬達連接；左側(cè)閉式回路的高低壓油路分別通過液壓整流疊加板、外控式順序閥與右側(cè)閉式回路對應的油路連通，連通的總油路上設有阻尼孔；外控式順序閥的控制油來自轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向液壓缸、液壓負載敏感轉(zhuǎn)向器組成。

當車輛直線行駛時，液壓轉(zhuǎn)向器7沒有動作，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中不產(chǎn)生壓力信號，故外控式順序閥4a、4b處于斷開狀態(tài)。此時，左右兩側(cè)閉式驅(qū)動回路相互獨立，不受干擾，由于兩側(cè)都為驅(qū)動輪，牽引力較大，當一側(cè)車輪出現(xiàn)失速打滑現(xiàn)象時另一側(cè)車輪仍然能夠提供一定的牽引力幫助車輛脫困；當一側(cè)的其中一個車輪打滑時，分流閥5a、5b工作，強制將液壓泵提供的壓力油分配給兩個車輪，不會導致另一個車輪沒有壓力油流入而失去牽引力。

當車輛轉(zhuǎn)向時行駛時，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤從而帶動負載敏感液壓轉(zhuǎn)向器7閥芯旋轉(zhuǎn)，壓力油通過轉(zhuǎn)向器進入轉(zhuǎn)向油缸，當負載敏感液壓轉(zhuǎn)向器動作時，其負載敏感反饋的LS口出現(xiàn)高壓油，高壓油進入外控式順序閥4a、4b的外控油口，兩個外控式順序閥4a、4b同時打開，左右兩側(cè)的閉式驅(qū)動油路連通，此時左右驅(qū)動馬達的壓力油由兩個液壓泵統(tǒng)一供油。連通油路上安裝有整流板3a、3b，避免了順序閥的單向特性，使得兩側(cè)回路自由并聯(lián)。轉(zhuǎn)向時由于前輪偏轉(zhuǎn)或前車體偏轉(zhuǎn)（折腰轉(zhuǎn)向）、車輛橫向力的影響使得左右兩側(cè)的車輪行駛阻力不一樣，內(nèi)側(cè)阻力大而外側(cè)阻力小。由于此時為并聯(lián)油路，壓力油根據(jù)阻力大小自動分配，阻力大的內(nèi)側(cè)油流量較少，而阻力大的外側(cè)油流量較多，進而使得馬達轉(zhuǎn)速不一樣，這樣就可以自動地實現(xiàn)內(nèi)外側(cè)車輪的差速。當轉(zhuǎn)向的同時出現(xiàn)一側(cè)車輪附著力下降而打滑時，另一側(cè)的油液大量流入打滑側(cè)馬達，流量的增加使得阻尼孔8a、8b的前后壓差增加，這樣可以有效避免不打滑側(cè)馬達失壓。阻尼孔大小按極限轉(zhuǎn)彎工況時兩側(cè)回路壓力與流量的差值設計，這樣可以盡量減小阻尼孔在正常轉(zhuǎn)向時的壓降損失。

該系統(tǒng)可以根據(jù)行駛情況在左右分別驅(qū)動和油路并聯(lián)驅(qū)動兩種模式下自動切換，以實現(xiàn)車輛差速的目的。與現(xiàn)有技術相比，能充分發(fā)揮全輪驅(qū)動的優(yōu)勢，又能解決轉(zhuǎn)向差速問題，維護成本低廉，可靠性高，更加適應惡劣工況尤其是井下作業(yè)。

4 結(jié)語

近年來，靜液壓驅(qū)動技術在工程機械行走系統(tǒng)中的應用取得了長足發(fā)展，通過靜液壓技術改進框架式支架搬運車液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實現(xiàn)左右車輪差速，成本更為低廉，而且能夠提高穩(wěn)定性和可靠性。針對全液壓行走工程車輛的液壓差速系統(tǒng)的研究，目前還處于理論研究階段，下步將繼續(xù)加強該系統(tǒng)的研究工作，形成系統(tǒng)成果。

［1］ 柳玉龍.WC40EJ井下重型支架搬運車液壓轉(zhuǎn)向分析［J］.煤礦機械，2011，32（2）：82-83.

［2］ 王艷軍.進口框架式支架搬運車存在的主要問題及對策［J］.煤礦機械，2010，31（3）：170-171.

［3］ 郝長春.支架搬運車的應用及發(fā)展趨勢［J］.煤礦機械，2010，31（8）：3-5.

［4］ 陳淑平.基于最小轉(zhuǎn)向力的煤礦支架運輸車總體參數(shù)優(yōu)化研究［J］.煤礦機械，2012，33（7）：47-49.

［5］ 柳玉龍.液壓傳動在支架搬運車中的應用［J］.煤礦機械，2010，31（7）：177-179.

（編輯：黃 荻）

Improvement Countermeasure for Hydraulic Steering System of Frame Type Support Carriers

WANG Hui1,HU Junke1,ZHOU Chuanghui2
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering,Central South University,Changsha 410072,China; 2.College of Mechanical and Vehicle Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China）

Aiming at the exposed engineering problems of frame type support carrier in practice,hydrostatic technology was used to improve its steering system.Strategies of establishing hydraulic differential system of hydraulic engineering vehicle were explored to improve the security and stability of its hydraulic system.

frame type support carrier;hydraulic steering system；improvement

TH 137

A

1002－2333（2014）04－0029－03

王輝（1982—），男，碩士研究生，研究方向為液壓傳動及控制；胡軍科（1959—），男，教授，碩士生導師，主要研究方向為液壓傳動與控制；周創(chuàng)輝（1986—），男，博士研究生，研究方向為車輛工程。

2014-03-16