框架車行走液壓驅動系統差速控制的研究

安四元

(中國煤炭科工集團太原研究院，山西太原030006)

支架搬運車在行駛過程中，特別是轉彎時，每個車輪的轉速是不一樣的，尤其是采用兩邊獨立驅動的情況下，如果不加以調節，就會出現車輪不同步導致輪胎磨損。為了避免這個情況，設計框架車液壓驅動系統差速控制裝置，能提高框架車行駛的穩定性，使車輛在行駛過程中自動調節各驅動輪的行駛速度，使驅動輪在行駛過程中和地面保持純滾動，以實現自動控制差速。

1 框架式支架搬運車液壓驅動系統原理介紹

如圖1 所示，煤礦井下框架車的液壓行走系統左右相互獨立，每一側分別由閉式泵1、先導控制閥2、先導控制閥3、凸輪4 和液壓馬達5 組成。閉式泵給液壓系統提供高壓油，高壓油推動液壓馬達旋轉輸出動力，帶動車輪轉動，先導控制閥1 控制車輛的前進和后退，先導控制閥1 由先導控制閥2提供壓力控制油，凸輪4 控制先導控制閥2 上頂桿的位移，頂桿位移決定了先導控制閥2 輸出的壓力。

圖1 液壓驅動系統原理

2 支架搬運車差速控制裝置的設計

2.1 差速控制

圖2 驅動輪受力分析圖

車輛在轉向時，同一軸線內外側車輪的轉速不一樣，外側車輪的轉速大于內側車輪的轉速，如果內外側車輪轉速一樣，則外側車輪必定發生滑移。為了較好地解決差速控制問題，使其達到預定的性能，下面以單個驅動輪為例，并假設車輪完全剛性，行駛過程中車輪和地面始終保持純滾動，驅動輪受力見圖2。

由上圖受力分析可得出驅動輪力矩平衡方程為

式中:Mm為馬達輸出扭矩，N·m;G 為輪胎承受的載荷，N;N 為地面支撐力，N;F 為牽引力，N;f為地面靜摩擦因數;R 為輪胎有效滾動半徑，m。

由上述公式可知，牽引力F=Mm/R≤N·f =G·f，即Mm≤f·G·R，車輛行駛的牽引力F 是由液壓馬達的輸出轉矩Mm決定的，隨著馬達輸出扭矩Mm的變化而變化，但牽引力F 的變化要受路況的制約，其最大值不能超過地面對輪胎的最大靜摩擦力，如果所受牽引力超過地面最大靜摩擦力，輪胎將會發生滑動。這樣不但會造成輪胎磨損，而且還會造成行駛失控，這就是要解決的差速控制問題。由以上分析可以得出:只要阻止車輪滑動的阻力不超過輪胎的最大滑動摩擦力，車輪就不會產生滑動。

傳統的車輛是通過機械傳動來傳遞動力的，是經過離合器→變速器→傳動軸→差速器→半軸這樣幾種裝置的作用才使車輪驅動的，其中差速器用來實現左右車輪轉向差速同步性;除了機械差速器之外，工程車輛上用的還有一種靠液壓自適應式差速轉向，該差速轉向是通過驅動車輪行走的變量馬達通過流體傳動自適應特征來實現差速的;框架式支架搬運車采用靜液壓驅動系統，并且左右兩邊液壓系統相互獨立，依照普通的機械差速轉向和液壓自適應轉向是不可能實現的。

2.2 框架車差速控制裝置的設計

由于框架車液壓系統左右驅動相互獨立，車輛在轉向時不容易實現差速，需設計差速控制裝置。如圖3 所示，液壓驅動系統中差速控制裝置主要包括兩個先導控制閥2 和凸輪3，先導控制閥安裝在后機架1上，凸輪3 裝在前機架5 上，前后機架通過鉸接銷軸4 連接。車輛在轉向時，凸輪跟隨前機架一起轉動，兩個先導控制閥隨著凸輪的轉動，其頂桿的位移發生變化，兩個先導控制閥的出口壓力也發生相應地變化，進而引起兩個液壓泵的排量發生變化，左右兩側的馬達實現了差速。

圖3 差速轉向控制裝置

差速控制裝置中凸輪將左右兩側獨立的液壓驅動系統連接起來，是個很關鍵的元部件，凸輪設計的好壞決定了車輛差速轉向控制性能，決定了車輛轉向時左右兩側車輪的協調性。如圖4 所示，凸輪是由1、2、3 三段曲線弧生成的扇形結構，3 段曲線弧決定了兩個先導控制閥頂桿伸出的位移。

圖4 凸輪外形圖

3 結束語

框架式支架搬運車液壓驅動系統差速控制裝置可以有效解決煤礦井下支架搬運車轉向時左右兩側車輪的差速問題，可以很好地滿足礦井下狹窄巷道車輛轉彎半徑小的要求。此外，該裝置為車輛輪胎的使用壽命提供了強有力的保障，并隨著井下車輛的廣泛普及應用，對煤礦井下安全生產具有積極意義。

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