基于機(jī)電液一體化的大型平板車(chē)發(fā)展趨勢(shì)研究

王雅棟

摘 要：機(jī)電液一體化是指利用電氣控制液壓，液壓控制機(jī)械，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中經(jīng)由電氣將數(shù)據(jù)信息反饋回來(lái)繼續(xù)控制液壓，以促使機(jī)械始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，目前的精密機(jī)床、大型工程機(jī)械均實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液一體化。大型平板車(chē)是目前最為常見(jiàn)的大型載重貨車(chē)，廣泛應(yīng)用在工礦領(lǐng)域。本文將從結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三方面針對(duì)基于機(jī)電液一體化的大型平板車(chē)發(fā)展趨勢(shì)展開(kāi)研究，以豐富現(xiàn)有研究成果。

關(guān)鍵詞：機(jī)電液一體化；大型平板車(chē)；發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的快速發(fā)展，大型平板車(chē)的應(yīng)用頻率越來(lái)越高，但是由于大型平板車(chē)操作復(fù)雜，能耗較高，與我國(guó)節(jié)能減排存在著顯著的矛盾性。

所以，利用機(jī)電液一體化對(duì)大型平板車(chē)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而提高其操作穩(wěn)定性及可靠性，降低能耗在當(dāng)前顯得尤為重要。而本文正是基于此種背景所展開(kāi)的論述，旨在豐富現(xiàn)有研究?jī)?nèi)容并未具體的設(shè)計(jì)工作提供力所能及的幫助。

1 基于機(jī)電液一體化的大型平板車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

作為大型平板車(chē)中使用頻率最高、人們最為熟知的900t運(yùn)梁平板車(chē)，對(duì)于機(jī)電液一體化的需求相較于其他類(lèi)型平板車(chē)更加突出。為此，本文將其作為研究對(duì)象，通過(guò)梳理現(xiàn)有研究成果的方式對(duì)基于機(jī)電液一體化的大型平板車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)做一總結(jié)。該車(chē)輛具體的作業(yè)行為可包括放梁、運(yùn)梁以及提梁三個(gè)步驟，在每個(gè)步驟中工況力學(xué)數(shù)據(jù)不僅相同。所以，在設(shè)計(jì)方面同樣存在著顯著的差異性。

例如縱梁的設(shè)計(jì)目前主流學(xué)術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)采取矩形箱式設(shè)計(jì)方案，在總長(zhǎng)度在38m的情況下分為三個(gè)節(jié)段，而在此其中的小橫梁也應(yīng)該采取箱式結(jié)構(gòu)，從而方便懸掛系統(tǒng)的安裝以順利驅(qū)動(dòng)輪組正常工作。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)梁過(guò)程中大型平板車(chē)的幾何中心始終與箱梁保持一致，避免了軸向扭矩的產(chǎn)生，在架橋機(jī)將箱梁提起進(jìn)行安裝時(shí)，大型平板車(chē)的支撐將會(huì)由靜定的三點(diǎn)轉(zhuǎn)換為多點(diǎn)支撐，使得整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性隨之提升[ 1 ]。

此外，由于在吊梁由靜止的靜定轉(zhuǎn)變?yōu)槌o定，箱梁在一端被吊起后吊點(diǎn)部位形成了一個(gè)支撐點(diǎn)，而另一端則構(gòu)成了兩個(gè)支撐點(diǎn)，同樣是靜定的三點(diǎn)支撐，吊梁風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制。

2 基于機(jī)電液一體化的大型平板車(chē)動(dòng)力源和傳統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

既往大型平板車(chē)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往側(cè)重于系統(tǒng)的可靠性、功能性等方面，對(duì)于能耗則鮮少涉及與關(guān)注。然而，步入社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“新常態(tài)”后，節(jié)能減排成為了整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主旋律，大型平板車(chē)同樣面臨著節(jié)能減排要求。

因此，既往的設(shè)計(jì)必然無(wú)法兼顧功能性與節(jié)能性，必須對(duì)其進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，方能夠滿(mǎn)足使用需求。為此，本文將從液壓系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)視角出發(fā)，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)加以論述。

鑒于當(dāng)前大型平板車(chē)通過(guò)提高單個(gè)液壓元件工作效率以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排已經(jīng)不具有可操作性，所以學(xué)術(shù)界將其研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了提高液壓系統(tǒng)整體工作效率方面。而其具體的發(fā)展趨勢(shì)概括起來(lái)則包括以下幾方面：

首先，壓力匹配液壓回路必將被其他液壓系統(tǒng)所取代。其原因在于該液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中溢流損失較大，整個(gè)系統(tǒng)工作效率大幅降低，并且隨著溢流損失的增大不得不提高能源的供給，使得其能耗始終處于一個(gè)較高水平。所以今后液壓系統(tǒng)可從以下兩方面加以考慮。其一，滿(mǎn)足行走需求的閉式回路，即：A4VG泵與A6VE馬達(dá)聯(lián)合使用。二者均通過(guò)中央控制器根據(jù)大型平板車(chē)運(yùn)行情況利用電比例無(wú)級(jí)變量調(diào)控，對(duì)泵和馬達(dá)工作各種工作數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總結(jié)算并給出最優(yōu)控制方案，促使其能夠處于高效工作區(qū)間，如此一來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)提高液壓車(chē)系統(tǒng)傳動(dòng)效率、降低能耗的目的。

其二，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)向、升降、懸掛需求的開(kāi)式回路，即：液壓泵十液壓閥+各類(lèi)執(zhí)行機(jī)[ 2 ]。基于原有的負(fù)荷傳感系統(tǒng)與現(xiàn)代化的感知裝置相結(jié)合，在大型平板車(chē)液壓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中泵的流量可實(shí)現(xiàn)與負(fù)載需求之間的動(dòng)態(tài)平衡，使得整個(gè)液壓系統(tǒng)空留以及節(jié)流損失變量得到了大幅降低。其次，采用液壓-發(fā)動(dòng)機(jī)一體化控制技術(shù)將二者形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)功率的自動(dòng)匹配。

該系統(tǒng)控制下的發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可以動(dòng)態(tài)的隨著應(yīng)力負(fù)荷改變而變化，從而始終保持在最佳功率利用狀態(tài)以及動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。而液壓系統(tǒng)自身傳動(dòng)性能十分優(yōu)越，采取的負(fù)荷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的自適應(yīng)能力，在獲得發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)后可根據(jù)動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)情況對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行匹配，以實(shí)現(xiàn)二者需求的動(dòng)態(tài)平衡。

3 基于機(jī)電液一體化的大型平板車(chē)電氣控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于大型平板車(chē)而言，電氣控制系統(tǒng)所發(fā)揮的作用相當(dāng)于人體的“大腦”，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（Fleld Bus）日益成熟，通過(guò)采用帶CANoPen總線的多路閥即可以實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化，從而有效降低了該系統(tǒng)運(yùn)行故障的發(fā)生率[ 3 ]。

同時(shí)在人工智能芯片的幫助下，大型平板車(chē)在啟動(dòng)后可以通過(guò)自檢的方式對(duì)整個(gè)車(chē)輛工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)向車(chē)輛駕駛?cè)藛T提出預(yù)警，并將故障部位通過(guò)液晶屏幕呈現(xiàn)在檢修人員面前，從而實(shí)現(xiàn)了提高大型平板車(chē)安全系數(shù)的目的。

此外，通過(guò)將多種現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用在電氣控制系統(tǒng)之中，在整車(chē)升降時(shí)可以充分利用傳感器反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行糾正，并且控制升降比例閥來(lái)完整起降速度控制的目的。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，大型平板車(chē)作為最為常用的機(jī)械設(shè)備，由于其車(chē)身較長(zhǎng)、噸位較重、控制復(fù)雜，所以必須對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)與改造。而當(dāng)前比較尖端、前沿的技術(shù)當(dāng)屬機(jī)電液一體化技術(shù)，將其應(yīng)用在大型平板車(chē)升級(jí)改造工作中則將會(huì)成為時(shí)代發(fā)展的主流趨勢(shì)。而本文總結(jié)出的三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)符合潮流發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)引起足夠的重視。

參考文獻(xiàn)：

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