化工危險品物流防爆車液壓轉向系統運輸優化研究

張子文，魏文靜

（天津渤海職業技術學院，天津300350）

物流運輸中，用于危險品運輸的防爆車輛作為輔助化工行業運輸貨物的關鍵載物設備，具有運轉效率高、使用較靈活等特點，在使用中做為擔負工業原材料及生產物料等材料運輸的主要工具，按照承載重量劃分，基本承重可超過8t的防爆車即認定為重型車輛，由于化工危險品物流區域巷路較窄、彎路較多，因此要求駕駛車輛人員具備相關的專業證件[1]。液壓轉向系統是物流防爆車的主要構成部分，系統性能的優劣可直接影響物流操作穩定性。轉向系統主要由車輛液壓泵、方向盤、轉向設備、壓力溢出表、溢流閥門等構成，工作中由車輛發電機提供液壓泵的動力值，物流過程中，動力泵的高壓油溢出，流經壓力管經過車輛壓力過濾裝置，最終到達轉換器。當車輛在化工危險品物流運輸道路工作中需要轉向時，手動調節方向盤，帶動轉向設備中閥芯工作，提供車輛轉向動力。車輛直行時，壓力油可不經過壓力表過濾，直接流經壓力管線提供回路直行動力。基于化工危險品物流運輸中部分運輸物品存在一定潛在危險，極易出現爆炸或高溫燃燒等現象，不但抑制了物品的運輸效率，降低了化工危險品物流工作的安全性，同時也嚴重的限制了化工危險品物流行業在經濟市場的持續發展[2]。結合化工危險品物流市場調查數據得知，傳統的轉向系統存在車輛運轉時液壓壓力較大的危險，為了提升化工危險品物流運輸效率，如何實現防爆車輛液壓轉向系統運行時的壓力控制勢在必行。

1 化工危險品物流防爆車液壓轉向系統運輸優化研究

1.1 化工危險品物流運輸防爆車轉向阻力矩優化設計

化工危險品物流防爆車阻力距離是轉向系統持續運行的關鍵參數之一，盡管目前市場內已經出臺很多相關阻力矩優化的方式，但對于整體轉向系統的優化程度較低。化工危險品物流防爆車空載時，前端荷載質量大于后端荷載重量；車輛滿載時，后端荷載重量大于前端荷載重量。依照動力學原理及虛位移分析方式，計算最大轉向阻力矩數值[3]。計算公式為：

公式中：M表示為化工危險品物流運輸防爆車液壓最大轉向阻力矩；T表示為車輛轉向過程中由車輪摩擦引發的轉向阻力；δ表示為車輛轉向時方向盤轉向引發的轉向阻力值；β表示為傳動扭轉引發的橫向切力；γ表示為車輛轉向受到的縱向阻力；α表示為車輛轉向中存在的虛位移距離。根據上述計算公式可知，阻力距的外在影響因素與虛位移及橫向切力兩者具有直接的聯系[4]。現行運行系統由于額定功率數值較低，造成滿載運輸狀態下荷載力賦值與系統功率輸出值匹配的角度。因此，優化時要注意提高系統功率輸出值，還要對泵源、高壓輸出回路及油箱回路壓力值實施不定期檢測，保持液壓車的啟動頻率和換向功率在轉向時相對穩定。忽略其它影響系統運行的外在因素，降低阻力對車輛影響，計算系統阻力矩終端輸出值，計算公式如下。

公式中：i表示為化工危險品物流運輸防爆車輛；r表示為虛位移測量中心點；λ表示為系統可調節位移誤差范圍。結合裝箱系統運行實際需求，明確阻力矩的優化范圍，設定轉向評價目標，包括轉向阻力矩調試靈敏程度、動力設備牽引性能及系統在設備運行中的空間控制等，依照不同型號車輛的不同需求量，調整車輛轉向性能，確保壓力輸出值具有一定時效性，進而起到滿足轉向系統阻力矩優化的作用[5]。

1.2 運輸設備轉向系統油缸參數值優化設計

目前，化工危險品物流防爆車通常使用雙缸式轉向油缸，布置在系統與設備鉸接中心位置處，轉向角度通常設置在25~50°之間，轉向油缸在安裝過程中，除了需要嚴格遵循化工危險品物流運輸設備安裝標準，同時需要考慮到后期油缸的清理或維修是否便利、與系統連接處需排除干擾設施。此外，需控制轉向軸距離且油缸內壓力變化情況，以此要求力臂在轉向系統運行中維持相對平穩。根據車輛系統架構排放要求，調整油缸壓力輸出轉向角度，優化系統內油缸參數值。如圖1所示。

圖1 轉向系統油缸參數優化

根據圖1表述信息，圖中點A與點B表示為轉向系統中油缸與車輛前端發電機連接處，點C與點D表示為轉向系統中油缸與車輛后端承載機架連接處，點O表示為系統交接中心處。依照動力學作圖分析方法，可明確油缸壓力輸出值傳送路徑，設定路徑長度為參數L，在確保活塞桿與油箱保持一定距離的基礎上，明確轉向系統輸出力矩數值應大于產生的轉向力矩值，表示為Ms≥M。由于轉向系統油缸中壓力輸出值會隨著車輛轉向桿的變化而變化，且轉向桿兩端荷載受力不均等，因此無法確定兩端輸出數據的最小值，忽略其它影響油缸壓力參數的外界因素，計算轉向油缸兩端壓力輸出值。計算公式如下。

公式中：Ms表示為轉向油缸兩端壓力輸出值；Pmax表示為液壓轉向系統運行中可承受的最大壓力值表示為常數參數，通常可表達油缸內液體壓強，取值范圍在0.45～0.65之間；D表示為車輛油塞外直徑；d表示為車輛油塞內直徑，取值為0.4D；rmin表示為當折腰角度到達一定數值時，鉸接點力臂取值最小。通過上述計算公式，可明確系統內油缸壓力參數變化趨勢及數據輸出路線，以此滿足參數的優化。

1.3 支撐運輸系統運行液壓泵裝置優化設計

物流防爆車轉向系統轉向運行時間是評估系統運行的關鍵指標之一，若車輛轉向速度過快，超出系統可調節范圍，會產生壓力反作用力，進而對物流車輛平衡控制起到一定的抑制作用。若轉向太慢會導致荷載過重發電機壓力不足，造成大型交通事故。因此，應合理選擇支撐系統運行的液壓泵裝置，防止大型運輸車輛在實施化工產品運輸時轉向故障，考慮到液壓泵排量對地下裝載機造成的沖擊力，優化后液壓泵設備壓力排量計算公式如下。

公式中：q表示為優化后液壓泵設備壓力排量；l表示為壓力數值傳輸最短路徑；N表示為系統發電設備高速空轉速度，計算單位為r/s；T表示空轉時間，計算單位為s；η表示為轉向系統內部容積工作效率，計算單位為%。結合終端計算數值q，選擇化工危險品物流行業合理的液壓泵商家，設計優化后系統內液壓泵工作流程。

由系統數據采集端輸入車輛轉向動力數值，整合車輛實際物流情況，將運行狀態分為直行變速轉向及直接轉向，傳遞數據值中央傳動端，并結合馬達后端傳動數據，處理左/右兩方轉向數據，收集齒輪運轉轉數及太陽輪運轉轉數，將數據統計后存檔歸入終端數據庫，輸出轉向動力值。結合動力空間值在液壓泵中選擇與系統匹配的轉向器，篩選靜態信號符合傳感流量方法轉向器，確保系統運行時排量穩定，完成支撐系統運行液壓泵裝置的運輸設備優化設計。

1.4 轉向系統約束條件優化設計

液壓轉向系統在運轉中除了受到自身性能及結構約束外，同時受到車輛行駛路面情況、電動機供電情況及壓力回路等因素的干擾，以此優化系統中多個約束條件，降低對系統運行的抑制作用，可起到提升系統綜合性能的作用。其一，化工危險品物流防爆車在轉向行駛過程中，兩側回路受到的向前牽引力均需由系統壓力提供，卻要求牽引力值不得小于輪胎與地面摩擦受到的阻力，可表示為動力因子條件大于等于地面動力因子質量。計算公式如下。

公式中：g(X)表示為車輛行駛過程中地面對系統運行造成的約束；D0發電機牽引力產生的動力因子質量；Dc表示為地面動力因子質量。通過上述條件控制可將地面約束對系統運行的影響降至最低。其二，液壓泵轉速作為抑制轉向系統運行的條件之一，可對其實施下述優化措施。計算公式如下。

公式中：g表示為系統中多個液壓泵轉速；X表示為針對不同液壓泵的不同約束條件；MC表示為液壓泵最低轉速；MC表示為液壓泵最高轉速；nC表示為發電機待機轉速；nE表示為系統正常運轉發電機轉速；nσ表示為發電機待機轉矩；nμ表示為系統正常運轉發電機轉矩。其三，結合轉向系統運行過程中性能要求，結合壓力數據傳輸軌跡，對系統額定電壓輸出值實施約束。計算公式如下。

公式中：kp表示為系統可調節壓力值；PH表示為系統運行額定壓力值；PM表示為壓力回路傳輸中最高電壓值。依照系統運行特性，調整齒輪轉速比及系統中多個硬件布置要求，完成約束條件優化。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

設計對比實驗，選用型號為DFH-1203G化工危險品防爆車作為此次實驗的研究對象，該型號車輛在市場內主要應用于大型產品、原材料為化工危險品等物品的物流運輸，根據車輛的使用情況，設定車輛轉向履帶滾動受阻值為0.08MPa，受阻最大系數值為1.5。過泵檢驗，車身自體重量為7500kg、轉向中發電機最大承載轉數為2500r/min，驅動后輪半徑長度為0.468m，防爆車中央轉向比值為2.845，終端輸出轉向比值為5.64，履帶軸距長度為1.632m，系統統一供油壓力為25MPa，調轉溢流閥時壓力值驟降到2.0MPa。轉向出現交叉異常現象的概率為0.8，預計出現變異的概率為0.002。考慮到防爆車在化工危險品物流中的基本使用要求，忽略車輛行駛中影響實驗結果的其它外界因素，將車輛原地轉向壓力變化值作為評價轉向系統的關鍵指標，實驗論證采用相同的環境變化的路段和地區、具有相同性質和質量的化工危險品實施運輸論證實驗，在車輛滿載狀態下讓車輛在普通混凝土路面上進行原地轉向，在油缸中的轉向系統內各安裝一個壓力傳感設備，測量轉向過程中系統收到各個點的壓力值。先收集優化前化工危險品物流防爆車轉向系統油缸的壓力數據值，統一數據格式，引入大數據技術分析數據集合中存在的異常點，定義該組為此次實驗的對照組。再使用本文優化后的液壓轉向系統實施相同操作步驟，收集實驗數據，定義該組為實驗組。使用CHMP智能型液壓檢測設備采集數據，并將獲取數據整理成曲線輸出。

2.2 實驗結果分析（見圖2）

由圖2可知，在整個轉向實驗過程中，優化后的轉向系統壓力曲線變化相對平穩，符合車輛壓力標準變化趨勢，且轉向后整體壓力值控制較平穩，在整體實驗中，轉向相對靈活，轉向油缸無其它干擾因素出現。由此可分析出本次改進的液壓車轉向系統具有極大優勢，可以在物流運輸過程中，減輕車身負擔，自動調控壓力值，提高運輸效率，并且通過各個回路的優化提高化工危險品物流運輸的安全性能。更具備市場實際應用價值。

圖2 實驗結果對比

3 結束語

化工行業在市場的快速發展在一定程度上促進了化工物品運輸行業的前進，因此本文從系統運行參數、約束條件、支持系統設備及轉向阻力矩4個方面，提出了化工危險品物流防爆車液壓轉向系統優化的詳細研究，設計對比實驗，提出實驗環境，驗證優化的系統在實際運行中可有效的控制轉向系統內部壓力輸出值，具備一定的市場研究價值。盡管本文研究在實際應用中已經取得了部分成績，但在后期的發展中，仍需要從多個角度思考問題，包括系統內部硬件設備排布的緊湊程度、軟件程序集成性、轉向桿連接管線、車輛及系統定期養護時間等，除此之外，結合市場經濟發展趨勢，選擇經濟效益相對較高的產品作為系統的優化設備，提高了系統運行效率的同時，降低了系統維護成本，為化工危險品物流行業的發展提供技術指導。