框架式支架搬运车液压转向系统改进对策

王辉， 胡军科， 周创辉

（1.中南大学机电工程学院，长沙410072；2.湖南大学机械与运载工程学院，长沙410082）

框架式支架搬运车液压转向系统改进对策

王辉1， 胡军科1， 周创辉2

（1.中南大学机电工程学院，长沙410072；2.湖南大学机械与运载工程学院，长沙410082）

针对框架式支架搬运车工程实践中所暴露出的问题，提出一种采用静液压技术的转向系统，探索建立全液压行走工程车辆的液压差速系统的方法，以提高该型车辆液压系统的安全性和稳定性。

支架搬运车；转向系统；改进

0 引言

随着煤矿综合机械化开采技术的发展，其自动化水平和机械化程度日益提高，综采工作对大型综采机械的依赖性也逐渐增加，而综采机械的安全性和稳定性直接决定着井下综采作业的效率，影响着煤矿的生产效益。框架式支架搬运车作为井下作业面搬家的重要运输机械，具有装卸方便、快捷、安全的特点，能够大幅提高工作面设备搬迁效率，最大限度缩短非生产时间，降低生产成本，提高生产效益。本文对该车型液压转向系统进行分析研究，以求通过改进系统提高该车型的稳定性和安全性。

1 框架式支架搬运车液压转向系统工作原理

如图1，框架式支架搬运车采用铰接车架转向，前车搭载动力源，后车为U形运输框，两车由中间销轴铰接，使用2只转向油缸使前、后车架保持或改变一定角度，从而实现转向。

图1 框架式支架搬运车整体结构图

图2 液压转向系统原理图

支架搬运车液压转向系统工作原理如图2。整个液压转向系统由转向器1、转向油缸6和供油（回油）系统三大部分组成。转向器由转阀2、计量马达3、负载安全阀4、补油单向阀5组成。当车辆方向盘不转动，转阀不动作时，来自P口的高压油经过转向器后，通过T口返回油箱，而转向油缸6和计量马达3两侧油腔中的油液均处于封闭位置，从而保证支架搬运车直线行驶。当车辆方向盘转动，即转阀左右换位时，由P口进入的高压油经过转阀2进入计量马达3，驱动计量马达3转子旋转，增大单位体积的排量。压力油经过计量马达3，由CL（CR）口进入转向油缸6中相应油腔，推动活塞杆运动，从而实现车辆向左（右）转向。同时，回油通过转向器中相对应的油路从T口回到油箱。转向过程中，计量马达转子转动的方向和方向盘转动的方向一致，当方向盘停止转动时，转阀阀芯停止转动，由于计量马达的转子带动转阀的阀套一起转动，消除了转阀中阀芯与阀套之间的相对转角，使得转阀又处于中央位置，整个转向机构停止转向。

2 液压转向系统工程实践中暴露的问题

支架搬运车作为全液压驱动车辆，采用左右分区形式，具有良好的附着能力，车辆在复杂恶劣的地面条件下具有很好的通过性。但该型车辆在转向时，由于内外侧车轮存在速度差（如图3）。这就导致转向过程中作用于内侧车轮和外侧车轮的马达需要设置差速机构以保证车辆在转向时实现内外轮胎的差速，从而保证轮胎与地面间不发生相对滑动。

图3 铰接式车辆转向差速示意图1.前轮 2.后轮

目前的市场上也有用于全液压车辆的差速系统，该系统中安装有一个凸轮（如图4），当前后车体在铰接点1处发生相对转动时，依靠凸轮2轮缘的形状变化，控制2个液压阀3柱塞的位移，柱塞位移的变化产生压力变化，致使变量液压泵内的斜盘角度发生变化，从而达到控制两侧液压泵排量大小，实现内外侧车轮的差速。然而，由于凸轮的加工制造精度、安装精度以及压力控制阀本身的精度等原因，造成该类型的差速机构需要对每一辆车单独进行复杂调试，定期维护的成本较高，使用一段时间后，极易出现内外侧泵排量不能按预期值调整，差速效果明显下降。以上缺点容易造成轮胎打滑或者拖轮现象，使得轮胎磨损加剧，影响正常转向，若是高速时还会影响车辆的横向稳定性，易引发井下安全事故。

图4 凸轮式差速机构示意图

3 系统改进对策

图5 支架搬运车液压差速系统液压原理图

为了克服支架搬运车液压转向系统现有缺点和不足，试建立一种适合该车型的液压差速系统。该系统主要由两组液压泵、两组液压马达，两个液压整流板、两个外控式顺序阀、两个分流阀、转向液压缸、梭阀、全液压转向器组成（如图5）。两组液压泵与液压马达各组成一侧驱动闭式回路，两个闭式回路分别驱动左右两侧车轮；每侧的闭式回路中串联一个分流阀，分流阀的一端接液压泵，另一端与两个液压马达连接；左侧闭式回路的高低压油路分别通过液压整流叠加板、外控式顺序阀与右侧闭式回路对应的油路连通，连通的总油路上设有阻尼孔；外控式顺序阀的控制油来自转向系统，转向系统主要由转向液压缸、液压负载敏感转向器组成。

当车辆直线行驶时，液压转向器7没有动作，转向系统中不产生压力信号，故外控式顺序阀4a、4b处于断开状态。此时，左右两侧闭式驱动回路相互独立，不受干扰，由于两侧都为驱动轮，牵引力较大，当一侧车轮出现失速打滑现象时另一侧车轮仍然能够提供一定的牵引力帮助车辆脱困；当一侧的其中一个车轮打滑时，分流阀5a、5b工作，强制将液压泵提供的压力油分配给两个车轮，不会导致另一个车轮没有压力油流入而失去牵引力。

当车辆转向时行驶时，驾驶员转动方向盘从而带动负载敏感液压转向器7阀芯旋转，压力油通过转向器进入转向油缸，当负载敏感液压转向器动作时，其负载敏感反馈的LS口出现高压油，高压油进入外控式顺序阀4a、4b的外控油口，两个外控式顺序阀4a、4b同时打开，左右两侧的闭式驱动油路连通，此时左右驱动马达的压力油由两个液压泵统一供油。连通油路上安装有整流板3a、3b，避免了顺序阀的单向特性，使得两侧回路自由并联。转向时由于前轮偏转或前车体偏转（折腰转向）、车辆横向力的影响使得左右两侧的车轮行驶阻力不一样，内侧阻力大而外侧阻力小。由于此时为并联油路，压力油根据阻力大小自动分配，阻力大的内侧油流量较少，而阻力大的外侧油流量较多，进而使得马达转速不一样，这样就可以自动地实现内外侧车轮的差速。当转向的同时出现一侧车轮附着力下降而打滑时，另一侧的油液大量流入打滑侧马达，流量的增加使得阻尼孔8a、8b的前后压差增加，这样可以有效避免不打滑侧马达失压。阻尼孔大小按极限转弯工况时两侧回路压力与流量的差值设计，这样可以尽量减小阻尼孔在正常转向时的压降损失。

该系统可以根据行驶情况在左右分别驱动和油路并联驱动两种模式下自动切换，以实现车辆差速的目的。与现有技术相比，能充分发挥全轮驱动的优势，又能解决转向差速问题，维护成本低廉，可靠性高，更加适应恶劣工况尤其是井下作业。

4 结语

近年来，静液压驱动技术在工程机械行走系统中的应用取得了长足发展，通过静液压技术改进框架式支架搬运车液压转向系统，实现左右车轮差速，成本更为低廉，而且能够提高稳定性和可靠性。针对全液压行走工程车辆的液压差速系统的研究，目前还处于理论研究阶段，下步将继续加强该系统的研究工作，形成系统成果。

［1］ 柳玉龙.WC40EJ井下重型支架搬运车液压转向分析［J］.煤矿机械，2011，32（2）：82-83.

［2］ 王艳军.进口框架式支架搬运车存在的主要问题及对策［J］.煤矿机械，2010，31（3）：170-171.

［3］ 郝长春.支架搬运车的应用及发展趋势［J］.煤矿机械，2010，31（8）：3-5.

［4］ 陈淑平.基于最小转向力的煤矿支架运输车总体参数优化研究［J］.煤矿机械，2012，33（7）：47-49.

［5］ 柳玉龙.液压传动在支架搬运车中的应用［J］.煤矿机械，2010，31（7）：177-179.

（编辑：黄 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

王辉（1982—），男，硕士研究生，研究方向为液压传动及控制；胡军科（1959—），男，教授，硕士生导师，主要研究方向为液压传动与控制；周创辉（1986—），男，博士研究生，研究方向为车辆工程。

2014-03-16