CN107697156B - 有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆差速转向控制领域，具体涉及一种有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，用于精确控制支架搬运车左右两侧闭式液压系统在转弯时的差速转向，解决了现有支架搬运车没有合适的差速控制的问题，其左右两侧相互对称，左右两侧的行走液压系统分别包括闭式泵、前马达、后马达、电比例减压阀以及先导阀；本发明为目前煤矿井下的车辆安全使用提供保证，可以实现支架搬运车的差速转向，减小车辆转弯半径，延长轮胎使用寿命，保障车辆安全运行，提高整机工作效率。

Description

有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动 系统

技术领域

本发明属于车辆差速转向控制领域，具体涉及一种有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统。

背景技术

传统车辆是通过机械传动来传递动力的，是经过离合器—变速器—传动轴—差速器—半轴这样几种装置的作用才使车轮驱动的，其中差速器用来实现左右车轮转向差速同步性；除了机械差速器之外，工程车辆上用的还有一种靠液压自适应式差速转向，该差速转向是通过驱动车轮行走的变量马达通过流体传动自适应特征来实现差速的。

支架搬运车前机架车轮为从动轮，后机架四个车轮分别采用独立液压马达驱动，利用现有的机械差速器和电子差速器都无法实现，而能应用的液压自适应差速又对轮胎磨损很严重。

本发明提出一种有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，利用液压驱动可以实现流量的自动分配，通过对支架搬运车左右两侧马达流量的合理分配，来降低轮胎磨损，实现精确差速控制，提高整车性能和能源利用率，对提高整车差速性能具有很重要的意义。

发明内容

本发明为了解决现有支架搬运车没有合适的差速控制的问题，提供了一种有电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，用于精确控制支架搬运车左右两侧闭式液压系统在转弯时的差速转向。

本发明的采用如下的技术方案实现：

一种有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，其左右两侧相互对称，左右两侧的行走液压系统分别包括闭式泵、前后两个马达、防爆电控比例减压阀以及先导控制阀，

左右两侧的闭式泵通过与发动机连接的分动箱分别驱动，每侧的闭式泵分别带动每侧的两个马达，两个马达分别连接有角位移传感器，角位移传感器连接控制器，控制器连接左右两侧防爆电控比例减压阀，每侧的防爆电控比例减压阀连接各自侧的先导控制阀，先导控制阀连接各自侧的闭式泵，控制器还与转角传感器连接，

所述的防爆车辆转角测试装置包括扇形齿轮、转角传感器以及齿轮，扇形齿轮固定在防爆车辆前机架的端部，扇形齿轮的外缘相对前机架向外延伸设置，转角传感器固定在防爆车辆后机架，转角传感器输出轴上固连有齿轮，扇形齿轮与齿轮啮合，防爆车辆的前机架和后机架通过销轴转动连接。

所述的转角传感器固定于安装座，安装座固定在防爆车辆的后机架，齿轮与转角传感器输出轴的连接处通过压盖固定。转角传感器输出轴向上设置于后机架上，安装座为台阶式，安装座的高阶面套于转角传感器输出轴并设置于转角传感器顶面，安装座的低阶面固定于后机架上，安装座的高阶面上为齿轮，齿轮上为进行固定的压盖。

车辆启动行走后，转动方向盘，液压转向器输出动力油到转向油缸，转向油缸推动前机架与后机架成一定角度，防爆车辆转角测试装置实时检测到车辆转向角度，给控制器反馈回转向角度信号，控制器根据接收到的转向角度以及以下关系式（1）计算出左右两侧闭式泵的控制压力，

（1）

式中：Pst1-外侧泵的控制压力；Pst2-内侧泵的控制压力； V_P1-外侧泵的排量；V_P2-内侧泵的排量；a-后轴至铰接轴的距离；b-前轴至铰接轴的距离；α-车辆转弯角度；D-后轮轮距；

控制器将该控制压力对应的电信号输出给防爆电比例减压阀，左右两侧的防爆电比例减压阀根据电信号输出控制压力给先导控制阀，先导阀根据减压阀输入的控制压力以及操作手柄扳动角度，输出相应的控制压力，进而控制左右两侧闭式泵排量大小，左右两侧闭式泵分别输出左右两侧马达需要的流量，马达根据泵提供的流量输出相应的转速，装在各个马达上的角位移传感器分别检测到各个马达的转速并反馈回控制器，控制器根据各个马达转速和车辆转向角度以及式（1）、（2）计算出每个泵需要的排量，

（2）

V_P1-外侧泵的排量；V_P2-内侧泵的排量；n1-后外轮马达转速；n2-后内轮马达转速；a-后轴至铰接轴的距离；b-前轴至铰接轴的距离；α-车辆转弯角度；D-后轮轮距；

采用增量式PID控制算法精确控制左右两侧差速转向的目的。

本发明的有益效果：可以有效解决煤矿井下支架搬运车转向时左右两侧车轮的差速问题，可以精确控制煤矿井下支架搬运车的差速转向，可满足矿井下狭窄巷道车辆转弯半径小的要求，此外，该装置对车辆轮胎的使用寿命提供了强有力的保障，并随着井下车辆的广泛普及应用，对煤矿井下安全生产具有积极意义。

本发明为目前煤矿井下的车辆安全使用提供保证，可以实现支架搬运车的差速转向，减小车辆转弯半径，延长轮胎使用寿命，提高整机工作效率。随着煤矿开采技术的快速发展，一批新型的拥有百万吨综采工作面的现代化煤矿相继出现，一些大型煤炭企业设置推出了千万吨综采面，矿井总产和工作面单产都已超过世界发达国家的先进水平。目前综采工作面装备发展非常快，设备向着大功率、重型化方向发展，煤炭开采效率的提高，对煤矿井下支架搬运车的要求数量也进一步加大。国内目前对支架搬运车的需求量大约每年在100～200台左右，本装置每套售价5万元左右，总产值可达500～1000万元，每台利润1.5万元计算，可产生利润150～300万元。本装置的开发应用可以为降低矿用车辆驾驶员的劳动强度，为提高车辆轮胎使用寿命打下了坚实基础，可以减小车辆转弯半径，保障车辆安全运行，将会为企业带来良好的经济效益，为煤矿企业安全生产起到积极作用。

附图说明

图1为本发明的液压驱动原理图，

图2为防爆车辆转角测试装置的剖视图，

图3为防爆车辆转角测试装置的示意图，

图4为本发明防爆电液差速转向控制原理图，

图5为支架搬运车转向几何模型示意图，

图6为本发明的工作原理图，

图中：1、防爆电控比例减压阀，2、先导控制阀，3、闭式泵，4、马达，5、前机架，6、后机架，7、销轴，8、垫板，9、扇形齿轮，10、安装座，11、齿轮，12、压盖，13、转角传感器。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示：一种有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统包括防爆车辆转角测试装置、控制器、防爆电控比例减压阀1、先导控制阀2、闭式泵3以及马达4。闭式泵3给系统提供高压油，马达4由高压油推动旋转输出动力，带动车轮转动，先导控制阀2控制车辆的前进和后退，防爆电控比例减压阀1供给先导控制阀2压力控制油。

如图2、图3所示，防爆车辆转角测试装置包括垫板8、扇形齿轮9、转角传感器13、安装座10、齿轮11和压盖12。支架搬运车前机架5与后机架6通过销轴7铰接连接，前机架5与后机架6可绕销轴7转动，垫板8与扇形齿轮9通过M12螺栓固定于前机架5，转角传感器13固定在安装座10，安装座10通过螺栓固定在后机架6。齿轮11安装在转角传感器13上，并通过压盖12将其固定。支架搬运车转向时，前机架5与扇形齿轮9一起随前机架转动，扇形齿轮9与齿轮11啮合后带动齿轮11转动，齿轮11与转角传感器13输出轴连接，带动输出轴转动，进而测得车辆转向角度。

如图3所示，支架搬运车转向系统为全液压转向系统，车辆启动行走后， 转动方向盘，液压转向器输出动力油到转向油缸，转向油缸推动前机架5与后机架6成一定角度，防爆车辆转角测试装置实时检测到该车转向角度，给控制器反馈回转向角度信号，控制器根据接收到的转向角度计算出左右两侧闭式泵对应排量，根据计算出排量角再计算出控制斜盘摆角控制压力，最后控制器将该控制压力对应地电信号输出给防爆电比例减压阀1，防爆电比例减压阀1根据电信号输出控制压力给先导控制阀2，先导控制阀2输出压力控制闭式泵3斜盘摆角，两侧闭式泵3摆角不同，决定了两侧闭式泵3流量大小，左右两侧马达4根据闭式泵3提供的流量输出相应地转速，装在马达4上每个角位移传感器分别检测到每个转速，反馈回控制器，控制器根据各个马达4转速和车辆转向角度计算出每个泵需要的排量，采用增量式PID控制算法，达到精确控制左右两侧差速转向的目的。

支架搬运车行走液压系统左右两侧相互对称，发动机连接分动箱，分动箱分别驱动左右两侧闭式泵3，每侧闭式泵3分别带动两个马达4，先导控制阀2控制闭式泵3斜盘摆角大小和摆动方向，电比例减压阀1控制供给先导控制阀2的压力油大小，防爆车辆转角测试装置测量车辆转向角度，左右角位移传感器分别测试每个马达4转速，控制器接收每个传感器反馈信号，根据程序计算出每侧闭式泵3需要的控制压力。支架搬运车在转向行驶时，转向油缸推动前机架5与后机架6形成一定转向角度，转角传感器测试出这个转向角度传输给控制器，车辆在转向行走时，外侧车轮需要行走速度要比内侧车轮行走速度快，各个轮边马达4转速传感器检测到马达4转速，分别将各个马达4转速传输给控制器，控制器根据转角传感器13以及每侧马达4转速计算出左右两侧闭式泵3所需要排量控制压力，将该信号传输给防爆电控比例减压阀1，左右两侧防爆电控比例减压阀1根据控制器输出的电信号，对左右两侧先导控制阀2分别输出相应地控制压力，先导控制阀2根据防爆电控比例减压阀1输入的控制压力以及操作手柄扳动角度，输出相应地控制压力，进而控制左右两侧闭式泵3排量大小，左右两侧闭式泵3分别输出左右两侧马达4需要的流量，马达4根据泵提供的流量，输出相应地转速，最后精确控制了车辆差速转向。

支架搬运车采用后轮独立液压驱动，与普通轮式车辆驱动方式不同，后机架每侧两个车轮采用摆梁直接连接，经过简化模型后，支架搬运车几何模型如图5所示，图中：r1-后外轮转弯半径；r2-后内轮转弯半径；D-后轮轮距；a-后轴至铰接轴的距离；b-前轴至铰接轴的距离；α-车辆转弯角度；V1-后外轮速度；V2-后内轮速度。

后外轮速度，后内轮速度，

由上式得

则

得出后外轮与后内轮马达转速比为：

上式中： -车轮转弯角速度；n1-后外轮马达转速；n2-后内轮马达转速；

马达4转速 ，因为排量是负载压力决定的，每个马达4排量v可近似为相等。每个马达4流量由对应的泵提供，泵的流量为，左右两侧闭式泵3都为同一个发动机驱动，转速相同。最后得出两个泵的排量比值为：

上式中：Q-泵的流量；-马达的排量；-外侧泵的排量；-内侧泵的排量；N-发动机转速；-泵的排量。

防爆电液差速转向控制装置由控制器、防爆电控比例减压阀1、闭式泵3、马达4、防爆角度传感器和测量车辆转角角位移传感器组成，其工作原理如图6所示。

根据闭式泵排量控制特性曲线得出：

最后得出防爆电控比例阀1的输出控制压力比值为：

进而可以精确控制每一侧泵的排量；

上式中：-外侧泵的控制压力；-内侧泵的控制压力；-泵排量的最大值。

Claims (4)

1.有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，其特征在于：其左右两侧相互对称，左右两侧的行走液压系统分别包括闭式泵（3）、前后两个马达（4）、防爆电控比例减压阀（1）以及先导控制阀（2），

左右两侧的闭式泵（3）通过与发动机连接的分动箱分别驱动，每侧的闭式泵（3）分别带动每侧的两个马达（4），两个马达（4）分别连接有角位移传感器，角位移传感器连接控制器，控制器连接左右两侧防爆电控比例减压阀（1），每侧的防爆电控比例减压阀（1）连接各自侧的先导控制阀（2），先导控制阀（2）连接各自侧的闭式泵（3），控制器还与防爆车辆转角测试装置的转角传感器（13）连接，

所述的防爆车辆转角测试装置包括扇形齿轮（9）、转角传感器（13）以及齿轮（11），扇形齿轮（9）固定在防爆车辆前机架（5）的端部，扇形齿轮（9）的外缘相对前机架（5）向外延伸设置，转角传感器（13）固定在防爆车辆后机架（6），转角传感器（13）输出轴上固连有齿轮（11），扇形齿轮（9）与齿轮（11）啮合，防爆车辆的前机架（5）和后机架（6）通过销轴（7）转动连接。

2.权利要求1所述的有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，其特征在于：所述的转角传感器（13）固定于安装座（10），安装座（10）固定在防爆车辆的后机架（6），所述的齿轮（11）与转角传感器（13）输出轴的连接处通过压盖（12）固定。

3.据权利要求2所述的有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，其特征在于：转角传感器（13）输出轴向上设置于后机架（6）上，安装座（10）为台阶式，安装座（10）的高阶面套于转角传感器（13）输出轴并设置于转角传感器（13）顶面，安装座（10）的低阶面固定于后机架（6）上，安装座（10）的高阶面上为所述的齿轮（11），所述的齿轮（11）上为进行固定的压盖（12）。

4.权利要求1或2或3所述的有防爆电液差速转向控制装置的支架搬运车行走液压驱动系统，其特征在于：

车辆启动行走后，转动方向盘，液压转向器输出动力油到转向油缸，转向油缸推动前机架（5）与后机架（6）成一定角度，防爆车辆转角测试装置实时检测到车辆转向角度，给控制器反馈回转向角度信号，控制器根据接收到的转向角度以及以下关系式（1）计算出左右两侧闭式泵的控制压力，

（1）

式中：Pst1-外侧泵的控制压力；Pst2-内侧泵的控制压力； V_P1-外侧泵的排量；V_P2-内侧泵的排量； a-后轴至铰接轴的距离；b-前轴至铰接轴的距离；α-车辆转弯角度；D-后轮轮距；

控制器将该控制压力对应的电信号输出给防爆电比例减压阀（1），左右两侧的防爆电比例减压阀（1）根据电信号输出控制压力给先导控制阀（2），先导控制阀（2）根据防爆电控比例减压阀（1）输入的控制压力以及操作手柄扳动角度，输出相应的控制压力，进而控制左右两侧闭式泵（3）排量大小，左右两侧闭式泵（3）分别输出左右两侧马达（4）需要的流量，马达（4）根据泵提供的流量输出相应的转速，装在各个马达（4）上的角位移传感器分别检测到各个马达（4）的转速并反馈回控制器，控制器根据各个马达（4）转速和车辆转向角度以及式（1）、（2）计算出每个泵需要的排量，

（2）

V_P1-外侧泵的排量；V_P2-内侧泵的排量；n1-后外轮马达转速；n2-后内轮马达转速；a-后轴至铰接轴的距离；b-前轴至铰接轴的距离；α-车辆转弯角度；D-后轮轮距；

采用增量式PID控制算法控制左右两侧差速转向。