淺述單泵多馬達(dá)液壓行走系統(tǒng)同步方式與動力學(xué)研究
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單泵多馬達(dá)液壓行走系統(tǒng)同步方式與動力學(xué)研究
0 引言
單泵多馬達(dá)結(jié)構(gòu)形式的液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械行走驅(qū)動領(lǐng)域，工程機(jī)械作業(yè)過程中的偏載和附著條件差異容易引起行走液壓馬達(dá)的不同步驅(qū)動，會減小行
走系統(tǒng)驅(qū)動力，降低行走系統(tǒng)驅(qū)動效率，加劇車輪（或履帶）的不均勻磨損。工程機(jī)械設(shè)計(jì)中常采用增加同步閥或電子防滑控制來解決單泵多馬達(dá)液壓行走系統(tǒng)中液壓馬達(dá)驅(qū)動不同步的問題［1］。本文通過建立不同同步方式下單泵多馬達(dá)液壓行走系統(tǒng)的動力學(xué)方程，對比行走系統(tǒng)的速度、牽引力和驅(qū)動效率，為工程比選提供理論參考。
1 單泵多馬達(dá)液壓行走系統(tǒng)同步方式
目前常見的單泵多（四）馬達(dá)行走液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
�。�1） 同步閥同步液壓行走系統(tǒng)（簡稱“同步分流系統(tǒng)”，如圖1（b）所示）：采用同步閥（多路調(diào)速閥、同步分流閥、同步馬達(dá)等）控制流經(jīng)各液壓馬達(dá)的液壓油流量，保持液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速一致。
（2） 電子防滑同步液壓行走系統(tǒng)（簡稱“電子防滑系統(tǒng)”，如圖1（c）所示）：通過改變液壓馬達(dá)的排量，調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)輸出扭矩，使各車輪的滑轉(zhuǎn)率保持一致，即液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速一致［２］。
上述兩種同步系統(tǒng)均為自由分流液壓行走系統(tǒng)（簡稱“自由分流系統(tǒng)”，如圖1（a）所示）的變形。 思想?yún)R報(bào) /sixianghuibao/
2 單泵多馬達(dá)液壓行走系統(tǒng)動力學(xué)研究
2.1 自由分流系統(tǒng)動力學(xué)研究
自由分流系統(tǒng)中，液壓馬達(dá)排量v（i=1，2，3，4，下同）相等；液壓泵進(jìn)出口壓差Δp與液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓差Δp相等；液壓泵出口流量Q與流經(jīng)各液壓馬達(dá)的流量
之和Q相等，即
v=vΔp=ΔpQ=Q（1）
液壓馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)驅(qū)動車本文由畢業(yè)論文網(wǎng)http://m.78375555.com收集整理輪前進(jìn)，提供車輪前進(jìn)所需的切線牽引力F為
F==F+F（2）
其中：F=G （d）
F=G f
式中：i——液壓馬達(dá)與車輪之間的傳動比；
r——車輪驅(qū)動半徑（m）；
F——車輪牽引力（N）；
F——地面摩擦阻力（N）；
G——車輪附著質(zhì)量（kg）；
d——車輪滑轉(zhuǎn)率；
f——地面摩擦系數(shù)。
行走系統(tǒng)的總牽引力F為
F= F=G （d）=-F（3）
將式（1）帶入式（3），可得自由分流系統(tǒng)的牽引力F
F=4×-F（4）
車輪滑轉(zhuǎn)率為
d=f=1-（5）
式中：v——車輪實(shí)際速度（m·min-1），機(jī)械行走過程中， 畢業(yè)論文網(wǎng) http://m.78375555.com
各車輪的實(shí)際速度相等；
v——車輪理論速度（m·min-1）。
車輪的實(shí)際速度v
v=v（1-d）=（1-d）（6）
將式（1）代入式（6）可得自由分流系統(tǒng)的速度v
v=（7）
由式（2）可知，自由分流系統(tǒng)中各車輪的驅(qū)動力相等，但由于地面附著系數(shù)、車輪附著質(zhì)量和摩擦系數(shù)的差異，車輪的牽引力、轉(zhuǎn)速與滑轉(zhuǎn)率各不相同。隨著行走阻力的增加，附著條件最差的車輪會首先發(fā)生全滑轉(zhuǎn)。由式（7）可知，某一車輪全滑轉(zhuǎn)時(shí)，液壓泵泵出的液壓油全部流向發(fā)生全滑轉(zhuǎn)車輪的驅(qū)動馬達(dá)，行走系統(tǒng)喪失速度。此時(shí)，液壓系統(tǒng)的工作壓力為Δp（行走液壓系統(tǒng)的設(shè)定最高工作壓力一般大于機(jī)械完全打滑時(shí)所需的工作壓力，下同）
Δp=Δp=（8）
F=min｛G（（d）+f），i=1，2，3，4｝
各車輪的滑轉(zhuǎn)率為d
d=f=f-f（9）
行走系統(tǒng)的最大牽引力為F
F=4F-F（10）
不考慮液壓泵、液壓馬達(dá)以及管路損失，自由分流行走系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的傳動效率h較高，即
h=×100%=100%（11）
行走系統(tǒng)驅(qū)動效率
h=×100%=×100%
=×100%（12） 論文網(wǎng) http://m.78375555.com
發(fā)生全滑轉(zhuǎn)時(shí)，液壓系統(tǒng)的輸出功率完全消耗于滑轉(zhuǎn)車輪與地面之間的摩擦，此時(shí)會加劇車輪磨損。
2.2 同步分流系統(tǒng)動力學(xué)研究
同步分流系統(tǒng)是在自由分流系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了同步閥［3］。在同步閥作用下，液壓泵的出口流量均分到各液壓馬達(dá)，即 論文網(wǎng) http://m.78375555.com
所以各車輪的理論速度v相等，滑轉(zhuǎn)率d相等，磨損均勻。
行走系統(tǒng)牽引力F為
F=F=G （d）=-F（14）
行走系統(tǒng)速度v為
v=v（1-d）=（1-d）（15）
隨著行駛阻力增加，車輪總是同時(shí)發(fā)生全滑轉(zhuǎn)。行走系統(tǒng)的最大牽引力F為
F=（F-F）=G （d）（16）
液壓馬達(dá)的工作壓力Δp為
Δp==（17）
液壓泵的工作壓力通常大于max｛Δp，i=1，2，3，4｝。
不考慮液壓泵、液壓馬達(dá)以及管路損失，同步分流系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)的傳動效率h為
h=×100%=×100%（18）
行走系統(tǒng)驅(qū)動效率h為
h=×100%=×100%
=×100%（19）
液壓馬達(dá)的工作壓力差異是影響同步分流系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)效率的主要因素，同步分流系統(tǒng)的功率損失主要以熱量形式在液壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，這將造成液壓系統(tǒng)工況惡化。
2.3 電子防滑系統(tǒng)動力學(xué)研究
電子防滑同步系統(tǒng)是在自由分流系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用變量液壓馬達(dá)替換定量液壓馬達(dá)。通過調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的排量，改變液壓系統(tǒng)工作壓力和車輪的驅(qū)動力輸出，使所有車輪的滑轉(zhuǎn)率（液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速）保持一致，即 代寫論文 http://m.78375555.com
v=vΔp=ΔpQ=Q（20）
電子防滑同步系統(tǒng)中，車輪滑轉(zhuǎn)率d相等，各車輪磨損均勻。
行走系統(tǒng)牽引力F為
F=F=-F=v-F（21）
行走系統(tǒng)速度v為
v=v（1-d）=（1-d）（22）
隨著行駛阻力增加，車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，但所有車輪的全滑轉(zhuǎn)總是同時(shí)發(fā)生。行走系統(tǒng)的最大牽引力F為
F=（F-F）=G （d）（23）
液壓馬達(dá)的工作壓力Δp為
Δp==（24）
不考慮液壓泵、液壓馬達(dá)以及管路損失，電子防滑系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)傳動效率與自由分流系統(tǒng)相同。
h=×100%=×100%=100%（25）
行走系統(tǒng)驅(qū)動效率
h=×100%
=×100%
=（1-d）×100%（26）
3 結(jié)語
綜上所述，可以得出以下結(jié)論。
（1） 對比式（10）、（16）、（23）可以看出：自由分流行走系統(tǒng)的最大牽引力，約等于由地面附著條件決定的各車輪牽引力中最小值的4倍；同步分流和電子防滑系統(tǒng)的最大牽引力，約等于由地面附著條件決定的各車輪牽引力之和。同步分流和電子防滑系統(tǒng)的最大牽引力大于自由分流系統(tǒng)。
�。�2） 對比式（7）、（15）、（22）可以看出：液壓泵出口流量相同時(shí)，自由分流行走系統(tǒng)車輪滑轉(zhuǎn)率各不相同，車速最低，各車輪磨損不均勻；同步分流和電子防滑系統(tǒng)車輪滑轉(zhuǎn)率一致，車速高于自由分流系統(tǒng)，各車輪磨損均勻，且電子防滑系統(tǒng)的車速稍高于同步分流系統(tǒng)。
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�。�3） 對比式（11）、（12）、（18）、（19）、（25）、（26）可以看出：自由分流系統(tǒng)液壓系統(tǒng)效率較高，但行走系統(tǒng)總驅(qū)動效率較低，液壓系統(tǒng)輸出功率大多以車輪與地面之間摩擦功的形式消耗；因同步閥存在節(jié)流損失，同步分流系統(tǒng)液壓系統(tǒng)效率較低，發(fā)熱量大，但行走系統(tǒng)總驅(qū)動效率高；電子防滑系統(tǒng)融合了上述兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，液壓系統(tǒng)效率與自由分流系統(tǒng)相當(dāng)，行走系統(tǒng)總驅(qū)動效率高于同步分流系統(tǒng)。
