轮式两栖车静压传动系统分析与设计

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传动形式的选择对车辆的设计非常重要，目前车辆传动形式主要有机械传动、液力传动、电力传动和静液压传动。机械传动具有结构简单、传动效率高的优点，缺点是传动比固定，调速是阶跃式的；液力传动的优点是具有接近于双曲线的输出扭矩.转速特性，配合动力换挡式机械变速器能够自动匹配负荷，并防止动力传动装置过载，缺点是传动效率低，只有80%左右；电力传动在环保、节能和降噪方面显示出较大的优越性，但存在着功率密度孝续驶里程比较短的不足；静压传动具有高功率重量比、无极调速和准确控制的优点，是工程车辆传动形式的发展方向。轮式两栖车由于需要在发生地震、冰雪、洪涝、泥石流等重大自然灾害，道路环境复杂时行驶作业，宜采用静压传动系统。

1 静压传动底盘驱动方式静压传动底盘驱动方式主要有马达中央驱动和马达轮边独立驱动两种类型。

1.1 马达中央驱动马达中央驱动方式 如图 1所示，是用液压驱动装置代替传统的机械或液力机械传动装置，保留了车辆原有的驱动桥等基本结构，仅将变矩器变为液压泵和马达，车辆的转向、差速、四轮接地平衡等方式不变。

其主要优点为车辆零部件通用性强、液压传动性能好、效率高～泵和马达组成背靠背”的传动装置时，能够在较宽的转速和转矩范围内获得总效率85%以上，使发动机的功率用于速度和牵引力的范围较宽。但不足是没有从根本上改变车辆的结构布置，车辆的性能和牵引特性也设有质的改变。

图 1 马达 中央驱动1.2 马达轮边独立驱动马达轮边独立驱动方式如图2所示，省去了变速箱、差速器、驱动桥乃至减速器，提高了传动效率，元件为批量供应的多品种元件，配套方便，降低了设备成本。其安装、设计自由度大，车辆性能和结构形式多样化，这是其他传动方式无法比拟的。此外，由于无车桥收稿 日期：2013-01-04基金项目：国家科技支撑计划课题(2012BAK05B01)作者简介：赵朋昭(1983-)，男，陕西西安人，硕士，主要从事军用工程机械的设计工作。

2013年第7期 液压与气动 21干涉，发动机可随意布置，车辆重心可降低到最佳位置。在多数情况下，可增加车辆的稳定性，提高附着性，增大离地间隙，外观造型和操纵视野也可得到改善。闭式系统采用双向变量液压泵，通过改变泵的排量来控制主油路中液压油的流量和方向，从而实现车辆的变速与进退，充分体现了液压传动的优点。

l驱动轮l二Ⅱ二二轮边减速器l驱动轮l 三二轮边减速器MI轮边减速器 J l轮边减运器 Il驱动轮I l驱动轮l图2 马达轮边独立驱动2 马达驱动方案2.1 低速方案低速方案是由低速大扭矩马达直接驱动行走机构，具有液压传动布局灵活性的优点，可以将马达直接安装在驱动轮上，减胁装空间2 ；由于节省了液压马达和驱动轮之间的中间传动环节，因此避免产生附加的功率损失和过多的噪声，降低了驱动轮的转动惯量 ，有利于提高系统的调节品质和减少冲击负荷 ；缺点是由于液压马达直接与驱动轮连接，要求马达要输出与负荷转矩相匹配的扭矩，并且直接承受由驱动轮传来的各种径向和轴向载荷。

2.2 高速方案高速方案是由高速马达经减速器驱动行走机构，高速马达配以不同速比的减速器，可以组成不同等效排量的驱动装置，扩大了马达工作的能力和范围 J。

高速马达具有转动惯量小，能高速启动，工作扭矩小易于制动等优点，与减速器配合使用时可以得到比低速马达更好的低速性能，同时驱动轮传递的各种径向和轴向负荷均由减速器承受，工作可靠，对马达要求相对较低。缺点是由于增加了减速器、传动轴等中间环节，降低了传动效率及增加了噪声污染。

考虑到低速方案结构简单、布局灵活等优点，轮式两栖车采用 2个变量泵 8个定量马达轮边独立驱动方式如图3、图4所示，马达直接与驱动轮连接，省去驱动桥和变速机构，节省了整车的制造成本、同时减轻了车重，并可以实现8×8/4×4分时驱动，通过高低速切换阀控制中间4个马达的油路通断，在低速大扭矩时8×8全轮驱动，高速时切换为4×4驱动。

图3 轮式两栖车底盘驱动方式车轮达图 4 马达安装 图3 轮式两栖车静压传动系统原理轮式两栖车行驶过程中有正反向行驶和制动等要求，且载荷将随地形、速度等因素剧烈变化，同时需要有较大的变速比，为适应水陆两用车这种载荷特点，使发动机功率得到最充分的利用，从而使整个系统到达最佳匹配，采用由变量泵-定量马达组成的闭式静压传动系统，如图5所示。

4 静压传动系统控制方案轮式两栖车行驶路况复杂，车辆外负载的变化，使泵的吸收功率发生变化，并引起发动机的转速偏离设定的最佳节能工作点或最大功率点，从而使发动机油耗升高，为此我们需要对泵进行恒功率控制。恒功率调节功能的设置主要是从泵与发动机的匹配角度来考虑的，恒功率变量泵依靠其恒功率控制装置，实现液压泵输出流量和工作压力之乘积等于或接近于-定值。

因液压功率 Ⅳ 为压力p与流量 Q的乘积，即NpP XQ，所以恒功率变量泵的总输出功率具有与负载无关，维持恒定的性质。

4.1 功率匹配原理发动机的输出功率：N -"1- ×M。 ×n (1)3000 e 。。 e。 e /泵的输入功率：Ⅳh 6 0 60000 3000 (2) b -/22 液压与气动 2013年第7期图5 轮式两栖车液压原理图在发动机转速保持不变的时候有M M ，泵的吸收扭矩等于发动机最佳工作点的输出扭矩 ，又n V n ；其中 Pb撒于负载，当负载变化时，引1T起P 和M 的变化，当帆 偏离最佳工作点时，泵与发动机不匹配，通过调节泵的排量使 M M 始终近似相等，就实现了泵与发动机功率的匹配，此时发动机的转速为设定的最佳工作点处的转速。

4.2 恒功率变量泵控制静压传动系统恒功率变量泵采用电液比例伺服阀、液压缸组成的电比例控制机构，如图6所示。发动机转速或负载的变化均引起马达输出转速的波动。此时，电控单元根据柴油机转速和马达输出转速的变化调整变量泵的控制信号，电液比例变量控制机构根据控制信号调节变量泵斜盘倾斜角度来补偿上述变化，使输出轴加速或减速，直到转速等于期望值为止 ，如图7所示。

变量泵图 6 变量机构 图期望 马达图7 转速控制原理图液压泵将机械能转换为液压能，是液压系统的动力源。电比例控制泵是利用电.机械转换元件和控制阀来操纵变量机构的，变量机构实质上是-位置控制系统，变量活塞的位置和排量调节参数--对应 J。

其工作方式是与比例电磁铁电流有关的控制压力通过2013年第7期 液压与气动 23比例电磁阀控制变量活塞提供控制压力，因而泵的斜盘及排量无级可变。液压泵变量机构的基本作用是改变泵的排量，使泵的排量改变和输人信号成正比，根据系统的参数变化进行泵排量的调节，达到流量补偿、压力补偿以及功率适应控制的目的，这样的控制称为电比例排量控制。轮式两栖车选用 350变量泵作为该液压系统的动力源。其外观及内部结构调节原理图如图8所示。

b)350变量泵内邵调节原理图图 8 350变量泵350变量泵为斜盘式轴向变量泵，前泵、后泵排量随斜盘摆角从零连续增加到 62.3 mL/r，控制方式为电比例控制，带斜盘位置传感器，连续工作压力为28MPa，最高工作转速3600 r/min，高压油路配备两个安全溢流阀防止超载，寿命长，且工作可靠。

5 静压传动系统设计中解决的问题5.1 系统发热量大、油温高的问题系统发热量大、油温高-直是闭式静压液压系统难以解决的问题。在该液压传动系统中，泵、马达和控制阀对液压油黏度要求较高，-般为 16～32 mm /s。

如果系统散热不好 ，油温过高，将会导致系统工作不正常。该车辆在设计静压系统时采取了以下措施。

(1)在闭式液压泵中自带冲洗阀，进行壳体冲洗的同时，采用了大流量的冲洗阀进行回路冲洗，有效地散热；(2)由于泄油口处油温较高，对泄油口加装冷却器进行冷却，散热效果更加明显；(3)在利用补油泵对闭式静压系统低压管路补油的同时，加大补油泵的流量，补油泵排量为 25 mL/r，即加大了系统冲洗油流量，也能起到较好的冷却作用。

5.2 四轮不同时着地导致的瞬时失速问题轮式两栖车在行驶时，由于路面状况复杂等因素造成某个驱动轮离地，此时这个驱动轮因突然没有了地面摩擦阻力而高速旋转，系统的流量大部分甚至全部流进这-回路的马达，其他回路上的流量大大减少甚至为零 ，导致车辆失速。很显然这种情况是高速车辆必须避免的，故在静压系统设计时，在左右两侧驱动马达上分别设置了-个液压同步分流马达，如图9所示。根据同步分流马达的特性，当某侧的-个车轮离地时，同侧的马达仍旧有相同于离地车轮马达相同的流量通过，从而有效地避免了瞬时失速状况的发生。

出油口1出油口2出油口3出油口4b) 蔽压原 理图图9 同步分流马达5.3 油液的清洁问题在液压系统中，油液受到污染、系统清洁度不高是导致控制阀、泵和马达等元件产生故障的主要原因，据统计液压系统故障70%是由于油液污染引起的。由于静压传动元件技术含量高，-旦发生故障，维修工作将十分困难。为了减少液压系统故障发生，保证系统清洁度是静压传动最基本要求之-。为此，该车采取了如下措施5 J。

(1)在系统吸油口安装必要的过滤器外，在补油泵和变量泵之间增加了精度为 10 m压力过滤器；(2)液压油箱采用不锈钢材料制作 ，焊缝全部在箱外消除了不能彻底清渣的隐患；(3)加油时用精度为 10 m的精度滤油车过滤等，有效保证了系统的清洁度和车辆正常行驶。

6 结论在轮式两栖车静压传动系统设计中，以上问题都得到了较好的解决，且解决方案经过试验和实际使用，满足了静液传动的需要，大大地提高了车辆的行驶性能。

24 液压与气动 2013年第7期DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.07.007高铁架桥机主梁支腿液压同步系统仿真分析赵 亮 ，陈伟才 ，郁雪峥Simulation and Analysis on Hydraulic Synchronization System of MainBeam Legs of Bridge Girder Erection Machine for High Speed RailwayZHAO Liang ，CHEN Wei.cai ，YU Xue.zheng(1.北京机械工业 自动化研究所，北京 100120；2.江南大学 太湖学院，江苏 无锡 214064)摘 要：针对架桥机主梁前后支腿在升降过程中要求高度同步的难题，提 出了基于电液比例技术的液压同步系统控制方法，利用电液比例方向节流阀来实现对液压缸的同步控制。通过 AMESIM与 MATLAB/Sim-ulink的联合仿真分析，对常规 PID控制和模糊自整定 PID控制两种控制方案进行对比。仿真结果证明，模糊 自整定PID控制缩小了同步位移误差，起到良好的同步控制效果，能够更好地满足设计需要。

关键词：高铁架桥机；主梁支腿；同步液压系统；仿真分析中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)07-0024-03引言随着国家经济的高速发展，对交通设施建设，特别是高速铁路建设质量提出了更高的要求。架桥机作为铁路桥梁架设的主要设备之-，对其自身性能要求也逐步提高，近些年，随着铁路桥梁架设过程中通过隧道等特殊工况的增多，为了提高架桥机架设的工作效率，则需对架桥机的整机过隧、快速转惩安装提出了更高的要求。

施工过程中，受隧道净空及隧道口空间限制，架桥机无法直接通过隧道，需要降低整机的空间高度才能顺利过隧道。这也是在特殊工况中确定架设效率的关键因素。目前国内架桥机生产厂家多数借鉴国外架桥机的技术和结构，在过隧前需要对架桥机进行解体，过隧道后再进行安装，动作繁琐 ，效率低下，已不适合国内铁路建设的复杂工况。本研究采用电液比例方向节流阀、双向平衡阀、位移传感器等设计了主梁液压同步系统，对主梁前后支腿油缸顶升位移进行了控制。

1 AMESIM 和 Matlab联合仿真介绍AMESIM与 MATLAB/Simulink联合仿真平 台的实现前提是需要安装 Microsoft Visual C，并 在AMESIM与MATLAB/Simulink系统设置里分别将 Vis-ual C作为各 自系统的编译器。其次就是环境变量的设置，包括 AMESIM与 MATLAB变量值的设定和安装路径设置，确保环境变量的path值中包含系统的安装目录 C：winntsystem32，以及安装 AMESIM的安装路径如 D：AMESIMmatlabamesim。它们之问的联合仿真是通过 AMESIM 中的界面菜单下的创建输出图标功能与 Simulink中的s函数实现连接的。具体实收稿日期：2013-04-17作者简介：赵亮(1970-)，男，北京人，工程师，专科 ，主要从事机械设计、液压方面的工作。