閉式泵控馬達(dá)系統(tǒng)反拖工況緩速制動系統(tǒng)設(shè)計

， (1.北京航天發(fā)射技術(shù)研究所， 北京 100076; .北京航空航天大學(xué) 自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院， 北京 100191)

引言

閉式泵控馬達(dá)靜液驅(qū)動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于平板車、隧道管片車等重型搬運(yùn)設(shè)備的驅(qū)動行走系統(tǒng)中，它具有良好的動力性能和控制性能，且能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，一直是重型工程車輛所采用的主要驅(qū)動方式[1,2]。隧道管片運(yùn)輸車是在盾構(gòu)掘進(jìn)施工后，專用于向隧道內(nèi)運(yùn)送管片的工程車輛，在平路與爬坡工況下，它的驅(qū)動形式與平板運(yùn)輸車的工作模式相同，均采用發(fā)動機(jī)帶動行走泵，通過泵控馬達(dá)進(jìn)行調(diào)速控制[3-6]。但它不同之處在于需要面對具有一定下坡坡度的長距離隧道工況，下坡時如果不加以控制，在重力的作用下，車輛將不斷加速， 傳統(tǒng)的制動方式是在每個馬達(dá)上都配有行車制動和駐車制動機(jī)構(gòu)用以剎車來維持車速。但在長距離下坡時依靠不斷的長時間進(jìn)行剎車制動的方式來控制車速必將造成剎車片過熱，易導(dǎo)致剎車失靈，出現(xiàn)事故；因此，為確保車輛下坡時仍能具有調(diào)速功能且勻速行駛，需要采用一種不操作剎車制動而進(jìn)行輔助制動的方法。目前的研究成果中，有液力輔助制動[7]、電渦流輔助制動、發(fā)動機(jī)制動等[8]，液力輔助制動是重型載貨車以及中大型客車采用非常廣泛的一種輔助制動方式。這些制動方式，受安裝結(jié)構(gòu)和安全性因素的影響有些不適于應(yīng)用在隧道管片車的驅(qū)動系統(tǒng)中，如液力輔助制動、電渦流制動等；而采用發(fā)動機(jī)制動雖然其可以提供一定的制動力[9,10]，但其制動力有限，且存在制動力不能加以控制等缺陷。因此，結(jié)合閉式靜液驅(qū)動系統(tǒng)的特性，本研究設(shè)計了一種液壓緩速制動系統(tǒng)來平衡下坡時車輛重力分量對馬達(dá)施加的扭矩，使車輛在下坡工況下，其驅(qū)動輪上的馬達(dá)處于轉(zhuǎn)矩平衡狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車輛勻速行駛的目的。同時通過調(diào)節(jié)緩速制動力可以在下坡狀態(tài)下對車輛進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速控制。通過搭建最小系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺，并進(jìn)行調(diào)速控制驗(yàn)證了所設(shè)計的緩速制動系統(tǒng)的有效性和適用性。所設(shè)計的緩速制動裝置應(yīng)用于隧道管片運(yùn)輸車中，能極大地提高車輛下坡時的安全性與穩(wěn)定性。

1 隧道管片車緩速制動系統(tǒng)原理

當(dāng)車輛行駛于平路或爬坡工況時，閉式液壓系統(tǒng)的能量來自于發(fā)動機(jī)，經(jīng)分動箱、行走泵、馬達(dá)、減速機(jī)后最終傳遞至車輪。在下坡工況下，通常發(fā)動機(jī)處于怠速狀態(tài)，發(fā)動機(jī)輸出的功率只需能滿足懸掛液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)等的工作即可，車輛下坡行駛的能量來自于重力勢能，通過車輪經(jīng)馬達(dá)、行走泵、分動箱最終傳遞至發(fā)動機(jī)。這種情況稱為反拖工況，這是閉式液壓行走系統(tǒng)的特點(diǎn)。此時，馬達(dá)工作于泵工況下，行走泵工作于馬達(dá)工況下，閉式系統(tǒng)液壓回路關(guān)系簡圖如圖1所示。

圖1 閉式液壓系統(tǒng)回路

當(dāng)車輛工作于平地或上坡工況時，設(shè)定流量QL方向如圖1中箭頭所示為正方向，泵進(jìn)油口壓力pB小于排油口壓力pA；當(dāng)工作于下坡工況時，車輪受車輛下坡時的下滑力作用，成為驅(qū)動元件驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)動，此時馬達(dá)工作于泵工況，泵工作于馬達(dá)工況，此時系統(tǒng)流量的方向仍為正向，但泵進(jìn)油口壓力大于排油口壓力，二者關(guān)系關(guān)系式如式(1)所示：

(1)

因此，在下坡情況下，行走泵必然會反拖發(fā)動機(jī)，使發(fā)動機(jī)成為耗能部件，但發(fā)動機(jī)所能提供的阻力矩有限，不能滿足重載車輛的緩速制動要求，此時若不用馬達(dá)上帶的剎車系統(tǒng)進(jìn)行制動，則可以設(shè)計一套電液緩速制動系統(tǒng)嵌入到原來的閉式液壓行走系統(tǒng)中，如圖2所示。其工作原理是：將行走泵與緩速泵同軸串聯(lián)在一起(采用通軸串聯(lián)的形式)，在下坡工況下，行走泵工作于馬達(dá)工況，此時它將帶動位于同一根軸上的緩速泵轉(zhuǎn)動，緩速制動系統(tǒng)是開式系統(tǒng)，在緩速泵后接入1個電液比例溢流閥，通過調(diào)節(jié)比例溢流閥的壓力，當(dāng)驅(qū)動緩速泵所需要的轉(zhuǎn)矩與行走泵輸出的轉(zhuǎn)矩相同時，即使得整個車輛的下滑力與緩速液壓系統(tǒng)提供的阻力相同，從而達(dá)到力平衡。當(dāng)需要調(diào)整馬達(dá)速度時，由于在固定坡度下下滑力對馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩是基本恒定的，可以通過改變緩速系統(tǒng)的壓力從而改變系統(tǒng)的阻力使力平衡關(guān)系發(fā)生變化，也就是使系統(tǒng)具有一定的加速度，通過調(diào)整作用在馬達(dá)上的加速度就可以實(shí)現(xiàn)對馬達(dá)的調(diào)速控制。

圖2 帶有液壓緩速制動系統(tǒng)的閉式液壓系統(tǒng)回路

這種液壓制動方式使重力勢能通過液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)化液壓油的熱能，必然導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的油溫快速升高，油溫的迅速上升會嚴(yán)重影響液壓元件的工作性能，降低車輛的安全性。因此還需要設(shè)計一套散熱裝置，使緩速系統(tǒng)液壓油進(jìn)入油箱之前，先通過散熱器散熱，使系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，緩速系統(tǒng)上需要配置風(fēng)冷散熱器。對于散熱風(fēng)扇的選取，需根據(jù)所需要的散熱功率，同時考慮到過大散熱器會占用較多的車體空間，所以需要考慮選取合適大小的散熱器。

2 液壓緩速制動控制系統(tǒng)設(shè)計

液壓緩速制動控制系統(tǒng)的目標(biāo)是在車輛處于下坡工況狀態(tài)時，通過調(diào)節(jié)緩速系統(tǒng)的電液比例溢流閥，來改變緩速系統(tǒng)的壓力，該壓力由于緩速泵和行走泵的通軸串聯(lián)連接方式從而通過扭矩傳遞給行走泵，因?yàn)橄缕聲r馬達(dá)工作于泵工況，泵工作于馬達(dá)工況，緩速泵產(chǎn)生的扭矩實(shí)際上成為閉式液壓系統(tǒng)的負(fù)載，當(dāng)馬達(dá)勻速轉(zhuǎn)動時，該負(fù)載是一個恒定值，即緩速系統(tǒng)的壓力是恒定的；當(dāng)馬達(dá)需要改變速度時，可以相應(yīng)的調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，改變施加于馬達(dá)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系，產(chǎn)生加速度或減速度使馬達(dá)加速或減速；車輛在下坡時的速度調(diào)節(jié)仍采用調(diào)節(jié)驅(qū)動泵排量的容積調(diào)速方式，在到達(dá)期望車速后的穩(wěn)速控制則通過實(shí)時調(diào)節(jié)緩速系統(tǒng)壓力實(shí)現(xiàn)對車輛的持續(xù)制動和驅(qū)動輪馬達(dá)的穩(wěn)速控制。研究持續(xù)制動方式與穩(wěn)速控制策略可以在發(fā)動機(jī)與行走泵脫開的情況下考察持續(xù)穩(wěn)速控制的效果。

基于此原理，根據(jù)隧道管片運(yùn)輸車的靜液驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建液壓緩速制動最小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在模擬下坡工況時，采用電動機(jī)對馬達(dá)進(jìn)行加載，使電動機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩控制模式，電動機(jī)輸出一個恒定的轉(zhuǎn)矩TG來反拖馬達(dá)，這里考慮車輪上受到恒定的滾動摩擦阻力矩是恒定的。緩速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 緩速控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

單個行走液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)矩平衡方程為：

(2)

式中，Jm為馬達(dá)和負(fù)載的總轉(zhuǎn)動慣量；Bm為黏性阻尼系數(shù)；ωm為馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；TG為外負(fù)載轉(zhuǎn)矩；Dm為馬達(dá)排量。

在坡度一定的工況下，車輛所受下滑力是車體的重力沿坡道方向的分量，在所有車輪均為驅(qū)動輪時，可以認(rèn)為總下滑力均分到每個驅(qū)動輪上，且每個驅(qū)動輪上受到的滾動摩擦阻力Fr是相同的，因此，下滑力對馬達(dá)產(chǎn)生的下滑轉(zhuǎn)矩可由公式(3)表示：

(3)

(4)

式中，N為驅(qū)動輪的數(shù)目；Fr為摩擦阻力；r為車輪半徑；m為車體的總質(zhì)量；θ為坡道的傾斜角度；μ為地面滾動阻力系數(shù)。

由于行走泵和緩速泵串聯(lián)在同一驅(qū)動軸上，兩個泵的轉(zhuǎn)速是相同的，可以共用ωp表示，因此行走泵和緩速泵的轉(zhuǎn)矩平衡方程可以表示為：

(5)

式中，pb為緩速制動系統(tǒng)壓力；Jpb=Jp+Jb，Jp和Jb分別為行走泵和緩速泵的轉(zhuǎn)動慣量；Bpb=Bp+Bb，Bp和Bb分別為行走泵和緩速泵的黏性阻尼系數(shù)；Dp和Db分別為行走泵和緩速泵的排量。

對于閉式泵控馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)，在反拖工況下系統(tǒng)的流量平衡方程可以表示為：

(6)

式中，Ct為泄漏系數(shù)；Vt為一個腔室的容積；βe為有效體積彈性模量。

由公式(2)、(5)、(6)，可以得到：

(7)

a2=(BpbVtJm+JpbVtBm)/βe+JpbCtJm

對于比例溢流閥，在不考慮閥本身所存在的滯環(huán)等因素時，其輸出壓力pb與驅(qū)動電流I成正比，對應(yīng)的比例放大器將輸入的控制電壓u轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電流I，因此有：

pb=KrI=KrKau

(8)

式中，Kr、Ka為溢流閥與比例放大器的增益系數(shù)。

由以上公式，馬達(dá)的速度函數(shù)可表示為：

(9)

反拖工況下緩速控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)控制圖如圖4所示，Ks為速度傳感器的增益系數(shù)。

圖4 液壓緩速制動控制系統(tǒng)圖

為了使電機(jī)反拖馬達(dá)時馬達(dá)能夠勻速運(yùn)行，需要調(diào)節(jié)緩速壓力，使反拖力矩與緩速液壓系統(tǒng)作用到行走馬達(dá)軸上的阻力矩相同，即通過控制作用在馬達(dá)軸上的加速度a來控制調(diào)節(jié)車速。由動力學(xué)知識可知，當(dāng)a=0時，車輛進(jìn)入勻速前進(jìn)狀態(tài)；當(dāng)a<0時，車輛進(jìn)入減速狀態(tài)；當(dāng)a>0時，車輛進(jìn)入加速狀態(tài)。因此對比例溢流閥的調(diào)節(jié)是一個反向過程，即提高速度時需要將溢流閥的調(diào)節(jié)壓力減小，反之則需要增大。

控制時為了防止速度變化過快，在控制輸出時進(jìn)行一定的限制，防止加速度的值過大。對速度的控制是通過改變加速度來改變馬達(dá)轉(zhuǎn)速，在馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)到期望值時加速度回歸為零，因此只要存在加速度，馬達(dá)的速度就會變化，加速度是衡量速度變化快慢的，所以過大的加速度會造成速度突變，情況嚴(yán)重時會導(dǎo)致管片車上搬運(yùn)的管片因慣性出現(xiàn)掉落事故，這對于搬運(yùn)管片的運(yùn)輸車輛是不允許的，所以速度的變化要平穩(wěn)，不能出現(xiàn)大幅度波動。

3 緩速制動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計

緩速制動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺分為液壓行走系統(tǒng)，液壓緩速系統(tǒng)，加載系統(tǒng)，電控系統(tǒng)以及計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，液壓行走系統(tǒng)由閉式泵控馬達(dá)組成；緩速系統(tǒng)由定量泵、電液比例溢流閥等組成；加載系統(tǒng)由交流變頻電機(jī)、變頻器、減速機(jī)、聯(lián)軸器組成，電機(jī)工作于恒轉(zhuǎn)矩工作狀態(tài)，目的是給馬達(dá)提供一個反拖力矩，模擬出車輛在下坡時由重力產(chǎn)生的下滑力對馬達(dá)形成的扭矩；電控部分由PLC控制器、比例放大器、傳感器等組成，采集系統(tǒng)的壓力、速度、溫度信號等，并對泵、馬達(dá)、比例溢流閥等進(jìn)行控制；上位機(jī)監(jiān)控整個系統(tǒng)，并采集整個實(shí)驗(yàn)過程的測試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

在下坡時，通常發(fā)動機(jī)處于某一低速狀態(tài)下，其提供的功率僅維持發(fā)電機(jī)發(fā)電為車輛其他系統(tǒng)供電并且驅(qū)動轉(zhuǎn)向及懸掛系統(tǒng)即可。當(dāng)車輛到達(dá)期望車速后的通過實(shí)時調(diào)節(jié)緩速系統(tǒng)壓力實(shí)現(xiàn)對車輛在下坡工況下的持續(xù)制動和對驅(qū)動輪馬達(dá)進(jìn)行穩(wěn)速調(diào)速控制，下坡時路面的不平整等因素也會造成車速產(chǎn)生變化，因此對馬達(dá)的穩(wěn)速控制非常重要。在下坡工況時可將發(fā)動機(jī)與泵脫開，考察單獨(dú)利用所設(shè)計的液壓緩速系統(tǒng)對馬達(dá)進(jìn)行穩(wěn)速控制的性能。

液壓緩速制動實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5所示。液壓緩速制動系統(tǒng)由閉式泵控馬達(dá)液壓系統(tǒng)、液壓緩速系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)組成；這里將閉式系統(tǒng)的行走泵和補(bǔ)油泵統(tǒng)一由圖中符號1表示，在緩速液壓系統(tǒng)的比例溢流閥前和閉式泵的A、B出口上各安裝一個壓力傳感器，以實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的壓力情況，這樣，只要通過判斷A、B口壓差的正負(fù)值情況就可以判定系統(tǒng)工作在泵控馬達(dá)工況還是馬達(dá)反拖泵工況。電控系統(tǒng)以PLC為控制核心，通過工業(yè)以太網(wǎng)(Profinet)與上位機(jī)通訊，上位機(jī)以WinCC為平臺開發(fā)監(jiān)控程序，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中對系統(tǒng)各部分狀態(tài)的監(jiān)控。

1.行走泵+補(bǔ)油泵 2.緩速泵 3.沖洗閥 4.馬達(dá) 5.速度傳感器 6.比例放大器 7.壓力傳感器 8.電液比例溢流閥 9.溫度傳感器 10.軸向柱塞泵 11.電磁換向閥 12.風(fēng)冷散熱器

4 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)第2節(jié)中的馬達(dá)、泵的轉(zhuǎn)矩平衡方程，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，然后在所搭建的液壓緩速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行實(shí)際控制實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所設(shè)計的液壓緩速系統(tǒng)的有效性和控制策略的有效性。實(shí)驗(yàn)的主要目的是檢測電液緩速系統(tǒng)穩(wěn)速控制的有效性。通常情況下，泵排量比較小時，液壓系統(tǒng)效率較低，當(dāng)泵排量比超過50%時，液壓系統(tǒng)效率較高，實(shí)驗(yàn)和仿真中均采用行走泵的排量開啟比在60%的情況下進(jìn)行。

4.1 速度控制系統(tǒng)仿真

根據(jù)第2節(jié)所建立的緩速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，在MATLAB/Simulink下進(jìn)行下坡時的速度閉環(huán)仿真，設(shè)定行走泵排量為全排量的60%，將馬達(dá)排量調(diào)至全排，設(shè)定馬達(dá)的期望轉(zhuǎn)速為29.84 r/min；選取系統(tǒng)中參數(shù)為Jm=6.299 kg·m2，Bm=0.52 N·m·s·rad-1，Db=130 mL/r，Dp=0～125 mL/r，Dm=1259 mL/r。

給系統(tǒng)施加一個階躍轉(zhuǎn)速信號，設(shè)定仿真時間120 s，經(jīng)仿真，馬達(dá)的速度響應(yīng)曲線如圖6所示。

圖6 在MATLAB/Simulink下的馬達(dá)速度響應(yīng)曲線

從圖4中可以看出，馬達(dá)速度到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的時間為20.5 s，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，穩(wěn)態(tài)誤差為0.2%，通過調(diào)節(jié)緩速系統(tǒng)壓力，能夠達(dá)到穩(wěn)定調(diào)節(jié)馬達(dá)速度的目標(biāo)，調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

4.2 緩速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)液壓緩速系統(tǒng)原理，搭建了緩速液壓控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，此平臺可兼顧實(shí)現(xiàn)車輛的下坡、平路、上坡的實(shí)驗(yàn)，所搭建的液壓緩速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺如圖7所示，為了實(shí)現(xiàn)液壓緩速控制，選取行走泵與緩速泵能夠通軸串聯(lián)安裝的方式，這種選取方式能夠使轉(zhuǎn)矩在同軸上直接被緩速系統(tǒng)平衡，且便于在車輛上安裝，如圖8所示。

變量泵采用A4VG125EP閉式變量泵，排量為0～125 mL/r可調(diào)；馬達(dá)為FMS1V-2輪邊馬達(dá)，該馬達(dá)具有全排量和半排量兩種排量模式，全排量為1259 mL/r，半排量為629.5 mL/r； 比例溢流閥采用ERVD-10型螺紋插裝式電比例溢流閥，壓力范圍0～350 bar；電動機(jī)采用30 kW的6級交流電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為980 r/min；變頻器為G7系列45 kW變頻器；控制部分采用S7-1200PLC系列控制器，并配有模擬量輸入輸出模塊，對比例變量泵和比例溢流閥的驅(qū)動采用RT-MSPD1型電液比例驅(qū)動器。

1.發(fā)動機(jī) 2.電動機(jī)+減速機(jī)+聯(lián)軸器+馬達(dá) 3.電控柜(系統(tǒng)) 4.比例溢流閥 5.風(fēng)冷散熱器 6.油箱

1.緩速泵 2.行走泵 3.壓力傳感器 4.比例溢流閥

實(shí)驗(yàn)時，將變頻器工作模式設(shè)定為無PG(編碼器)的矢量2控制模式，使電機(jī)按輸入的信號輸出對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩量大小。

同樣設(shè)定馬達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速為29.84 r/min，設(shè)定電動機(jī)工作于恒轉(zhuǎn)矩控制模式，輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)電動機(jī)和減速機(jī)環(huán)節(jié)后作用于馬達(dá)上為2457 N·m，取PID參數(shù)為Kp=2.5，Ki=0.15，Kd=0；馬達(dá)設(shè)定為全排量，行走泵排量為其最大排量的60%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。截取從實(shí)驗(yàn)開始時的20 min的實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)繪制曲線，馬達(dá)轉(zhuǎn)速曲線如圖9所示，可以看到，在進(jìn)行了輸出控制量的限幅之后，馬達(dá)的速度啟動較為平穩(wěn)，并能保持勻速運(yùn)行，穩(wěn)態(tài)誤差在±4%之內(nèi)，能夠滿足車輛行駛時對勻速行駛的要求。

實(shí)驗(yàn)測得經(jīng)比例溢流閥控制調(diào)節(jié)后，緩速液壓系統(tǒng)油路上的壓力如圖10所示，緩速系統(tǒng)壓力逐漸趨于穩(wěn)定。但隨著實(shí)驗(yàn)時間變長， 壓力會有一定的漂移上升，分析原因，壓力的漂移上升與機(jī)械效率和油溫的升高有關(guān)， 元件的溫度升高使機(jī)械元件之間的摩擦力降低，使馬達(dá)內(nèi)部各元件在轉(zhuǎn)動時的摩擦阻力矩變?。挥蜏厣呤挂簤河妥兿?，黏度降低，這使得油液雷諾數(shù)Re變大，造成液壓油在管道內(nèi)的沿程阻力系數(shù)λ下降，使得來自油液的阻力也變?。?因此緩速液壓系統(tǒng)需要提高壓力來補(bǔ)償摩擦阻力和油液在管道內(nèi)流動阻力的減少，維持轉(zhuǎn)矩平衡使馬達(dá)保持勻速運(yùn)行狀態(tài)。因此在車輛在下坡時進(jìn)入緩速制動工作狀態(tài)時，散熱風(fēng)扇要及時開啟，確保對液壓系統(tǒng)進(jìn)行充足的散熱，在設(shè)計時要根據(jù)實(shí)際液壓系統(tǒng)的狀況選擇散熱功率能滿足要求的散熱器。

圖9 馬達(dá)速度曲線

圖10 行走系統(tǒng)壓差和緩速系統(tǒng)壓力輸出曲線

在實(shí)驗(yàn)時，通過壓力傳感器測量行走泵的A、B口的壓力值，然后計算出泵A、B口壓差Δp，得到作用于行走馬達(dá)上的行走系統(tǒng)的壓力，可以看出在進(jìn)行反拖工況，即模擬下坡狀態(tài)時，行走系統(tǒng)壓差為負(fù)值，說明此時馬達(dá)工作于泵工況，泵工作于馬達(dá)工況。在馬達(dá)進(jìn)入勻速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，行走系統(tǒng)的壓差穩(wěn)定在-12～-12.45 MPa 之間。

圖11是經(jīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中安裝在比例溢流閥后的溫度傳感器測得的液壓油溫度，可以看出，在實(shí)驗(yàn)過程中液壓系統(tǒng)油溫是上升的，由于通過散熱器進(jìn)行散熱，溫升逐漸趨緩，只要散熱器的功率足夠，最終會達(dá)到熱平衡，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定長時間運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖11 實(shí)驗(yàn)中液壓油溫度變化曲線

5 結(jié)論

(1) 采用定量泵串接電液比例溢流閥的液壓系統(tǒng)設(shè)計形式可以實(shí)現(xiàn)在馬達(dá)反拖情況下對閉式液壓系統(tǒng)的緩速制動，這種性能可以用于隧道管片車在長距離下坡時不踩剎車而進(jìn)行緩速制動，避免了長時間踩剎車造成剎車片過熱帶來的安全隱患。該方法所需元件機(jī)構(gòu)較少，易于在車輛上配置實(shí)現(xiàn)。

(2) 通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明通過控制所設(shè)計的緩速液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)馬達(dá)速度的穩(wěn)速控制是有效的、可行的，進(jìn)一步可以應(yīng)用在隧道管片運(yùn)輸車上進(jìn)行下坡時車輛的緩速控制，實(shí)現(xiàn)車輛在勻速狀態(tài)下進(jìn)行下坡行駛。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙靜一.大型自行式液壓載重車[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010,(9)：20-116.

[2] 彭天好，樂南更.變轉(zhuǎn)速泵控馬達(dá)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降落補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械工程學(xué)報，2012，48(4): 175-181.

[3] Triet Hung Ho,Kyoung Kwan Ahn.Design and Control of a Closed-loop Hydraulic Energy-regenerative System[J].Automation in Construction,2012,(22):444-458.

[4] 梁靖，陳欠根，等.履帶起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)閉式液壓系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2012，34(1):122-126.

[5] 趙靜一，王智勇，覃艷明，王金祥.TLC900型運(yùn)梁車電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的仿真與實(shí)驗(yàn)分析[J].機(jī)械工程學(xué)報,2007,43(9):65-68.

[6] 李運(yùn)華，楊麗曼，張志華.船舶制造大型構(gòu)件動力平板運(yùn)輸車的開發(fā)研制[J].船舶工程，2005，27(1):67-72.

[7] 過學(xué)迅，時軍.車輛液力減速制動器設(shè)計和實(shí)驗(yàn)研究[J].汽車工程，2003，25(3):239-242.

[8] 余強(qiáng).客車發(fā)動機(jī)制動下坡能力的研究[J].長安大學(xué)學(xué)報，2003,23(2):95-97.

[9] 沈建軍，劉本學(xué)，張志峰.液壓驅(qū)動車輛下坡剎車性能的探討[J].鄭州大學(xué)學(xué)報，2007，28(4):113-116.

[10] 沈建軍，吳梁，馮忠緒.液壓驅(qū)動車輛的反拖制動性能研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006，23(8):31-33.