輪式機械液壓行走系統(tǒng)底盤驅(qū)動方式研究

摘要：對于輪式機械，因其工作特點均采用四輪驅(qū)動，車輛底盤四輪驅(qū)動的液壓行走驅(qū)動系統(tǒng)主要有中央驅(qū)動和輪邊獨立驅(qū)動。本文通過對兩種典型行走驅(qū)動系統(tǒng)的分析研究，并以0.5立方小型地下鏟運機為例在Automation studio中建立仿真模型，模擬分析兩種行走驅(qū)動系統(tǒng)的運行情況，通過對比分析得出：輪邊驅(qū)動方式效率更高，適應(yīng)性更強。

關(guān)鍵詞：輪式機械；液壓行走系統(tǒng)；底盤驅(qū)動方式

中圖分類號： TU621 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）10（b）-0000-00

1中央驅(qū)動方式

中央驅(qū)動方式?jīng)]有對車輛結(jié)構(gòu)進行較大的改變，保留了原有傳動橋等，只是用液壓泵和馬達替代了變矩器?？梢酝ㄟ^液壓泵和馬達的調(diào)速實現(xiàn)無級變速，輸出轉(zhuǎn)速和扭矩范圍更寬，發(fā)動機功率利用率相對提高。

其又分為單橋和雙橋：1）單橋驅(qū)動方式，通過變量液壓泵輸出方向和輸出流量的調(diào)節(jié)，對車輛的速度、換向和制動進行控制。檔位變換通過變速箱進行機械換擋。系統(tǒng)可以通過比例控制和手動伺服變量控制液壓變量泵的輸出，有效降低外界負載對車輛的影響，提高車輛行駛穩(wěn)定性。2）雙橋驅(qū)動方式，雙橋驅(qū)動方式與單橋驅(qū)動相比結(jié)構(gòu)要相對復(fù)雜。雙橋驅(qū)動通過變速箱同時驅(qū)動前后橋，要求比單橋驅(qū)動更大變速范圍，因此一般選擇變量泵——變量馬達變速調(diào)速回路，速度范圍較大，配合機械換擋，有效提高車輛性能。能夠滿足復(fù)雜工況的作業(yè)要求，適合牽引力大以及外界載荷變化較大車輛。

2輪邊獨立驅(qū)動方式

車輪獨立驅(qū)動直接通過輪邊馬達驅(qū)動車輪，由變量泵控制馬達實現(xiàn)速度變化。隨著體積和重量更小的液壓馬達的問世，甚至直接插裝式的液壓馬達及相應(yīng)輪邊減速器的發(fā)展，輪邊獨立驅(qū)動的應(yīng)用前景更加廣闊。

根據(jù)馬達安裝和管路連接的不同，大致又可分為三種情況：1）四輪對稱驅(qū)動，前后橋分別獨立驅(qū)動，便于發(fā)揮車輛牽引性能。但是，由于增加了液壓元器件數(shù)量，系統(tǒng)的故障環(huán)節(jié)會相應(yīng)增多。2）四輪非對稱驅(qū)動，所謂非對稱驅(qū)動方式，就是由于地面狀況變化，使前后橋驅(qū)動在行駛過程中所受阻力不同，造成前后橋載荷分布不均勻，進而使馬達排量發(fā)生變化，四個輪邊馬達的排量不相等。3）馬達串、并聯(lián)驅(qū)動方式，利用車輛一側(cè)的兩個液壓馬達構(gòu)成串并聯(lián)回路，通過串并聯(lián)回路的變換實現(xiàn)車輛變速的目的。在變量泵輸出流量一定的情況下，串聯(lián)時馬達輸入流量相當于并聯(lián)式馬達輸入流量的一倍。因此，在不高于額定轉(zhuǎn)速的情況下，串聯(lián)時馬達的輸出轉(zhuǎn)速是并聯(lián)時馬達輸出轉(zhuǎn)速的一倍。如圖1所示，為加裝了單向溢流閥的馬達串并聯(lián)驅(qū)動回路。由于兩側(cè)回路相同，為了簡便，只給出一側(cè)的液壓回路。

圖1單溢流閥組成的串并聯(lián)驅(qū)動回路

由以上分析可知，兩馬達構(gòu)成并聯(lián)回路時，車輛在低速檔位工作。當變換到串聯(lián)回路時，車輛在高速檔位工作，此時，兩馬達互相影響，會形成差速鎖功能。但是這種回路功率利用率低，容易使車輪的加速磨損，。

解決上述問題的措施是：在前后馬達之間加裝一個單項溢流閥，起到調(diào)節(jié)油路的作用。當車輛差速轉(zhuǎn)向時，流量Q會不斷變化，轉(zhuǎn)向的方向決定補油或是排油。此外，轉(zhuǎn)向還跟變量泵對內(nèi)側(cè)和外側(cè)的馬達調(diào)速有關(guān)。這種驅(qū)動方式對車輛性能的提升很大，能夠使車輛適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)工況。

3兩種驅(qū)動方式對比分析

對兩種驅(qū)動方式采用Automation Studio軟件進行仿真分析，并以0.5立方小型地下鏟運機為實例進行參數(shù)設(shè)置。

圖2 0.5立方小型鏟運機中央驅(qū)動液壓行走系統(tǒng)原理圖

如圖2所示，中央驅(qū)動液壓行走系統(tǒng)中，變量泵與補油泵隨發(fā)動機一起轉(zhuǎn)動，補油泵對系統(tǒng)供油，用以維持主回路壓力，同時為控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)提供壓力油，補充油液損失。補油泵輸出的液壓油，經(jīng)單向閥，進入低壓油路，另一側(cè)在高壓作用下關(guān)閉。高壓安全閥，當壓力高于一定值時，使變量泵柱塞沖程變小。壓力限制器傳感器如同安全閥閥芯，起先導(dǎo)控制作用。旁通閥的作用是：某些情況下，使液壓油不經(jīng)泵，直接流回殼體，減少功率損耗。高壓油液通過三位三通換向閥、一個梭形閥和一個低壓溢流閥進入變量馬達伺服缸（柱塞），通過改變馬達斜盤的傾斜角度，實現(xiàn)變量調(diào)速。

圖3 0.5立方小型鏟運機輪邊驅(qū)動行走系統(tǒng)液壓原理圖

如圖3所示，輪邊驅(qū)動液壓行走系統(tǒng)中，兩個變量泵分別驅(qū)動兩側(cè)定量馬達，變量泵和馬達構(gòu)成的兩個獨立的液壓回路。補油泵輸出的液壓油，用以維持主回路壓力，為控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)提供壓力油，補充油液損失。經(jīng)一側(cè)單向閥，進入低壓油路，另一側(cè)在高壓作用下關(guān)閉。

馬達和泵采用串并聯(lián)形式，使車輛具有高低速兩個檔位。在一檔位工作時，所有馬達以并聯(lián)的形式工作，保證扭矩輸出，可用于作業(yè)工況。當換到二檔位時，前后側(cè)的馬達是串聯(lián)的形式，使馬達輸出轉(zhuǎn)速變大，可用于行駛工況。

通過兩個方案對比可以發(fā)現(xiàn)，中央驅(qū)動方式只是用液壓泵和馬達回路代替了液力變矩器，保留驅(qū)動橋等原有基本結(jié)構(gòu)，車輛的平衡方式、轉(zhuǎn)向控制、差速等均保持不變，整車性能和牽引特性沒有質(zhì)的改變。但是在采用變量泵—變量馬達回路后，通過容積調(diào)速，能夠得到較寬的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍，發(fā)動機的功率利用率得到提升。

輪邊驅(qū)動方式是用液壓泵和馬達取代變速箱、驅(qū)動橋等結(jié)構(gòu)，縮短了傳遞路徑。由于液壓泵和馬達通過管路連接，不需像剛性連接時要考慮傳遞方向和空間結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計和安裝時，可以根據(jù)需要調(diào)整車輛結(jié)構(gòu)布置，用以滿足車輛性能要求。

結(jié)論：輪邊驅(qū)動方式不但能實現(xiàn)中央驅(qū)動方式車輛的性能指標，且具有更大的適應(yīng)性，提升車輛性能?？梢圆恍枰獑为毜霓D(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)，其通過兩側(cè)獨立液壓回路的調(diào)速差，進行差速轉(zhuǎn)向。

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