900噸輪胎式提梁機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計分析與研究

邊麗

【摘 要】論文分析了900噸輪胎式提梁機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計的原理以及應用技術，并在此基礎上進行改良，通過AMESim軟件證實改良的控制方案具有可行性。

【Abstract】This paper analyzes the design principle and application technology of 900 tons of rubber tyred gantry crane steering system ， and makes improvement on the basis， then the improved control scheme is proved to be feasible by AMESim software.

【關鍵詞】輪胎式提梁機；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；AMESim；仿真

【Keywords】tyre type gantry crane； steering system； AMESim； simulation

【中圖分類號】TH137 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0084-02

1 引言

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為輪胎式提梁機的主要構成部分，輪組同步控制屬于提梁機的一種關鍵性技術。在轉(zhuǎn)向過程中，輪組精確的同步性，能夠讓提梁機轉(zhuǎn)向時更加平穩(wěn)和精確，同時降低了地面與輪胎之間的摩擦，減輕了因輪組不同步，對提梁機行走的力矩以及力的影響，確保了輪胎的使用壽命。

2 提梁機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計分析

2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計要求

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是提梁機液壓系統(tǒng)中主要構成部分之一，在提梁機實際運行時起到了舉足輕重的作用，若是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計不符合提梁機的需求，將會導致車輛轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角兩者之間出現(xiàn)互相影響的情況，增加了輪胎的能耗，使其受到非正常性的磨損，甚至造成爆胎、輪胎脫落等事故的發(fā)生。若提梁機轉(zhuǎn)向性能較低，則會對車輛行駛的安全產(chǎn)生嚴重影響，因此，在設計提梁機液壓系統(tǒng)時，應考慮到期液壓轉(zhuǎn)向性能的高低。

為實現(xiàn)搬運900噸重量的箱梁，經(jīng)研究分析，提梁機行走部分共需要輪胎64只，輪組數(shù)量為32個，每個輪組內(nèi)包含兩只輪胎。想要進一步提高提梁機運行的靈活性，則需要將常規(guī)轉(zhuǎn)向結(jié)構內(nèi)的一層回轉(zhuǎn)支撐和部分連桿轉(zhuǎn)向去除， 并且修正原結(jié)構中的油缸長度與轉(zhuǎn)向鉸點位置，重新設計液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，形成新的全獨立轉(zhuǎn)向結(jié)構，由轉(zhuǎn)向油缸來驅(qū)動回轉(zhuǎn)中心控制所有輪胎的轉(zhuǎn)向。在油缸伸到頭、縮到底的情況下，分別對應著轉(zhuǎn)向的兩個極限角±90°，如此一來有利于實現(xiàn)提梁機行走的轉(zhuǎn)向變化，如斜行、橫行、直行等。當提梁機縱行向左轉(zhuǎn)5°的時候，輪組1、2應滿足同步關系，圖1為兩輪組處于理想狀態(tài)下，其同步轉(zhuǎn)角的變化。

2.2 轉(zhuǎn)向輪組液壓系統(tǒng)的原理設計

提梁機轉(zhuǎn)向輪組所需要的轉(zhuǎn)向油缸為32個，前后各16個，采用負載敏感技術控制多個油缸，使其處于同時運行的狀態(tài)，具有較好的微調(diào)性能，能夠在滿足所有控制功能正常運作的基礎上，降低壓力損失，增加效率，具備良好的可靠性、安全性以及經(jīng)濟性。

2.3 負載敏感技術的應用

負載敏感系統(tǒng)屬于閉環(huán)系統(tǒng)之一，其具有反饋壓力的功能，在流量指令的狀況下，可實現(xiàn)由泵自身來控制負載壓力的目的。同時負載敏感系統(tǒng)也可以實現(xiàn)節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速的作用，確保液壓泵本身的壓力、流量等數(shù)據(jù)可以符合系統(tǒng)的需求，在一定程度上節(jié)約了能源。在系統(tǒng)中，變量泵利用對泵出口壓力、負載壓力兩者之間差值的檢測與維持，使泵的流量僅僅對回路換向閥的開口大小起著決定作用，與負載壓力并無任何關系。負載敏感控制技術通過壓力補償、負載敏感，來實現(xiàn)一組泵或者單泵驅(qū)動多個系統(tǒng)進行工作，利用流量控制閥，根據(jù)需求比例將流量分配到各個工作系統(tǒng)中，并且各個動作之間并不會對彼此產(chǎn)生干擾。

在多個執(zhí)行系統(tǒng)同時運行的情況下，其最大壓力經(jīng)梭閥傳送給變量泵負載敏感閥，讓變量泵壓力一直高于系統(tǒng)最大壓力一定的壓差范圍內(nèi)，一旦此壓差降低，則會增加泵的排量，反之在壓差升高時，泵的排量相應降低，直至壓差趨于平衡狀態(tài)。在執(zhí)行系統(tǒng)中，所有的控制閥均具備壓力補償?shù)淖饔茫{(diào)速閥、壓力補償閥兩者的原理大致一樣，比例閥的作用與節(jié)流閥基本相同，壓力補償閥的功能與外控定差減壓閥相同。

在提梁機液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，其負載變化較大，并且需要多個液壓缸同時運行，使電動、手動控制的微動調(diào)節(jié)難度加大，同時也會嚴重影響控制閥的復合，而在負載敏感技術應用之后，這些問題得到了良好的處理，并提高了系統(tǒng)控制的靈敏性，使操作性能更好，調(diào)度更加快速精準。

3 基于數(shù)?；旌峡刂频囊簤恨D(zhuǎn)向系統(tǒng)分析

改進原有的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，利用2個或以上轉(zhuǎn)向推動缸、1個多路閥換向閥聯(lián)以及2個或以上的高速開關閥。以2個轉(zhuǎn)向推動缸、1個多路閥換向閥以及2個高速開關閥為例，結(jié)構采用數(shù)模混合控制，利用先粗調(diào)后精調(diào)的方式，來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的目的。首先，通過多路閥換向閥聯(lián)的調(diào)節(jié)功能提供兩個推動液壓缸工作所需要的油量，然后，利用兩個高速開關閥的調(diào)節(jié)將流量按照需求合理地分配給兩個推動缸，從而實現(xiàn)對兩個推動缸同步工作進行控制的目的；若是輪組已經(jīng)達到了基本轉(zhuǎn)向的角度范圍的時候，通過轉(zhuǎn)角編碼器以及多路閥具有的閉環(huán)控制功能，利用高速開關閥對所有的輪組分別進行精調(diào)，使其同步位置準確。

通過AMESim軟件來完成液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模仿真，在控制流程中，允許偏差角度k為0.1°，高速開關參數(shù)設置：頻率為100Hz，流量為20L/min。在數(shù)模混合控制的液壓轉(zhuǎn)型系統(tǒng)中，當提梁機轉(zhuǎn)向角度為5°的情況下，其仿真結(jié)果見圖2。

從圖2從可以看出，輪組轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性與高速開關閥頻率有密切關系，當高速開關閥頻率設定為10Hz或者5Hz的時候，能夠明顯看出輪組1、輪組2在轉(zhuǎn)向過程中的跳動情況，隨高速開關閥頻率在逐漸升高時，輪組的轉(zhuǎn)向也隨之趨向平滑和準確。通過圖1與圖2之間的比較分析得出（圖1為輪組在理想狀態(tài)下的同步曲線，圖2為輪組的同步仿真曲線）：因為液壓鎖的開啟導致開始轉(zhuǎn)向時輪組出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，但對控制性能無任何影響；數(shù)?；旌峡刂品桨杆邆涞目刂菩Чc理想同步曲線基本相同，符合粗調(diào)的需求。在完成粗調(diào)之后，再分別精調(diào)各個輪組，能夠達到提梁機輪組轉(zhuǎn)向精準同步的需求。

4 結(jié)語

數(shù)?；旌峡刂平o提梁機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)開啟了新的道路，通過AMESim進行對數(shù)?；旌弦簤嚎刂葡到y(tǒng)的建模以及仿真，實現(xiàn)理想化控制效果。然而，數(shù)?？刂品桨溉源嬖谥恍﹩栴}，其中主要的問題為轉(zhuǎn)向時會不可避免會產(chǎn)生誤差，從而導致輪胎出現(xiàn)非正常性的磨損，影響了輪胎的使用壽命，但在輪胎磨損方面，現(xiàn)階段還不具備可靠性較高的分析模型，所以無法進行量化。從整體來看，數(shù)模混合控制方案的實用價值以及理論意義均較高。