单泵多马达液压行走系统同步方式与动力学研究

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【摘 要】基于地面力学理论和液压传动理论，对采用不同同步方式的单泵多马达液压行走系统的动力学问题进行了研究。建立了行走系统的动力学模型，对比了行走系统的牵引力、速度和传动效率。结果表明：在单泵多马达液压行走系统同步方式中，电子防滑技术的性能优于同步分流和自有分流技术。

【Abstract】 Terrain mechanics and hydraulic transmission theory were used in studying the dynamics of running system which is driven by single-pump and multi-motor with different synchrony technologies. Dynamics models for running system were established; traction force, velocity and driving efficiency were compared. The results indicate that electronic anti-slip technology is better than synchronous distribution and free distribution.

【关键词】工程机械；液压行走系统；动力学；同步

【Key words】 construction machinery; hydraulic running system; dynamics; synchrony

中图分类号：U415.5 文献标志码：B 文章编号：1000-033X(2012)06-007９-03

0 引言

单泵多马达结构形式的液压系统广泛应用于工程机械行走驱动领域，工程机械作业过程中的偏载和附着条件差异容易引起行走液压马达的不同步驱动，会减小行

走系统驱动力，降低行走系统驱动效率，加剧车轮（或履带）的不均匀磨损。工程机械设计中常采用增加同步阀或电子防滑控制来解决单泵多马达液压行走系统中液压马达驱动不同步的问题［1］。本文通过建立不同同步方式下单泵多马达液压行走系统的动力学方程，对比行走系统的速度、牵引力和驱动效率，为工程比选提供理论参考。

1 单泵多马达液压行走系统同步方式

目前常见的单泵多（四）马达行走液压系统结构如图1所示。

（1） 同步阀同步液压行走系统（简称“同步分流系统”，如图1（b）所示）：采用同步阀（多路调速阀、同步分流阀、同步马达等）控制流经各液压马达的液压油流量，保持液压马达转速一致。

（2） 电子防滑同步液压行走系统（简称“电子防滑系统”，如图1（c）所示）：通过改变液压马达的排量，调节液压马达输出扭矩，使各车轮的滑转率保持一致，即液压马达转速一致［２］。

上述两种同步系统均为自由分流液压行走系统（简称“自由分流系统”，如图1（a）所示）的变形。

2 单泵多马达液压行走系统动力学研究

2.1 自由分流系统动力学研究

自由分流系统中，液压马达排量v（i=1，2，3，4，下同）相等；液压泵进出口压差Δp与液压马达进出口压差Δp相等；液压泵出口流量Q与流经各液压马达的流量

之和Q相等，即

v=vΔp=ΔpQ=Q（1）

液压马达经减速机驱动车轮前进，提供车轮前进所需的切线牵引力F为

F==F+F（2）

其中：F=G （d）

F=G f

式中：i——液压马达与车轮之间的传动比；

r——车轮驱动半径（m）；

F——车轮牵引力（N）；

F——地面摩擦阻力（N）；

G——车轮附着质量（kg）；

d——车轮滑转率；

f——地面摩擦系数。

行走系统的总牵引力F为

F= F=G （d）=-F（3）

将式（1）带入式（3），可得自由分流系统的牵引力F

F=4×-F（4）

车轮滑转率为

d=f=1-（5）

式中：v——车轮实际速度（m·min-1），机械行走过程中，

各车轮的实际速度相等；

v——车轮理论速度（m·min-1）。

车轮的实际速度v

v=v（1-d）=（1-d）（6）

将式（1）代入式（6）可得自由分流系统的速度v

v=（7）

由式（2）可知，自由分流系统中各车轮的驱动力相等，但由于地面附着系数、车轮附着质量和摩擦系数的差异，车轮的牵引力、转速与滑转率各不相同。随着行走阻力的增加，附着条件最差的车轮会首先发生全滑转。由式（7）可知，某一车轮全滑转时，液压泵泵出的液压油全部流向发生全滑转车轮的驱动马达，行走系统丧失速度。此时，液压系统的工作压力为Δp（行走液压系统的设定最高工作压力一般大于机械完全打滑时所需的工作压力，下同）

Δp=Δp=（8）

F=min｛G（（d）+f），i=1，2，3，4｝

各车轮的滑转率为d

d=f=f-f（9）

行走系统的最大牵引力为F

F=4F-F（10）

不考虑液压泵、液压马达以及管路损失，自由分流行走系统中液压系统的传动效率h较高，即

h=×100%=100%（11）

行走系统驱动效率

h=×100%=×100%

=×100%（12）

发生全滑转时，液压系统的输出功率完全消耗于滑转车轮与地面之间的摩擦，此时会加剧车轮磨损。

2.2 同步分流系统动力学研究

同步分流系统是在自由分流系统的基础上增加了同步阀［3］。在同步阀作用下，液压泵的出口流量均分到各液压马达，即