运煤车液压转向系统分析论文

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1运煤车转向工作原理及控制系统组成

运煤车采用独特的全液压动力转向系统，其转向单元完全由液压力驱动．在转向拉杆和转向轮之间用液压管路和阀替代机械连接，当转向轮转动时，转向拉杆控制阀输出与转向轮转速成比例的油流体积，油流输入与转向方向相应的转向油缸驱动腔内．采用全液压转向系统可以得到非常好的转向性能，能够实现多个计算转弯半径，适应性强，能够满足不同转向工况的要求．该型运煤车转向随动控制结构．驾驶员操纵转向拉杆1，使转向阀组1开启，转向阀与转向油缸相连，从而达到控制车轮转向的目的．

运煤车动力转向液压系统原理图．为使转向拉杆输入位移与轮胎转向角位移形成一定的比例关系，设置了“随动”反馈装置，在转向结构中，通过一根钢丝软轴4使控制机构与转向机构相连．反馈拉杆2通过钢丝软轴与转向机构中的转向块5相连，这样转向机构的运动将会反馈回转向控制机构，反馈拉杆通过反馈机构回转点可以使转向阀闭合，从而实现随动反馈的目的．在设计此结构时，反馈拉杆与转向拉杆的长度以及2个回转点的位置都需要精确计算．运煤车转向控制系统为典型的机械液压位置随动系统．液压动力系统的动态分析与设计一般都是以稳定性为要求进行的．运煤车转向阀组在阀口打开后，执行环节不能在瞬时完成动作，而需要有一定的滞后时间，导致转向控制系统有可能出现不稳定状态，所以，必须对该控制系统进行稳定性校核和响应特性分析．

2随动控制系统稳定性分析

液压动力系统的参数在工作过程中经常发生变化，因此用频率特性法来分析稳定性是比较有效的．对于低阶系统来说，用劳斯判据来判断系统的稳定性也很方便为使系统稳定，必须使相位裕量和增益裕量均为正值．相位裕量是增益穿越频率ωh处的相角与180°之和；增益裕量是相位穿越频率处的增益倒数．对所讨论的系统而言，因为穿越频率处的斜率为-20dB／（rad／s），所以相位裕量为正值，不需要再分析，只要使增益裕量为正即可．系统响应的快速性可用频带宽度表示，系统幅频宽是幅值比下降到-3dB，即下降到低幅值的0.707时所对应的频率范围，相位频宽是相位滞后90°时所对应的频率范围．可得系统截止频率为108.7Hz，所以该系统反映输入信号的快速性较好．但频带越宽，高频噪声信号的抑制能力越不好，所以有必要分析一下系统对负载力干扰的响应．

3结论

1）运煤车作为矿用特种车辆，其转向系统有其独特的结构和特点，特殊工况决定了它不能参照其它工程车辆的设计方法．运煤车采用钢丝软轴反馈结构，将液压转向控制系统与空间连杆机构连接，实现了矿用车辆转向控制机构与执行机构的机液随动控制．

2）依据机械工程控制系统理论，建立运煤车全液压动力转向随动系统的控制模型，对系统进行了稳定性分析和响应特性分析，得到了12.5dB的幅值裕量和86.2°的相位裕量，以及峰值时间为0.03s和最大超调量为52%等瞬态响应性能指标，该系统响应快速性较好．

3）运煤车行驶转向系统涉及多学科交叉耦合．笔者在计算分析时，模型的建立与参数的取值较为理想，与实际系统会有所差异．由分析结果可知，运煤车转向控制系统相位裕量过大，系统阻尼较小，如何合理地匹配机械系统与液压系统需要今后进一步深入研究．

作者:张宏董磊赵秀梅单位:太原科技大学中北大学中国煤炭科工集团