900吨轮胎式提梁机转向系统设计分析与研究

边丽

【摘 要】论文分析了900吨轮胎式提梁机转向系统设计的原理以及应用技术，并在此基础上进行改良，通过AMESim软件证实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.

【關键词】轮胎式提梁机；转向系统；AMESim；仿真

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

【中图分类号】TH137 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0084-02

1 引言

转向系统作为轮胎式提梁机的主要构成部分，轮组同步控制属于提梁机的一种关键性技术。在转向过程中，轮组精确的同步性，能够让提梁机转向时更加平稳和精确，同时降低了地面与轮胎之间的摩擦，减轻了因轮组不同步，对提梁机行走的力矩以及力的影响，确保了轮胎的使用寿命。

2 提梁机转向系统设计分析

2.1 转向系统设计要求

液压转向系统是提梁机液压系统中主要构成部分之一，在提梁机实际运行时起到了举足轻重的作用，若是液压转向系统设计不符合提梁机的需求，将会导致车辆转向轴、转向转角两者之间出现互相影响的情况，增加了轮胎的能耗，使其受到非正常性的磨损，甚至造成爆胎、轮胎脱落等事故的发生。若提梁机转向性能较低，则会对车辆行驶的安全产生严重影响，因此，在设计提梁机液压系统时，应考虑到期液压转向性能的高低。

为实现搬运900吨重量的箱梁，经研究分析，提梁机行走部分共需要轮胎64只，轮组数量为32个，每个轮组内包含两只轮胎。想要进一步提高提梁机运行的灵活性，则需要将常规转向结构内的一层回转支撑和部分连杆转向去除， 并且修正原结构中的油缸长度与转向铰点位置，重新设计液压转向系统，形成新的全独立转向结构，由转向油缸来驱动回转中心控制所有轮胎的转向。在油缸伸到头、缩到底的情况下，分别对应着转向的两个极限角±90°，如此一来有利于实现提梁机行走的转向变化，如斜行、横行、直行等。当提梁机纵行向左转5°的时候，轮组1、2应满足同步关系，图1为两轮组处于理想状态下，其同步转角的变化。

2.2 转向轮组液压系统的原理设计

提梁机转向轮组所需要的转向油缸为32个，前后各16个，采用负载敏感技术控制多个油缸，使其处于同时运行的状态，具有较好的微调性能，能够在满足所有控制功能正常运作的基础上，降低压力损失，增加效率，具备良好的可靠性、安全性以及经济性。

2.3 负载敏感技术的应用

负载敏感系统属于闭环系统之一，其具有反馈压力的功能，在流量指令的状况下，可实现由泵自身来控制负载压力的目的。同时负载敏感系统也可以实现节流调速、容积调速的作用，确保液压泵本身的压力、流量等数据可以符合系统的需求，在一定程度上节约了能源。在系统中，变量泵利用对泵出口压力、负载压力两者之间差值的检测与维持，使泵的流量仅仅对回路换向阀的开口大小起着决定作用，与负载压力并无任何关系。负载敏感控制技术通过压力补偿、负载敏感，来实现一组泵或者单泵驱动多个系统进行工作，利用流量控制阀，根据需求比例将流量分配到各个工作系统中，并且各个动作之间并不会对彼此产生干扰。

在多个执行系统同时运行的情况下，其最大压力经梭阀传送给变量泵负载敏感阀，让变量泵压力一直高于系统最大压力一定的压差范围内，一旦此压差降低，则会增加泵的排量，反之在压差升高时，泵的排量相应降低，直至压差趋于平衡状态。在执行系统中，所有的控制阀均具备压力补偿的作用，调速阀、压力补偿阀两者的原理大致一样，比例阀的作用与节流阀基本相同，压力补偿阀的功能与外控定差减压阀相同。

在提梁机液压转向系统中，其负载变化较大，并且需要多个液压缸同时运行，使电动、手动控制的微动调节难度加大，同时也会严重影响控制阀的复合，而在负载敏感技术应用之后，这些问题得到了良好的处理，并提高了系统控制的灵敏性，使操作性能更好，调度更加快速精准。

3 基于数模混合控制的液压转向系统分析

改进原有的液压转向系统，利用2个或以上转向推动缸、1个多路阀换向阀联以及2个或以上的高速开关阀。以2个转向推动缸、1个多路阀换向阀以及2个高速开关阀为例，结构采用数模混合控制，利用先粗调后精调的方式，来实现控制系统的目的。首先，通过多路阀换向阀联的调节功能提供两个推动液压缸工作所需要的油量，然后，利用两个高速开关阀的调节将流量按照需求合理地分配给两个推动缸，从而实现对两个推动缸同步工作进行控制的目的；若是轮组已经达到了基本转向的角度范围的时候，通过转角编码器以及多路阀具有的闭环控制功能，利用高速开关阀对所有的轮组分别进行精调，使其同步位置准确。

通过AMESim软件来完成液压转向系统的建模仿真，在控制流程中，允许偏差角度k为0.1°，高速开关参数设置：频率为100Hz，流量为20L/min。在数模混合控制的液压转型系统中，当提梁机转向角度为5°的情况下，其仿真结果见图2。

从图2从可以看出，轮组转向稳定性与高速开关阀频率有密切关系，当高速开关阀频率设定为10Hz或者5Hz的时候，能够明显看出轮组1、轮组2在转向过程中的跳动情况，随高速开关阀频率在逐渐升高时，轮组的转向也随之趋向平滑和准确。通过图1与图2之间的比较分析得出（图1为轮组在理想状态下的同步曲线，图2为轮组的同步仿真曲线）：因为液压锁的开启导致开始转向时轮组出现滞后现象，但对控制性能无任何影响；数模混合控制方案所具备的控制效果与理想同步曲线基本相同，符合粗调的需求。在完成粗调之后，再分别精调各个轮组，能够达到提梁机轮组转向精准同步的需求。

4 结语

数模混合控制给提梁机转向系统开启了新的道路，通过AMESim进行对数模混合液压控制系统的建模以及仿真，实现理想化控制效果。然而，数模控制方案仍存在着一些问题，其中主要的问题为转向时会不可避免会产生误差，从而导致轮胎出现非正常性的磨损，影响了轮胎的使用寿命，但在轮胎磨损方面，现阶段还不具备可靠性较高的分析模型，所以无法进行量化。从整体来看，数模混合控制方案的实用价值以及理论意义均较高。