２０１５年８月第４３卷第１６期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＡｕｇ ２０１５Ｖｏｌ ４３Ｎｏ １６ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１５ １６ ０３４
收稿日期：２０１４－０７－１１
基金项目：天地科技 青年创新基金 项目（ＫＪ－２０１４－ＳＸＭＪ－０４）
作者简介：李永安（１９８４ ），男，工学硕士，助理研究员，主要从事煤矿机械液压系统的设计与开发工作三Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｙａ１９８４６１０＠１２６ ｃｏｍ三一种机液伺服车辆转向系统的设计与建模
李永安
（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原０３０００６）
摘要：根据某矿用车辆动力转向系统的需要，基于车辆转向动力学二机构设计和反馈控制原理，设计了一种结构简单二可靠性高二易于维护的机液伺服负反馈闭环控制转向系统三建立了系统的数学模型，得出系统的控制方块图和传递函数，为系统性能分析以及系统优化设计提供理论依据三
关键词：转向系统；机液伺服；反馈控制；连杆机构
中图分类号：ＴＧ５０２ ３２一一文献标志码：Ａ一一文章编号：１００１－３８８１（２０１５）１６－１０９－２ＤｅｓｉｇｎａｎｄＭｏｄｅｌｉｎｇｆｏｒａＭａｃｈｉｎｅｒｙ?ｈｙｄｒａｕｌｉｃＳｅｒｖｏＶｅｈｉｃｌｅＳｔｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
ＬＩＹｏｎｇ ａｎ（ＴａｉｙｕａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐ，ＴａｉｙｕａｎＳｈａｎｘｉ０３０００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｅｅｄｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｍｉｎｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅ，ａｎｅｇａｔｉｖｅｆｅｅｄｂａｃｋｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｍａｃｈｉｎｅｒｙ?ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｈａｄａｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｉｇｈｄｅｐｅｎｄａｂｉｌｉｔｙａｎｄｅａｓｙｔｏｍａｉｎｔａｉｎ．Ｔｈｅｎ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎｗｅｒｅｐｒｏ?ｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ?ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏ；Ｆｅｅｄｂａｃｋｃｏｎｔｒｏｌ；Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｒｏｄｍｅｃｈａｎｉｓｍ一一车辆动力转向系统一般都采用随动系统三液压随动系统具有质量轻二结构紧凑二工作宁静及对地面能起缓冲作用二动作迅速二启动平稳等优点而应用广泛［１］三无论是液压助力转向还是全液压转向，其基本原理都是保证方向盘旋转给定一个转向信号，转向油缸（或转向轮）随动一个输出量，信号消失，转向结束三运煤车受井下巷道尺寸因素的影响，要求转向系统反应灵敏，且驾驶操作空间小，要求司机完成车辆转向动作幅度小三由于井下工况恶劣且有防爆要求，制约了电控或电液控制转向方案在矿用车辆上的应用三因此，在借鉴现有同类车辆转向系统技术特点
的基础上，自行设计了一套机液伺服转向系统三１一运煤车机液伺服转向系统的原理图１为机液伺服系统的原理图，当司机操作手柄２绕销轴Ⅰ顺时针旋转θｒ角度时，在连杆７的带动
下，转向控制阀阀芯位移Ｘｒ，此时输出流量Ｑ，转向油缸输出位移Ｘｐ；由于软轴的作用，油缸活塞杆带动反馈块４绕销轴逆时针旋转θｉ，此时，由于销轴Ⅰ与反馈块４相对固定，则转向手柄也绕销轴Ⅰ逆时针
旋转θｉ三此时阀芯位移为Ｘｆ；当Ｘｆ和Ｘｒ两者相互抵
消为０时，控制阀关闭，一个转向随动过程结束三要
想改变轮胎转向角度，只有重新扳动转向手柄
三图１一机液伺服反馈控制系统原理图
根据转向系统的组成和原理，可以绘制机液伺服转向系统工作原理方框图，见图
２三图２一机液伺服转向系统工作原理方框图２一运煤车机液伺服转向系统数学模型的建立图３为机液伺服机构运动的几何关系图三为了便于理解，认为手动手柄θｒ角度后，阀芯位移量为Ｘｒ，而由于惯性二管路等因素，油缸活塞不能马上动作，