石油企业特种作业车辆应用技术研究

石油企业特种作业车辆应用技术研究

李博

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摘要：从特种作业车辆底盘转向系统、传动系统、制动系统、悬架系统和专用作业装置五方面叙述了特种作业专用车的技术发展趋势

关键词：特种作业专用车；技术；发展趋势；

近年来我国专用车辆伴随着汽车工业的进步得到迅速发展。国民经济的发展对专用车辆的专用工作装置的要求越来越高，专用工作装置呈现功能多样化、控制自动化、产品系列化等技术发展趋势。部分特种作业车辆的发展对底盘也提出新的要求，而现有的通用底盘难以满足其技术要求，需要专用底盘。结合专用车辆的技术特点，本文对专用车辆各部件的技术发展趋势进行了叙述。

1转向系统

我国特种作业车辆及装备的规模和载重量越来越来大，其转向负荷也增大，车辆转向系统所消耗的功率占整车的功率的比重也越来越来高，通常占到7%～14%。因此减少特种作业车辆转向系统的功率消耗对提高整车工作效率有着十分重要的意义。

特种作业车辆转向方式通常采用全液压转向技术，均为液压伺服转向技术和液压负荷优先伺服转向技术。前者由液压泵、液压单路稳流阀、液压伺服转向器、安全阀块及液压油缸组成。液压单路稳流阀的主要作用是保证车辆在发动机的转速变化时，转向器所需要的油量始终恒定，使转向操纵作业不受发动机转速变化的影响。但是系统流经液压单路稳流阀超过50%的液压油没有作功就返回至油箱，能量消耗较大。后者采用液压负荷优先伺服转向技术将液压负荷传感系统集成至液压转向器上，可减少转向系统的功率消耗达30%左右，但相应的液压元件制造难度及制造成本也大大提高。

电子转向技术主要应用于大型工程车辆及特种车辆的行走转向系统，完成车辆的转向控制操纵作业。电子转向技术的优点是转向系统的响应时间快，并可实现特种车辆的多种转向模式的控制，即前桥转向模式、前后桥转向模式、斜行转向模式等。

特种车辆电子转向系统中，液压系统工作液压泵由发动机带动，通过转向系统伺服阀组控制转向系统液压油缸。液压油缸与直线位移传感器相连，将液压油缸的直线位移量反馈给CPU，系统实现闭环控制。控制电路并设有系统故障诊断元件，当系统转向出现偏差时，实现报警。控制电路设有车辆转向模式切换控制单元，完成车辆转向模式的切换。

转向操纵控制装置是车辆电子液压控制转向系统的一个关键部件，完成车辆的转向操作，并向系统发出转向信号。特种车辆电子液压控制转向系统主要由电子转向操纵控制装置、电子控制元件、液压传动元件、转向连杆机构及传感元件等组成。

转动方向盘时，作用于方向盘上的操作力矩通过方向柱给模拟转向阻力发生装置。模拟转向阻力发生装置与电位移传感器通过花键轴连接，方向盘的角位移传至电位移传感器上。传感器将转向的电信号传至电子转向系统，完成车辆的转向工况。

模拟转向阻力发生装置产生转向操作阻尼力矩，司机操作转向时有手感，并可实现方向盘转速高，操作阻尼力转速增大，反之则减少。

电位移传感器完成转向指令信号的输出。在完成一次操作后，电位移传感器自动回零位，待下一次操作指令。该位移传感器输出的电信号有正电量和负电量，正负电信号的输出完成车辆的左右转向。

2传动系统

特种车辆的传动除采用常规的机械传动外，主要采用静压传动和液力传动两种方式。这两种传动均采用液体作为工作介质传递功率，两者的工作原理及结构却截然不同，可实现不同的作业要求。特种车辆的传动采用机械传动、液力传动和静液压传动的作业特性、机器的动力性能及操作要求也不同。

2.1 液力机械传动系统

传动系统的主要部件有液力变矩器、动力换档变速箱和驱动桥。

2.2 传动系统匹配技术

特种车辆共性技术集中体现为机电液一体传动及控制、机械作业装置与主机的匹配技术，其关键技术有:

a.解决特种车辆的传动系统匹配问题包括发动机、变矩器、变速器、传动轴、桥、车轮之间的运动及动力匹配，确定它们的合理匹配规律及适用的匹配参数，保证传动系统的运动、动力、强度及可靠性。

b.应用自动变速器技术和静液压传动技术研究生产制造特种车辆的专用底盘，更好地满足特种车辆的改装要求，满足其工作装置技术指标，可一机多用，以提高作业机械的使用效率。

飞机牵引车均采用先进的风冷和水冷发动机，选用先进的液力机械变速器，电子控制换档，操纵性好，其与发动机的动力匹配合理，降低了油耗，降低了污染，动力性和燃油经济性好。

机场应急消防车全部为越野车型 (4×4，6×6和8×8) 。根据国际民航组织规定:车辆从冷启动到加速到80 km/h的时间不得超过1 min。除功率要求外，就是传动系统的特殊要求，而该性能的底盘在我国目前尚属空白。

3液压制动系统

特种车辆制动系统必须保证在各种工况条件下具有良好的制动性能，并要求操纵轻便和有较高的可靠性。制动系统大多采用气压制动和气顶油的结构型式，以实现车辆的制动效能。近年来也趋于采用全液压制动的方式，其主要优点是系统的制动压力高，产生的制动力矩大，制动灵敏

，且更便于实现电子控制。

全液压制动系统一般由三部分组成:制动过程的能量传递元件、制动能量输出元件和制动信号的反馈元件。司机施加在踏板上的力由控制阀将能量传递至车轮的制动器，为了实现安全制动，特种车辆需要将车辆的制动状态转变为控制信号反馈给制动能量传递元件，实现制动参数的调节。

4悬架系统

在非公路车辆、大吨位重型汽车及特种车辆上广泛采用油气悬架系统，在特种车辆中也发挥着独特的作用。由于其弹性元件——油气弹簧相对其他弹性元件而言，具有体积小、质量轻、承载能力强、容易实现车身高度调节并兼有阻尼减振等特点，与空气弹簧相比，承载能力可提高10～20倍。与钢板弹簧相相比，自身质量可减轻50%左右，且使乘坐舒适性更好。

5专用工作装置

特种作业车辆种类多，如城市建设专用车、建筑施工专用车、机场地面设备、油田专用车以及公路养护专用车等。作业装置差别大，不同的领域有不同的专用作业装置和对底盘的要求。

5.1 工作装置作业的安全性

如进行空中作业的市政建筑工程车辆和机场除冰车的升降机构是车辆作业的主要机构之一，其工作的安全性及可靠性是非常重要的。为保证空中作业的安全可靠，空中作业装置设有双管路液压安全阀，其工作油管采用液压双管路，当一根液压油管破断后，液压安全阀立即将该管路关闭，使空中作业机构安全保持在原位，同时另一条液压油管自动接通，机构仍正常工作，确保机器和人身安全。

安全保护系统由两个液压安全阀1和3及连接其的液压油管总成组成。液压安全阀体1与主机升降液压油缸连接，液压安全阀体3与液压油泵连接。液压系统油管防破阀芯。阀芯体外边有外螺纹，与安全阀体连接，正常工作时，从A至B。阀杆安装在阀芯体内，其外侧装有弹簧，弹簧一端置于阀芯体内，一侧置于闭锁滑动阀芯，弹簧通过螺母预压紧。阀芯在A侧的压力为零时，液压油快速经阀口从B至A，滑动阀芯迅速将阀口关闭。

系统安全保护的实现过程:在系统正常工作时，液压油从系统进油口进入第一个安全阀体3，并经液压胶管进入第二个安全阀体1内，经阀体出油口为液压油缸供油，推动液压油缸的活塞杆向上运动。当负载G突然变化，若液压胶管A出现破断，防破断阀芯2 (4) 的背压突然为零，阀芯将破断油管处的通路关闭，实现安全闭锁，同时B油路仍为通路，系统仍可正常工作。

5.2 工作装置专业性强

路面封层是将级配骨料与乳化沥青通过拌合加工，将其摊铺在路面的一种施工过程。冷拌合沥青在混合料的设计及使用方法上具有许多优点，其中乳化沥青是使用的基本材料。混合料在稀浆封层车 (可是自行式的，也可是拖式的) 上经拌合之后，就可进行摊铺作业。

在稀浆封层机的搅拌筒内，混合物料被均匀拌合，通过电子流量计能够精确测出级配骨料、添加剂、乳化液和水的混合比例。级配骨料、添加剂、乳化剂和水沿着输送带送至搅拌器。搅拌器为双轴式，通过双轴上的叶片强制运动，将混合料搅拌均匀，通过摊铺箱的可调式螺旋摊铺器铺到路面上 (厚度3～6mm) ，拖送带将表面拉平。

同步撒布技术的发展带动了沥青乳化液技术的发展。

5.3 一机多功能

公路养护机械必须适应养护作业流动性大的需要，实现一机多用快速更换作业装置，具备牵引、前后动力输出等功能。前后可悬挂不同的工作装置，如装载、挖坑、挖沟、清扫、除草、清洗护栏及交通标志牌、路面压实、平整、推雪及抛雪、路面撒盐等，适合于普通公路、城市道路、建筑工地等工程中使用。

多功能底盘车在前、后、上各部位配有机械、液压、电力等动力输出接口，配有快速更换工作装置的悬挂机构，并具有0.5～60 km/h的行驶能力。