载重车发展(研究生讲座) 副本

赵静一自行式液压载重车现状与发展燕山大学河北.秦皇岛机械工程国家一级重点学科机械电子工程国家二级重点学科

河北省流体动力传输与控制重点实验室省重点实验室

内容提纲

1.车辆简史2.自行式液压载重车简介3.自行式液压载重车的系统组成及其主要参数4.自行式液压载重车的关键技术设计5.自行式液压载重车的发展趋势1.车辆简史1.1驾座千年沧桑1.2汽车的概念1.3汽车的种类

1.1驾座千年沧桑轩，古代一种前顶较高而有帐幕的车子，供大夫以上乘坐辒，古代一种兵车，四轮车，上蒙以生牛皮，下可容十人，又能往来运土填堑，以攻城为主要任务辒车，古代一种卧车辎车，古代一种有帷盖的大车，既可载物，又可作卧车座驾，意即有人坐、有人驾驶的代步工具1.1驾座千年沧桑

汉代，四川民间出现了“鸡公车”，用硬木制造，长4尺，车架安设在独轮两侧，由一人掌扶两个车把推行，有时也可前拉后推，载人载物均可，车子虽小巧，载重量却可达二三百公斤。

1.1驾座千年沧桑三国时期，诸葛亮六出祁山时在陕西县黄河镇发明了“木牛流马”的交通工具，可以爬坡上坎。

1.2汽车的概念美国

汽车是由本身携带的动力驱动（不包括人力、畜力和风力）、装有驾驶操纵装置的、在固定轨道以外的道路或自然地域上运输客、货或牵引其他车辆的车辆。德国

汽车是使用液体燃料、用内燃机驱动、具有3个或3个以上轮子、用于载运乘员或货物的车辆

日本

汽车是不依靠架线和轨道、带有动力装置、能够在道路上行驶的车辆

德国人卡尔·奔驰制造的世界第一辆汽车。1.2汽车的概念我国的汽车定义

：由动力装置驱动、具有4个或4个以上车轮的非轨道、无架线的车辆叫汽车。主要用于：载运人员和货物；牵引运输人员或货物的车辆；特殊用处。人们通常所说的汽车一般专指由汽油（或柴油）内燃机驱动的汽车。特殊情况时，还有混合动力、太阳能、电力甚至气动的汽车。载货车：又叫卡车、货车，其作用是载运货物，也有的牵引挂车，载货车一般为两轴，也有三轴式的。

1.2汽车的种类1.2汽车的种类自卸汽车

自卸汽车可以利用自身的液压装置将其货厢倾斜，以卸掉厢中的货物。牵引汽车与挂车

牵引汽车是专门或主要用来牵引挂车或其它车辆的汽车

1.2汽车的种类专用汽车

专用汽车是为完成特定的运输任务或作业任务而设计的汽车

2.自行式液压载重车简介

2.1自行式液压载重车的定义2.2自行式液压载重车的衍生产品2.3自行式液压载重车的国内外现状2.4国内外自行式液压载重车存在的问题2.自行式液压载重车简介

与常规载重平板挂车不同，大型自行式液压载重车，也称液压动力平板运输车或自驱式液压平板车，或者称为重型平板车，通常是指额定载重在50吨以上，具有液压驱动、转向及提升装置的多轴线、多悬挂、多轮驱动专用场地运输车辆。与轨道式运输机械相比，具有超重载荷搬运、机动灵活、自行驶、高稳定性以及高通过性等优异性能。2.1自行式液压载重车的定义随着高速铁路、钢铁、造船等行业的新工艺，先进施工方法的不断涌现，人们对大型钢结构件、整体桥梁部件、整台大型机械、移动仓库、火车头乃至其他领域中的航天飞机、舰艇等超大型货物的运输需求越来越大。因此，大型自行式液压载重车，作为一种轮胎式道路和场地运输大型特种装备的交通工具，在军事、建筑、机械、造船、冶金以及石油化工等各个领域里发挥着不可替代的重要作用。

2.1自行式液压载重车的定义2.1自行式液压载重车的定义常用的几种自行式液压载重车TLC900C1高速铁路桥梁预制梁运输车(运梁车)JHP100A1船厂用自行式液压载重车(平板车)2.1自行式液压载重车的定义分体式煤矿设备运输车框架运输车2.1自行式液压载重车的定义驾驶室下置式港口用框架车驾驶室上置式钢厂用框架车驾驶室下置式钢厂用框架车高空作业车2.2自行式液压载重车的衍生产品自行走液压载重车衍生品一般可分为轮胎式起重机械和特殊用途自行式工程机械两大类，下面就一些常见衍生品进行介绍。钢铁企业用抱罐车2.2自行式液压载重车的衍生产品整体式抱罐车铰接式抱罐车U型框架式抱罐车2.2自行式液压载重车的衍生产品集装箱正面吊具体的用处：将集卡上面的集装箱卸下来；将集装箱在集装箱堆场堆高；抓取集装箱，移动到想要的地方；将集装箱从堆场装上车。高速铁路大型提梁机

2.2自行式液压载重车的衍生产品900t轮轨式提梁机900t单导梁轮胎式提梁机900t双导梁轮胎式提梁机增高型900t双导梁轮胎式提梁机运架一体机是集提梁机、运梁车与架桥机三者于一体的吊梁、运梁、架梁多功能液压载重车衍生品，于三者分开的架桥工程机械相比较，其具有以下优缺点：(1)其走行转向系统是该机非常重要的部分，其功能繁多，结构复杂，组装、调整难度大；(2)但是它的技术含量高、工艺流程先进、机械作业效率高；(3)它可以一次性铺设跨区间无缝线路，能够先架梁后铺轨，且不破坏路基。

2.2自行式液压载重车的衍生产品2.2自行式液压载重车的衍生产品飞机牵引车

国外早在20世纪30年代开始研制液压载重车，目前液压载重车在向大型化、大吨位发展，并采用模块化组合方式，实现更大吨位的运输。但国外技术多趋于保密状态。2.3自行式液压载重车的国内外现状目前自行式液压载重车的生产厂家有德国的KAMAG、SCHEUERLE、GOLDHOFER、KIROW，法国的NICOLAS和意大利的NICOLA、COMETTO等。

2.3自行式液压载重车的国内外现状自行式液压载重车不用任何机械连接独立运输整体负载，可自由编程电子控制转向系统能够控制多台液压载重车同步转向。2.3自行式液压载重车的国内外现状德国KAMAG公司单台液压载重车的吨位已超过1300吨，有12个轮轴，192个轮胎，车体长32m、宽10m。2.3自行式液压载重车的国内外现状2.3自行式液压载重车的国内外现状运输物件的体积过大、形状不规则或重量超过单台液压载重车的承载能力时，为保证该物件的安全运输可将多台液压载重车纵向或横向拼接并用。模块化液压载重车2.3自行式液压载重车的国内外现状多车组合式液压载重车2.3自行式液压载重车的国内外现状索埃勒公司生产的模块化液压载重车2.3自行式液压载重车的国内外现状秦皇岛通联公司生产的国产模块化液压载重车1998年，我国首条高速铁路秦沈客运专线开工建设，首次引进了意大利NICOLA公司生产的YJ-550型运架一体式运梁车。台湾高铁建设中，应用了意大利NICOLA公司和德国KIROW公司880吨运梁车。与此同时，秦沈客运专线开工建设，上海电力环保设备总厂与郑州大方路桥机械有限公司合作研制开发了450t运梁车，这也是当时国产载重最大的液压载重车。2.3自行式液压载重车的国内外现状2.3自行式液压载重车的国内外现状同济大学、北京航空航天大学、燕山大学、西南交通大学、石家庄铁道学院、长安大学等高校与相关企业合作，在消化吸收国外先进技术的同时，分别研制了各种型号规格的自行式液压载重车产品，出现了一批新的液压载重车制造实体。如郑州大方桥梁机械有限公司、秦皇岛天业通联重工股份有限公司、苏州大方特种车辆公司、湖北三江航天万山特种车辆有限公司、连云港天明特种车辆公司，江苏海鹏特种车辆公司、上海海鹏特种车辆公司等。

2003年燕山大学与通联特种车辆公司开发了国内第一台高速铁路用900吨运梁车。左图为燕山大学与秦皇岛通联重工有限公司研发的900吨运梁车右图为燕山大学与秦皇岛通联重工有限公司研发的900吨提梁机2.3自行式液压载重车的国内外现状左图为燕山大学与江苏海鹏特种车辆有限公司研发的JHP250重型平板运输车右图为燕山大学与江苏天明机械集团有限公司研发的TMZ80连采机快速搬运车2.3自行式液压载重车的国内外现状2.4国内外自行式液压载重车存在的问题我国国内目前对于液压载重车的需求日益增大，因此生产液压载重车的厂家也在日益增多，与此同时，国外液压载重车商家在关键技术上都对我国保密，而且国内生产厂商各自为营进行生产，彼此间缺少经验技术等方面的交流，加之我国国内的基础工业水平不高，机械加工能力与国外相比较也具有一定的差距，由此而产生了一系列迫切需要解决的问题。用户需求各不相同，各企业规范和设计标准不一样，所设计的系统和关键零部件不一样；单件小批量设计与生产，价格昂贵、生产周期及交货时间长，无法满足维护和备件的需要；缺乏自行式全液压载重车设计的系统理论研究，特别是缺乏电液控制系统的节能设计、优化、安全可靠性等方面理论与试验研究工作；与普通车辆和工程机械相比较，载重车的机电液一体化、智能控制、功率匹配、能耗及可靠性指标有较大差距；关键核心液压元件的国产化问题，也是降低成本的关键环节；加强各个生产厂商之间的交流和协调与协商，结束目前各自为营的局面。3.自行式液压载重车的系统组成及其主要参数3.1载重车的车架机械结构组成3.2载重车的悬挂机械结构组成3.3载重车的转向机械结构组成3.4载重车转向模式及视频3.5载重车的液压系统组成3.6载重车的电气控制组成3.1自行式液压载重车的系统组成液压载重车主要由驾驶室、车架、悬挂结构、转向结构等部分组成。以燕山大学与江苏海鹏特种车辆有限公司研发的JHP250重型平板运输车为例，该车由主体车架、液压悬挂系统、驱动桥、从动桥、连杆转向机构、驾驶室及动力、液压、制动、微电系统等部件组成。3.2载重车的悬挂机械结构组成载重车悬挂主要由悬挂架、平衡臂、悬挂油缸、摆动轴和轮胎轮辋构成。3.3载重车的转向机械结构组成早期车辆的转向系统是依靠转向盘的转向力来实现车轮转向的机械转向系统，而动力转向系统则是借助于汽车发动机产生的液压力或电动机驱动力来实现车轮转向(转向动力放大装置)，后者更多的应用在工程机械转向控制系统中。液压转向在目前工程机械领域，液压传动为主的操纵控制占据主导位置。电液比例转向伴随着微电子技术、计算机技术和信息网络的发展，基于数字化的电液比例转向系统开始获得应用。下图为电液比例转向系统应用。1—轮胎、2—转向轴、3—回转支承、4—角位移传感器、5—转向臂支座、6—转向臂、7—液压缸、8—油缸支座、9—推杆、10—悬挂系统JHP250载重车转向机构结构图3.3载重车的转向机械结构组成八字转向半八字转向头尾摆动

原地回转

斜行

横行

直行

3.4载重车转向模式及视频3.4载重车转向模式及视频整车转向重载中心回转实验重载横行实验

JHP100遥控实验

3.5载重车的液压系统组成驱动系统3.5载重车的液压系统组成应用萨奥90系列变量泵的闭式系统结构示意图转向与悬挂原理图3.5载重车的液压系统组成

电气控制系统原理图

3.6载重车的电气控制组成载重车的电气控制系统采用CAN总线技术，所有的电气控制均由一套基于现场总线（CAN-BUS）的PLC控制系统来实现。4.自行式载重车的关键技术设计4.4自行式液压载重车的计算机辅助设计4.3自行式液压载重车的节能设计4.2模块化组合设计4.1自行式液压载重车的设计4.5自行式液压载重车的在线监测1.液压泵2.液压马达3.变速箱4.万向节5.差速器6.轮胎7.发动机8.轮边减速器液压驱动系统的布置方案设计

4.1自行式液压载重车的设计

TMZ150液压驱动系统的驱动力-速度曲线图，及关健点的技术参数。技术参数关键点123牵引力(kN速(km/h)3.234.0812.01流量(L/min)289.2360360压力(bar)370305305泵排量(mL/r)148.2180180泵斜盘摆角(度)16.72020液压效率0.8140.8520.726马达转速(r/min)83310503094转矩(Nm)31125875马达排量(mL/r)54.854.817.2马达斜盘摆角(度)25257.64.1自行式液压载重车的设计变量泵—变量马达容积调速回路特性曲线，曲线abc表示车辆驱动力矩，曲线def表示车辆行驶速度

(1)启动加速阶段(恒扭矩调速阶段)

(2)行驶阶段(恒功率调速阶段)4.1自行式液压载重车的设计（1）液压传动系统本身就能较好地实现差速性能

（2）防滑的控制措施调整打滑驱动轮马达上的转矩；限制打滑驱动轮马达的流量；对发生打滑的驱动轮直接施加制动控制。4.1自行式液压载重车的设计液压载重车重心监控分三点支撑和四点支撑两种情况

载重车三点支撑示意图液压载重车四点支撑示意图4.1自行式液压载重车的设计右图为自行式液压载重车四点支撑轮轴安全区域左图为自行式液压载重车三点支撑轮轴安全区域4.1自行式液压载重车的设计右图自行式液压载重车四点支撑倾覆安全区域

左图自行式液压载重车三点支撑倾覆安全区域

4.1自行式液压载重车的设计电液调平系统由控制器、角度传感器、液压升降系统以及其他辅助装置组成。4.1自行式液压载重车的设计模块式动力平板运输车的拼接模式：

模块式动力平板运输车的组合拼接既可以通过机械刚性连接也可以通过一个控制器控制多台动力平板运输车实现软连接。机械刚性连接采用机械方式实现同步，在每个模块的前后左右两侧均配置有便于拼装用的机械、液压、压缩空气和电器接口。而采用软连接方式则需要每台模块式动力平板运输车的控制精度较高，通过传感器检测各车的位置变化，采用控制器控制所有动力平板车协同工作。软连接方式可以采用有线连接或无线连接方式进行控制。

a)机械刚性式连接b)软连接式连接模块式动力平板运输车连接方式4.2模块化组合设计4.2模块化组合设计模块式动力平板运输车拼接模式4.2模块化组合设计模块式动力平板运输车转向模式:根据用户的特殊需求提供可靠的转向技术，保持多个挂车模块、多个功能模式的实时性和同步性。以其中某一个挂车模块作为基准的主动模块，其余的为从动模块，从动模块接收来自主动模块传来的响应指令，可以控制整车转向、行走和制动等。模块车转向主从分配原理图4.3自行式液压载重车的节能设计(a)闭芯式负载敏感系统(b)LUDV控制系统1－油箱；2－变量泵；3－LS调节器；4－压力补偿阀；5－主阀芯开度；6－执行机构；7－梭阀负载敏感及LUDV系统原理图力士乐带DA控制阀的变量泵原理图4.3自行式液压载重车的节能设计通过使用带有DA控制功能的变量泵可以方便地组成静压“自动变速机构”；通过“加大油门”将发动机转速提高，以使车辆开始行驶；当行驶阻力增大时（例如：爬坡），为了使发动机不致过载，DA控制会调节行驶速度，使之与发动机的可用功率相匹配；同理，因工作机构同时工作而需消耗发动机的一部分功率时，也会产生同样的效果，即防止发动机过载或避免发动机熄火。以转向系统为例，为提高液压载重车工作的可靠性，对转向系统协调控制进行深入研究。通过对自行式液压载重车转向系统的设计，详细分析转向系统协调控制机理，提出一种主从式协调PID控制策略。采用AMESim和MATLAB软件进行联合仿真分析。

转向系统协调控制结构图

4.4自行式液压载重车的计算机辅助设计TMZ100液压载重车样车液压载重车显示面板开机界面左图为TMZ100液压载重车样车的现场照片

右图为液压载重车显示面板的开机界面照片

4.4自行式液压载重车的计算机辅助设计

AMESim环境下的转向系统模型

4.4自行式液压载重车的计算机辅助设计压力仿真曲线图

流量仿真曲线图

转向机构转角仿真曲线图

转向机构转角误差仿真曲线图

空载试验时转向机构转角曲线

空载试验时转向机构转角误差曲线

4.4自行式液压载重车的计算机辅助设计TMZ100t重载平路实验曲线4.4自行式液压载重车的计算机辅助设计在线对系统主要运行参数进行监测，通过仪表和显示器显示车辆运行的主要运行参数，使驾驶员及时了解整机运行状态，保证驾驶员正确操作；

4.5自行式液压载重车的在线监测

对信号进行分析处理，判断系统是否存在故障；当控制器监测到故障发生时，发出报警信号，并实时记录，驾驶员可以查看历史记录、故障代码等资料还能对信息进行存储和删除；检测到威胁整机行驶或设备安全危险信号时，能自动采取停机等紧急措施保护设备和人员安全；能根据工况的不同和载荷的大小，自动选择相应的运行模式。

4.5自行式液压载重车的在线监测柴油发动机管理模块监测参数总表编号信号名称/来源类型备注D1机油压力AI压力不足时报警，通过仪表进行显示D2发动机冷却液温度AI温度过高时报警，通过仪表进行显示D3燃油油量AI油量不足时报警，通过仪表进行显示D4发动机转速AI在显示器上显示D5工作时间在显示器上显示，包括累计/本次工作时间D6水箱水位AI水位过低时报警，通过仪表进行显示D7发电机电压信号AI可进行充电报警，在显示器上显示D8油门位置信号AI通过仪表进行显示D9滤清器阻塞信号DI阻塞时报警，自带报警装置4.5自行式液压载重车的在线监测行走系统模块监测参数总表编号信号名称/来源类型备注T1.L1行驶速度传感器信号（左1）PI在显示器上显示T1.L2行驶速度传感器信号（左2）PI在显示器上显示T1.L3行驶速度传感器信号（左3）PI在显示器上显示T1.L4行驶速度传感器信号（左4）PI在显示器上显示T1.R1行驶速度传感器信号（右1）PI在显示器上显示T1.R2行驶速度传感器信号（右2）PI在显示器上显示T1.R3行驶速度传感器信号（右3）PI在显示器上显示T1.R4行驶速度传感器信号（右4）PI在显示器上显示T2.A行走泵出口压力A口AI在显示器上显示T2.B行走泵出口压力B口AI在显示器上显示T2.C行走泵补油压力AI压力过低报警，在显示器上显示T3液压油回油温度AI温度过高报警，在显示器上显示T4高压滤油器阻塞DI阻塞时报警，自带报警装置T5液压油箱液位AI液位过低报警，在显示器上显示T6吸油过滤器阻塞DI阻塞时报警，自带报警装置T7回油过滤器阻塞DI阻塞时报警，自带报警装置4.5自行式液压载重车的在线监测工作装置模块监测参数总表编号信号名称/来源类型备注W1.L1悬挂缸压力（左1）AI在显示器上显示W1.L2悬挂缸压力（左2）AI在显示器上显示W1.R1悬挂缸压力（右1）AI在显示器上显示W1.R2悬挂缸压力（右2）AI在显示器上显示W2工作泵出口压力AI在显示器上显示W3LS压力AI在显示器上显示W4.L1转向角度传感器(左1)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W4.L2转向角度传感器(左2)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W4.L3转向角度传感器(左3)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W4.L4转向角度传感器(左4)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W4.R1转向角度传感器(右1)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W4.R2转向角度传感器(右2)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W4.R3转向角度传感器(右3)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W4.R4转向角度传感器(右4)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W5.L1悬挂转向角度传感器(左1)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W5.L2悬挂转向角度传感器(左2)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W5.R1悬挂转向角度传感器(左1)AI转角误差过大报警，在显示器上显示W5.R2悬挂转向角度传感器(左2)AI转角误差过大报警，在显示器上显示4.5自行式液压载重车的在线监测以TMZ150为例：

第二：数据通讯方式

第三：故障报警与处理

系统故障报警与处理流程第四：车辆状态显示液压载重车开机主界面4.5自行式液压载重车的在线监测第一：数据采集、存贮方式

第二：数据通讯方式

第三：故障报警与处理

第四：车辆状态显示液压载重车开机主界面5.液压载重车发展趋势5.1系列化5.2智能化5.3在线故障诊断5.1系列化

轻系列自行式液压载重车主要技术参数型号A1-75A1-100A1-125A1-150A1-200A1-255A1-300额定载重量(t)75100125150200255300外形尺寸(长m×宽m)8.5×510×511×5.512×5.514×5.515×5.517×5.5平台高度1700170017001700170017001700升降行程(mm)300300300300300300300自重(t)21283438456070轴线数/悬挂数3/64/85/106/128/1610/2012/24平均轴