一种液压履带底盘行走控制系统的制作方法

目前，由液压马达驱动的履带底盘的有人操作行走控制系统，采用下述的控制方式：采用两个片式先导控制阀(只能正反向控制)以相同方式分别控制两个液控比例流量阀，两个液控比例流量阀用来分别控制两个相同的行走马达的各自转速。片式先导阀的外操作机构为手柄和脚踏板两种机构。行走操作时，必须同时动作两个片式先导阀的操作机构，尤其在转向时作用于两个片式先导阀的外操作机构的动作不一样，称为双动作操作。该技术的不足之处是不能实现单手单动作操作，操作感不适，操作不够快速。目前四向先导手柄无实现控制履带底盘自由转向的功能。

本项发明的目的是在现有技术下，提供一种新的用于控制履带底盘行走的液压系统；并克服现有技术中必须双动作操作的不足，实现一个四向先导手柄控制履带底盘前进、后退、转弯和原地转动，使得履带底盘的行走控制操作能够单手单动作控制，更为简单直观，提高驾驶员操作速度。

技术方案：本控制系统的液压原理图如说明书附图中的图1所示。其由一个压力流体源，一个四向先导手柄A、一个四梭阀配压装置B、两个相同的液控比例流量控制阀C1、C2组成。其中，四梭阀配压装置B如图1中B所示，该装置中含有4个相同梭阀，4个梭阀的8个进油口串联成单圈环状，且每2个梭阀的进油口串联处实现2个进油口合并成1个进油口，从而使四梭阀配压装置B有四个进油口01、02、03和04，四个梭阀的四个出油口即为四梭阀配压装置B的4个出油口A1、B1、A2和B2；将四向先到手柄A的4个出油口1、2、3和4按图1方式，与对应的四梭阀配压装置B的4个进油口01、02、03和04接通；再将四梭阀配压装置B的4个出油口A1、B1和A2、B2与对应的液控流量比例阀C1和C2的各自先导极a1、b1和a2、b2接通。

下面介绍转向原理：行走马达转速与比例流量控制阀的输出流量q成正比，比例流量控制阀的输出流量q与滑阀阀芯的开口大小A成正比，阀芯的开口大小A与阀芯两极的先导压差Δp成正比，所以比例流量控制阀输出流量q与阀芯两极的先导压力之差Δp成正比。改变液控比例流量控制阀C1、C2的阀芯的两极先导压差既可以改变马达D1、D2的转速，实现转向，这些是液压行业技术人员普遍知道的。

对于四向液控手柄A，它是现有技术，下面对其功能进行必要说明：四向先导手柄A在操作时，会在水平平面内产生偏向角，在此叫下压方向角θ，如图2所示；在垂直于图2纸面所示的所有平面内，也会有偏角，在此叫下压角β，如图3所示。四向液控手柄A下压正对应油口的输出压力与下压角β的关系曲线如图4中的虚线所示。因四梭阀配压装置B会造成压差，所以图4中的实线为四梭阀配压装置B的一个出油口的输出油压与下压角β的关系曲线。当四向先导手柄A下压，同时又在水平平面内产生偏角时(即θ和β均不为零，但不包括θ为0、π/2、-π/2、π(-π)时的情况)，就会同时输出两个油压，图5中所示的是四向先导手柄A的四个出油口1、2、3和4与下压方向角θ关系曲线，图5中的曲线是在图4中的实现的基础上对应画出来的，该图中的曲线是在下压角β为最大时的状态。随着下压角β改变，图5中的曲线也会在垂直方向上与下压角β等比改变。

四梭阀配压装置B的作用是：对四向先导手柄A的输出压力油进行复制和比较选择，致使液控比例流量控制阀阀芯两极先导压力差与四向先导手柄A的下压方向角θ关系曲线与图6所示。

图6中：

Δp_左＝p_a1-p_b1

Δp_右＝p_a2-p_b2

其中p_a1、p_b1、p_a2和p_b2即为图1中a1、a2、b1和b2处的压强：Δp_左表示液控比例流量控制阀C1的阀芯两极先导压差；Δp_右表示液控比例流量控制阀C2的阀芯两极先导压差。

可以导出，转弯半径R与四向先导手柄A的下压方向角θ的关系如下式：

其中k表示比行走履行走速度与液控比例流量控制阀的阀芯两极先导压差Δp的比例系数，即满足：v＝kΔp；L表示两履带中心距。

通过上式并对应图6，得出底盘转弯半径R与四向先导手柄A的下压方向角θ的关系用曲线表示如图7所示。从图中可以知道，转弯半径R与下压方向角θ的关系曲线为双曲线，即随着下压方向角θ的变化，R变化是平滑变化的。

下压方向角θ控制底盘转向角度；下压角β则控制底盘行走转向速度。

图6中所示，在下压方向角θ为0、π/2、-π/2、π(-π)的左右都有控制盲区，此盲区是由四向先导手柄A的机械控制盲区和液控比例流量阀C1、C2的阀芯的负开口造成的，但盲区是必要的。因为在0时，转弯半径为无穷大，其行走状态是直线前进；在π/2、-π/2时，转弯半径为0，行走状态为向右原地打转和向左原地打转；在π和-π时，转弯半径为无穷大，行走状态为直线后退。这些状态都是工作时常用到的，并且需要保持一段时间的，上述的盲区易使驾驶员的手克服机器行走的震动和自身的操作误差保持这种直线前进、直线后退和原地打转状态。在下压转角θ为π/4和-π/4的奇数倍时，其行走转弯半径为底盘的两条履带的中心距。

本项发明的有益效果是能够实现：单手单动作操作一个四向先导手柄，使液压马达驱动的履带底盘作前进、后退、转向和原地转向；履带底盘转向与操作手柄的下压方向一致，操作快速，简单直观，单手单动作操作可使设备人工操作具备更多一项的同步动作，适合用于经常转弯的履带底盘行走机械；结构简单，也为开发出直接控制履带底盘行走的四向先导手柄提供理论依据。

通过图7，可知此控制系统的可满足履带底盘行走的所有状态，并且以双曲线的变化形式平滑过渡。

图1是本项发明的液压原理图；

图2是四向手柄的下压方向角θ示意图；

图3是四向手柄在垂直平面内的下压角β示意图；

图4虚线是四向液控手柄A下压正对应油口的输出压力与下压角β的关系曲线(θ为π/2的倍数时)，实线是四梭阀配压装置B的对应出油口的输出油压与下压角β的关系曲线(θ为π/2的倍数时)；

图5是四向先导手柄A的4个出油口1、2、3和4的油压与下压方向角θ的关系曲线(β最大时)；

图6是液控比例流量控制阀阀芯两极先导压力差与四向先导手柄A的下压方向角θ关系曲线；

图7是底盘转弯半径R与四向先导手柄A的下压方向角θ的关系用曲线。

图中A.四向先导手柄，B.四梭阀配压装置，C1.液控比例流量阀，C2.液控比例流量阀，D1.左行驶马达，D2.右行驶马达，1、2、3和4.四向先导手柄的4个出油口，01、02、03和04.四梭阀配压装置B的4个进油口，A1、B1、A2和B2为四梭阀配压装置B的4个出油口，a1和b1.液控比例流量阀C1的两个先导极，a2和b2.液控比例流量阀C2的两个先导极，P.压力油源进油口，T.油箱，Δp_左.液控比例流量控制阀C1的阀芯两极先导压差，Δp_右.表示液控比例流量控制阀C2的阀芯两极先导压差，p_a1、p_b1、p_a2和p_b2.对应图1中先导极a1、a2、b1和b2处的油压，Δp_max.四向先导手柄A输出的最大油压，p₁、p₂、p₃和p₄.四向液控手柄A下压正对应进油口1、2、3和4是对应油口的输出压力。

具体实施方法

对照图1，四梭阀配压装置B是将四个相同的梭阀(每个梭阀含有两个进油口和一个出油口)的八个进油口串联成闭合环状，并且每两个相邻梭阀的进油口串联处实现两个进油口合并成为一个进油口，使得四梭阀配压装置B有四个进油口01、02、03和04，并且四个梭阀的四个出油口即为四梭阀配压装置B的两对出油口A1、B1和A2、B2；四梭阀配压装置B中四个梭阀、四个进油口01、02、03和04以及四个出油口A1、B1和A2、B2之间的位置关系如下：位于进油口04和01之间的梭阀的出口即为出油口A1，位于进油口01和02之间的梭阀的出油口即为出油口A2，位于进油口02和03之间的梭阀的出油口即为出油口B1，位于进油口03和04之间的梭阀的出油口即为出油口B2。

再将一压力流体源连接于四向先导手柄A的进油口，四向先导手柄A的四个出油口1、2、3和4分别对应与四梭阀配压装置B的四个进油口01、02、03和04接通，四梭阀配压装置B的两对出油口A1、B1和A2、B2分别对应与两个液控比例流量阀C1和C2的各自先导极a1、b1和a2、b2接通。

注意：对于实际选用本控制系统，压力流体源的油压应该根据四向先导手柄A来配置且满足四向先导手柄的工作要求，四梭阀配压装置B在系统正常工作时所造成的压降不能大于3bar，所选用的液控比例流量控制阀C1或C2的有效先导控制压力区间整体加上四梭阀配压装置B所造成的压降值后的新区间，仍在四向先导手柄A的输出压力控制区间内，且使四向先导手柄A的输出压力控制区间比上述的新区间所大的控制范围保证在10％以内，且越小越好。