輪式工程機械自動(dòng)防滑差速系統設計

　　1 引言

　　輪式工程機械在行駛或工作中，由于轉彎、路面不平或道路阻力不同，左右兩側的車(chē)輪同一時(shí)間內轉過(guò)的距離不相等，所受滾動(dòng)阻力也不相等;即使直線(xiàn)行駛，由于輪胎直徑的差別、充氣氣壓不等、磨損程度不均勻、載荷不同等也導致兩側車(chē)輪轉過(guò)的轉數不會(huì )相等。

　　在上述情況下，若用一根整軸將兩側車(chē)輪剛性地連接起來(lái)，必然存在滑拖、滑轉，加速輪胎磨損、增加動(dòng)力消耗和轉向困難等問(wèn)題，影響輪式工程機械操縱的穩定性，也增加了功耗和燃料消耗量。

　　為了消除上述不良因素，設計了一種自動(dòng)防滑差速系統。該系統經(jīng)過(guò)驗證能夠實(shí)現自動(dòng)防滑性能,提高了操作的穩定性。

　　2 差速器

　　差速器按工作特性可分為普通差速器和防滑差速器。

　　2.1 普通差速器

　　目前,工程車(chē)輛基本都采用對稱(chēng)式錐齒輪普通差速器。對稱(chēng)式錐齒輪差速器由行星齒輪、半軸齒輪、行星齒輪軸(十字軸或一根直銷(xiāo)軸)和差速器殼等組成。如圖1所示。左半差速器殼和右半差速器殼用螺栓固緊在一起。主減速器的從動(dòng)齒輪用螺栓(或鉚釘)固定在差速器殼右半部的凸緣上。十字形行星齒輪軸安裝在差速器殼接合面處所對出的圓孔內,每個(gè)軸頸上套有一個(gè)帶有滑動(dòng)軸承(襯套)的直齒圓錐行星齒輪，四個(gè)行星齒輪的左右兩側各與一個(gè)直齒圓錐半軸齒輪相嚙合。半軸齒輪的軸頸支承在差速器殼左右相應的孔中，其內花鍵與半軸相連。與差速器殼一起轉動(dòng)(公轉)的行星齒輪撥動(dòng)兩側的半軸齒輪轉動(dòng)，當兩側車(chē)輪所受阻力不同時(shí)，行星齒輪還要繞自身軸線(xiàn)轉動(dòng)一自轉，實(shí)現對兩側車(chē)輪的差速驅動(dòng)。

　　2.2 防滑差速器

　　普通差速器不僅使汽車(chē)通過(guò)復雜路面的能力差，而且高速轉彎時(shí)，內側車(chē)輪由于附著(zhù)力減小會(huì )產(chǎn)生滑轉，這不僅使汽車(chē)動(dòng)力不足，而且影響操縱穩定性。為此,某些越野汽車(chē)、高級轎車(chē)和輕型汽車(chē)上裝用了防滑差速器。常用的防滑差速器可分為人工強制鎖住式和自鎖式兩大類(lèi)。

　　人工強制鎖住式差速器是在普通差速器上加了一個(gè)差速鎖。當需要時(shí)，由駕駛員操縱差速鎖，使兩半軸成為一個(gè)整體，差速器不起作用，破壞了差速器平分扭矩的特性，達到所需的行駛要求。

　　自鎖式差速器的種類(lèi)很多，有摩擦片式、滑塊凸輪式和變傳動(dòng)式等。它們共同的特點(diǎn)是在兩驅動(dòng)輪(輪間差速器)或兩驅動(dòng)橋(軸間差速器)轉速不同時(shí)，不需要人工操縱，可自動(dòng)為轉速慢的車(chē)輪多分配一些扭矩,從而提高汽車(chē)的通過(guò)性和操縱的穩定性。圖2所示為摩擦片式自鎖差速器，它是普通行星齒輪差速器的變形。

　　十字軸的端部均切有凸V形斜面，差速器殼上與之相配合的孔較大，有凹V形斜面，兩行星齒輪軸的V形斜面是反向安裝的。殼體通過(guò)V形斜面向行星齒輪軸傳遞扭矩。每個(gè)半軸齒輪的背面有壓盤(pán)和主、從動(dòng)摩擦片。壓盤(pán)的內花鍵與半軸相連，從動(dòng)盤(pán)的內花鍵與壓盤(pán)相連，主動(dòng)摩擦片的外花鍵與差速器殼相連。壓盤(pán)與主、從動(dòng)摩擦片均有微小的軸向移動(dòng)。

　　3 一種新型自動(dòng)防滑差速系統

　　工程機械的作業(yè)一般都在環(huán)境惡劣下，而傳統差速系統鎖止范圍小、牽引操作性差，本文提出了一種電子控制式的自動(dòng)防滑差速系統。它可以把左、右輪的滑轉率之差控制在允許范圍內。當路面兩側附著(zhù)系數不同時(shí)，低附著(zhù)系數一側的驅動(dòng)輪滑轉,這時(shí)電子控制器驅動(dòng)鎖止閥，一定程度地鎖止差速器，使高附著(zhù)系數一側驅動(dòng)輪的驅動(dòng)力獲得充分發(fā)揮。從而提高車(chē)速和行駛穩定性。差速器鎖止程度的控制還有利于彎道行駛穩定性和操縱性。

　　3.1 系統組成原理

　　如圖3所示，在傳統差速系統輸出端的多片離合器片上安裝電磁閥和蓄能器，利用壓力傳感器實(shí)現增減壓控制。這種方式可以使鎖止程度逐漸變化,是一種電子控制液力操縱的可變鎖止差速系統,其控制來(lái)自蓄能器的高壓油液壓力。電控單元通過(guò)電磁閥調節來(lái)控制壓力值的大小;壓力傳感器和驅動(dòng)輪輪速傳感器產(chǎn)生的信號反饋給電控單元，實(shí)行反饋控制。電子控制的差速系統，可以把左右驅動(dòng)輪或前后驅動(dòng)橋的滑移率控制在允許范圍內。

　　當車(chē)輛起步時(shí)，調節差速器的鎖止程度，能使驅動(dòng)力充分發(fā)揮，提高車(chē)速與行駛穩定性;當左右驅動(dòng)輪在不同的分離附著(zhù)系數路面上以及彎道上行駛時(shí)。能提高汽車(chē)穩定性行駛能力。

　　3.2 系統硬件設計

　　自動(dòng)防滑差速系統是以AT89C4051單片機為核心，處理傳感器信號和控制電磁閥的通斷。整個(gè)系統硬件電路包括;單片機及其外圍電路、輪速采樣處理電路、電磁閥控制電路、系統保護電路等，如圖4所示。AT89C4051的P3.4、P3.5引腳處理傳感器采集信號;P1.7引腳控制電磁閥的通斷可控制壓力的大小;P1.O-P1.3接X(jué)25045看門(mén)狗電路。

　　3.2.1 系統保護電路

　　X25045是集看門(mén)狗、電壓監控和串行EEP-ROM三種功能于一身的可編程電路。這種組合設計減少了電路對電路板空間的需求。

　　X25045的看門(mén)狗為系統提供了保護功能。當系統發(fā)生故障而超過(guò)設置時(shí)間時(shí)，電路中的看門(mén)狗將通過(guò)。RESET信號向CPU作出反應。X25045提供了3個(gè)時(shí)間供用戶(hù)選擇使用。它所具有的電壓監控功能還可以保護系統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統將復位，直到電源電壓返回到穩定值。X25045的存儲器與CPU可通過(guò)串行通信接口，共有4096位，可以按512