随着新技术的发展，索道有了新的应用范围(如应用于吊装较大重物的架空索道吊装法)，近年来以其具有的突出优势，在特殊地形地质条件下采用常规施工方法难以施工的林业集运材、水利水电、公路桥梁、土建及其他工程施工中得到了广泛应用(周新年等，2010a;2010b)。液压系统作为遥控跑车的控制系统，对跑车的性能起着关键性作用。跑车通过遥控系统控制液压传动操作的握索机构，使跑车可在索道沿线任意点停留、自动落钩进行集运材生产作业(冯建祥等，1991)，属高性能全自动跑车(景林，2000)。液压传动控制是工业中用到的一种控制方式，在美国、日本、挪威、奥地利等国家已将液压技术应用到遥控跑车设计中(Mapelli et al.，2009;刘宏，1984)，各种形式的遥控跑车已相继问世，在生产中发挥了很大的作用。

遥控跑车主要由行走机构、起升机构、减速机构、制动机构、握索机构、液压传动系统及无线电遥控设备等组成(周新年，2012a)，见图 1。各部件采用模块化设计，便于拆装检查、维修和索道安装架设。

图 1 YP2.0 -A跑车原理 Fig. 1 The schematic of YP2.0 -A remote carriages 1.前后墙板Front and rear wall;2.轴承Bearing;3.行走轮Running wheel;4.连接杆Link;5.前后壁板Anterior andposterior frame plate;6.起重卷筒Lifting roll;7.刹车带Brake band;8.摩擦卷筒Friction roll;9.挡圈Ring;10.轴承Bearing;11.端盖Cover;12.螺栓Bolt;13.定轴轮系Ordinary gear train;14.传动机构Transmission;15.拨叉Fork;16.电磁阀Solenoid valve;17.蓄电池Battery;18. Slide gear;19.轴承Bearing;20.棘轮机构Ratchet mechanism;21.平键Flat key;22.起动电机Starter motor;23.滤网Filter;24.油泵Pump;25.油箱Tank;26.溢流阀Relief valve;27.单向阀Check valve;28.面位弹簧Surface spring;29.握索块Cable grip block;30.夹索块Clip rope block;31.行程开关Limit switch;32.握索夹紧块Holding rope grip block;33.握索油缸Holding rope cylinder;34.刹车凸轮Brake cam;35.限位螺母Limit nut;36.制动弹簧Brake spring;37.小轮Smaller sheave;38.刹车油缸Brake cylinder;39.油管Oiltube;40.球状电磁阀Spherical valve;41.弹簧式蓄能器Spring-loaded accumulator;42.棘轮机构Ratchet mechanism;43.传动齿轮Transmission gear;44.发电机Generator;45.导线Wire;46.电流开关Switch;47.中间继电器Relay.

遥控跑车液压系统包括动力装置(液压泵)、执行装置(液压缸)、控制装置(液压阀)、辅助装置以及工作介质5大部分。相对于YP_2.5 -A遥控跑车，YP_2.0 -A集材索道遥控跑车改进了液压系统与遥控系统，将数字通信技术和高性能集成电路应用到遥控液压控制技术中，使得遥控液压控制系统的性能更加完善，并提高了系统的可靠性(沈嵘枫，2010a;2012)。YP_2.0 -A遥控跑车遥控系统由电源、单片机、信号发射器、接收器、驱动电路构成。当信号接收器收到信号发射器发出的信号后，对信号进行处理，然后将信号传给单片机，单片机根据该信号对外部的充放油控制电路进行控制(邬伟奇，2004;张晖，2009;石晶晶等，2008)。

遥控跑车由绞盘机牵引上行到达集材地点，由捆木工操纵无线点发射机发出一个闭合指令，跑车上的接收机按指令自动释放蓄能器中的压力油，压力油经液压油路传至3个工作油缸，握索油缸推动握索夹紧板握紧承载索，跑车停止运行。同时，制动油缸顶开制动弹簧，使摩擦卷筒的制动蹄松开，循环牵引索继续向上移动，带动摩擦卷筒转动，压力油迅速升至工作压力，这时握索夹紧板将牢牢握紧承载索。

根据YP_2.0 -A遥控跑车设计参数，索长L=500 m、索道倾角α=30 °、循环牵引索单位长度重力q=2.1 N·m^-1、无荷中挠系数S₀=0.03、设计荷重Q₂=20 000 N、水平分拉力H=180.16 kN。根据悬索理论，下滑时最大升角γ_max应该小于30°，上行时大于30°(东北林学院，1985)。最大升角参照《林业索道》(东北林学院，1985): 1)跑车向高支点运行的最大升角计算公式，2)跑车向低支点运行的升角计算公式，最大升角γ_max=35.63°。受力分析如图 2所示。

	图 2 行走轮受力 Fig. 2 The force of the running wheel

1)握索油缸

由图 2可知，荷重的下滑力Z为:

又Q为设计荷载、跑车质量(400 kg)与钢丝绳自重之和:

可求得，Z=24 525×sin35.63°-0.007×24 525×cos35.63°=14 147 N。

从而有，

$ {F_{握}} = \zeta Z = 1.1 \times 14{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} 147 = 15{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} 562N。 $

由上式可知，握索力F_握=15 562 N，安全系数K=1.5。

握索正压力: ${P_{正}} = \frac{{{{F'}_{握}}}}{{2f}} = \frac{{23{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} 343}}{{2 \times 0.12}} = 97{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} 262.5N$。

2)制动油缸

制动油缸制动力:

跑车的设计起吊质量2 t。

1)工作负载F

握索油缸工作负载: F=P_正=97 262.5 N。

制动油缸工作负载: F=F_制=3 000 N。

2)液压缸在一个工作循环中的负载变化范围见表 1。液压缸的机械效率取η_m=0.9。

表 1 一个工作循环中的负载变化范围 Tab.1 The range of load variation in a work cycle

表 1 一个工作循环中的负载变化范围 Tab.1 The range of load variation in a work cycle 液压缸名称 Name of the hydraulic cylinder 工况 Conditions 荷载 Load F/N 推力 Thrust F/ηm/N 制动油缸 Brake cylinder 进油Inlet 0～3 000 0～3 333 保压 Pressure maintaining 3 000 3 333 卸油 Oil discharge 3 000～0 3 333～0 握索油缸 Grip cable cylinder 进油Inlet 0～104 271 0～115 857 保压 Pressure maintaining 104 271 115 857 卸油 Oil discharge 104 271～0 115 857～0

握索油缸和制动油缸设计参数与计算公式基本相同，设计参数见表 2。

表 2 油缸设计参数 Tab.2 Cylinder design parameters

表 2 油缸设计参数 Tab.2 Cylinder design parameters 设计参数 Design parameters 计算公式 The formula 液压缸 Hydraulic cylinder 制动油缸 Brake cylinder 握索油缸 Grip cable cylinder 受力 Force/N F=KP 3 000 104 271 缸筒内径 The inner diameter of the cylinder/mm $D = \sqrt {\frac{{4F}}{{\pi P}}} $ 25 80 活塞杆直径 Piston rod diameter/mm $d = \left( {\frac{1}{5}～\frac{1}{3}} \right)D$ 10 20 缸筒壁厚 The thickness of the cylinder/mm $\delta \ge \psi \frac{{{P_y}D}}{{2.3\left[ \sigma \right] - P}} + c$ 5 15 缸筒外径 The outside diameter of the cylinder/mm D外=D+2δ 35 110 工作行程 The stroke/mm l 70 30 最小导向长度 Minimum guide length/mm $H \ge \frac{L}{{20}} + \frac{D}{2}$ 20 45 活塞宽度 Piston width/mm B=0.6 D 15 48 缸体内部长度The interior length of the cylinder/mm L=B+l 85 78

各液压缸的流量Q₁，Q₂计算公式Q:

制动油缸中D₁=25 mm，工作时间为1 s完成一个工作行程，故V₁=0.03 m·s^-1，制动油缸流量:

握索油缸中D₂=80 mm，工作时间为1 s完成一个工作行程，故V₂=0.025 m·s^-1，握索油缸流量:

工作总流量Q: Q=Q₁+Q₂=8.7 L·min^-1。

主要液压元件技术参数见表 3。

表 3 跑车液压系统中控制阀和部分辅助元件技术参数 Tab.3 The parameters of the control valve and auxiliary components in the carriage hydraulic system

表 3 跑车液压系统中控制阀和部分辅助元件技术参数 Tab.3 The parameters of the control valve and auxiliary components in the carriage hydraulic system 序号 No． 元件名称 Component name 流量 Flow/(L·min-1) 型号 Model 规格 Specifications 1 柱塞液压泵Piston pump 10 10MCY14-1B 31.5 MPa 2 单向阀Check valve 30 DF-B10K3 10通径，35 MPa Size 10，35 MPa 3 D型直动式溢流阀Model D directly operated relief valve 16 DT-02-H-22 1/4'通径，35 MPa Size 1/4'，35 MPa 4 油箱Oil tank 容积4 L Volume 4 L 5 球状电磁阀Solenoid valves 23QDF 10通径，31.5 MPa Size 10，31.5 MPa 6 蓄能器Accumulator NXQ1-L0.63/31.5LH 15通径，31.5 MPa Size 15，31.5 MPa

握索系统由蓄能器提供压力油，当蓄能器的压力低于设定值时，充液阀为其充液，保证其有充足的压力来松开握索块;当蓄能器的压力达到设定值时，充液阀的压力油流向回油油路(沈嵘枫，2010b;向琴等，2012;赵东升，2013)。设握索块的质量为5 kg，跑车的质量为400 kg，握索时间为2 s。AMESim中构建蓄能器回路模型，对握索机构的动态特性进行仿真分析(图 3)。

	图 3 握索块液压控制仿真 Fig. 3 The hydraulic simulation of holding rope block

根据仿真结果可以看出:在握索油缸工作时，握索块的受力能够保持在5 000 N，握索块的移动速度在1 s达到稳定状态。液压系统满足设计要求。

与YP_2.5 -A集材索道遥控跑车对比，YP_2.0 -A的主要元器均采用标准元器件，在提高液压系统密封性的同时，蓄能器提供的液压油油压由24 MPa提高到30 MPa，提高了握索机构的初始握索力。机构改由液压控制夹紧爪与夹紧块2个保障体系组成，控制系统采用电动液压来实现。改变液压控制阀输出流量的大小和方向，进而改变液握索块的行程速度大小和方向，实现遥控跑车在索道沿线任意点停留。液压系统提高了遥控跑车的运行效率、速度稳定性。

在遥控跑车的推广应用中，有13条不同集运量的索道做原始纪录和成本分析，经统计分析处理，得出成本为110～130元·m^-3。

索道集材过程分为落钩、起钩、运载、落钩、起钩和回空6个工作环节(周新年，2008)。集材作业时，接收机安装在跑车上，绞盘机上装有讯号接收装置(李亮，2011;谭宝成，2001)。捆木工和卸材工根据各工作环节，通过发射机发射遥控信息，控制液压阀动作来完成跑车动作。

JS-2.0-BL遥控集材索道采用YP_2.0 -A遥控跑车，配以JSX2-2.0绞盘机以及Ⅲ43索系。与传统集材方式相比，该遥控集材索道的地形适应性强，索系简单，仅1条循环牵引索便能实现索道沿线任意点的自动起落钩，进行原木、原条或伐倒木的全悬空或半悬空、顺坡或逆坡集材作业和装车作业。YP_2.0 -A遥控跑车运行速度2～5 m·s^-1，载重量达2t，台班产量达45～60 m³，集距100～500 m，与人力集材相比，单位木材生产成本降低33%，工效提高98%;与板车集材相比，单位木材生产成本降低36%，工效提高56%。出材量越大，遥控索道的经济效益越大，工效也越高。该索道生产工艺仅由3～5人完成: 1～2人捆挂，1～2人卸材，1人开机。所有工作环节均通过发射机指令(握索、卸荷)和机手操纵绞盘机(正、反、停)共同实现(跑车和绞盘机上均安装有信号接收装置)。因此，该遥控集材索道非常适合人工林集材作业，具有良好的生态效益、经济效益和社会效益。

在系统分析YP_2.0 -A遥控跑车主要技术参数、结构及其工作原理的基础上，对液压系统进行设计，包括液压缸、液压泵、蓄能器等，通过合理选择液压元件，提高了液压系统的灵敏性、安全性和可靠性，实现索道集材运行的自动化和精确控制，确保遥控索道生产安全和联合作业。实践证明，索道采用YP_2.0 -A遥控跑车具有在任意点进行横向或顺坡、逆坡集材的功能，操控技术先进;有利于提高生产效率，降低生产成本;有利于保护生态环境，改善劳动条件。考虑“一机多用”的原则，新型遥控跑车还可研制应用于一些采用常规施工方法难以施工的水利水电、公路桥梁和土建施工中。随着资源利用转型和生态保护意识增强，林区和矿区生产应用的新型遥控跑车配套自走式遥控绞盘机，是新型索道未来的发展趋势(周新年等，2008;2010;2012a;2012b)。