大型礦用自卸車靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、第3章 靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 大型礦用自卸車是現(xiàn)代礦山企業(yè)重要的運(yùn)輸工具之一，目前普遍使用的是大型電動(dòng)輪自卸車，已暴露出其體積龐大、重量大、故障率高等缺點(diǎn)。由于靜液壓傳動(dòng)具有工作平穩(wěn)、沖擊小、重量輕、無級(jí)調(diào)速及調(diào)速范圍大、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、在惡劣工作條件下相對(duì)電傳動(dòng)性能更可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速，已受到車輛傳動(dòng)領(lǐng)域的廣泛重視。在分析了礦用電動(dòng)輪自卸車電動(dòng)輪傳動(dòng)型式、工作條件及負(fù)載變化后，參考由湘潭電機(jī)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的108t電動(dòng)輪自卸車，結(jié)合靜液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了大型礦用自卸車的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)是由四個(gè)液壓馬達(dá)輸出扭矩驅(qū)動(dòng)車輛的四輪驅(qū)動(dòng)型式，采用雙泵供油的閉式變量系統(tǒng)；鑒于

2、轉(zhuǎn)向和舉傾不同時(shí)發(fā)生，在設(shè)計(jì)中采用舉傾時(shí)雙泵合流的供油方式，從而充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)功率，減少了能量損耗；同時(shí)還對(duì)大型礦用自卸車的制動(dòng)性能進(jìn)行了分析，能夠滿足其制動(dòng)要求。 關(guān)鍵詞：礦用自卸車；電動(dòng)輪自卸車；靜液壓傳動(dòng) 目錄 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第1章 緒論 1 1．1 大型礦用電動(dòng)輪自卸車的現(xiàn)狀及發(fā)展 1 1．2 現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展 2 1．3 大型礦用自卸車用靜液壓驅(qū)動(dòng)的可行性與優(yōu)越性 3 1．4 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo) 4 第2章 主要技術(shù)參數(shù)及對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 5 2．1 主要技術(shù)參數(shù) 5 2．2 主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 5 第3章 靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

3、的設(shè)計(jì) 6 3．1 車輛行走機(jī)構(gòu)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 6 3．2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的型式 6 3.2.1 容積調(diào)速系統(tǒng) 6 3.2.2 功率分流液壓調(diào)速系統(tǒng) 7 3．3 行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的主要參數(shù) 7 3．4 靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 8 3.4.1 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的型式 8 3.4.2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案 12 3．5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3.5.1 確定液壓系統(tǒng)的工作壓力 13 3.5.2 液壓傳動(dòng)參數(shù)及性能的計(jì)算 13 3.5.3 輔助裝置 21 3．6 擬定驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理圖 23 3．7 液壓元件的選擇和設(shè)計(jì) 25 第4章 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

4、的設(shè)計(jì) 27 4．1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本要求 27 4．2 轉(zhuǎn)向方式及轉(zhuǎn)向隨動(dòng)系統(tǒng)方框圖 27 4.2.1 輪式車輛轉(zhuǎn)向方式 27 4.2.2 轉(zhuǎn)向隨動(dòng)系統(tǒng)方框圖 28 4．3 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的選擇 28 4．4 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 29 4.4.1 轉(zhuǎn)向阻力矩的計(jì)算 29 4.4.2 轉(zhuǎn)向油缸參數(shù)的確定 30 4.4.3 轉(zhuǎn)向器參數(shù)的確定 32 4.4.4 油泵參數(shù)的確定 33 4．5 擬定液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖 33 第5章 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 35 5．1 概述 35 5．2 舉傾系統(tǒng)的限速措施 35 5．3 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 36

5、5.3.1 傾卸油缸行程及內(nèi)徑的計(jì)算 37 5.3.2 傾卸油缸容積及油泵的計(jì)算 39 5．4 擬定液壓舉傾系統(tǒng)工作原理圖 39 第6章 制動(dòng)性能分析 41 6．1 制動(dòng)力矩和制動(dòng)力 41 6.1.1 前輪制動(dòng)力矩和制動(dòng)力 41 6.1.2 后輪制動(dòng)力矩和制動(dòng)力 42 6．2 前后輪附著力及滾動(dòng)阻力 42 6．3 制動(dòng)加速度和制動(dòng)距離 43 第7章 系統(tǒng)總成 45 7．1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和舉升系統(tǒng)的組合 45 7.1.1 系統(tǒng)的組合 45 7.1.2 舉升轉(zhuǎn)向組合系統(tǒng)元件的選擇 47 7．2 大型礦用自卸車靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的總成 47 7．3 靜液壓傳動(dòng)系

6、統(tǒng)動(dòng)力來源傳動(dòng)裝置的選擇 50 第8章 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 51 8．1 液壓系統(tǒng)壓力損失 51 8．2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升 52 8.2.1 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 52 8.2.2 液壓系統(tǒng)的散熱功率 53 8．3 液壓系統(tǒng)沖擊壓力 54 結(jié)論 57 致謝 58 參考文獻(xiàn) 59 附錄 60 第1章 緒論 1．1 大型礦用電動(dòng)輪自卸車的現(xiàn)狀及發(fā)展 自1963年由美國Unit-Rig公司G.E公司合作研制出世界上第一臺(tái)裝載質(zhì)量問77t礦用電動(dòng)輪自卸車以來，經(jīng)過多年的不斷完善和大量新技術(shù)、新材料、新工藝的采用，重型礦用電動(dòng)輪自卸車作為汽車

7、中的新品種已發(fā)展成熟，已經(jīng)有108t、154t、170t、280t等多個(gè)系列。它是目前過內(nèi)外大型露天礦普通采用的高效運(yùn)輸設(shè)備，已占有大份額市場(chǎng)。國內(nèi)礦用電動(dòng)輪自卸車在我國大型露天礦山的使用始于70年代中期，使用單位主要分布在煤炭、冶金等行業(yè)，其裝載質(zhì)量主要為108t和154t兩種。國外生產(chǎn)重型礦用自卸車的主要廠家有：小松礦用設(shè)備公司、尤克里德-日產(chǎn)公司、卡特彼勒、利勃海爾公司等，其共同特點(diǎn)是：車型全系列、部件專業(yè)化、有完整的配套體系。我國重型礦用電動(dòng)輪自卸車的生產(chǎn)廠商主要有三家：湘潭電機(jī)廠、本溪重型汽車廠和常州冶金機(jī)械廠。湘潭電機(jī)廠生產(chǎn)的自卸車經(jīng)過不斷改進(jìn)和完善，吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)形成了

8、幾個(gè)系列，遼寧本溪重型汽車廠由于多種原因現(xiàn)已停產(chǎn)，江蘇常州冶金機(jī)械廠主要與美國Unit-Rig公司合作生產(chǎn)Mark-36型154t礦用電動(dòng)輪自卸車。 目前重型礦用電動(dòng)輪自卸車驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式都是采用交-直流傳動(dòng)，由柴油機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出三相中頻交流電，經(jīng)外部整流裝置整流變成直流電后輸往汽車后橋兩側(cè)的直流牽引電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)汽車行駛。舉升和轉(zhuǎn)向采用液壓系統(tǒng)，有兩種形式：常流式和常壓式，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向，舉升系統(tǒng)才采用側(cè)置式雙缸三級(jí)雙作用油缸外置于車架兩側(cè)。電傳動(dòng)系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、牽引電機(jī)、和電控制三大部分組成，其主要滿足恒功控制的要求。驅(qū)動(dòng)形式通常都采用42后軸驅(qū)動(dòng)。 重型礦用電動(dòng)輪自卸車的發(fā)展

9、趨勢(shì)主要是三點(diǎn)： 1. 大型化。促使礦用電動(dòng)輪自卸車朝大型化方向發(fā)展的動(dòng)因主要有兩個(gè)：一是大型露天礦山開采的需要，二是大型機(jī)械傳動(dòng)自卸車的發(fā)展。隨著大型礦山的發(fā)展和開采運(yùn)輸量的增大，為了提高運(yùn)輸效率、降低成本，許多大型礦山都傾向于采用大噸位礦用自卸車，這促使許多制造廠家相繼研制開發(fā)出大噸位礦用電動(dòng)輪自卸車一滿足礦山用戶的需要。高速發(fā)展的電子技術(shù)、控制技術(shù)和新型電子元器件的出現(xiàn)、大功率車用柴油機(jī)的問世、高負(fù)荷大型輪胎材料的研制成功及相關(guān)技術(shù)的解決和發(fā)展又為礦用電動(dòng)輪自卸車的大型化鋪平了道路。因此，礦用電動(dòng)輪自卸車的大型化已經(jīng)成為許多制造廠家為開拓市場(chǎng)吸引更多客戶而普遍采用的一種競(jìng)爭(zhēng)策略

10、。 2．計(jì)算機(jī)控制和大量新的電控元器件的使用。80年代中后期開始，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)逐步用于礦用電動(dòng)輪自卸車的車速自動(dòng)調(diào)節(jié)、柴油機(jī)燃油噴射及整車的故障分析診斷等領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等的進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)將在礦用電動(dòng)輪自卸車的許多方面得到應(yīng)用，從而減輕駕駛員和礦山維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高電動(dòng)輪自卸車的自動(dòng)化程度和勞動(dòng)生產(chǎn)率，使其性能和工作可靠性將得到進(jìn)一步的提高。隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和大功率逆變器的問世，重型礦用電動(dòng)輪自卸車已開始采用交-交傳動(dòng)。 3．整車性能和工作可靠性進(jìn)一步提高。目前國內(nèi)外許多廠家已將大量先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和成熟的分析軟件應(yīng)用在礦用電動(dòng)輪自

11、卸車的前后橋懸架系統(tǒng)、車架、后橋殼等關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)力分析中，以提高整車的工作可靠性、操縱穩(wěn)定性及整車使用壽命。 4．采用雙能源作動(dòng)力。重型電動(dòng)輪自卸車采用輔助架線供電和本身柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為雙能源運(yùn)行也是一個(gè)值得關(guān)注的新趨向。雙能源礦用自卸車的出現(xiàn)既解決了礦用電動(dòng)輪自卸車重載上坡時(shí)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足、車速慢等問題，又節(jié)約了能源，降低了柴油機(jī)廢氣的排放，利于環(huán)境保護(hù)。 但是電動(dòng)輪自卸車有體積龐大、重量大、故障率高、維修次數(shù)多等缺點(diǎn)，因此，結(jié)合現(xiàn)代傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，探索一種礦用自卸車新的傳動(dòng)方法是必要的。 1．2 現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展 液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各

12、國對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。世界液壓元件的總銷售額為350億美元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的2%～3.5%，而我國只占1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動(dòng)力，易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，液壓技術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門。但是近年來，液壓技術(shù)面臨與機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)，如：數(shù)控機(jī)床、中小型塑機(jī)已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動(dòng)。其主要原因是液壓技術(shù)存在滲漏、維護(hù)

13、性差等缺點(diǎn)。為此，努力發(fā)揮液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓產(chǎn)品參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)取勝的關(guān)鍵。 為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷發(fā)展，不斷提高和改進(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場(chǎng)需求。這是液壓技術(shù)的創(chuàng)新特征，液壓技術(shù)的不斷發(fā)展體現(xiàn)在如下一些比較重要的特征上： 一、提高元件性能，創(chuàng)制新元件，體積不斷縮小。為了能在盡可能小的空間里傳遞盡可能大功率，液壓元件的結(jié)構(gòu)不斷地在向小型化發(fā)展。市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種新型的被稱為“肌腱”的執(zhí)行元件。它的形狀像一根兩端有接頭

14、的軟管，把它接入系統(tǒng)使用時(shí)，它的徑向和軸向都會(huì)發(fā)生伸縮，軸向的伸縮量可達(dá)其總長的15%--30%。在相同條件下，它的作用力是普通汽缸的10倍。這種元件抗污染，運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)生抖動(dòng)，在有些場(chǎng)合還可用它的徑向膨脹去夾持工件等，是一種極有應(yīng)用前景的元件，而微型元件也得到發(fā)展，如活塞直徑小到2.5mm的汽缸，10mm寬的氣閥以及相關(guān)的輔助元件已成為系列化產(chǎn)品。由于這些元件能在0.2---0.7Mpa壓力下工作，所以可被方便地集成到標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中。新小型閥，在流量相同時(shí)，它的體積僅是過去的7%。這些小，微型的元件已被應(yīng)用于精密機(jī)械加工，電子工業(yè)，制藥工業(yè)，食品加工和包裝技術(shù)等場(chǎng)合。 二、高度的組合化，集成化

15、和模塊化。液壓系統(tǒng)由管式配置經(jīng)板式配置，箱式配置，集成塊式配置發(fā)展到疊加式配置，插裝式配置，使連接的通道越來越短。也出現(xiàn)了一些組合集成件，如把液壓泵和壓力閥作成一體，把壓力閥插裝在液壓泵的殼體內(nèi)，把液壓缸和換向閥作成一體，只需接一條高壓管與液壓泵相連，一條回油管與油箱相連，就可以構(gòu)成一個(gè)液壓系統(tǒng)。這種組合件不但結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，而且簡(jiǎn)便，也容易維護(hù)保養(yǎng)。 三、與微電子結(jié)合，走向智能化。液壓技術(shù)從本世紀(jì)70年代中期起就開始和微電子工業(yè)接觸，并相互結(jié)合。在迄今30多年時(shí)間內(nèi)，結(jié)合層次不斷提高，由簡(jiǎn)單拼裝，分散混合到總體組合，出現(xiàn)了多種形式的獨(dú)立產(chǎn)品如數(shù)字液壓泵，數(shù)字閥，數(shù)字液壓缸等，其中的高級(jí)

16、形式已發(fā)展到把編了程的芯片和液壓控制元件，液壓執(zhí)行元件或能源裝置，檢測(cè)反饋裝置，數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，集成電路等匯成一體，這種匯在一起的聯(lián)結(jié)體只要一收到微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)處送來的信息，就能實(shí)現(xiàn)預(yù)先規(guī)定的任務(wù)。液壓技術(shù)的智能化階段雖然開始不久，但是從它的星星點(diǎn)點(diǎn)實(shí)踐成功的事例來看，成果已非常誘人。液壓技術(shù)在與微電子技術(shù)緊密結(jié)合后，在微型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)的控制下，可以進(jìn)一步拓寬它的應(yīng)用領(lǐng)域，形形式式機(jī)器人和智能元件的使用不過是它最常見的例子而已?，F(xiàn)在國外已在著手開發(fā)多種行業(yè)能通用的智能組合硬件，它們只需配上適當(dāng)?shù)能浖涂梢栽诓煌男袠I(yè)中完成不同任務(wù)。這樣一來，用戶的主要技術(shù)工作將只是挑選，改編或自編計(jì)算

17、程序了。 綜上所述可以看到，液壓元件將向高性能、高質(zhì)量、高可靠性、系統(tǒng)成套方向發(fā)展；向低能耗、低噪聲、低振動(dòng)、無泄漏以及污染控制、應(yīng)用水基介質(zhì)等適應(yīng)環(huán)保要求方向發(fā)展；開發(fā)高集成化高功率密度、智能化、機(jī)電一體化以及輕小型微型液壓元件；積極采用新工藝、新材料和電子、傳感等高新技術(shù)。液壓工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的作用實(shí)在很大，它常?？梢杂脕碜鳛楹饬恳粋€(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的液壓工業(yè)還是比較落后的，標(biāo)準(zhǔn)化的工作有待于繼續(xù)做好，優(yōu)質(zhì)化的工作須形成聲勢(shì)，智能化的工作則剛剛在準(zhǔn)備起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上。 可以預(yù)見，為滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，液壓技術(shù)也將繼續(xù)獲得

18、飛速的發(fā)展，它在各個(gè)工業(yè)部門中的應(yīng)用越來越廣泛。 1．3 大型礦用自卸車用靜液壓驅(qū)動(dòng)的可行性與優(yōu)越性 與車輛的其它系統(tǒng)相比，行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅需要傳輸更大的功率，要求器件具有更高的效率和更長的壽命，還希望在變速調(diào)速、差速、改變輸出軸旋轉(zhuǎn)方向及反向傳輸動(dòng)力等方面具有良好的能力。于是，采用何種傳動(dòng)方式，如何更好地滿足各種車輛行走驅(qū)動(dòng)的需要，一直是車輛研究和使用所要面對(duì)的課題。尤其是近年來，隨著我國交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的快速發(fā)展，礦山開發(fā)規(guī)模將不斷擴(kuò)大，大型礦用自卸車在市場(chǎng)需求大大增強(qiáng)的同時(shí)，更面臨著作業(yè)環(huán)境更為苛刻、工況條件更為復(fù)雜等所帶來的挑戰(zhàn)，也進(jìn)一步推動(dòng)著對(duì)其行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的深入研究

19、。 靜液壓傳動(dòng)技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用始于上世紀(jì)80年代，主要應(yīng)用于聯(lián)合收割機(jī)、叉車、市政工程機(jī)械等。它是伴隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)與元件制造技術(shù)的快速發(fā)展而成長起來的先進(jìn)傳動(dòng)方式，由于具有傳遞效率高，可進(jìn)行恒功率輸出控制，功率利用充分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出轉(zhuǎn)速無級(jí)調(diào)速，可正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)，速度剛性大，動(dòng)作實(shí)現(xiàn)容易等突出優(yōu)點(diǎn)，其在各種車輛的系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)異的微動(dòng)性能，使駕駛員能夠更加準(zhǔn)確定位。 靜液壓傳動(dòng)裝置以液壓泵和液壓馬達(dá)為主組成，附加各種變量控制單元和傳動(dòng)元件（減速器或變速箱），成為一種無級(jí)變速的傳動(dòng)裝置。靜液壓傳動(dòng)與現(xiàn)在重型礦用自卸車上采用的交-直流傳動(dòng)和交-交傳動(dòng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、 1.實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速更加方便，且調(diào)速平穩(wěn)、均勻、準(zhǔn)確、加速性能好，調(diào)速性能更可靠，換向方便。 2.發(fā)動(dòng)機(jī)在任一調(diào)定轉(zhuǎn)速下工作，傳動(dòng)系統(tǒng)都能發(fā)揮出較大的牽引力。在靜態(tài)啟動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)與大的阻力矩，能迅速建立起相應(yīng)大的工作壓力，從而獲得大的啟動(dòng)力矩。通過液壓泵和液壓馬達(dá)的變排量可以保證很好的低速運(yùn)行工況。 3.傳動(dòng)系統(tǒng)能在很寬的輸出轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高的效率。 4.行走功率和作業(yè)裝置功率可以合理匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率充分利用。 5.液壓泵和液壓馬達(dá)的位置布置比較靈活。 6.能夠較大地減輕礦用自卸車的自重，提高礦山運(yùn)輸能力和運(yùn)輸效率。 7.液壓泵和液壓馬達(dá)都容易采用電比例變量控制，微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展

21、，使二者很好的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化控制。 8.在礦山開發(fā)和運(yùn)輸作業(yè)環(huán)境苛刻、工況條件復(fù)雜的情況下，靜液壓傳動(dòng)比交-直流傳動(dòng)和交-交傳動(dòng)有更高的可靠性。 車輛合理運(yùn)用靜液壓驅(qū)動(dòng)裝置，能改善機(jī)構(gòu)性能，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省能量消耗，使機(jī)器的品質(zhì)上升到一個(gè)新的階段。借助電子技術(shù)與靜液壓傳動(dòng)技術(shù)的結(jié)合，可以很方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的各種調(diào)節(jié)和控制。而計(jì)算機(jī)控制的引入和各類傳感元件的應(yīng)用，更極大地?cái)U(kuò)展了液壓元件的工作范圍。通過傳感器監(jiān)測(cè)工程車輛各種狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)運(yùn)算輸出控制目標(biāo)指令，使車輛在整個(gè)工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，機(jī)器的燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、作業(yè)生產(chǎn)率均達(dá)到最佳值。因此，采用靜液壓傳動(dòng)可使車輛易于實(shí)

22、現(xiàn)智能化、節(jié)能化和環(huán)保化，而這已成為當(dāng)前和未來重型車輛的發(fā)展趨勢(shì)。隨著靜液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和所用元件的完善，在重型礦用自卸車上采用靜液壓傳動(dòng)裝置很有可能成為一種新的發(fā)展和趨勢(shì)，有很廣泛的市場(chǎng)潛力。 1．4 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo) 通過對(duì)湘潭電機(jī)廠生產(chǎn)的108t大型自卸車相關(guān)參數(shù)的分析，結(jié)合實(shí)際將其驅(qū)動(dòng)型式改為靜液壓驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)出較為合理的靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)液壓系統(tǒng)的牽引特性進(jìn)行分析、計(jì)算和對(duì)各個(gè)參數(shù)的校核，同時(shí)設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和舉升系統(tǒng)，對(duì)其原來的系統(tǒng)一定程度上進(jìn)行改進(jìn)。 所做的設(shè)計(jì)和改進(jìn)力求做到更好，但由于水平有限，肯定存在不少問題和漏洞，希望在以后的求知過程中能進(jìn)一步完善。

23、 第2章 主要技術(shù)參數(shù)及對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 2．1 主要技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)參數(shù)是車輛已知參數(shù)設(shè)計(jì)所必須滿足的車輛技術(shù)性能，大型礦用自卸車各參數(shù)如下： 最大載重量：108t 車輛自重：85t 車廂重量：19t 最高行駛速度：50km/h 最大爬坡度：17% 卸料舉升時(shí)間：≤ 20 s 輪邊減速器傳動(dòng)比：27～35 液壓系統(tǒng)壓力： 行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：≤ 33MPa 舉升系統(tǒng)：≤ 25MPa 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

24、：≤ 20MPa 2．2 主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 重型礦用自卸車在礦山條件下工作，工作條件比較惡劣，而且主機(jī)經(jīng)常處于經(jīng)常處于起制動(dòng)狀態(tài)，外負(fù)載和沖擊很大，同時(shí)，希望自卸車的生產(chǎn)率盡可能大，因而液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足以下幾方面要求： 1．要保證液壓系統(tǒng)有足夠的可靠性。由于自卸車載重量大而且運(yùn)行速度又比較高，所以對(duì)液壓系統(tǒng)可靠性要求要高。選擇元件時(shí)要選擇可靠、耐沖擊、抗污染能力強(qiáng)的液壓元件，要盡量減少系統(tǒng)的發(fā)熱，主機(jī)連續(xù)工作油溫一般不能超過80℃，自卸車屬于行走機(jī)械，故油箱不能太大，因此要設(shè)置冷卻器。 2．因舉升卸料時(shí)車輛不轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向時(shí)不卸料，所以舉升和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無需保證同時(shí)工作，因此為簡(jiǎn)化系統(tǒng)、充分

25、利用泵和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，可設(shè)置合流措施。 3．系統(tǒng)要能同時(shí)滿足低速大扭矩牽引和高速行駛要求。 4．各裝置的液壓缸和液壓馬達(dá)要有良好的過載保護(hù)措施，工作裝置液壓缸和行走驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)回路為防止重力超速，需要限速措施。 5．為保證液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的壽命，必須保證液壓油的清潔度，因此要設(shè)置可靠、高效濾油裝置。 第3章 靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3．1 車輛行走機(jī)構(gòu)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 大型自卸車作業(yè)時(shí)牽引力和車速的變化范圍大，并且變化急劇、頻繁、工作條件苛刻，因而對(duì)液壓傳動(dòng)裝置的要求是： 1．應(yīng)采用精心設(shè)計(jì)的“背靠背”傳動(dòng)裝置，以及泵和馬達(dá)之間采用盡量短的管路連接，在素的和

26、轉(zhuǎn)矩較寬的范圍內(nèi)能夠獲得總效率的85%以上，把發(fā)動(dòng)機(jī)的功率充分利用與速度和牽引力的寬范圍內(nèi)。 2．能利用傳動(dòng)系統(tǒng)本身精心可靠地制動(dòng)。 3．對(duì)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)，以滑移方式轉(zhuǎn)向。 4．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液壓元件要耐久、可靠。 3．2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的型式 3.2.1 容積調(diào)速系統(tǒng) 依據(jù)工程機(jī)械，其液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的變速裝置是利用改變液壓泵或液壓馬達(dá)的排量來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，稱為容積調(diào)速回路。由于這種調(diào)速系統(tǒng)具有較高的效率，所以是廣泛使用的液壓調(diào)速系統(tǒng)。 圖一所示是由雙向變量泵和變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)調(diào)節(jié)變量泵1和變量馬達(dá)的斜盤傾角，可改變其輸出流量，從而獲得不同的馬達(dá)轉(zhuǎn)速；改變斜盤

27、方向可改變油流方向，使馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向相應(yīng)地得到改變。輔助泵3用以向系統(tǒng)補(bǔ)油，并起冷卻作用，其壓力由溢流閥7調(diào)定?；芈分杏袃蓚€(gè)補(bǔ)油閥4，梭閥6在主油路高壓控制下與常開式的溢流閥8接通，因此，工作中總有一部分油通過溢流閥8流回油箱，以便冷卻油液。主回路中兩個(gè)安全閥5保護(hù)系統(tǒng)不致破壞。 圖3.1 變量泵--變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng) 3.2.2 功率分流液壓調(diào)速系統(tǒng) 功率分流液壓調(diào)速系統(tǒng)又稱雙功率流傳動(dòng)裝置。由液壓泵和液壓馬達(dá)組成的單純的液壓調(diào)速系統(tǒng)隨著傳遞動(dòng)力的增加使其容量過大，這樣其傳動(dòng)效率有所降低，因此出現(xiàn)了把行星差動(dòng)輪系與液壓調(diào)速裝置組合起來的功率分流液壓調(diào)速系統(tǒng)。它將動(dòng)力分成兩路平

28、行傳遞，一路通過行星齒輪傳遞，另一路為液壓傳動(dòng)。在功率分流傳動(dòng)中，液壓系統(tǒng)主要起調(diào)速作用，機(jī)械系統(tǒng)主要用來傳遞動(dòng)力。雖然該調(diào)速系統(tǒng)有效地利用了液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，又保持了齒輪傳動(dòng)的優(yōu)越性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，只適用于大功率的車輛上。 3．3 行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的主要參數(shù) 決定驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)性能的主要技術(shù)參數(shù)有：行駛驅(qū)動(dòng)功率、牽引力、車速、最大爬坡度等。 1．牽引力F 對(duì)于運(yùn)輸車輛來說，牽引力大意味著載重量大，爬坡和加速性能好，因而可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。牽引力受附著條件限制，牽引力的值應(yīng)與機(jī)械的附著條件相適應(yīng)，并且使之與行走機(jī)構(gòu)的額定滑轉(zhuǎn)率一致，以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。將全滑轉(zhuǎn)情況下

29、的牽引力的最大值定義為最大牽引力或附著力，公式如下： （3-1） 式中：F—最大牽引力 —附著系數(shù) —附著重量 不同的車輛的取值范圍也不同。車輛的牽引力正常工況下要小于其附著力，否則輪胎發(fā)生滑轉(zhuǎn)，將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率嚴(yán)重?fù)p失，加劇輪胎的磨損。 2．行駛速度 對(duì)于運(yùn)輸機(jī)械來說，車速對(duì)生產(chǎn)率有很大影響，它既要適應(yīng)在工地作業(yè)的要求，又要保證一定的運(yùn)輸效率。采用液壓驅(qū)動(dòng)能滿足變化范圍要求，也能使發(fā)動(dòng)機(jī)功率很好地利用，操縱簡(jiǎn)單方便，有利于生產(chǎn)率的提高。對(duì)于大型礦用自卸車，最

30、高車速一般不超過58km/h。 3．爬坡能力 載重運(yùn)輸車輛在爬坡時(shí)的外部阻力取決于爬破度，外部阻力包括滾動(dòng)阻力和坡道阻力。滾動(dòng)阻力： （3-2） 式中：G —車輛載重總重量 —車輛滾動(dòng)阻力系數(shù) —爬坡角 坡道阻力： （3-3） 則運(yùn)輸工況的爬坡能力,即驅(qū)動(dòng)力： （3-4） 4．驅(qū)動(dòng)行駛驅(qū)動(dòng)功率 運(yùn)輸車輛的行駛驅(qū)動(dòng)功率可按下式計(jì)算 kW

31、 (3-5) 式中：—牽引力，N —車輛的運(yùn)行速度，km/h —傳動(dòng)效率，一般取0.8 3．4 靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 明確了主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求，對(duì)大型礦用自卸車和液壓系統(tǒng)資料進(jìn)行分析和研究，并根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行方案分析比較，按照可靠性、經(jīng)濟(jì)性，并盡量采用先進(jìn)技術(shù)，最終選擇最優(yōu)方案。 3.4.1 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的型式 根據(jù)不同的分類方法，液壓系統(tǒng)型式主要有：開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)，定量系統(tǒng)和變量系統(tǒng)，容積調(diào)速系統(tǒng)、節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和容積節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)等。 l 開式、閉式系統(tǒng) 開式系統(tǒng)是指液壓泵從液壓油箱吸油，通過換向閥給液壓馬達(dá)或液壓缸供油以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，液壓馬達(dá)

32、或液壓缸的回油再經(jīng)換向閥流回液壓油箱，為保證系統(tǒng)安全，設(shè)置安全閥。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)自備油箱，油箱可同時(shí)起到散熱、沉淀雜質(zhì)的作用。但由于油液與空氣接觸，容易使空氣溶于液壓油而進(jìn)入系統(tǒng)，導(dǎo)致工作機(jī)構(gòu)工作不平穩(wěn)及其他不良后果。開式系統(tǒng)可采用定量泵，也可以采用變量泵，對(duì)自吸能力較差的液壓泵，其工作轉(zhuǎn)速限制在額定轉(zhuǎn)速的75%以內(nèi)，或增加一個(gè)輔助泵，以提高液壓泵的自吸能力和避免出現(xiàn)吸空現(xiàn)象。 閉式系統(tǒng)中，液壓泵的吸油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連，液壓油在系統(tǒng)的管路中封閉循環(huán)（如圖3.1）。閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，泵的自吸能力好，系統(tǒng)與空氣不接觸，而避免了出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。采用變量泵來

33、避免出現(xiàn)液壓沖擊和能量損失。閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自身不備油箱，油液的散熱和過濾條件較開十系統(tǒng)差。為補(bǔ)償系統(tǒng)中的泄露，通常要輔設(shè)一個(gè)小容量的補(bǔ)油泵，向系統(tǒng)補(bǔ)油并冷卻油液，多余的流量通過主泵和馬達(dá)殼體流回油箱。 閉式系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）主泵排量發(fā)生變化時(shí)補(bǔ)油系統(tǒng)能保證容積式傳動(dòng)的響應(yīng)，提高系統(tǒng)的動(dòng)作頻率，同時(shí)還能增加主泵進(jìn)油口的壓力，防止大流量時(shí)產(chǎn)生氣蝕，提高泵的工作轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)裝置的功率密度，另外，油液經(jīng)過濾后進(jìn)入系統(tǒng)且與外界接觸少，從而提高了液壓系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。補(bǔ)油泵還能方便地為系統(tǒng)中某些低壓工作的輔助機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器提供動(dòng)力。 （2）閉式系統(tǒng)僅有少量的補(bǔ)油流量從油箱吸取，油箱小，便

34、于行走車輛布置，吸油、回油流動(dòng)損失小，系統(tǒng)效率較開式系統(tǒng)高。 （3）系統(tǒng)存在背壓且對(duì)稱工作，柱塞泵 、馬達(dá)具有很高的容積效率，其內(nèi)部泄露隨壓力變化很小，因而閉式系統(tǒng)能平穩(wěn)地從正轉(zhuǎn)通過零點(diǎn)向反轉(zhuǎn)過渡并能在任意方向?qū)嵭腥簤鹤詣?dòng)操作，并能保證輸出軸具有足夠的剛性，在負(fù)荷大小和方向變化時(shí)平穩(wěn)工作。 閉式系統(tǒng)的上述特點(diǎn)使它特別適應(yīng)負(fù)荷變化劇烈、前進(jìn)、倒退、制動(dòng)頻繁的行走機(jī)械，以及速度要求嚴(yán)格控制的作業(yè)機(jī)械，因此，對(duì)行走機(jī)械有著特別的意義。 大型礦用自卸車在礦山環(huán)境下工作條件苛刻，要求經(jīng)常正反向行走，制動(dòng)頻繁，負(fù)載經(jīng)常變化，因此確定大型礦用自卸車行走驅(qū)動(dòng)液壓傳動(dòng)裝置的泵和馬達(dá)采用閉式回路方式。

35、l 定量、變量系統(tǒng) 定量系統(tǒng)采用的液壓泵為定量齒輪泵、葉片泵或者固定斜盤的柱塞泵，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，流量也一定，而壓力是根據(jù)工作循環(huán)中需要克服的最大阻力確定的液壓系統(tǒng)的壓力取決于外負(fù)載，因此，其泵的特性硬，負(fù)荷小時(shí)不能提高作業(yè)速度，功率得不到充分利用。為滿足作業(yè)要求，定量系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率要根據(jù)最大外負(fù)載和作業(yè)速度來確定。定量系統(tǒng)中泵的成本低，速度平穩(wěn)，簡(jiǎn)單可靠，價(jià)格低廉，耐沖擊性能好，油液冷卻充分但效率較低。 采用變量泵或變量馬達(dá)的液壓系統(tǒng)為變量系統(tǒng)，系統(tǒng)效率高，調(diào)速范圍大，能輸出恒定的轉(zhuǎn)矩或功率，且不需要很大的油箱。變量系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： （1）作業(yè)速度與作業(yè)力之間可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，變量

36、泵在變量范圍內(nèi)功率基本保持恒定，隨著外負(fù)載的變化，液壓泵的輸出流量相應(yīng)地變化，外負(fù)載小時(shí)，可以減小作業(yè)力，增大流量，以增大作業(yè)速度，提高生產(chǎn)率，外負(fù)載大時(shí)，可以增大作業(yè)力，降低作業(yè)速度，克服大負(fù)載。 （2）液壓泵經(jīng)常在滿負(fù)荷狀態(tài)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用比較充分。 （3）變量系統(tǒng)元件較復(fù)雜，成本也高，油液發(fā)熱較大。 基于變量系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，現(xiàn)代大型工程車輛的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都采用變量系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)恒功率或恒轉(zhuǎn)矩控制，提高作業(yè)效率。大型礦用自卸車功率大，要求運(yùn)輸效率要高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率應(yīng)得到充分發(fā)揮，因此選用變量系統(tǒng)。 l 容積調(diào)速系統(tǒng)、節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和容積節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 節(jié)流調(diào)速是在系統(tǒng)中安裝節(jié)流閥，

37、通過節(jié)流閥對(duì)進(jìn)入執(zhí)行元件的流量連續(xù)調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，按節(jié)流閥安裝位置的不同有進(jìn)油節(jié)流調(diào)速、回油節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速以及以上三種任意組合的復(fù)合調(diào)速。 容積調(diào)速是用變量泵供油，通過改變回路中變量泵或變量馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度的。這種回路中，液壓泵輸出的油液直接進(jìn)入執(zhí)行元件，沒有溢流損失和節(jié)流損失，而且工作壓力隨負(fù)載變化，因此效率較高，發(fā)熱少，能量利用合理。 容積節(jié)流調(diào)速是利用壓力補(bǔ)償使變量泵供油、用流量控制元件確定進(jìn)入執(zhí)行元件的流量來調(diào)節(jié)其速度，并使變量泵的輸出油量自動(dòng)與執(zhí)行元件所需流量相適應(yīng)。這種調(diào)速回路沒有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性好。 大型礦用自卸車運(yùn)行速度高，對(duì)速

38、度的穩(wěn)定性要求較低，外負(fù)載變化大，要求的調(diào)速范圍大，運(yùn)行功率大，故選用容積調(diào)速系統(tǒng)。 行走機(jī)械的容積調(diào)速系統(tǒng)有變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)、定量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)和變量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)，下面分別作以介紹。 1．變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng) 這種系統(tǒng)中，液壓泵轉(zhuǎn)速和液壓馬達(dá)排量都是恒量，改變液壓泵排量可使馬達(dá)轉(zhuǎn)速和輸出功率隨之成比例地變化。馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩和回路的工作壓力都由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定，不因調(diào)速而發(fā)生變化，因而常被叫做恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)，另外，由于泵和馬達(dá)的泄露不容忽視，這種系統(tǒng)的速度剛性要受負(fù)載變化影響。當(dāng)回路中泵和馬達(dá)都能雙向作用時(shí)，馬達(dá)可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)反向。變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)的工作特性如圖

39、3.2所示。 圖3.2 變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)工作特性 2．定量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng) 該系統(tǒng)液壓泵轉(zhuǎn)速和排量都是恒量，通過改變液壓馬達(dá)排量變化實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩變化的，轉(zhuǎn)速與排量成正比，轉(zhuǎn)矩與排量成反比。馬達(dá)的輸出功率和回路工作壓力都由負(fù)載功率決定，不因調(diào)速而發(fā)生變化，常被叫做恒功率調(diào)速系統(tǒng)。這種系統(tǒng)調(diào)速范圍較變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)小，適用于具有恒功率負(fù)載特性的行走機(jī)構(gòu)上，可使原動(dòng)機(jī)保持在恒功率高效率點(diǎn)下工作，從而最大限度地利用原動(dòng)機(jī)的功率。定量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)的工作特性如圖3.3所示。 圖3.3 定量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)工作特性 3．變量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng) 這種

40、系統(tǒng)的工作特性是上述兩種系統(tǒng)工作特性的綜合，回路的調(diào)速范圍很大，是泵調(diào)速范圍和馬達(dá)調(diào)速范圍的乘積。 該調(diào)速系統(tǒng)中變量泵和變量馬達(dá)可單獨(dú)并先后進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般分兩步進(jìn)行，先是改變泵的調(diào)節(jié)參數(shù)，再改變馬達(dá)的調(diào)節(jié)參數(shù)，具體過程為：一般情況是啟動(dòng)前先將變量馬達(dá)的調(diào)節(jié)參數(shù)斜盤傾角固定到最大值，然后將變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù)斜盤傾角調(diào)到零位，啟動(dòng)后將泵的斜盤傾角由最小值逐漸調(diào)到最大值，完成變量泵-定量馬達(dá)調(diào)速過程，把它固定下來，然后再將馬達(dá)的斜盤傾角由最大值往小調(diào)，達(dá)到進(jìn)一步擴(kuò)大調(diào)速范圍的目的，其工作特性與定量泵-變量馬達(dá)調(diào)速相同。變量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)的工作特性如圖3.4所示。 圖3.3 變量泵-變量馬

41、達(dá)調(diào)速系統(tǒng)工作特性 這種調(diào)速系統(tǒng)的工作特性對(duì)一般機(jī)械負(fù)載要求很適應(yīng)，因?yàn)榇蟛糠謾C(jī)械在低速時(shí)要求有較大的扭矩，而再高速時(shí)扭矩可以相應(yīng)地減小，變量泵-變量馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)適用于系統(tǒng)中大功率的液壓裝置，特別適用于系統(tǒng)中有兩個(gè)或多個(gè)液壓馬達(dá)要求共用一個(gè)液壓泵又能獨(dú)立進(jìn)行調(diào)速的場(chǎng)合。 3.4.2 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案 圖3.4所示是行走機(jī)構(gòu)液壓傳動(dòng)的幾種方案。a）方案中采用定量液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其前后輪輪邊減速器有三種不同形式：① 前后橋分別裝具有相同傳動(dòng)比的一級(jí)輪邊減速器。② 前后橋分別裝有不同傳動(dòng)比的一級(jí)輪邊減速器。③一橋?yàn)橐患?jí)輪邊減速器，另一橋?yàn)槎?jí)輪邊減速器。形式③雖然擴(kuò)大了機(jī)器的行走調(diào)速范圍，但

42、尚未找到一種切實(shí)可行的工藝方案，以便使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的輪邊減速器裝置制造成本降到最低，這種方案并不是最理想的；形式②可通過接通一根驅(qū)動(dòng)軸來變速，以得到兩個(gè)檔，但需加摩擦離合器，因而結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。b）方案中采用一組變量液壓馬達(dá)，調(diào)速范圍擴(kuò)大，考慮到前橋或后橋能從高速檔脫開，這種方案具有較高的牽引動(dòng)力特性，但卻沒有消除a）方案中形式②的弊病。c）方案中全部采用變量泵和變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，消除了上述弊病，同時(shí)由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)，因而大大提高了輪式車輛的牽引動(dòng)力特性。b）方案和c）方案均適用于大多數(shù)輪式工程車輛。 b） a）

43、 c） 圖3.4 行走機(jī)構(gòu)液壓傳動(dòng)方案 3．5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 重型運(yùn)輸機(jī)械行走機(jī)構(gòu)功率大，前進(jìn)、后退交替換向頻繁，負(fù)載變化劇烈。要求液壓系統(tǒng)及元件要適應(yīng)這種復(fù)雜工況，系統(tǒng)壓力相應(yīng)也很高，一般都在20MPa以上。通過一系列計(jì)算確定液壓傳動(dòng)和車輛數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的曲線，從而確定車輛在其整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的特性。 3.5.1 確定液壓系統(tǒng)的工作壓力 液壓系統(tǒng)的工作壓力是指液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)所能克服的外載荷的最高限定壓力。在實(shí)際工作過程中，系統(tǒng)壓力是隨著載荷大小的不同而變化的。液壓系統(tǒng)的

44、工作壓力是根據(jù)車輛機(jī)械的技術(shù)要求，經(jīng)濟(jì)效果和目前液壓技術(shù)所能達(dá)到的水平來確定。 在外負(fù)荷已定的情況下，系統(tǒng)壓力選得越高，各液壓元件的幾何尺寸就越小，使結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。特別是對(duì)大型運(yùn)輸機(jī)械來說，選取較高的工作壓力更為重要，壓力的選擇還要考慮制造密封等因素，壓力太高，密封要求也該，制造維修困難?，F(xiàn)在工程車輛機(jī)械所用的工作壓力大致有： 1．中壓：壓力為10～20MPa，常用于農(nóng)用機(jī)械、小型工程機(jī)械、建筑機(jī)械、液壓鑿巖機(jī)等的壓力等級(jí)。 2．高壓：壓力為20～32MPa，常用于液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、重型機(jī)械和起重運(yùn)輸機(jī)械等。 3．超高壓：壓力超過32MPa。 根據(jù)國家系列標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)合該大型礦

45、用自卸車行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力小于 33MPa的要求，選用驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的工作壓力為=32MPa。 3.5.2 液壓傳動(dòng)參數(shù)及性能的計(jì)算 為設(shè)計(jì)車輛用液壓傳動(dòng)系，必須根據(jù)車輛要求的最大驅(qū)動(dòng)力與最大行駛速度進(jìn)行液壓傳動(dòng)參數(shù)的確定。 1．需要牽引力（運(yùn)行工況） 對(duì)于行走運(yùn)輸車輛，其載荷力矩主要是來自驅(qū)動(dòng)輪的阻力矩。大型礦用自卸車最大載重量為108t，車輛自重為85t，最高速度為=50km/h，高速運(yùn)行時(shí)要求爬坡度為12‰(即0.012)，低速運(yùn)行時(shí)最大爬坡度為17%（即0.17），由公式（3-4）可得， 依照最大爬坡度要求，低速運(yùn)行時(shí)的牽引力，即最大牽引力： = =（108+85）10

46、009.8（sin9.65+0.02cos9.65）= 354346 N 式中：—車輛滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.02 —爬坡角，=arc tan0.17 = 9.65 高速運(yùn)行時(shí)的要求的最大牽引力： = =（108+85）10009.8（sin0.6875+0.02cos0.6875） = 60520 N 式中：=arc tan0.012 = 0.6875 2．驅(qū)動(dòng)功率 車輛低速運(yùn)行爬坡度為17%時(shí)要求的牽引力是最大的，此時(shí)，對(duì)車輛速度無特別要求，只要能爬上坡即可。108t自卸車在額定爬坡（8%坡度）時(shí)要求的運(yùn)行速度為8 km/h，現(xiàn)在取最大爬坡時(shí)的車輛速度為3.6 k

47、m/h，此速度為車輛的最小速度，即=3.6 km/h。因此低速運(yùn)行時(shí)的車輛牽引功率為 = = = 443 kW 式中為傳動(dòng)效率，取0.8 最高速度運(yùn)行時(shí)要求能爬上12‰的坡度，此時(shí)的車輛牽引功率為： = = ≈ 1053 kW 由以上計(jì)算知，要滿足車輛在高速運(yùn)行時(shí)的要求，須取 = 1053 kW。 3．變換范圍 變換范圍是根據(jù)車輛要求的最大參數(shù)決定的，其計(jì)算公式為： （3-6） 式中： 單位為m/s，單位為W —液壓系統(tǒng)效率 —機(jī)械傳動(dòng)效率 當(dāng)

48、≤3時(shí)，由變量泵單獨(dú)變換； 當(dāng)＞3時(shí)，由變量泵-變量馬達(dá)變換。 總的變換范圍分為變量泵的變換范圍和變量馬達(dá)的變換范圍， （3-7） 由式（3-6）可以算得變換范圍 == 6.49 式中：取0.8，取0.9 可見，總的變換范圍＞ 3，需要用變量泵-變量馬達(dá)系統(tǒng)變換，最終選定為圖3.4 c)方案。變量泵和變量馬達(dá)的變換范圍分別為： =2.55 4．液壓泵和液壓馬達(dá)的參數(shù)計(jì)算 108t礦用自卸車載重大，要求馬達(dá)扭矩很大，而且速度高，由低速到高速的變換范圍大，所選液壓泵和液壓馬達(dá)必須能同時(shí)滿足低

49、速牽引和高速運(yùn)行的要求，用四個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，設(shè)置兩個(gè)檔位，其傳動(dòng)比分別為 和 。在設(shè)定檔位時(shí)要求車輛換檔要盡量使沖擊力小，換檔平穩(wěn)，兩個(gè)檔位之間傳動(dòng)比的比值一般在3左右，為此，設(shè)置低速檔傳動(dòng)比為=3.2，高速檔為=1。 液壓馬達(dá)的基本參數(shù)主要是排量和轉(zhuǎn)速，所選擇的液壓馬達(dá)必須滿足機(jī)械的動(dòng)力及行駛速度的要求。 馬達(dá)扭矩： （3-8） 式中：—牽引力，N —驅(qū)動(dòng)輪半徑，=1.5m —馬達(dá)數(shù)量，=4 —輪邊減速器傳動(dòng)比，取=27.3 —齒輪傳動(dòng)比

50、，分別為 和 —傳動(dòng)系效率，取0.98 馬達(dá)轉(zhuǎn)速： （3-9） 式中：—車輛運(yùn)行速度，m/s 單位為r/min 其他各參數(shù)與上面相同。 馬達(dá)排量： （3-10） 式中：—系統(tǒng)壓差，=32Pa —馬達(dá)機(jī)械效率，選用柱塞馬達(dá)，取=0.95。 根據(jù)已經(jīng)計(jì)算出的馬達(dá)的排量和馬達(dá)在大排量時(shí)的最高轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)的工作壓力，選擇標(biāo)準(zhǔn)系列的馬達(dá)。在選擇了馬達(dá)以后，液壓油

51、泵的選擇應(yīng)滿足液壓馬達(dá)對(duì)流量和壓力的要求。油泵的流量應(yīng)滿足馬達(dá)在作業(yè)時(shí)的最大速度要求，由下式確定： （3-11） 式中：—泵的容積效率，選用柱塞泵，取=0.95 行走油泵的排量可按下式確定： （3-12） 式中：—泵的轉(zhuǎn)速，由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和分動(dòng)箱確定 （1）低速方案 低速運(yùn)行時(shí)車輛牽引力大，低速檔即Ⅰ檔傳動(dòng)比=3.2，由以上計(jì)算，最大牽引力為 = 354346 N，在最大牽引力時(shí)的速度為=3.6 km/h，將各個(gè)參數(shù)代入

52、式（3-8）得馬達(dá)最大扭矩： = = = 1552 Nm 代入式（3-9）得馬達(dá)轉(zhuǎn)速： = = = 556 r/min 由式（3-10）可以求得馬達(dá)排量： = = = 321 ml/r 則所需泵的流量由式（3-11）得： = = = 188 L/min 用一個(gè)泵帶兩個(gè)馬達(dá)，則泵的流量： =2=2188=376 L/min 式（3-12）算得泵的排量： =

53、 = = 179 ml/r （2）高速方案 高速運(yùn)行時(shí)車輛牽引力較小，高速檔即Ⅱ檔傳動(dòng)比=1，由以上計(jì)算，高速行駛時(shí)的最大牽引力為 = 60520 N，最高時(shí)速為=50 km/h，將各個(gè)參數(shù)代入式（3-8）得馬達(dá)扭矩： = = = 848 Nm 由式（3-10）可以求得馬達(dá)排量： = = = 175 ml/r 由式（3-9）得馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速： = = = 2415 r/mi

54、n 則所需泵的流量由式（3-11）得： = = = 445 L/min 用一個(gè)泵帶兩個(gè)馬達(dá)，則泵的流量： =2=2445=890 L/min 式（3-12）算得泵的排量： = = = 424 ml/r 由求得的泵的排量=421 ml/r和泵的轉(zhuǎn)速=2100 r/min選取泵，無符合要求的泵，現(xiàn)在取泵的轉(zhuǎn)速=1800 r/min，則由此算得的泵的排量為： = =494 ml/r 選取液壓泵的排量稍大于計(jì)算值，=500 ml/r （3）驗(yàn)證兩種方案的可行性 ①低速方案驗(yàn)證高速方案 若選用低速方案計(jì)算得的泵和馬達(dá)，則在高速狀況下只

55、需驗(yàn)證車輛速度。 = = 969 r/min﹤ 可見，低速方案不能滿足高速行駛要求，達(dá)不到車輛的技術(shù)要求 ②高速方案驗(yàn)證低速方案 若選用高速方案計(jì)算得的泵和馬達(dá)，則在低速狀況下只需驗(yàn)證馬達(dá)扭矩。 = = 3681 Nm﹥ 可見，選用高速方案計(jì)算得的泵和馬達(dá)遠(yuǎn)能滿足低速牽引的要求，此時(shí)的低速比556 r/min大很多，在滿足最大牽引力狀況下馬達(dá)轉(zhuǎn)速： ==1319 r/min 由以上計(jì)算可知，尋用高速方案可同時(shí)滿足車輛高速行駛和低速牽引的要求，故選此方案。 由此可以計(jì)算出

56、馬達(dá)的最大排量： =321 ml/r 選馬達(dá)的排量稍大一點(diǎn)為：=350 ml/r 綜合以上計(jì)算，可以選定108t大型礦用自卸車液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所用泵和馬達(dá)的技術(shù)要求： 馬達(dá)：=350 ml/r =2415 r/min 泵：=500 ml/r =1800 r/min 5．驗(yàn)證速度及牽引力特性 大多數(shù)情況下液壓傳動(dòng)的計(jì)算是確定功率特性曲線的上下極限點(diǎn)A和B的技術(shù)參數(shù)，即車輛特性用牽引力—車速曲線圖表示，上極限點(diǎn)A為最大牽引力時(shí)的車速，下極限點(diǎn)B為最大車速的牽引力。 通過前面的計(jì)算，已知以下參數(shù)： 驅(qū)動(dòng)功率：=1053 kW 液壓泵最高轉(zhuǎn)速：=1

57、800 r/min 液壓泵最大排量：=500 ml/r 點(diǎn)A的最大壓力：=32MPa 馬達(dá)最大排量：=350 ml/r 馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速 =2415 r/min （1）最大牽引力點(diǎn)A 液壓泵流量： =895 L/min 液壓泵排量： =495 ml/r 馬達(dá)輸出扭矩： =1694 Nm 驅(qū)動(dòng)軸輸出力矩： =580112 Nm 牽引力： =386471 N 由車輛所需的最大牽引力=354346，知﹥，可見滿足要求。 液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速： =1209 r/min 車輛行駛速度： =2.17 m/s = 7.8 km/h （2）最大速度點(diǎn)B 液壓泵流量： =

58、 900 L/min 壓力： = 31.7 MPa 液壓馬達(dá)排量： = 177 ml/r 液壓馬達(dá)輸出扭矩： = 849 Nm 驅(qū)動(dòng)軸力矩： =90857 Nm 牽引力： = 60571 N 車輛以最高速度=50 km/h行駛時(shí)要求能爬上12‰的坡度，所需的牽引力為 = 60520 N，可見﹥，能滿足高速行駛的牽引要求。 車輛行駛速度： = 50 km/h 根據(jù)以上的計(jì)算可以繪出車輛的牽引特性曲線如圖3.5所示 ν（km/h） 10009.8 圖3.5 車輛速度及牽引特性圖 通過以上計(jì)算可知，此液壓傳動(dòng)裝置可以提供車輛所需的牽引力和車速，液壓泵和

59、液壓馬達(dá)規(guī)格參數(shù)的選擇是正確的。 3.5.3 輔助裝置 1．確定油管尺寸 油管的內(nèi)徑是根據(jù)管內(nèi)允許流速和所通過的流量來確定: m (3-13) 式中：—油管內(nèi)徑，m —通過油管的流量， —油管中允許的流速，m/s 對(duì)于吸油管路 ≤ 1.5 m/s 對(duì)于壓油管路 = 2.5～5 m/s 對(duì)于回油管路 = 1.5～2 m/s 油管壁厚按強(qiáng)度條件計(jì)算，計(jì)算公式為： （3-14）

60、 式中：—油管內(nèi)最高工作壓力 —油管內(nèi)徑 —油管材料許用應(yīng)力， 為油管材料的抗拉強(qiáng)度，為安全系數(shù)，對(duì)油管來說，﹤7MPa時(shí)，取=8；﹤17.5MPa時(shí)，取=6；﹥17.5MPa時(shí)，取=4。 由以上計(jì)算知通過油管流量為=900 L/min，取吸油管路流速 = 1.5 m/s，壓油管路流速 = 5 m/s，回油管路流速 = 2 m/s，代入式(3-13)可得： 吸油管內(nèi)徑： = 113 mm 壓油管內(nèi)徑： = 62 mm 回油管內(nèi)徑： = 68 mm 對(duì)于管道壁厚，這里只計(jì)算吸油管，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第1卷）輸送流體用無縫鋼管，選油管材料的抗拉強(qiáng)度=520MPa，對(duì)于吸油

61、管﹥17.5MPa，因此取=4，則 = 130 MPa 將數(shù)據(jù)代入式（3-14）算得其壁厚為： = 14 mm 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)吸油管內(nèi)徑= 113 mm，壁厚= 14 mm，選用φ14014無縫鋼管，其內(nèi)徑112mm，壁厚14mm 。 2．油箱容量計(jì)算 油箱容量是指油面高度為油箱高度80%時(shí)油箱所貯油液的容積，如果油箱有效容積過大，雖然散熱好，但外形尺寸大，重量增加，特別不利于行走機(jī)械，如果油箱有效容積過小，則可能會(huì)使液壓系統(tǒng)油溫過高，容積效率大大降低。 對(duì)行走機(jī)械，一般都要在系統(tǒng)中加冷卻器來滿足車輛液壓系統(tǒng)散熱要求，因此所用油箱的一般都比較小，以

62、便減小行走機(jī)械的重量和尺寸。 行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)油箱容量大約為輔助補(bǔ)油泵流量的0.5～0.8倍，最少必須加上10%的儲(chǔ)備容積，包括在溫度升高時(shí)油液體積的增加。 輔助補(bǔ)油泵的流量一般為主泵流量的20%左右，前面已確定行走驅(qū)動(dòng)共用兩個(gè)液壓泵帶四個(gè)液壓馬達(dá)，每個(gè)液壓泵流量分別為900 L/min，補(bǔ)油泵同時(shí)向兩個(gè)驅(qū)動(dòng)用液壓泵補(bǔ)油，故補(bǔ)油泵流量為： L/min 由此，確定驅(qū)動(dòng)用油箱容量大約為： V = {0.5～0.8） = 180～288 L 取驅(qū)動(dòng)用油箱容量V = 250 L。 3．6 擬定驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理圖 在明確了主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求，確定了液壓系統(tǒng)方案，并經(jīng)過初步計(jì)算之后，

63、可以擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖。液壓系統(tǒng)原理圖是用液壓元件職能符號(hào)表示的系統(tǒng)工作原理圖，它能清楚地表示出各元件之間的關(guān)系、動(dòng)作原理、操縱和控制方式等。 擬定的液壓系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)主機(jī)的運(yùn)動(dòng)要求，應(yīng)使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，操縱方便，并盡量具有先進(jìn)性。能滿足同一臺(tái)機(jī)器需要的液壓系統(tǒng)原理圖不是唯一的，可以擬定出好幾種方案，必須進(jìn)行不同的方案比較，從各方面進(jìn)行分析，選擇一種最優(yōu)的液壓系統(tǒng)。 在擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： 1．在組合各基本回路時(shí)，要防止回路中有相互干擾的現(xiàn)象，以便保證實(shí)現(xiàn)主機(jī)的工作。 2．在滿足工作要求和生產(chǎn)率的條件下，液壓系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)避免系統(tǒng)中存在多余油路。

64、 3．要注意液壓系統(tǒng)的安全可靠性。一定要設(shè)置過載保護(hù)油路，一般都裝有安全閥或溢流閥，防止過載，并根據(jù)具體情況，增設(shè)某些安全裝置。 4．在考慮主油路的同時(shí)，必須充分注意必要的輔助油路，如卸荷油路、緩沖油路、補(bǔ)油油路、背壓油路、冷卻油路等。 5．要經(jīng)濟(jì)合理，提高經(jīng)濟(jì)效益，盡量提高三化水平（即標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化）。 根據(jù)前面的分析計(jì)算，已經(jīng)確定液壓系統(tǒng)的型式為閉式容積調(diào)速系統(tǒng)，確定的傳動(dòng)方案為圖3.4 c）的方案，即用兩個(gè)變量液壓泵驅(qū)動(dòng)四個(gè)變量液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)車輛四輪驅(qū)動(dòng)。 圖3.6為大型礦用自卸車液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖。 第 31 頁 共 59 頁 圖3.6 大型礦用自卸車液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原

65、理圖 第7章 系統(tǒng)總成 3．7 液壓元件的選擇和設(shè)計(jì) 擬定了液壓系統(tǒng)工作原理圖之后，就可以根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力和流量選擇或設(shè)計(jì)系統(tǒng)中所應(yīng)用的各種元件和管路，使圖中的液壓符號(hào)具體化，確定各種液壓元件的結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格和數(shù)量。 1．液壓泵和液壓馬達(dá)的選擇 液壓泵的額定壓力和流量應(yīng)滿足系統(tǒng)工作壓力和流量的要求，其外形尺寸、安裝方式、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、工作條件等也要適合機(jī)器的需要。根據(jù)工作壓力、排量和轉(zhuǎn)速以及工作要求，選擇液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格和數(shù)量。 大型礦用自卸車行走驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)中，由兩個(gè)變量液壓泵1供油，四個(gè)變量馬達(dá)8輸出扭矩驅(qū)動(dòng)車輛，用一個(gè)補(bǔ)油泵2向系統(tǒng)補(bǔ)油，同時(shí)冷卻系統(tǒng)油液。根

66、據(jù)前面的計(jì)算設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)用變量液壓泵最高轉(zhuǎn)速=1800 r/min，最大排量=500 ml/r，系統(tǒng)工作壓力=32Pa，據(jù)此選力士樂公司閉式系統(tǒng)用變量柱塞泵A4VSG500EO2D/22W′-VZH10K34，其最高轉(zhuǎn)速=1800 r/min，最大排量=500 ml/r，在最高轉(zhuǎn)速情況下其最大功率=525kW，在轉(zhuǎn)速為=1500r/min時(shí)其最大功率為438 kW，可以滿足設(shè)計(jì)要求。輔助補(bǔ)油泵2的流量=360L/min，轉(zhuǎn)速設(shè)為=1500r/min，則輔助補(bǔ)油泵排量： ml/r 因此選用力士樂公司定量泵A2FO250/60R-VZB05，其最大排量為250 ml/r，最高轉(zhuǎn)速為=1500r/min，最大功率為219 kW。液壓馬達(dá)8最大排量=350 ml/r，最高轉(zhuǎn)速=2415 r/min，因此選用力士樂公司閉式系統(tǒng)用變量柱塞馬達(dá)A6VM355HA1/63W-VZH0207B，其最大排量=355 ml/r，最大排量時(shí)能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速=2240r/min，在排量為＜270ml/r時(shí)可以達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速為2950 r/min，可見滿足性能要求。 由以