【正文】 求。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在各工作階段所需的力和速度的大小，調(diào)速范 圍，速度的平穩(wěn)性，動(dòng)作周期等方面都必須有明確的數(shù)據(jù)。對(duì)要求高精度，高生產(chǎn)力及自動(dòng)化程度高的主機(jī)，還要提出靜，動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求。 主機(jī)的使用條件和工作環(huán)境 如環(huán)境溫度的變化范圍，作業(yè)場(chǎng)地等情況，灰塵狀況等；周圍有無易燃物質(zhì)和腐蝕氣體等，也應(yīng)加以注意。 其他要求 如液壓裝置在重量，外行尺寸等方面的限制以及經(jīng)濟(jì)性，耗能方面的要求。 工況分析 液壓系統(tǒng)的工況分析就是分析設(shè)備在工作過程中，其執(zhí)行元件的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)之間的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，繪制出負(fù)載循環(huán)圖和速度循環(huán)圖。工況分析包括負(fù)載分析和運(yùn)動(dòng)分析 。 例子 汽車行駛速度變化典型曲線如圖 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120101302030405060速度(km/h)時(shí)間(s)圖 汽車行駛速度變化實(shí)測(cè)圖 從圖 可知，公交汽車時(shí)速一般低于 60 km/h 且加減速頻繁，大多數(shù)時(shí)間公交汽車處于 20 km/h～ 40 km/h 的較低速度。僅就公交汽車在通行較為順暢的市郊路段而言，經(jīng)實(shí)測(cè)其起步、加速、減速、制動(dòng)工況頻率高達(dá) 72%以上。并且隨著道路、交通流量和環(huán)境的復(fù)雜化，這一頻率會(huì)變得更大。 因?yàn)榧訙p速頻繁，所以大量的能量在制動(dòng)時(shí)被浪費(fèi)，同時(shí)也加 速了機(jī)器零件的磨損，增加了廢氣的排放量。 測(cè)定結(jié)果分析 由于汽車運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性，因此采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理進(jìn)行分析，把單位時(shí)間內(nèi)速度變化絕對(duì)值小于士 2/sm 的運(yùn)行工況 (即有效載荷是 脫擋滑行減速度值。 )定為勻速工況 ； 減速度大于 2/sm 者定義為減速度工況 ； 加速度值大于 2/sm者定義為加速工況。 經(jīng)對(duì)記錄曲線統(tǒng)計(jì) :平均行駛速度為 20～ 40km/h； 依發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)勻速工況，加速工況，減速工況，頻率分別為 % 、 %、 %，如圖 ，典型脫擋滑行減速度均值為 2/sm ，收油門減速度為 ～ 2/sm ， 制動(dòng)減速度為 ～ 2/sm 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 、制動(dòng)與加速循環(huán)工況，其平均減速度為 2/sm ， 典型加速?gòu)?qiáng)度為 2/sm ，平均加速?gòu)?qiáng)度為 2/sm 。 204060 圖 加、減、勻速頻率圖 速度時(shí)間圖 典型加速、減速與制動(dòng)工況圖 制動(dòng)系統(tǒng)性能要求 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的制動(dòng)系統(tǒng)性能是在規(guī)定的條件下，通過測(cè)量相應(yīng)的初速度下 的制動(dòng)距離和 /或充分發(fā)出的平均減速度來確定。 充分發(fā)出的平均減速度 )(MFDD 按下列公式計(jì)算 [GB 12676 –1999] 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 )(22bccb SS vVM F D D ??? 2/sm （ ） 式中 v—實(shí)驗(yàn)車制動(dòng)初速度 )/( hkm ； bv — 實(shí)驗(yàn)車速 )/( hkm ； cv — 實(shí)驗(yàn)車速 )/( hkm ； bS —實(shí)驗(yàn)車速?gòu)?v 到 bv 的行駛距離 )(m ； cS —實(shí)驗(yàn)車速?gòu)?v 到 cv 的行駛距離 )(m 。 本章小結(jié) 本章 主要介紹了液壓節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要 求，并對(duì)汽車工況進(jìn)行了測(cè)定分析，給出了汽車速度和工況等隨時(shí)間變化的曲線圖，從而使我們更加了解車輛的各方面的性能。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 車輛 液壓節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 本章主要介紹液壓節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說明并明確其在系統(tǒng)中的功能。 另外簡(jiǎn)單的介紹了二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)以便于更好的理解節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 節(jié)能驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)方案 確定 本次設(shè)計(jì)的目的是通過對(duì)公交車輛在制動(dòng)時(shí)的所產(chǎn)生的慣性能加以存儲(chǔ)和利用，從而達(dá)到節(jié)約能源，減少環(huán)境污染的目的。經(jīng)過各方案的比較，最終決定采用這種液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所謂復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是采用兩種以上的驅(qū)動(dòng)方式作為動(dòng)力來源。 本次設(shè)計(jì)的第二個(gè)能量來源就是系統(tǒng)所儲(chǔ)存的液壓能。 液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的 組成 蓄能器 蓄能器是本系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的元件之一，在系統(tǒng)中起到儲(chǔ)存、釋放能量的作用。 液壓泵 /馬達(dá) 液壓泵 /馬達(dá)都是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換元件。液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液 壓 能，即由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，把輸入的機(jī) 械能轉(zhuǎn)換為液壓能，再以壓力和流量的形式輸送到系統(tǒng)中去。液壓馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，即將輸入的液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的形式輸送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)做功。 離合器 離合器是傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。通過閉合和分離兩種狀態(tài)來達(dá)到液壓能的輸出和截止。 輔件 包括電磁換向閥、過濾器、壓力表等。具體作用見 。 液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 以下是液壓節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖，通過此圖來說明該系統(tǒng)的工作過程。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 1 1 分動(dòng)器 2 傳動(dòng)軸 3 單片機(jī) 4 電磁閥 5蓄能器 6 壓力表 7安全閥 8 油箱 9 變量泵 /馬達(dá) 10 離合器 11 濾清器 12 變量泵 /馬達(dá)工作機(jī)構(gòu) 13 油門踏板 14 剎車踏板 15壓力繼電器 （ 1）加速信號(hào) （ 2）減速信號(hào) （ 3）壓力信號(hào) （ 4）閥控制信號(hào) （ 5） 壓力繼電器 信號(hào) （ 6）工作機(jī)構(gòu)控制信 （ 7）分離機(jī)構(gòu)控制信號(hào) 圖 液壓 節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖 能量的回收與釋放通過可逆的油泵 /馬達(dá) 9 實(shí)現(xiàn)，在蓄能時(shí)作為油泵，在 能量釋放時(shí)作為馬達(dá)。液壓泵 /馬達(dá)的蓄能能量釋放功能轉(zhuǎn)換山電磁閥 4 及其相應(yīng)的輔助裝置實(shí)現(xiàn)，并受單片機(jī)控制，單片機(jī)接受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、泵 /馬達(dá)轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)壓力、車輛運(yùn)行狀況及駕駛員操作意圖等相關(guān)傳感信號(hào)，綜合處理后對(duì)節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行控制。 回收的能量以液壓能 的 形式存貯于蓄能器 5 中，在能量釋放過程中，貯存的液壓能由馬達(dá)經(jīng)分動(dòng)器接口傳動(dòng)軸協(xié)同發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)底盤工作。為消除回收能量時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起制動(dòng)作用而使能量不能充分回收再利用，方案設(shè)置了車的傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā) 動(dòng)機(jī)間的動(dòng)力流電控液動(dòng)離合裝置。該裝置工作信號(hào)與主控閥信號(hào)相一致，在能量回收時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)間動(dòng)力傳遞切斷，從而消除了減速制動(dòng)過程中的發(fā)動(dòng)機(jī)起制動(dòng)作用，而使蓄能裝置不能充分發(fā)揮作用的現(xiàn)象，同時(shí)也消除了發(fā)動(dòng)強(qiáng)推怠速工況。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 功能描述 汽車制動(dòng)分為緊急制動(dòng)與普通減速。前者直接使用汽車原有剎車系統(tǒng)。后者使用節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)減速開始時(shí)，司機(jī)輕踩剎車踏板，通過踏板上的傳感器及控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)被激活。變量泵 /馬達(dá)作為泵，將油液從油箱泵入蓄能器。同時(shí)，泵 /馬達(dá)產(chǎn)生扭矩進(jìn)行制動(dòng)。蓄能器通過氣囊將氣 體與液體分開。當(dāng)蓄能器未泵入液體時(shí)，蓄能器內(nèi)氣體壓力維持在較低值。在減速過程當(dāng)中，逐漸增加的液體容積迫使氣囊變小，因此氣體壓力也隨之增大并接近最大值。在這個(gè)過程中，泵 /馬達(dá)產(chǎn)生的制動(dòng)扭矩也逐漸加 大。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到最大值時(shí)， 馬達(dá)也產(chǎn)生最大的制動(dòng)扭矩，同時(shí)液壓系統(tǒng)的安全閥打開，使得系統(tǒng)壓力不再增加，泵 /馬達(dá)也將保持該制動(dòng)力矩，直到將車輛速度減至理想速度。 如果遇到緊急情況，要求汽車在極短的時(shí)間內(nèi)將速度減到很小或停止，司機(jī)將踩動(dòng)剎車踏板，則在節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生最大制動(dòng)力矩的同時(shí)，原有的汽車剎車系統(tǒng)也將起作用 ，兩套制動(dòng)系統(tǒng)一起動(dòng)作將速度減至理想。 如果節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的蓄能器未充滿而減速過程已停止，則系統(tǒng)將保持該壓力，等下一個(gè)加速或減速過程將釋放或充滿。 當(dāng)汽車開始啟動(dòng)加速時(shí)，高壓液體經(jīng)過開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)變量泵 /馬達(dá)，該元件作為馬達(dá)再推動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，使汽車啟動(dòng)加速。在這個(gè)過程當(dāng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)作，汽車此時(shí)有兩個(gè)動(dòng)力源，使得汽車能在更短的時(shí)間內(nèi)加速并減少發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量。當(dāng)在加速過程中，節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)壓力小于調(diào)定值時(shí)，由壓力傳感器發(fā)信號(hào)自動(dòng)斷開與傳動(dòng)系統(tǒng)的連接，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車?yán)^續(xù)前進(jìn)。 在水平路面上，蓄能器所儲(chǔ)存 的能量達(dá)這個(gè)速度后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加并逐漸與驅(qū)動(dòng)軸協(xié)調(diào)一致，汽車傳動(dòng)系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)接替變量泵 /馬達(dá)輸出動(dòng)力。汽車又回到剎車減速前的正常狀態(tài)。 車輛的控制方法 汽車開始制動(dòng)時(shí)，司機(jī)踩動(dòng)剎車踏板，由制動(dòng)踏板控制的變量泵 /馬達(dá)控制開關(guān)將其轉(zhuǎn)化為泵工作。汽車的動(dòng)能通過車輪、傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)泵工作。給蓄能器提供液壓能，這樣就把汽車制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成液壓能儲(chǔ)存起來。系統(tǒng)壓力的最大值可通過安全閥控制。如在緊急狀態(tài)，要求汽車的減速度較大時(shí)，繼續(xù)踩制動(dòng)踏板，激活汽車的機(jī)械剎車系，使汽車迅速停車。 當(dāng)緊 急制動(dòng)時(shí)，司機(jī)猛踩剎車踏板，踏板在極短的時(shí)問內(nèi)就通過啟動(dòng)節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)階段的行程，在本系統(tǒng)起作用的同時(shí)，汽車原來的剎車系統(tǒng)也一起制動(dòng)，從而使汽車能在極短時(shí)間內(nèi)減速至要求速度或停止。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 當(dāng)汽車起步加速時(shí)，駕駛員踩動(dòng)加速踏板。加速踏板控制的變量泵 /馬達(dá)控制開關(guān)使得變量泵 /馬達(dá)轉(zhuǎn)化為馬達(dá)工作狀態(tài)。與變量泵 /馬達(dá)相連的離合器結(jié)合，馬達(dá)給車輛提供動(dòng)力，同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也給汽車提供動(dòng)力。馬達(dá)在蓄能器釋放的壓力能推動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，使汽車起步或加速，隨著汽車加速運(yùn)動(dòng)，蓄能器內(nèi)壓力能減少，壓力降低。當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，壓力 傳感 器發(fā)出信 號(hào)控制節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的離合器與汽車傳動(dòng)系脫開。發(fā)動(dòng)機(jī)接替變量泵 /馬達(dá)為汽車提供能源，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。 當(dāng)汽車在行駛過程中加速時(shí)，隨著司機(jī)踩動(dòng)油門，在發(fā)動(dòng)機(jī)加大輸出功率的同時(shí)，節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也被激活。當(dāng)泵 /馬達(dá)輸出軸的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配時(shí)，控制系統(tǒng)控制與汽車傳動(dòng)系接合，為汽車提供額外動(dòng)力，直至加速過程結(jié)束或系統(tǒng)所儲(chǔ)存液壓能釋放完畢，才將本系統(tǒng)與汽車傳動(dòng)系斷開。 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)功能與復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)類似，二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)是德國(guó)學(xué)者 提出的一種新型靜液傳 動(dòng)技術(shù)，它利用驅(qū)動(dòng)元件 (液壓馬達(dá) /泵，也稱為二次元件 )能夠工作在山其輸出轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩構(gòu)成的直角坐標(biāo)系中四個(gè)象限的特點(diǎn)，把工作系統(tǒng)的慣性能和重力能回收并儲(chǔ)存，在需要時(shí)再將所儲(chǔ)存的能最釋放。此外，該系統(tǒng)還具有調(diào)節(jié)方便、易對(duì)多種參數(shù) (如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率 )進(jìn)行控制等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用于車輛的驅(qū)動(dòng)中，尤其在頻繁剎車、起動(dòng)的城市公交車輛中，它可以極大的提高系統(tǒng)效率，節(jié)約能源。采用該技術(shù)的公交車組成結(jié)構(gòu)如圖 。在圖 中，發(fā)動(dòng)機(jī) 2 帶動(dòng)液壓泵 4為系統(tǒng)提供所需的液壓能，在液壓能的作用卜，二次元件 6 通過后橋 7 驅(qū)動(dòng)車輛的 驅(qū)動(dòng)輪 8，實(shí)現(xiàn)車輛的加速和勻逆行駛。當(dāng)車輛在制動(dòng)過程中，二次元件在控制器 1 的控制下，使二次元件處于液壓泵工況，由動(dòng)能轉(zhuǎn)化輸出的壓力能送入液壓蓄能器 5，將車輛的動(dòng)能以壓力能的形式存此在液壓蓄能器中：在啟動(dòng)和加速過 程 中，二次元件處于液 壓 馬達(dá)工況，液壓 蓄 能器中的壓力能又通過工作于液壓馬達(dá)工況的二次元件轉(zhuǎn)變?yōu)槠嚨膭?dòng)能 [4]。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 1控制器 2發(fā)動(dòng)機(jī) 3離合器 4液壓泵 5液壓蓄能器 6二次元件 7后橋 8驅(qū)動(dòng)輪 圖 采用二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的城市公交車輛傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 本 章小結(jié) 本章首先從整體上對(duì)液壓節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 作了介紹，明確了系統(tǒng)方案及組成， 并 對(duì)各個(gè)元件的作用進(jìn)行了說明。隨后對(duì)照系統(tǒng)圖對(duì)其原理進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，并結(jié)合 車輛的實(shí)際行駛過程對(duì)系統(tǒng)的各種功能及控制方法進(jìn)行了描述。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第 4 章 驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本章主要對(duì)液壓節(jié)能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的各個(gè)元件進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并分別對(duì)蓄能器、液壓馬達(dá)、電磁閥等關(guān)鍵零件進(jìn)行了各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定并對(duì)其工作原理進(jìn)行了介紹。該部分是整個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心。 蓄能器的工作原理及參數(shù)計(jì)算（ NXQ 系列蓄能器） 蓄能器作為整個(gè)液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵零件之 一，必須明確其功能和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本節(jié)著重介紹了其工作原理和各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法，并對(duì)其進(jìn)行了校合。 蓄能器的工作原理 NXQ 系列膠囊式蓄能器是液壓系統(tǒng)中重要的不可缺少的液壓輔件。有儲(chǔ)蓄能量、穩(wěn)定壓力、消除脈動(dòng)、吸收沖擊、補(bǔ)償容量和補(bǔ)償泄漏等作用。 油液實(shí)際是不可壓縮的，因此不能蓄積壓力能。膠囊式蓄能器是利用氣體（氮?dú)猓┑目蓧嚎s性來蓄積液體的原理（即采用氮?dú)庾鳛閴嚎s介質(zhì)）而工作的。 膠囊式蓄能器由油液部分和帶有氣密隔離件的膠囊（內(nèi)裝氮?dú)猓?gòu)成。位于膠囊周圍的油液與液壓回路相通。因此，當(dāng)壓力 升高時(shí)油液進(jìn)入囊式蓄能器 由此氣體被壓縮；當(dāng)壓力下降時(shí)，壓縮氣體膨脹，進(jìn)而將油液壓入回路 ， 以下明確了 部分 NXQ 系列液壓蓄能器的表示方法及技術(shù)參數(shù)和各種型號(hào)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便根據(jù)系統(tǒng)要求選擇適當(dāng)?shù)男钅芷?[5]。