【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(chē)，最高車(chē)速一般不超過(guò) 58km/h。 3．爬坡能力 載重運(yùn)輸車(chē)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： cosfF Gf ?? （ 32） 式中： G — 車(chē)輛載重總重量 f — 車(chē)輛滾動(dòng)阻力系數(shù) ?— 爬坡角 坡道阻力： siniFG?? （ 33） 則運(yùn)輸工況的爬坡能力 ,即驅(qū)動(dòng)力： si n c osk f iF F F G G f??? ? ? ? （ 34） 4．驅(qū)動(dòng)行駛驅(qū)動(dòng)功率 運(yùn)輸車(chē)輛的行駛驅(qū)動(dòng)功率可按下式計(jì)算 k3600FP ???驅(qū) kW (35) 式中： kF — 牽引力， N ? — 車(chē)輛的運(yùn)行速度， km/h ? — 傳動(dòng)效率，一般取 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(chē)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。 10 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(kāi)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。 ? 開(kāi)式、閉式系統(tǒng) 開(kāi)式系統(tǒng)是指液壓泵從液壓油箱吸油，通過(guò)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)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(kāi)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 ）。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(lái)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(guò)濾條件較開(kāi)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(guò)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(guò)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，便于行走車(chē)輛布置，吸油、回油流動(dòng)損失小，系統(tǒng)效率較開(kāi)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(guò)零點(diǎn)向反轉(zhuǎn)過(guò)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(chē)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(chē)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。 ? 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(pán)的柱塞泵，當(dāng)發(fā) 11 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(lái)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(chē)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(chē)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)。 ? 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，通過(guò)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(wú)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(guò)改變回路中變量泵或變量馬達(dá)的排量來(lái)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(méi)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(lái)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(méi)有溢流損失，效率較高，速度穩(wěn)定性好。 大型礦用自卸車(chē)運(yùn)行速度高，對(duì)速度的穩(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 。 12 圖 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(guò)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 所示。 圖 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(guò)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(pán)傾角固定到最大值，然后將變量泵的調(diào)節(jié)參數(shù)斜盤(pán)傾角調(diào)到零位，啟動(dòng)后將泵的斜盤(pán)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(guò)程，把它固定下來(lái)，然后再將馬達(dá)的斜盤(pán)傾角由最大值 13 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 所示。 圖 變量泵 變量馬達(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。 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案 圖 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(guò)接通一根驅(qū)動(dòng)軸來(lái)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(kāi)，這種方案具有較高的牽引動(dòng)力特性，但卻沒(méi)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(chē)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(chē)輛。 14 a） c） 圖 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(guò)一系列計(jì)算確定液壓傳動(dòng)和車(chē)輛數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的曲線，從而確定車(chē)輛在其整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的特性。 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(guò)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)的工作壓力是根據(jù)車(chē)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(lái)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(lái)說(shuō)，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。現(xiàn)在工程車(chē)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。 b） 15 3．超高壓：壓力超過(guò) 32MPa。 根據(jù)國(guó)家系列標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)合該大型礦用自卸車(chē)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 p? =32MPa。 液壓傳動(dòng)參數(shù)及性能的計(jì)算 為設(shè)計(jì)車(chē)輛用液壓傳動(dòng)系，必須根據(jù)車(chē)輛要求的最大驅(qū)動(dòng)力 maxF 與最大行駛速度 maxv 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(chē)輛，其載荷力矩主要是來(lái)自驅(qū)動(dòng)輪的阻力矩。大型礦用自卸車(chē)最大載重量為 108t，車(chē)輛自重為 85t，最高速度為 max? =50km/h，高速運(yùn)行時(shí)要求爬坡度為 12‰ (即 )，低速運(yùn)行時(shí)最大爬坡度為 17%（即 ），由公式（ 34）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： maxF = si n c osk f iF F F G G f??? ? ? ? =（ 108+85） 1000 （ 176。 +176。） = 354346 N 式中： f — 車(chē)輛滾動(dòng)阻力系數(shù)，取 ?— 爬坡角， ? =arc = 176。 高速運(yùn)行時(shí)的要求的最大牽引力： maxVF = si n c osk f iF F F G G f??? ? ? ? =（ 108+85） 1000 （ 176。 +176。） = 60520 N 式中： ? =arc = 176。 2．驅(qū)動(dòng)功率 P驅(qū) 車(chē)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(chē)輛速度無(wú)特別要求，只要能爬上坡即可。 108t 自卸車(chē)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(chē)輛速度為 km/h，此速度為車(chē)輛的最小速度，即 maxF? = km/h。因此低速運(yùn)行時(shí)的車(chē)輛牽引功率為 k3600FP ???驅(qū) = max max3600FF ?? = 354346 ?? = 443 kW 式中 ? 為傳動(dòng)效率，取 最高速度運(yùn)行時(shí)要求能爬上 12‰的坡度，此時(shí)的車(chē)輛牽引功率為： 16 k3600FP ???驅(qū) = max max3600VF ?? = 605