【文章內(nèi)容簡介】 為復(fù)雜。 b）方案中采用一組變量液壓馬達，調(diào)速范圍擴大，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驅(qū)動，消除了上述弊病，同時由于柴油機轉(zhuǎn)速可調(diào)，因而大大提高了輪式車輛的牽引動力特性。 b）方案和 c）方案均適用于大多數(shù)輪式工程車輛。 第 3 章 靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 第 17 頁 共 59 頁 a） c） 圖 行走機構(gòu)液壓傳動方案 3． 5 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 重型運輸機械行走機構(gòu)功率大，前進、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。通過一系列計算確定液壓傳動和車輛數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的曲線，從而確定車輛在其整個運轉(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)正常運行時所能克服的外載荷的最高限定壓力。在實際工作過程中，系統(tǒng)壓力是隨著載荷大小的不同而變化的。液壓系統(tǒng)的工作壓力是根據(jù)車輛機械的技術(shù)要求，經(jīng)濟效果和目前液壓技術(shù)所能達到的水平來確定。 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。特別是對大型運輸機械來說，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。現(xiàn)在工程車輛機械所用的工作壓力大致有： 1． 中壓：壓力為 10～ 20MPa，常用于農(nóng)用機械、小型工程機械、建筑機械、液壓鑿巖機等的壓力等級。 2．高壓：壓力為 20～ 32MPa，常用于液壓機、大中型挖掘機、重型機械和起重運輸機械等。 b） 第 3 章 靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 第 18 頁 共 59 頁 3．超高壓：壓力超過 32MPa。 根據(jù)國家系列標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)合該大型礦用自卸車行走驅(qū)動系統(tǒng)的工作壓力小于 33MPa 的要 求，選用驅(qū)動液壓系統(tǒng)的工作壓力為 p? =32MPa。 液壓傳動參數(shù)及性能的計算 為設(shè)計車輛用液壓傳動系，必須根據(jù)車輛要求的最大驅(qū)動力 maxF 與最大行駛速度 maxv 進行液壓傳動參數(shù)的確定。 1．需要牽引力（運行工況） 對于行走運輸車輛，其載荷力矩主要是來自驅(qū)動輪的阻力矩。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 max? =50km/h，高速運行時要求爬坡度為 12‰ (即 )，低速運行時最大爬坡度為 17%（即 ），由公式（ 34）可得， 依照最大爬坡度要求，低速運行時的牽引力，即最大牽引力： maxF = s i n c o sk f iF F F G G f??? ? ? ? =（ 108+85） 1000 （ 176。 +176。） = 354346 N 式中： f — 車輛滾動阻力系數(shù)， 取 ? — 爬坡角， ? =arc = 176。 高速運行時的要求的最大牽引力： maxVF = s i n c o sk f iF F F G G f??? ? ? ? =（ 108+85） 1000 （ 176。 +176。） = 60520 N 式中： ? =arc = 176。 2．驅(qū)動功率 P驅(qū) 車輛低速運行爬坡度為 17%時要求的牽引力是最大的，此時，對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）時要求的運行速度為 8 km/h，現(xiàn)在取最大爬坡時的車輛速度為 km/h，此速度為車輛的最小速度，即 maxF? = km/h。因此低速運行時的車輛牽引功率為 k3600FP ???驅(qū) = max max3600FF ?? = 354346 ?? = 443 kW 式中 ?為傳動效率，取 最高速度運行時要求能爬上 12‰的坡度，此時的車輛牽引功率為： 第 3 章 靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 第 19 頁 共 59 頁 k3600FP ???驅(qū) = max max3600VF ?? = 60520 503600 ?? ≈ 1053 kW 由以上計算知，要滿足車輛在高 速運行時的要求，須取 P驅(qū) = 1053 kW。 3．變換范圍 R 變換范圍是根據(jù)車輛要求的最大參數(shù)決定的，其計算公式為： max maxHCFR P????驅(qū) （ 36） 式中： max? 單位為 m/s， P驅(qū) 單位為 W H? — 液壓系統(tǒng)效率 C? — 機械傳動效率 當(dāng) R ≤ 3 時，由變量泵單獨變換； 當(dāng) R ＞ 3 時，由變量泵 變量馬達變換。 總的變換范圍分為變量泵的變換范圍 1R 和變量馬達的變換范圍 2R ， 12R R R?? （ 37） 由式（ 36）可以算得變換范圍 R = 350354346 3 .60 .8 0 .9 1 0 5 3 1 0?? ? ?= 式中： H? 取 ， C? 取 可見，總的變換范圍 R ＞ 3，需要用變量泵 變量馬達系統(tǒng)變換，最終選定為圖 c)方案。變量泵和變量馬達的變換范圍分別為： 12 6. 49R R R? ? ?= 4．液壓泵和液壓馬達的參數(shù)計算 108t 礦用自卸車載重大，要求馬達扭矩很大，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必須能同時滿足低速牽引和高速運行的要求，用四個馬達驅(qū)動，設(shè)置兩個檔位，其傳動比分別為 1i 和 2i 。在設(shè)定檔位時要求車輛換檔要盡量使沖擊力小，換檔平穩(wěn)，兩個檔位之間傳動比的比值一般在 3 左右，為此，設(shè)置低速檔傳動比為 1i =，高速檔為 2i =1。 液壓馬達的基本參數(shù)主要是排量和轉(zhuǎn)速，所選擇的液壓馬達必須滿足機械的動力及行駛速度的要求。 馬達扭矩： 第 3 章 靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 第 20 頁 共 59 頁 McwFrT nii?? （ 38） 式中： F — 牽引力， N r — 驅(qū)動輪半徑， r = n — 馬達數(shù)量， n =4 ci — 輪邊減速器傳動比，取 ci = i — 齒輪傳動比，分別為 1i 和 2i w? — 傳動系效率，取 馬達轉(zhuǎn)速： 602M cviin r?? （ 39） 式中： v — 車輛運行速度， m/s Mn 單位為 r/min 其他各參數(shù)與上面相同。 馬達排量： 2M MmMTq p???? （ 310） 式中： p? — 系統(tǒng)壓差， p? =32Pa Mm? — 馬達機械效率，選用柱塞馬達，取 Mm? =。 根據(jù)已經(jīng)計算出的馬達的排量和馬達在大排量時的最高轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)的工作壓力，選擇標(biāo)準(zhǔn)系列的馬達。在選擇了馬達以后，液壓油泵的選擇應(yīng)滿足液壓馬達對流量和壓力的要求。油泵的流量應(yīng)滿足馬達在作業(yè)時的最大速度要求，由下式確定： 1000MMPVPnqQ ?? （ 311） 式中： PV? — 泵的容積效率，選用柱塞泵，取 PV? = 行走油泵的排量可按下式確定： 1000P P PQq n? （ 312） 式中： Pn — 泵的轉(zhuǎn)速，由發(fā)動機轉(zhuǎn)速和分動箱確定 第 3 章 靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 第 21 頁 共 59 頁 （ 1）低速方案 低速運行時車輛牽引力大，低速檔即Ⅰ檔傳動比 1i =，由以上計算，最大牽引力為 maxF = 354346 N，在最大牽引力時的速度為 maxF? = km/h，將各個參數(shù)代入式（ 38）得馬達最大扭矩： maxM cwFrT ni i?? = max1cwFrnii? = 354346 8?? ? ? = 1552 Nm 代入式（ 39）得馬達轉(zhuǎn)速： max 602MF cvi in r?? = max 1602Fcv iir? = ?? ? ?? = 556 r/min 由式（ 310）可以求得馬達排量： max 2M MmMTq p??? ? = max2 MmMTp??? =62 155232 10 ???? = 321 ml/r 則所需泵的流量由式（ 311）得： 39。 1000MMPVP nqQ ?? = max max1000MF MPVnq? = 556 3211000 ?? = 188 L/min 用一個泵帶兩個馬達，則泵的流量： PQ =2 39。PQ =2 188=376 L/min 式（ 312）算得泵的排量： 1000PPPQq n? =max1000PPQn =1000 3762100? = 179 ml/r （ 2）高速方案 高速運行時車輛牽引力較小，高速檔即Ⅱ檔傳動比 2i =1，由以上計算，高速行駛時的最大牽引力為 maxVF = 60520 N，最 高時速為 max? =50 km/h，將各個參數(shù)代入式（ 38）得馬達扭矩： 第 3 章 靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 第 22 頁 共 59 頁 maxv cwFrT ni i?? = max2VcwFrnii? = 60520 4 1 ?? ? ? = 848 Nm 由式（ 310）可以求得馬達排量： max 2M MmMv Tq p??? ? = max2 MmvTp??? =62 84832 10 ???? = 175 ml/r 由式（ 39）得馬達最高轉(zhuǎn)速： max 602M cvi in r?? = max 2602 cv iir? = 5060 ?? ? ?? = 2415 r/min 則所需泵的流量由式（ 311）得： 39。 1000MMPVP nqQ ?? = max max1000 ? = 2415 1751000 ?? = 445 L/min 用一個泵帶兩個馬達，則泵的流量： PQ =2 39。PQ =2 445=890 L/min 式（ 312）算得泵的排量： 1000PPPQq n? =max1000PPQn =1000 8902100? = 424 ml/r 由求得的泵的排量 Pq =421 ml/r 和泵的轉(zhuǎn)速 maxPn =2100 r/min 選取泵，無符合要求的泵，現(xiàn)在取泵的轉(zhuǎn)速 maxPn =1800 r/min，則由此算得的泵的排量為： max1000PPPQq n? = 1000 8901800? =494 ml/r 選取 液壓泵的排量稍大于計算值， Pq =500 ml/r （ 3）驗證兩種方案的可行性 ①低速方案驗證高速方案 若選用低速方案計算得的泵和馬達，則在高速狀況下只需驗證車輛速度。 m ax m ax239。 VP VMMvPPMvqnn q ??? 第 3 章 靜液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 第 23 頁 共 59 頁 = 1 7 9 2 1 0 0 0 .9 5 0 .9 52 175? ?? = 969 r/min﹤ maxMn 可見，低速方案不能滿足高速行駛要求，達不到車輛的 技術(shù)要求 ②高速方案驗證低速方案 若選用高速方案計算得的泵和馬達，則在低速狀況下只需驗證馬達扭矩。 m axm ax 239。 2PMMFPMpQT n ??? =633 2 1 0 8 9 0 1 0 0 .9 5 0 .9 52 2 5 5 6??? ? ? ??? = 3681 Nm﹥ maxMT 可見，選用高速方案計算得的泵和馬達遠(yuǎn)能滿足低速牽引的要求，此時的低速比556 r/min 大很多，在滿足最大牽引力狀況下馬達轉(zhuǎn)速： maxm