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摘要:本文对160hp平地机液压驱动系统进行论述改进,区别于以往液压平地机的无桥结构,提出了采用了单泵单马达+桥的传动方式,同时采用EP泵和EP马达的方式。这种与一般的液压平地机相比增加了驱动桥,可以有效的解决全液压平地机在偏载作业时遇到的滑转问题,采用EP泵和EP马达,控制灵活方便便于自动控制,能够合理利用发动机功率,根据负载大小灵活控制。
关键词:全液压平地机单泵单马达;滑转;EP泵;EP马达
1. 绪论
平地机是一种以铲刀为主,配以其他多种可换作业装置,进行土地平整和整形作业的施工机械,主要用于道路、机场、农田水利等大面积平整作业以及刮坡、挖沟、推土、松土、清除路面冰雪等方面的施工作业,是国防工程、交通、矿山、水利等基本建设施工中的重要设备之一。
2. 国内外160Hp左右平地机传动方式
机械传动占85%,液压传动占7.5%,液力机械传动占7.5%。由于机械传动具有较高的传动效率,既能保证强大的牵引力和又能实现高速行驶,所以变速箱直接传动方式一直占有主流地位,但是机械有传动冲击大的缺点。而液力机械传动具有自适应性,能够根据外负载的变化,改变输出转矩,下面主要介绍液压传动与液力机械相比的特点。
1)操纵和控制的多样性。2)转矩双向传递。(3)液压传动调速准确、刚度大。(4)多装置系统的匹配性。(5)可以实现复合传动与控制。(6)液压系统工作平稳、冲击小。
3. 全液压平地机的发展现状
国内很多厂商业在研制全液压平地机,(如徐工、天津鼎盛等),全液压平地机的结构方案较多,如可以采用驱动桥,马达中央传动方式保留了目前液力传动车辆的基本结构,仅将变矩器变为液压泵和马达。机器零部件通用性强,液压传动性好、效率高,特别是将泵与马达组成"背靠背"装置时,能够在转速和转矩较宽的范围内获得总效率85%以上,使发动机的功率充分用于速度和牵引力的宽阔范围。还有不采用驱动桥的,马达轮边独立驱动方式,它用减速平衡箱代替了变速箱、差速器、驱动桥乃至轮边减速器,降低机器成本,便于零部件布置。安装、设计自由度大,车辆性能和结构形式多样化。因此到底怎样扬长避短,设计出性能优良的平地机需要研究的内容很多。
4.160Hp全液压平地机液压驱动系统方案设计
目前市场上已有的全液压平地机产品采用液压泵和马达代替了液力变矩器,减速平衡箱取代了传统平地机的变矩器变速箱、后桥驱动及链传动平衡箱。这带来了结构设计等诸多优点,然而问题也随之产生,对传统液力或机械式平地机来说,驱动桥上的差速锁定机构保证了机器在左右两侧驱动轮地面附着条件不同或偏载作业时,两侧驱动轮能够实现同步驱动,从而充分发挥机器的有效牵引力;而无桥结构的全液压平地机不能够实现同步驱动,在平地机侧载作业时会出现"跑偏",操作手通过方向盘实施校正时,机器的部分功率会用来克服转向阻力,有效牵引力降低。
此外,没有差速锁定机构,在附着条件较差的场地作业时,如在分布着泥沼、湿地或草地的场地施工,如果机器没有抗滑转措施,会出现由于两侧驱动轮附着情况不同而引起的一侧驱动轮滑转,轻微时,机器卸载后可驶出打滑区域;严重时,滑转一侧转速升高,流量增大,地面附着条件进一步被破坏直至完全滑转,全部流量分配至滑转一侧,系统压力无法建立,另一侧失去流量转速为零,即便该侧地面附着条件较好,也因驱动轮停止转动无法发挥机器的牵引力,发动机功率以滑转的形式损失掉,最终车辆无法脱离泥沼或坑陷而发生"陷车"。侧载作业(如铲刀一侧伸出刮土、刷边坡等,都属于侧载作业)是平地机必需完成的作业工况,因此,同步性能应该是全液压平地机追求的性能目标之一。因此,本设计在思路上考虑采用有驱动桥结构的平地机。所以本文采用了单泵单马达+桥的传动结构。采用马达中央传动通过马达将动力传递给减速装置再到驱动桥,然后驱动车轮。
5.驱动方案的选择
EP与DA控制相比更为灵活方便,是一项不依赖于液压件供应商的专有技术。平地机属于负载变化相对不平稳的牵引式作业机械采用电比例控制不仅要完成速度挡位划分、对泵和马达进行合理匹配与控制以实现全程无级调速等要求。
HA控制的缺点是马达排量由负荷压力确定,在平均负荷很低但波动较大的工况下工作时,如平地机在低洼不平的道路行驶时,马达在小排量工作,抗负荷波动能力差,工作极不稳定。解决这一问题的方法是在HA控制的基础上,引入人工控制,在特殊工况下进行人工操作。这样无疑增加了操作者的劳动量,而且平地机的负载变化相对不平稳,所以不作为选择。所以,最终决定选用EP泵+EP马达方案。
6. 结论
160Hp平地机液压驱动系统采用了单泵单马达+传动链+桥的传动方式,与一般的液压平地机相比增加了驱动桥,可以有效的解决全液压平地机在偏载作业时遇到的滑转问题,同时采用EP泵和EP马达,控制灵活方便。全液压平地机便于自动控制,能够合理利用发动机功率,根据负载大小灵活控制。虽然液压传动存在二次能量转换,其传动效率低于机械传动,但液压传动具有很好的可电控特性,在合理的匹配和控制的基础上,可以使平地机工作在高效区域,辅助以简单、无中断的操作方式,仍可使平地机获得较高的生产率。
参考文献:
[1] 郁录平. 工程机械底盘设计,人民交通出版社,2004
[2] 姚怀新编著. 行走机械液压传动与控制[M]. 人民交通出版社,2002
[3] 王欣,易小刚. 全液压平地机的关键匹配与控制技术. 筑路机械与施工机械化,2008.3
[4] Rexroth(Bosch Group). 行走机械用液压及电子控制元件产品样本(RC64017/12.02).博士力士乐有限公司,2001
[5] 焦生杰,国内外平地机发展现状与新技术. 筑路机械与施工机械化,2008.3
[6] 宋建安,赵铁栓. 液压传动.世界图书出版公司,2004.9
[7] 王欣,张超,易小刚. 全液压平地机功率-载荷自适应方法研究[J]. 工程机械,2007,38
[8] 王欣,焦生杰,张志友. 国外平地机的变功率控制[J]. 筑路机械
作者简介:李星(1989-),男,长安大学工程机械学院机械电子工程07级本科生。
关键词:全液压平地机单泵单马达;滑转;EP泵;EP马达
1. 绪论
平地机是一种以铲刀为主,配以其他多种可换作业装置,进行土地平整和整形作业的施工机械,主要用于道路、机场、农田水利等大面积平整作业以及刮坡、挖沟、推土、松土、清除路面冰雪等方面的施工作业,是国防工程、交通、矿山、水利等基本建设施工中的重要设备之一。
2. 国内外160Hp左右平地机传动方式
机械传动占85%,液压传动占7.5%,液力机械传动占7.5%。由于机械传动具有较高的传动效率,既能保证强大的牵引力和又能实现高速行驶,所以变速箱直接传动方式一直占有主流地位,但是机械有传动冲击大的缺点。而液力机械传动具有自适应性,能够根据外负载的变化,改变输出转矩,下面主要介绍液压传动与液力机械相比的特点。
1)操纵和控制的多样性。2)转矩双向传递。(3)液压传动调速准确、刚度大。(4)多装置系统的匹配性。(5)可以实现复合传动与控制。(6)液压系统工作平稳、冲击小。
3. 全液压平地机的发展现状
国内很多厂商业在研制全液压平地机,(如徐工、天津鼎盛等),全液压平地机的结构方案较多,如可以采用驱动桥,马达中央传动方式保留了目前液力传动车辆的基本结构,仅将变矩器变为液压泵和马达。机器零部件通用性强,液压传动性好、效率高,特别是将泵与马达组成"背靠背"装置时,能够在转速和转矩较宽的范围内获得总效率85%以上,使发动机的功率充分用于速度和牵引力的宽阔范围。还有不采用驱动桥的,马达轮边独立驱动方式,它用减速平衡箱代替了变速箱、差速器、驱动桥乃至轮边减速器,降低机器成本,便于零部件布置。安装、设计自由度大,车辆性能和结构形式多样化。因此到底怎样扬长避短,设计出性能优良的平地机需要研究的内容很多。
4.160Hp全液压平地机液压驱动系统方案设计
目前市场上已有的全液压平地机产品采用液压泵和马达代替了液力变矩器,减速平衡箱取代了传统平地机的变矩器变速箱、后桥驱动及链传动平衡箱。这带来了结构设计等诸多优点,然而问题也随之产生,对传统液力或机械式平地机来说,驱动桥上的差速锁定机构保证了机器在左右两侧驱动轮地面附着条件不同或偏载作业时,两侧驱动轮能够实现同步驱动,从而充分发挥机器的有效牵引力;而无桥结构的全液压平地机不能够实现同步驱动,在平地机侧载作业时会出现"跑偏",操作手通过方向盘实施校正时,机器的部分功率会用来克服转向阻力,有效牵引力降低。
此外,没有差速锁定机构,在附着条件较差的场地作业时,如在分布着泥沼、湿地或草地的场地施工,如果机器没有抗滑转措施,会出现由于两侧驱动轮附着情况不同而引起的一侧驱动轮滑转,轻微时,机器卸载后可驶出打滑区域;严重时,滑转一侧转速升高,流量增大,地面附着条件进一步被破坏直至完全滑转,全部流量分配至滑转一侧,系统压力无法建立,另一侧失去流量转速为零,即便该侧地面附着条件较好,也因驱动轮停止转动无法发挥机器的牵引力,发动机功率以滑转的形式损失掉,最终车辆无法脱离泥沼或坑陷而发生"陷车"。侧载作业(如铲刀一侧伸出刮土、刷边坡等,都属于侧载作业)是平地机必需完成的作业工况,因此,同步性能应该是全液压平地机追求的性能目标之一。因此,本设计在思路上考虑采用有驱动桥结构的平地机。所以本文采用了单泵单马达+桥的传动结构。采用马达中央传动通过马达将动力传递给减速装置再到驱动桥,然后驱动车轮。
5.驱动方案的选择
EP与DA控制相比更为灵活方便,是一项不依赖于液压件供应商的专有技术。平地机属于负载变化相对不平稳的牵引式作业机械采用电比例控制不仅要完成速度挡位划分、对泵和马达进行合理匹配与控制以实现全程无级调速等要求。
HA控制的缺点是马达排量由负荷压力确定,在平均负荷很低但波动较大的工况下工作时,如平地机在低洼不平的道路行驶时,马达在小排量工作,抗负荷波动能力差,工作极不稳定。解决这一问题的方法是在HA控制的基础上,引入人工控制,在特殊工况下进行人工操作。这样无疑增加了操作者的劳动量,而且平地机的负载变化相对不平稳,所以不作为选择。所以,最终决定选用EP泵+EP马达方案。
6. 结论
160Hp平地机液压驱动系统采用了单泵单马达+传动链+桥的传动方式,与一般的液压平地机相比增加了驱动桥,可以有效的解决全液压平地机在偏载作业时遇到的滑转问题,同时采用EP泵和EP马达,控制灵活方便。全液压平地机便于自动控制,能够合理利用发动机功率,根据负载大小灵活控制。虽然液压传动存在二次能量转换,其传动效率低于机械传动,但液压传动具有很好的可电控特性,在合理的匹配和控制的基础上,可以使平地机工作在高效区域,辅助以简单、无中断的操作方式,仍可使平地机获得较高的生产率。
参考文献:
[1] 郁录平. 工程机械底盘设计,人民交通出版社,2004
[2] 姚怀新编著. 行走机械液压传动与控制[M]. 人民交通出版社,2002
[3] 王欣,易小刚. 全液压平地机的关键匹配与控制技术. 筑路机械与施工机械化,2008.3
[4] Rexroth(Bosch Group). 行走机械用液压及电子控制元件产品样本(RC64017/12.02).博士力士乐有限公司,2001
[5] 焦生杰,国内外平地机发展现状与新技术. 筑路机械与施工机械化,2008.3
[6] 宋建安,赵铁栓. 液压传动.世界图书出版公司,2004.9
[7] 王欣,张超,易小刚. 全液压平地机功率-载荷自适应方法研究[J]. 工程机械,2007,38
[8] 王欣,焦生杰,张志友. 国外平地机的变功率控制[J]. 筑路机械
作者简介:李星(1989-),男,长安大学工程机械学院机械电子工程07级本科生。