900t运梁车闭式驱动系统理论设计和仿真研究

900 课设主要内容 液压系统设计计算及元件选型 阀块设计及工程图的绘制 液压系统原理虚拟动画仿真 液压系统建模与性能分析 一、液压系统设计计算 及元件选型 1 主要技术参数 2 驱动系统工作性能 3 运梁车驱动系统理论计算 4 二、阀块设计及工程图的绘制 1 液压系统设计集成块的流程简介 2 液压系统设计集成块具体流程 三 1 液压驱动系统虚拟动画仿真软件简介 2 液压驱动系统动画制作流程 3 液压驱动系统原理分析 4 液压驱动系统动画效果演示 四 1 系统建模软件 2 系统建模与分析流程 3 系统系统元件的说明 4 系统模型功能 5 系统性能分析 6系统分析过程演示 一、液压系统设计计算 及元件选型 1 主要技术参数 2 驱动系统工作性能 3 运梁车驱动系统理论计算 4 液压系统设计计算及元件选型 本课程设计就 900吨运梁车闭式驱动系统进行了简单的原理设计和计算选型，并简单介绍了系统所采用的 液压驱动动力源为 2台柴油发动机，通过弹性联轴器（扭力减振器）与 2套相同配置的液压泵相连，驱动液压马达和行星减速器实现行走。 自重： 300吨 额定起重能力： 900吨 空载车速： 0 10Km/h 满载车速： 0 5 Km/h 轮胎型号：上海双钱 轮胎空载半径 : 轮胎满载半径 : 地面滚动阻力系数： 加速度 a= 坡度： 5% 由于正、反方向行走及制动要求，以及为满足以上行走速度控制的要求，运梁车液压驱动系统中泵和马达采用闭式回路方式。驱动泵一般都采用带方向和比例电磁铁的双向变量泵。通过控制变量泵电比例伺服阀的方向和伺服电流大小，可以改变驱动泵的方向和排量的大小，从而改变运梁车行车方向和速度的大小。驱动马达则选择变量马达，通过变换马达的排量可以适应运梁车的空载和满载工况，并充分利用发动机和泵的功率，爬坡时可以控制马达全排量输出，以获得最大牵引力。整个车速可以无级调速，柴油机转速和车的行走速度由加速器踏板来控制 系统原理（具体原理图见图纸） 通过调节比例阀 2的电流改变主泵 1的排量，从而改变系统流量，即达到改变车速的目的。补油泵 9通过滤清器 7和单向阀 3，将低压油补入主回路，并同时向控制回路供油。主回路部分油通过冲洗阀 5、溢流阀 6经冷却器流回油箱。当出现瞬时超载时，高压油经溢流阀溢流到补油回路。当出现严重超载时（比如车轮卡死），顺序阀打开，高压油迅速将主泵的排量减小，同时由于节流阀的压降，溢流阀 8开启，从而使主回路压力快速降低。 元件功能简介 （ 1）调压阀： 在泵装置里共有 5个调压阀（ 3个溢流阀和 2个顺序阀），阀 10调定补油压力，阀 11设定主回路工作压。阀 8为主回路卸荷阀，当超载时，能迅速打开，使主泵排量回零，起到快速卸荷的作用，其压力要比阀 11高 保证冲洗阀能正常工作，其溢流阀 6溢流压力要比阀 10低 （ 2）补油泵： 闭式系统的主泵上通轴附设一小排量的齿轮泵补油，补油溢流阀和补油单向阀多集成于主泵，冲洗冷却阀组则集成于马达。补油溢流阀调定补油压力，补油单向阀选择补油方向，向主油路低压侧补油，以补偿由于泵、马达容积损失及从冲洗冷却阀组中泄掉的流量。冲洗阀的作用是将主回路中多余的油溢流出去，并起到循环更新主回路里油介质的目的。同时，补油泵对主泵、马达进行冷却，让部分流量通过主泵和马达壳体回油箱，这种冷却可以防止出现主泵和马达长时间在零流量或零压力下工作产生的过热现象。 （ 3）高压滤清器： 在补油泵的出口安装一个高压滤清器，使工作介质经过滤后进入系统，可提高传动装置的可靠性和寿命。 驱动系统各元件及管路功能 出油口 M（ B） 测量 控制油口，功用同定量泵 M（ H） 测量 控制油，同上 S 油源吸口 F 确定是否通过过滤器，一般情况呈断开状态 M（ A） 测量 变泵的排量 3 运梁车驱动系统理论计算 负 载 受 力 分 析发 动 机 功 率 计 算液 压 系 统 元 件 计 算 及 选 型马 达 减 速 机选 型 计 算液 压 泵 型 号确 定补 油 泵 流 量 的 选择 与 计 算油 箱 容 积 和液 压 油 量油 管 管 径 的计 算滤 油 器 的 选 择冷 却 系 统冷 却 器冷 却 马 达冷 却 泵溢 流 阀电 磁 换 向 阀 牵引力计算 下面简述其几种工况及相应受力： 一、空载情况 （ 1）空载平地牵引力： 空载平地牵引力 =空载平地阻力 =自重 滚动阻力系数 =300 =9吨 （ 2）空载平地加速牵引力： 空载平地加速牵引力 =空载平地阻力 +空载加速阻力 =自重 滚动阻力系数 +自重 加速度 =300 00 =（ 3）空载爬坡牵引力： 空载爬坡牵引力 =空载平地阻力 +空载坡度阻力 =自重 滚动阻力系数 +自重 坡度 =300 00 =24吨 （ 4）空载爬坡加速牵引力： 空载爬坡加速牵引力 =空载平地阻力 +空载坡度阻力 +空载加速阻力 =自重 滚动阻力系数 +自重 坡度 +自重 加速度 =300 00 00 =二、 满载情况 （ 1）满载平地牵引力： 满载平地牵引力 =满载平地阻力 =总重 滚动阻力系数 =1200 =36吨 （ 2）满载平地加速牵引力： 满载平地加速牵引力 =满载平地阻力 +满载加速阻力 =总重 滚动阻力系数 +总重 加速度 =1200 200 =（ 3）满载爬坡牵引力： 满载爬坡牵引力 =满载平地阻力 +满载坡度阻力 =总重 滚动阻力系数 +总重 坡度 =1200 200 =96吨 （ 4）满载爬坡加速牵引力： 满载爬坡加速牵引力 =满载平地阻力 +满载坡度阻力 +满载加速阻力 =总重 滚动阻力系数 +总重 坡度 +总重 加速度 =1200 200 200 = 运梁车发动机功率计算 取传动效率为 : 一般情况消耗最大功率的工作状态为满载平地 根据经验，液压系统容积效率取 则总效率 =容积效率 机械效率 = 且机械系统的传动效率为 （ 1）行走时最大功率 满载平地时发动机功率 =满载平地牵引力 满载速度 效率 =36 1000 5 = 2）需要发动机功率 取发动机储备系数为 发动机总功率 =行走时最大功率 = = 采用双发驱动，每台发动机功率 P 选用柴油机： 功率 P 400 行走闭式液压系统元件确定 运梁车马达减速机选型计算 满载爬坡阻力距 =满载爬坡牵引力 驱动半径 =96 1000 =一、初选马达减速机型号和个数 初选马达减速机为 0000 马达型号为 量 80 ，公称压力 400 根据经验推荐选择液压系统的工作压力：工程机械、重型机械常用压力为 :35 (参考 液压元件与系统 第十七章液压系统设计 ) 取压力差 =35统工作压力） 单个驱动力矩 T=马达排量 压力差 i 2 （机械） =80 35 2 =7 n=4 钢管均采用 45#正火钢， 则：压力管壁厚为： 35 50 / 2 （ 608 / 4） = 吸油管壁厚为： 20 65 / 2 （ 608 / 8） = 回油管壁厚为： 50 / 2 （ 608 / 8） = 三、外径的选取 参照现代实用液压附件 压力管外径取： 63 吸油管外径取： 90 回油管外径取： 63 滤油器的选择 行走机械闭式系统采用补油泵吸油过滤方式时 ,要求真空度极限值不大于 30虑到吸油管路的压力损失，滤油器本身的极限压降要求不超过（ 20 25） 虑到滤油器工作过程中污染物积累会使压降增加，要求其初始压降不超过（ 8 15） 此闭式系统中的过滤有吸油口过滤和出油口过滤： （选择时应满足：滤油器流量 管路流量） 流量： Q=P/ 式中： 上式的意义不在于计算滤油器的流量，而在于说明流量与压差成正比，与油液粘度成反比。因此可根据滤油器产品提供的标准粘度下（一般为 32s）的压差 便正确选择滤油器。 一、 吸油口过滤器 吸油口处有一个 10以上的滤筛 ,通常选 80 参照 现代实用液压附件 中的 27页： 可知：在满足其初始压降不超过 5量可取 0 600 L/ 管路流量： Q 所以选择 *过滤器满足要求。 二、回油口过滤器 此处可充分保证液压系统油液得到可靠过滤，当滤油器堵塞时，系统压力升高，从而使压力继电器动作发出报警信号，提醒更换滤油器，一般使用 5细滤器。 参照 现代实用液压附件 中的 31页： 可知：在满足其初始压降不超过 8量可取 0 600L/ 管路流量： Q 所以选择 *过滤器满足要求。 一、 吸油口过滤器 吸油口处有一个 10以上的滤筛 ,通常选 80 参照 现代实用液压附件 中的 27页： 可知：在满足其初始压降不超过 5量可取 0 600 L/ 管路流量： Q 所以选择 *过滤器满足要求。 高压空气滤清器 辆、移动机械以及需要具有压力的液压系统。（参考 现代实用液压附件 中的 98页） 选择 *-*压力表选择 选择现代实用液压附件中 产品型号 公称直径 100 接头螺纹 精确度等级 测量范围（ 0 40 耐振等级 生产厂家 无锡市特种压力表厂 冷却系统 一、 冷却器 补油泵排量 r 转速 2300 补油泵流量 冷却流量 环境温度 30 油液最高温度 70 合适油温 50 发热功率 0/900= 当量冷却功率 0= 冷却器型号 贺德克 500 、 冷却马达 马达油口口径 15兰式 35 冷却器配置的马达工作排量 22mL/r 冷却器配置的马达工作转速 1500 冷却器配置的马达流量 33L/ 冷却器配置的马达工作压力 20、冷却泵 冷却器配置的齿轮泵要求排量为 mL/r，选择 新编液压工程手册 齿轮泵 型号 理论排量 15.9 mL/r 额定压力 21 理论输出转矩 最低转速 500 最高转速 3300 厂家 天津机械厂 四、 溢流阀 选择：北京华德液压工业集团有限责任公司样本 ，性能参数如下： 型号 通径 6 最大工作压力 P： 40 流量 50 L/ 厂家 北京华德 五、 电磁换向阀 选择：北京华德液压工业集团有限责任公司样本电磁换向阀 4能参数如下： 型号 4 通径 6 最大工作压力 最大流量 60L/ 厂家 北京华德 六、 测压接头 选择 (温州黎明液压机电厂生产 ) 通减压阀），系统中补油泵的液压油被引入测量节流口 .，在测量节流口产生一个控制压力 ( )用来控制主泵和液压马达的排量。随着发动机转速的升高，测量节流口产生的控制压力增大，主泵的排量增大而液压马达的排量减小，车辆行驶速度逐渐增大。当液压系统功率超出发动机最大输出功率后，发动机失速，测量节流口产生的压力减小，主泵排量减小而液压马达排量增大，车辆行驶速度下降，实现了恒功率驱动。 通过使用带有 动变速机构”；通过“加大油门”将发动机转速提高，以便车辆开始行使；当行驶阻力增大时（例如爬坡），为了使发动机不至过载， 之与发动机的可用功率相匹配；同理，因工作机构同时工作而需消耗发动机的一部分功率时，也会产生同样的效果，即防止发动机过载或避免发动机熄火。 系统中的补油泵在给系统补油的同时，还被引入了一个测量节流口，利用补油溢流阀调定系统的补油压力。测量节流口处的压差经 控制阀放大后，产生一个控制压力，该控制压力经过三位四通方向阀后达到泵变量活塞的其中一个控制腔，另一个控制腔接 此泵开始变量。 A 阀套的力平衡关系式如下： 23弹簧 补油泵的压力通过测量节流口的时候会产生一个压降 P，这个压降基本与介质的粘度无关（因节流口为薄刃形式），而与节流口的直径（ P 1/及通过节流口的流量（ P 关。有这个压降 而使控制油可以到达控制泵的方向阀，在这个流道中的控制压 2上，反向推动 阀套。 上式中： 3相等， 流口前后压差 P= 3= 因此，有： F P=弹簧 ，得到： n 大系数”，一般标准 控制压力 量油缸中 中弹簧等效压力 出口压力 V=V(x)=V(z,P) = 式中： z, K1, 一定是常数 二、阀块设计及工程图的绘制 1 液压系统设计集成块的流程简介 2 液压系统设计集成块具体流程 在液压系统设计中，由于用阀块的安装方式替代管路实现元件间的连接，可以大幅度地减少系统装配工作量，减少泄漏机会及系统所占空间，并提高系统效率，所以得到广泛的应用。 利用 1 液压系统设计集成块的流程简介 下是利用 首先绘制草图，然后通过拉伸，旋转等操作生成特征，记过一系列的特征结构建，利用尺寸关系，几何关系，方程式等在特征之间建立关联关系，最终形成产品的零件造型。在产品设计环境中，所有相关的零件全部造型设计一完成，便可进行装配，生成装配体。在装配体环境中，可以进行运动仿真和干涉检查，通过检查结果，在该环境中可以对零件进行修改。 液压集成块采用二维参数化软件进行设计，建立虚拟装配环境，使分析和观察的方式变得非常直观，设计人员尽可能在设计阶段发现问题，从而能够摆脱繁重的绘图工作。把主要精力放在对系统功能，结构等方面的分析和思考上，保证设计质量，提高设计效率。同时还可以对实体模型进行不同视角的观察，使集成块孔系的正确性检查变得直观可靠，对装配体进行干涉检查，提高一次性设计的成功率。 软件设计环境 2 液压系统设计集成块具体流程 一、根据所选阀的参数绘制阀的三维图，如图： 溢流阀 换向阀 二、根据液压系统原理图和所选阀的情况，确定集成块的尺寸，效果图如图： 三、根据各阀在集成块上的位置安装，首先确定进出油口的位置，利用异型孔向导生成进出油口，按设计要求确定孔径和长度。再从离进油口最近的阀开始，将该阀对应的连接板尺寸以草图形式画在事先确定的安装面上，利用异型孔向导生成安装螺纹孔和油孔。检查该阀的油孔与进出油道的连通情况，如果不满足要求，则适当改变进出油口的位置，该阀位置或对应油孔的长度。然后，再设计下一个阀的位置和油孔的长度，直到所有的阀都布置好，根据液压系统原理图，使应相连的孔连通，不应相连的孔保持一定的距离，一般孔间距不应小于5果图如图： 四、将各阀、压力表、接头等各元件安放在相应的位置，如图。检查装配体中各元件是否产生干涉，布局是否合理。如果有问题，再进行相应的调整，直到合适为止； 五、根据所完成的零件图，生成和输出包含所有加工信息的工程图，如图。即利用 三视图和各种剖视图，完整的反映油孔和各阀的安装位置。 三 1 液压驱动系统虚拟动画仿真软件简介 2 液压驱动系统动画制作流程 3 液压驱动系统原理分析 4 液压驱动系统动画效果演示 1 液压系统虚拟动画仿真软件简介 本课程设计采用 计人员和开发人员可使用它来创建演示文稿等允许用户交互的内容。 以包含简单的动画、视频内容、演示文稿以及介于它们之间的任何内容。在 构建应用程序，可以使用 图工具创建图形，并将其它媒体元素导入 档。接下来，定义如何以及何时使用各个元素来创建设想中的应用程序。 2 液压驱动系统动画制作流程 绘 制 原 理 图（ 图 层 1 ）新 建 元 件（ 6 个 ）新 建 图 层 （ 1 2 个 ）创 建 补 间 动 画油 液比 例 阀 1 变 量 缸 1变 量 泵变 量 马 达 比 例 阀 2 变 量 缸 2油 液下面以一种工况简单介绍一下 1、在图层 1上使用绘图工具作出液压驱动系统原理图； G P Ma 0 个 马 达 2、整个系统的元件都是在运动的，因此需要对多个图层进行绘制和创建： 创建新元件：插入 以此方法，新建系统所有运动元件： 变量泵、变量马达、两个比例阀、两个变量缸和油液等 8个元件 3、新建图层 2，创建比例阀 1的换向动画，通过关键帧的创建来完成补间动画，实现比例阀的换向动作。 4、新建图层 3，创建补油回路及控制回路的油液动画，实现油液在管路中的流动。 5、 以此类推 ， 可实现各层的创建和关键帧的创建 ， 共 12个图层 ， 如下： 6、通过分析各元件动作的先后顺序创建各个图层的关键帧，实现各元件的补间动画 本次动画模拟仿真的难点在于插入关键帧的位置：首先 ，我们必须对工作原理了然于心 ， 这样才能为系统的分析和仿真做好铺垫 ， 必须了解各个元件动作的先后顺序及变化快慢 。 以上图为例进行分析： 空载加速（轻载高速）： 液压泵的比例阀换向到左位，通过发动机加速（ n），从而使得 大，推动变量缸的活塞向右移动，从而使得变量泵的排量变大。 V=V(x)=V(z,P) =。与此同时，液压马达的比例阀换向到上位，压差推动变量缸的活塞向下移动，从而使得变量马达的排量变小，车辆行驶速度逐渐增大，从而实现了加速过程 。 重载减速（重载低速）： 系统功率超出发动机最大输出功率后，发动机失速，（ n），从而使得 n2）减小，使得变量缸的活塞向左移动，从而使得变量泵的排量变小。 V=V(x)=V(z,P) =。与此同时，液压马达的比例阀恢复原位，压差推动变量缸的活塞向上移动，从而使得变量马达的排量变大，车辆行驶速度逐渐减小，但扭矩增大，实现了减小速度，增大扭矩的过程。 四 1 系统建模软件 2 系统建模与分析流程 3 系统元件的说明 4 系统模型功能 5 系统性能分析 6系统分析过程演示 1 液压驱动系统建模分析软件简介 本液压驱动系统采用 建立了一大批对应真实物理部件的仿真模型，用户只要如同组装真实的液压系统一样，把相应的部件从库中取出，连接各个部件，设定参数，就可以构造用户自己的液压系统。而不必关心具体部件背后的繁琐的数学模型（这些模型就算是对于最优秀的工程师来说，其推倒也是相当麻烦的）。同时，这些液压模型经过了大量的工程实践的检验，集中了 可信度非常高。 2 液压驱动系统建模与分析流程 元 件 选 择 连 接 回 路原 理 图设 置 子 模 型设 定 参 数空 载 时 的 参 数模 型 仿 真满 载 时 的 参 数满 载 时 的 曲 线空 载 时 的 曲 线形 成 曲 线系 统 元 件 计 算3 系统元件说明 运梁车采用由变量泵 且为多泵 通过改变液压泵的出口方向 ，实现车辆的前进 、 后退及相应的速度改变 ，通过改液压马达的排量实现差速与差力控制 。 （ 1）发动机 根据任务要求，设计发动 机 300 r/ （ 2）液压泵 一个理想的变量液压泵子模型，它考虑了容积损失和机械损失，出口流量由轴转速、冲击损失、泵排量和入口压力共同确定。其容积效率和机械效率定义为定值。 下图为 其设定泵斜盘摆角，调节泵的排量。空载启动时，泵的排量逐渐调到最大，即摆角逐渐变大，其参数设定如下图 。 满载阻力增大时，泵排量减小，斜盘摆角变小，其参数设定如下图 （ 3）补油、限压阀 一个简单的单 向阀子模型，没有考虑动力学因素。一个简单的溢流阀模型，没有考虑动力学因素，导通时，溢流阀的流速压力特性是线性的。 一个理想的液压泵模型，容积和机械损失认为是定值，出口流速由轴转速、泵排量和出口压力共同决定。 （ 4）液压马达部分 一个理想的双向变量马达模型。由流量损失和机械损失。马达转速由流经马达的液压油流量、冲击损失、马达排量和进口压力共同决定。 一个理想的双向变量马达模型。其参数设定如图 调节泵时相似。空载启动时，马达排量由最大