履带式工程机械液压驱动行走系统设计.doc

液压与气压传动课程设计专用纸 机制专业0704班机电工程系液压与气压传动课程设计题目： 履带式工程机械液压驱动行走系统设计 专业： 机械设计制造及自动化 班级： 机制 0704 姓名： 张冬 学号： 0700010452 指导教师： 蔺国民 2010.6.1液压与气压传动课程设计任务书一、主要任务与目标任务：履带式工程机械液压驱动行走系统设计 履带式工程机械的液压驱动行走系统，要求系统输出转速无级调速，可正，反向运转；具有刹车制动功能；双轮驱动，两个驱动轮可独立工作实现车辆转向；单轮最大驱动功率15KW。自重5吨，最大载重8吨；管路总压力损失1Mp，执行元件机械效率与容积效率均为0.9。目标：通过本题目的课程设计，使学生对所学的液压传动知识有全面的认识，熟悉液压系统设计的基本方法和过程；提高设计能力。二、主要内容（1）熟悉设计任务，明确设计及目标。（2）根据设计要求和已学过的设计流程，拟定系统工作原理图。（3）计算各元件的参数并验算。（4）元件选型。（5）编制文件，绘制速度、负载图谱。三、工作量要求完成规定的任务，总字数30004000字。四、时间要求本课程设计于2010-6-15前完成。目录 任务书- 1目录- 2设计思路- 3设计说明计算- 6 元件选择- 12负载动力分析- 16工作手册- 17设计小结- 17参考文献- 18 液压驱动行走系统设计思路 液压驱动行走系统的动力传递方式为分置式结构，即动力箱带动左、右变量泵，经左、右液压马达后传递至轮边减速装置，再经减速后驱动左、右履带使机器行走。其整个动力传递路线如图3-1所示。发动机动力左变量泵右变量泵液压马达液压马达减速装置减速装置左驱动轮右驱动轮 图3-1 液压驱动行走系统传动方案 根据图3-1以及设计要求：系统输出转速无级调速，可正，反向运转；具有刹车制动功能；双轮驱动，两个驱动轮可独立工作实现车辆转向）转速要实现无级调速，则需有无极调速回路，根据工作要求选择了容积调速回路来实现无级调速，具体采用了伺服变量泵，通过调整液压泵的来调整系统的速度，从而实现无极调速的目的；采用伺服变量泵同时也实现了正、反转，通过调整伺服阀既可以控制泵输出油路的正、反向；系统的刹车功能的实现则需要设置刹车缸，通过刹车缸和马达的作用来实现系统的制动，为保证刹车缸无供油时刹车依然有效，刹车必须能够自锁，以保证安全。两个驱动轮独立工作则必须设置两个单曲的驱动系统。根据以上思路，设计的驱动行走系统如下图所示：图3-2履带式工程机械液压驱动行走系统1-变量柱塞泵； 2-辅助泵； 3-滤油器； 4-手动伺服阀； 5-冷却器； 6-单向阀； 7-梭阀； 8-二位四通换向阀； 9-液控换向阀； 10-溢流阀； 11-顺序阀； 12-定量柱塞液压马达； 13-刹车缸 图3-2为履带式工程机械液压驱动行走系统，它是由双向伺服变量柱塞泵和定量柱塞液压马达以及随动阀等组成。是一个闭式液压系统，采用了变量泵容积式无级调速。根据闭式回路的特点，这个液压传动系统出了完成工作所必需的主油路（由变量泵和定量马达组成）外，还有与泵一起设置的辅助泵和由它组成的辅助低压回路以及冷却回路等。辅助泵通过单向阀向主油路低压区补油；一路经手动伺服阀调节主泵斜盘倾摆角度；还有一路是经溢流阀通入主泵和液压马达壳体，最后经冷却器回油箱，对工作中的泵和液压马达进行冷却。为了完成对左右履带的控制，在主油路中设置了手动伺服阀。它是由主泵斜盘伺服液压缸的随动阀，与主泵斜盘伺服液压缸配合控制其排油量，它经常与主泵制成一体。工作中，可根据行走需要操作此阀的手柄，实现对液压系统速度的调节。此阀的操作手柄从中间位置向左，右的操作方向和幅度，相应确定主泵的斜盘方向和倾摆角角度，决定主泵的排油方向和排油流量，从而通过液压马达的转换去履带驱动轮的转向和转速。因为左右驱动回路独立，这样，两边回路进行统一控制，既可联动实现车辆的前进、后退及相应的速度改变，又可分别动作，实现不同半径的转向或原地转向。因为属于随动控制，主泵的流量变化是连续的，因而可以实现对行走系统的无级调速。在主回路中，为了保证闭式传动系统的正常工作，还设置了两个安全阀，一个梭阀和一个低压溢流阀组成的集成阀块，安装在液压马达上。两个安全阀可以防止主回路在任意一个方向超载时过载溢流及液压马达制动时过载补油用，并可以起制动作用。梭阀确保工作时给主油路低压油路提供一个溢流通道，并有低压溢流阀保持低压区压力，可以改善泵的吸入性能，防止气蚀现象和空气渗入系统，同时也使其溢流油路加入冷却油路。冷却回路可使冷却油带走液压马达在工作时产生的热量，保证液压马达的正常运转。其油路由辅助泵供给。制动回路主要由换向阀，液压缸和一个顺序阀组成，不仅可以保证系统在工作时的制动，也可以在系统停止工作时自锁，保证安全。制动回路的供油由辅助泵提供。设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算1. 系统的切线牵引力 行走系统的工作阻力两部分组成：滚动阻力和坡道阻力。 滚动阻力 Ff =fGcos=11258 N 坡道阻力 Fp=Gsin=65000 N 式中：f-滚动阻力系数，f=0.1； G-总重量（自重+载重），G=50000+80000=130000 N； -运动表面对水平面的倾角（爬坡角度），=30o。 系统的切线牵引力等于个工作阻力为 Fk=Ff +Fp=76258 N2.液压马达的计算 驱动轮输出扭矩 Mk=Frd/ = 36434 Nm 式中：rd-驱动轮半径，（参照TQ230推土机）f=0.43； -履带行走机构机械效率，=0.9。 马达输出扭矩设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 M马=Mk/niMM = 184 Nm 式中：n-马达数量，n=2； iM-机械部分总传动比，（参照TQ230推土机）iM=110.286； M-传动系的效率，M=0.9。 液压马达的排量 VM=2Mm/pMm = 38ml/r 式中：p-系统压差，p= 34MPa； Mm-马达的机械效率，Mm =0.9。 液压马达的输出功率 P马达=P单/ = 16.67 kW 式中： P单-单侧行走系统功率，P单 = 15 Kw； -履带系统机械效率，= 0.9 。 液压马达的输入流量 P马达=(Q马达pt)/60 由上式得到：Q马达 = 36.5 L/min 液压马达的输出转速设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 nm =(Q马达1000v)/ Vg = 2522 r/min式中： v-液压马达的容积效率，v= 0.90。 Vg-系统工作最大行走速度，设Vg=3km/h2. 液压泵计算 液压泵的流量应该满足马达在全功率时最大速度的要求； 液压泵的排量； Vp= 1000Qp /npvp = 54ml/r Qp=nmqm/1000vm = 106.5 L/min 式中： np-泵的转速，由发动机确定。np=2200 r/min； vp-泵的容积效率，vp = 0.9。4.由外负载决定的系统的压力差 p=2Mm/qmMm = 33.8 MPa 根据以上所的的参数和系统的工作压力，表明液压系统符合设计要求。5. 油箱容量的计算 在液压系统工作过程中，产生热量的元件设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 主要是液压泵、液压马达和通过溢流阀或其它主要阀件的能量损失。管路的发热和散热基本平衡。(1)系统发热量的计算 液压泵、液压马达能量损失所转换的热量H1为 H1=N（1-）860 = 5445 kh/h 式中： N-驱动油泵或油马达的功率（Kw），N=16.672 34 Kw； -油泵或油马达的总效率，=0.81； 1kw=860kk/h。 同理，油液通过其它阀压力损失所产生的热量H2为 H2=（1060pQ）/427 1.41pQ =18.1 kh/h Q=Qp602/1000 = 12.78 m3/h 式中： p-通过阀的压力损失，p=1Mp； Q-通过阀的流量.设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 系统的总发热量H H = H1+H2 = 5464 kh/h(2) 系统散热量的计算 H=K A（T1T2）=KAT kh/h 解得 A 6.1 式中 ：K-油箱的散热系数，K = 15（千卡/米2小时）； A-油箱散热面积（m2） T1-允许的最高油温，T1 = 80 ； T2-环境温度，T2 = 20 ； T-油与环境的温度之差，T = 60 油箱的散热系数K冷却条件 K通风很关 78通风良好 13用风扇冷却 20用循环水强制冷却 95150若以K=15，则得油箱的容量V近似为 870 L设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算6. 液压元件的选择 （1）确定液压泵规格和驱动电机功率 由前面系统的工作需求分析，液压马达的工作压力取为34 MPa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1MPa（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为Pp=P1+P1= 35MPa上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定的压力储备，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的85%左右因此选泵的额定压力应满足： Pn=Pp/0.85=41.2MPa液压泵的最大流量应为： qp KL（q）max同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量。系统泄漏系数，一般取，现取。 qp = KL（q）max + q = 1.1（106.5+2.5）= 120L/min（2）. 对液压阀的基本要求： 设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 A. 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。B. 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大 （3） 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格 液压系统中元件的型号规格 序号元件名称型号规格 1斜盘式变量柱塞泵M-PVB29额定压力35MPa,最大压力42MPa。 2辅助泵M-MFB293WU网式滤油器WU-16通径12，压力损失0.01MPa4四通伺服阀4WS2EMXN最大压力315 bar，流量180L/min 设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 5冷却器6单向阀L-H10L通径10mm，开启压力0.5MPa7梭阀WV 16-S最大工作压力315 bar，最大流量100L/min8二位四通换向阀24SJ-B10-T10通径，压力20MPa9液控二位三通换向阀FH-03-O10通径,最小控制压力1MPa10直动式溢流阀 YF-B10K10通径，额定压力35Mpa，板式联接11顺序阀HG-03最大流量50L/min,压力调整范围1.8-3.5MPa12液压马达A2F-45排量45.6 ml/r额定压力35MPa 油箱810L,散热面积6.1M23.管道尺寸的确定油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管，因为本设计中所须的压力是高压，P=34MPa钢管能承受高压，价格低廉，耐油， 抗腐蚀，刚性好，但装配是不能任意弯曲设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。尼龙管用在低压系统；管道内径计算 式中: Q通过管道内的流量 v管内允许流速 ，见表：液压系统各管道流速推荐值油液流经的管道推荐流速 m/s液压泵吸油管0.51.5液压系统压油管道36，压力高，管道短粘度小取大值液压系统回油管道1.52.6(1). 液压泵油管的内径： 取v=4.5m/s = 38.9 mm设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算(2). 管道壁厚的计算 = 4.55 mm式中： p管道内最高工作压力 Pa d管道内径 m 管道材料的许用应力； 管道材料的抗拉强度； n安全系数，对钢管来说，时，取n=8；时，取n=6； 时，取n=4。钢管的材料为45#钢，由此可得材料 =600MPa; 7.履带式液压驱动行走系统的动力学分析 切线牵引力约等于有效牵引力与滚动阻力之和， 即：Fk=Fp+Ff ，整理得： Fk=1.01dG/（0.109d+Gv）设计内容设计说明及计算过程备注液压驱动行走系统计算 式中：d=7.2103MvmvNip。由此所得牵引特性曲线如图3-14所示。 图3-14 牵引特性曲线工作手册 安装与连接 1.原动机与液压泵联接要注意同轴度，一般不应大于0.1mm，如原动机震动较大的，建议采用弹性联接。 2.连接导管必须清洗，保证清洁。 3.高温环境下工作是，需采取一些隔热、散热措施，避免使液压元件温度超过80。 4.泵和马达的进出口以软管连接为宜。 5.原则上从较低的油口进油，较高处的油口出油。 工作介质矿物油： 40号低凝液压油工作温度： 1565粘度范围： 101000 mm2/s （10、1000 mm2/s短期使用）最佳粘度： 1625 mm2/s 工作液应保证清洁，定期检查更换过滤器使用中定期检查工作液的水份、机械杂质、酸质等，当超过油料牌号中的规定值，粘度超过牌号规定值的30%，应更换新油；或工作10003000小时；或工作六个月定期换新油。 启动运转初次使用与长期停用（三个月以上），启动前应在泵或马达的壳体内注满清洁的工作液；讲手动伺服操纵手柄放在中位后，启动油泵，使它空转数分钟后在进入正常操作；运转中如发现有异常升温、振动、噪音或漏油应立即停车进行检查，排除后方可使用。 课程设计小结 经过一周多的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这门课程所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次