（机械设计及理论专业论文）工程机械新型传动系统关键技术研究与试验.pdf

摘要 摘要 在车辆西余年的发展历程中，工程车辆传动系大多采用传统而成熟的机械传 动方式以及在此基础上发展起来的液力一机械传动方式。2 0 世纪8 0 年代后，液 压传动或液压一机械传动的工程车辆传动方式得到了较快的发展。r e x r o t h 、 s a u e r - d a n f o s s 公司的行驶车辆液压传动装置( 闭式静液压传动系统) 在二 ：程 车辆上得到广泛应拜j 主要是凶为这种传动方式发挥了液压传动系统和机械传动 系统的特点及= l 棚对的低成本优势，实现了工程车辆的分段无级变速控制和传 动系统的高效率( 棚对液力一机械传动系统) ，在一定程度上有效地提高了工 程车辆的行驶性能，操作简单舒适。静液压闭式传动系统成为现代工程车辆传动 系的噩要形式。 基于液压传动系统和机械传动系统的发展趋势和各自的技术优势，本文开展 液压传动系统_ ；f | 1 机械传动系统棚结合的传动形式的试验研究。由于研究需要特建 立试验平台f ! 阳：程车辆传动系试验台进行研究试验。露在对液压泵与液压马达、 液压泵与动力系统之间的功率匹配问题，复合变速系统的运动学、动力学特性， 特别是在各种工况条件下的复合变速系统的换捎特性；以及迸一步对开发满足工 程车辆性能需要的控制软件，控制策略等方面的研究。从而弥补同内关于液琏和 机械传动匹配及变速特一阵研究等方面的空门。设计的主要内容及创新点如卜_ 。 1 、自主设计：】二程车辆传动系试验台系统，试验台系统主要由闭式液压传动 系统和机械传动系统组成。闭式液压传动系统【h 电液比例控制的变量液隘泵乘1 电 控变量液压马达组成，机械传动系统是由传统的机械传动各组件如变速器、车桥 等组成。 2 、根据建立工程车辆传动系试验台系统的需要设计与之相配套的动力系统、 冷却系统、摔制系统等。 3 、根据设计需要对各个系统元器件及部件进行参数匹配、选型、购买，并 对各个元器件的安装支撑进行设计制造，从而对各个系统能够成功进行安装调 试，确像试验台架正常运行。 4 、设计中建立了变量泵和变量马达组成的闭式系统的传递函数，构造了整 个行驶液压驱动系统的动态数学模型，利用m a t l a b 软件，建立的静压机械传动 系统的行走机构的仿真模型，对其动态特性进行了仿真计算，分析变量泵和变量 马达排量改变时系统速度的变化规律。为以后的试验做好准备。 5 、本设计主要创新点体现在电液比例控制的液压采和液压码达系统、复合 变速系统、c a n 总线控制与l c d 显示、液压冷却与转向控制等方面。 关键词：闭式液压系统传动系试验台控制工程车辆m a t l a b 仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h eo n e - h u n d r e d y e a rc o u r s eo fc o n s t r u c t i o nm a c h i n e sd e v e l o p m e n t m o s to f c o n s t r u c t i o nm a c h i n et r a n s m i s s i o n a d o p tt r a d i t i o n a l a n dm a t u r em e c h a n i c a l t r a n s m i t t i n gs y s t e ma n dt o r q u e - m e c h a n i c a lt r a n s m i t t i n gs y s t e md e v e l o p i n go nt h e b a s e s i n c et h el9 8 0 sh y d r a u l i ct r a n s m i t t i n gs y s t e ma n dh y d r a u l i c - - m e c h a n i c a l t r a n s m i t t i n gs y s t e mh a v ed e v e l o p e dr a p i d l yi nt h ec o n s t r u c t i o nm a c h i n et r a n s m i s s i o n r e x r o t h 、s a u e r - d a n f o ssa d o p tr u n n i n gh y d r a u l i ct r a n s m i t t i n ge q u i p m e n t s f c l o s e dh y d r a u l i cs y s t e m ) i nt h ec o n s t r u c t i o nm a c h i n e sw i d e l y b e c a u s et h i s t r a n s m i t t i n gs y s t e mm a k e su s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i co fh y d r a u l i ct r a n s m i s s i o na n d m e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n h a sr e l a t i v el o wc o s ta c h i e v e sn ol e v e ls p e e d i n go f c o n s t r u c t i o nm a c h i n e sa n dh i g he f 萄c i e n c yi nt r a n s m i t t i n gs y s t e mf c o m p a r ew i t l l t o r q u e m e c h a n i c a lt r a n s m i t t i n gs y s t e m ) i ti n c r e a s e st h er u n n i n gc h a r a c t e r i s t i co f c o n s t r u c t i o nm a c h i n e se f f e c t i v e l yi ns o m ed e g r e ea n ds i m p l ya n dc o m f o r t a b l e l y o p e r a t e s h y d r a u l i c - - m e c h a n i c a lt r a n s m i t t i n gs y s t e mb e c o m e si m p o r t a n tf o r mi nt h e m o d e mc o n s t r u c t i o nm a c h i n e st r a n s m i t t i n gs y s t e m b e c a u s eo ft h ee x c e l l e n c ea n dt r e n do fh y d r a u l i ct r a n s m i t t i n g s y s t e ma n d h y d r a u l i c - - m e c h a n i c a lt r a n s m i t t i n gs y s t e m ，t h i sd e s i g ns t u d y t h e i n t e g r a t i n g t r a n s m i s s i o no ft h e s et w o t h ee x p e r i m e n t a t i o np l a t f o r n lw i l lb eb u i l df o rt h en e e do f e x p e r i m e n t a t i o n t h i sd e s i g nm o s t l ys t u d yt h ef o l l o w i n g ：p o w e rm a t c h i n gp r o b l e m b e t w e e n h y d r a u l i cu m pa n dm o t o r , h y d r a u l i cp u m pa n dp o w e rs y s t e m ；k i n e m a t i c sa n d d y n a m i c s c h a r a c t e r i s t i c so fc o m b i n e d t r a n s m i t t i n gs y s t e me s p e c i a l l ys h i f t i n g c h a r a c t e r i s t i c su n d e rv a r i o u sw o r kc o n d i t i o n sa n dc o n t r o ls o f t w a r e m e e t i n gt h e r e q u i r e m e n t so fe n g i n e e r i n gv e h i c l ep e r f o r m a n c ea n dc o n t r o ls t r a t e g y t h er e s e a r c h c a nm a k eu po u rc o u n t r y sb l a n ki np o w e rm a t c h i n gp r o b l e ma n dc h a r a c t e r i s t i c si n s p e e dc h a n g i n go fh y d r a u l i ca n dm e c h a n i c a lt r a n s m i t t i n gs y s t e m s t h ek e yc o n t e n t s a n di n n o v a t i o n si nt h ef o l l o w i n g ： l 、t 1 1 es y s t e m so ft e s tb e n c hh a sb e e nd e s i g n e di n d e p e n d e n t l y ，i tm a k e su po f c l o s e dh y d r a u l i ct r a n s m i s s i o na n dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o nm o s t l y t h e c l o s e dh y d r a u l i ct r a n s m i s s i o ni sm a d eu po fv a r i a b l ed i s p l a c e m e n th y d r a u l i c p u m pw i t he l e c t r o h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a lc o n t r o la n de l e c t r i cc o n t r o l v a r i a b l ed i s p l a c e m e n th y d r a u l i cm o t o ra n dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o ni s c o m p o s e do fs u b a s s e m b l yo ft r a d i t i o n a lm e c h a n i c a it r a n s m i s s i o ns u c ha s g e a rb o xa n dc e n t r a ld r i v i n gs h a f t 2 、p o w e rs y s t e m c o o l i n gs y s t e ma n dc o n t r o ls y s t e mf o rt h en e e do ft h e c o n s t r u c t i o nm a c h i n et e s tb e n c hh a v eb e e nd e s i g n e d 3 、o nt h eb a s eo fd e s i g n ，e v e r yp a r t sa n dc o m p o n e n t sh a v eb e e ns e l e c t e da n d p u r c h a s e d ，t h es u p p o r t so fe v e r yp a r t sa n dc o m p o n e n t sa l s oh a v eb e e n d e s i g n a n df a b r i c a t e d ，s oe v e r y s y s t e m s c a nb ei n s t a l l e dd e b u g g e d s u c c e s s f u l l y ，a n dm a k es u r eo ff u n c t i o ni ng e a ro ft h et e s tb e n c h 4 、t l l et r a n s f e rf u n c t i o no fo b t u r a t i n gs y s t e mt h a tm a k e su po fv a r i a b l ep u m p a n dm o t o rh a sb e e nb u i l tu p t h ew h o l ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i cm a t h e m a t i c s m o d e io ft h eh y d r a u l i cd r i v i n gs y s t e ma l s oh a sb e e nc o n s t r u c t e d m a k i n g a b s t r a c t u s eo ft h es o f t w a r eo fm a t l a bt h es i m u l a t i o nm o d e lo ft h eh y d f a u l i c m e c h a n i c a lt r a n s m i t t i n gs y s t e mh a sb e e n b u i ru p ，a n dt h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i ch a sb e e ns i m u l a t e da n dc a l c u l a t e d t h er u l eo fs p e e d i n gw h e n v a r i a b l ep u m po rm o t o rc h a n g ei t sv o l u m eh a sb e e na n a l y s e d ，t h i sp r e p a r e f o rt h es u b s e q u e n te x p e r i m e n t ， 5 、t h ei n n o v a t i o n so ft h et e s tb e n c ha r ed e m o n s t r a t e dw i t hi t se l e c t r o - h y d r a u l i cp r o p o r t i o n a l c o n t r o l l e dh y d r a u l i cp u m pa n dh y d r a u l i cm o t o r s y s t e m ，c o m b i n e dt r a n s m i s s i o ns y s t e m ，c a nb u sc o n t r o la n dl c dd i s p l a y , h y d r a u l i cc o o l i n ga n ds t e e r i n gc o n t r 0 1 k e y w o r d ：c l o s e dh y d r a u l i cs y s t e mt r a n s m i t t i n gs y s t e mt e s tb e n c hc o n t r o l e n g i n e e r i n gv e h i c l em a t l a b s i m u l a t i o n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位沦文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：彭f 州 y 砗石月旷曰 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月曰 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：匆l 炒t 矽孵月 第章引言 1 1 本文研究的意义 第1 章引言 在车辆百余年的发展历程中，工程车辆传动系大多采用传统而成熟的机械 传动方式以及在此基础上发展起来的液力一机械传动方式。我同轮式工程机械的 发展源于j ：十世纪八十年代，我孱通过引进、消化、吸收传统的机械式、液力机 械式 ：程机械，使我国：i ：程机械从制造能力、生产规模、技术水平上基本接近或 达到同外同类产品的水平。但是工程机械工况复杂n 3 ，需要根据负载溯整行驶速 度以保证执行机构能稳定运行。这就要求发动机在换捎过程中要时而加速霹i 减 速，使发动机：l ：况处于不稳定的状态，使油耗和排污增加，并带来传动系统得冲 击。液力变矩器自调节可以在一段区域内缓解发动机这一不稳定状态，使发动机 在某功率j f 内仍能满足施工需要，但液力变矩器的商效速度范围在一定情况下 是l 刮定的，而工程机械不可能一直工作在其高效范围内，这样液力变矩器的存在 使得l ：程机械油耗和效率在某一速度段必然降低，l 司时液力变矩器速度特性的非 线性使得在一砦要求精密施一：的机械如平地机上不能很好满足施：i = 要求。如何解 决液力机械传动这- - 4 # 统工程机械传动系统的缺点，使得工程机械在油耗，效率， 施”l ：精确度上满足现有基础设施建设的要求，并在此基础上减轻驾驶员的劳动强 度，一直是我国工程机械行业急需解决的难题。 现在我国很多大型工程机械厂家和研究中心着力于液力机械传动和全液压 方面的研究。比如上海彭浦机械，一在引进小松p d 2 2 0 y 型推j l 机，通过研究在原 有笨础上对变速箱进行升级换代，把原有的手动换档变成电子控制的自动换档， 从而大大减轻司机的操作强度，使自己的产品在f 司类生产厂家竞争中处于优势地 位。但是这种技术改进也是在传统液力机械传动基础上的局部改动，不能彻底解 决液力传动低速髓动降能蔗和会速段效率相对低f 的缺点。一些要求精密施工的 机械如平地机生产厂家在引进国外先进技术的基础上，从控制执行机构承i 传动系 统角度对产品进行升级采1 改进，使得自己产品更能满足生产需求，在国内三一熏 工和徐州重型机械有限公司都独立研制，l 三产了伞液压的平地机乜1 ，但是由于我国 的精密制造技术相对国外落后，使得某蝗液压元器件的制造精度低，密封性差， 这样很多液压元器件雨l 控制软件要依赖进口，使得全液压机械成本相对提高。从 丽使得全液压x 弘地机的市场小，不能很好的满足生产需要。 现在r e x r o t h 、s a u e r - d a n f o s s 等公司的行驶车辆液压传动装鬣( 闭式静液 雒传动系统) 在工程车辆上得到j “泛应用捣。，这种传动方式= ：f ；仅发挥了液驻传动 系统，还兼顾了机械传动系统的特点及其相对的低成本优势，实现了：i = 程车辆的 分段无级变速控制和传动系统的i 寄效率( 相对液力一机械传动系统) ，在一定 程度上有效地提高了工程车辆的行驶性能，操作简单舒适。静液压闭式传动系统 成为现代工程车辆传动系的蓖要形式。 本文所介绍的工程车辆传动系试验台的研发思路源于现有液压传动系统和 机械传动系统的发展趋势和各自的技术优势。稚：液压传动与控制技术方面，构成 液眶传动的液压泵和液压! ! 达已经可以满足高压、大流量的使用要求，构成传动 第章引言 系统的液压控制元件在液压泵和液压马达上进行了高度的集成，大大筋化了结 构，降低了成本：在开环传动为主要特征的液压传动技术和以闭环摔制为特征 的f 乜液伺服控制技术以及现代微电子技术和计算机技术的发展与普及基础上， 发展了电液比例控制技术，成为实现微电子产晶和人功率j 二程控制设衔之间的 桥梁：液压元件自身的发展耵1 微电哥控制技术相结合，使现代液压传动应用于 工程车辆传动系时可以实现精确控制、自动控制。在机械传动特别足机械变速器 方面，液压控制技术的应用使传统的变速器换挡操作f f l 手动换挡向动力换挡转 变； 液压系统电子控制的发展，使变速器动力换挡进一步向l 乜控换挡、电予控 制的自动换挡方而发展。采用 l i 液比例控制技术的液压系统和采用 乜子控制换挡 技术的变速器的结合，无疑将构成：程车辆新型的传动系，成为：程车辆传动 系最重要的发展方向，成为l ：程车辆向机器人化发展的承要基础。基于闭式液压 系统的：r 程乍辆传动系试验台正是在研究这一发展趋势和技术路线的慕础上提 出并研制成功的室内试验台架。同济人学机械工程学院2 儿工程建设项目为该 试验台的研制提供了支持。 工程车辆传动系试验台有助予以下几个方而的研究 ( 1 ) 基于闭式液压系统的工程车辆传动系试验台有助于加深理解电液比例 控制技术、闭式液压系统和车辆传动系的主要组成与结构等，为进一步研究 开发新型车辆传动系提供了试验研究平台。 ( 2 ) 研究 乜液比例控制技术、液压传动系统在：i ：程车辆上的性能、特点等： 研究液压泵与液压码达、液压泵与动力系统之间的功率匹配问题。 ( 3 ) 研究复合变速系统的运动学、动力学特性，特别是在各种工况条件下复 合变速系统的换挡特性。 ( 4 ) 研究开发满足工程车辆性能需要的控制软件，进行控制策略的研究。如 研发车辆的恒速控制，恒功率控制等控制软件；研究控制器在二 程车辆领域 的进一步开发，扩大其应用范围等。 ( 5 ) 进行闭式系统的温度控制研究：液压转向方面的结构和控制技术的研 究等。 ( 6 ) 研究新型车辆传动系的传动特点、传动效率和动力匹配等。 正因为以上研究内容对我国工程车辆传动系统发展有着重大意义，所以本文 开展对液压传动和机械传动相结合的工程车辆传动系试验台进行研究。接下来首 先对国内外工程机械现状进行介绍。 1 2 工程机械传动系统国内外现状 1 2 1 工程机械传动方式 工程机械传动方式是工程车辆行走系统所研究的主要内容，单一工程机械传 动方式大致可以分为以f 四类瞳，： ( 1 ) 机械传动 机械传动即采用齿轮、杠杆或其4 t 鲥j l 械结构进行传动的方式。它的优点是稳 态传动效率高和制造成本低，不足之处是发动机平均负荷系数低，因此一般只能 进行有级变速，并且布局方式受到限制。一般应用在调速范围比较小的通用客货 汽车和对经济性要求：苛刻、作业速度恒定的农用拖拉机领域。我们常见的铲土运 输机械，工程起重机械，压实机械和内燃义车等产品的变速器，驱动桥主传动和 轮边减速器都输出机械传动。关于机械传动的组成及功能f 而仃详细介绍。 2 第。章引言 ( 2 ) 液力传动 液力传动是以液体为工作介质，靠叶轮与液体之间的液体动力作用来传递能 量的流体传动。叶轮将动力机( 内燃机、电动机、涡轮机等) 输入的转速、力矩 加以转换，经输出轴带动机器的工作部分。液体与装在输入轴、输出轴、壳体上 的各叶轮柿互作用，产生动量矩的变化，从而达到传递能量的目的。液力传动装 置有液力耦合器和液力变矩器两种。液力耦合器是一种非刚性联轴器。液力变矩 器实质上是一种力矩变换器。它们所传递的功率大小与输入轴转速的3 次方、与 叶轮尺寸的5 次方成正比。 液力传动具确分段无级调速能力。突出优点是具有接近于双曲线的输出扣矩 一转速特性，配合后霹的动力换捎式机械变速器能够自动j ! e 配负荷并防止动力传 动装嚣过载。变矩器的功率密度很大而负荷应力却较低，火批生产成本也不高等 特点使它得以广泛应用于大中型铲一 ：运。i ：机械、起重机械领域和汽车、坦克等高 速车辆中。但其特性匹配及布局方式受限制，变矩范围较小，动力制动能力差， 刁i 适合用予要求精密施l ：的机械。 ( 3 ) 液压传动 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系 统利用液压泉将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来 传递能量，经过舞种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件( 缸或马达) 把液 体压力能转换为机械能，从而驱动：i ：作机构，实现直线往复运动和蚓转运动。与 机械传动棚比。液速传动更容易实现其运动参数( 流量) 和动力参数( 压力) 的 控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高， 可进行恒功率输出控制，功率捌用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可 正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，液压传动在二 程机械中 锝到了广泛的应用。几乎所有工程机械装备挪能见到液压技术的踪迹，其中不少 已成为毛要的传动和控制方式。极限负荷凋节闭式川路，发动机转速摔制的恒压， 恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动虑刚于二i ：程机械行走系提供了广阔 的发展前景。有关液压传动的知识在f 丽将做详细介绍。 ( 4 ) 电力传动 电力在工业生产巾的应用虽然已有很长的历史了，但在移动式机械上使用尚 不多见。这首先是l h 为f 乜动机的能容量小，一台电动机与同功率的液压马达相比， 其重量和体积要人好多倍，这给机器的空问布置带来了很大困难。另外，电气传 动的转化相牢低，而乩消耗有色金属量大。但电左毛传动能很好地实现无级调速、 电气制动和功率分流，电传动史方便幕i 易于大型矿车、大型挖掘机和大型装载机 上，以发动机一发电机一 乜动车轮传递行驶动力。德国福格勒公司还试制了电动 车轮传递行驶动力。德国福格勒公司还试制了电传动的沥青摊宰d j o l ，该机的所有 叫转系统都用电马达带动，只有料斗开合与慰j p 板找平油缸仍使用液压传动。另 外就是在作业【) ：c = 域移动较小的采矿工地上，使用了电力拖动的大型挖掘机的装载 机，这种咆力拖动使用电缆传输动力而不必在机器上安装发动机。 在当前的工程机械传动技术的应用领域中，液力机械传动占据蓿主导地位。 液力机械传动，主要液力叟矩器串联一个机械变速器构成。液力变矩器以液体 为工作介质，可实现非刚性扭矩变换。机械变速器采用定轴式或行星式齿轮传动 变速箱，可实现不同方向、不l 司传动比( 捎位) 输出。液力机械传动兼有液力传 动和机械传动的优点。同时断予液力变矩器的速度特性以及工程机械施：i ：状况的 复杂，速度变化幅度人，使得液力变矩器= ：f i 能总是工作在高效率区域，这就闲翌 第章引言 了液力变矩器的效率使用率。 1 2 2 国内工程机械传动现状比1 我国机械式齿轮传动装置制造水平相对国外较低，具有较大的发展空间。应 该大力推j 优化设i 十方法，改进齿轮，轴类，壳体等关键零件的倒料与工艺，进 一步提高使用寿命，减轻露量，缩小体积；采用先进的换捎元件禾i 换挡方式，努 力减轻司机的劳动强度，缩短动力中断t l , j 间，提高：i = 程机械的作业效率。国内已 经引进的变速器的先进设计和零部件，应该大力推广采用。 由于液力变矩器和动力换捎变速器使铲：扛运输机械具有一定的一动适应性能 和换捎轻便j f 稳、加速降能好等优点，生产成本义比较适中，已为国内人多数厂。 家接受。但是，由于日前国内大中型轮胎式j l 二稃机械有许多还采j = 1 j 人扭矩比的液 力变矩器和两挡变速器，常采用手动换挡方式，因此作、| k 效率和使用经济性明显 较低。现已经引进的美国c a t 公司d 6 d 、d 7 9 等产品的单级液力变矩器耵i 德国z f 公司w g 系列动力换挡变速器等先进技术，可以有效地提高： 程机械作、i p 的效率 和使用经济性，减少系统发热量，这一技术应当在国内：l ：程机械中推j 应用，并 进而采用电一液控制和电：子控制系统来驭代手动控制系统，以便改善作业条件， 提高作业效率。 现在我国大中型工程机械生产厂家注震引进i 吸收并改进同外先进的技术，同 时根据自身现有条件自主研发适合自身发展的新科技。些大的j 。：稗机械生产厂 家比较注重引进和吸收，一方而把国外同等产品的先进技术引进过来为自己所 用，另一方而结合现有科技发展对引进的技术进行升级换代，紧跟科技发展步伐， 增强自己的产品与国外同一产品竞争的实力。剧时很多j 家注+ 曛耐1 高校结合，和 高校老师和学生一起探讨传动系统的改进，现在传动系统方丽很多改进和新的思 想都是从高校开始继而被一些厂家采用转化为生产力的。然茄i 我圈目前很多厂家 的研制机构的经济和科技实力还很薄弱，要想在工程机械生j 比领域取得突破，各 自之削的合作是必不可少的。 近年来我国工程机械发展迅速，很多大型工程机械厂家自主研发的一些施：【 机械的在国际同行业中也占据领先地位。如徐州+ 疆型机械有限公司、三一重工等 一批同内品牌不仅驰骋国内市场，即便在美、同等工程机械强同，也j 见到“中 国制造”的昂扬雄姿。数据娃示，2 0 0 7 年中国工程机械行业销售收入突破2 1 0 0 亿元，仅次子美国，市场总量占世界市场近j 6 。近5 年，中国= i ：程机械出口以 每年6 3 的速度增长。工程机械的快速成长与我国经济持续较快发展、市场需求 连续走强密切相关。但工程机械行j i 丘能在充分竞争的环境下_ i 扼艮，并培育和壮大 了自主品牌，从根奉上说，还是得益予它走出了自主创新道路。现在有业内人士 认为，我国的某些工程机械制造水平已经达到了世界先进水平，其差距已经仅仅 集中在操作舒适度、外观等一蝗非主要技术方而。从产品性能和质量来看，此言 不假。但仔细推敲下，却能发现一个非常重要的问题，那就是零部件供应说到 底还是要受制于入。这一点在2 0 0 7 年底的配套件供应上逐渐强现出来。力士乐 等国际知名配套件企j i k 的生产规模尚无法满足我国市场发展所需，所以不少企业 在进行零部件采购的时候出现了有钱买不到货的情况。此外，在全球化采购时， 中国企业尚没有足够的话语权，这严重制约着企业下一步生产计划的制定乃至对 企业整体发展战略的规划都有一定的影响。归根结底，中国企业要实现自身的发 展，还需人力提升自己的实力，才能够在竞争中抢得先机。 1 2 3 国外工程机械传动现状 4 第一章引言 国外( 主要是欧美发达国家) 由于同家经济建设和基础设施建设的逐渐完善， 其施工规模越来越小，这样原有的工程车辆生产趋于饱和。为了使自己的产品有 竞争力s n - r b 场，国外工程机械生产厂家努力的方向主要是，( 1 ) 在车辆规模上向 重型化和轻巧型发展，重型化主要是满足现有大型施工如矿1 1 1 开采等的需要，轻 巧型的j ：要是满足现有城市建设需要：( 2 ) 提高车辆的自我 l f 控能力羽l 自适应性， 在减轻劳动强度的同时更加注讴人机瓦换。 在传动方面，一方而随着现代科技的发展，现代制造业发展迅速，很多零件 的加：e 】：艺得到改善使得其制造精度提高。使得以前 醚多技术的设餐的质量得到 提升，比如齿轮传动带式传动的精度，液压元器件的密封性，这样就可以把原有 因为技术工艺低而小能采用的技术重新应用，从而人人提升整机的性能。很多工 程机械生产厂家通过利用新技术一方丽对原有传动系统进行改进，生要是对液力 机械系统的技术改进，如对变速箱离合器的控制系统进行改进，从而提高车辆的 燃油经济陀和减轻操作人员的劳动强度。同时对原有传动系统进行彻底改变，大 量制造全液压：i ：程机械，从而彻底改变液力机械传动的缺点。提高车辆的行驶性 能和燃油经济性。 另一方而现在电子摔制技术和传感技术发展迅速，实时控制有了技术支持， 以前很多要求精密操作的机械传动系统和操作系统的控制发生了很大改变。以平 地机为例， 乜子监控仪，电子故障诊断技术的成熟使得机电液一体化和微电子控 制技术大大提商了平地机的操作精度和施： 速度。与传统平地机栩比，新型玉i , - 地 机有一套自动调平系统。自动调甲工作原理是预先人为地给出一个理想的基准线 ( 面) 。通过传感器把该基准线( 而) 的数据输入微电f 电路进行分析放大，转 换成电信号，然后经同f 乜液元件转变成机械动作，使平地机铲刀按此预先给定的 基准线( 而) 运行，达到平整地而的目的。在机器上安装自动调平装置以后，驾 驶员只要选好挡位，控制好转向盘，使j f 地机按预定的路线行进即可，而地而平 整精度则完全靠仪器自动实现，无需驾驶员劳神。另外国外工程机械产品以信息 技术为先导，在发动机燃料燃烧与电控、液压控制系统、自动操纵、可视化驾驶、 精确定位与作业、故障诊断与 f f 控、节能与环保等方面，进行了大量的研究，开 发出许多新结构( 或系统) 和新产品，提高了工程机械的高科技含量，促进了工 程机械的发展。 同时自9 0 年代以来，国外 程机械进入了一个新的发展时期 4 ，在广泛应 用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。继完成提商整机可靠性任务之后， 技术发展的重点在于增加产品的电子信息技术含量，努力完善产品的标准化、系 列化和通用化，改善驾驶人员的工作条件，向节能、环保方向发展。 1 3 静压传动发展概述晡1 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据1 7f 进纪帕斯卡提出的液体静压 力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是：- i ：农业生产中，“为应用的一门技术。 如今，流体传动技术水平的商低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。 1 7 9 5 年英网约瑟夫布拉曼( j o s e p hb r a m a n ，1 7 4 9 1 8 1 4 ) ，在伦敦用水作为 工作介质，以水压机的形式将其应刚于：】二业上，诞生了世界上第一台水压机。1 9 0 5 年将：l 二作介质水改为油，又进一步得到改善。 第一次世界大战( 1 9 1 4 1 9 1 8 ) 后液压传动广泛应用，特别是1 9 2 0 年以后，发 展更为迅速。液压元件大约在1 9t l = 纪末2 0 世纪初的2 0 年间，才开始进入正规的 工业生产阶段。1 9 2 5 年维克斯( f v i k e r s ) 发明了压力平街式叶片泵，为近代液压 第章引言 元件工业或液压传动的逐步建立奠定了基础。2 0 世纪初康斯蜒丁尼斯克 ( g c o n s t a n t i m s c o ) 对能量波动传递所进行的理论及实际矽1 ：究：1 9 1 0 年对液力传 动( 液力联轴节、液力变矩器等) 方而的贡献，使这两方而领域得到了发展。 第：7 欠世界大战( 1 9 4 1 - 1 9 4 5 ) 期i 日j ，在美国机床中有3 0 应用了液压传动。应 该指出，一本液压传动的发展较欧美等同家晚了近2 0 多年。在1 9 5 5 年前后，| ：= l 本 迅速发展液压传动，1 9 5 6 年成立了“液压工业会”。近2 0 3 0 年间，h 本液压传 动发展之快，届世界领先地位。 液厩传动有许多突出的优点，因此它的应用斗扛常广泛，如一般1 ：j 澎用的塑料 加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农 l k $ j l 械、 汽车等；钢铁工_ k 用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装溉等；七木水利工程用 的防洪闸门及堤坝装鼹、河床升降装鹭、桥梁操纵机构等；发电厂涡轮机调速装 置、核发电j 一等孱；船舶用的甲板起煎机械( 绞车) 、船头门、舱壁阀、船尾推进 器等；特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等：军事工业 用的火炮操纵装簧、船舶减摇装鼹、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向 舵控制装置等。 液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来 实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作 用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元竹：相类似。 在液压传动中，液压油缸就是一个鼓简单而又比较完整的液压传动系统，分 析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理液压传动系统的组成 液压系统主要由：动力元件( 油泵) 、执行元件( 油缸或液压马达) 、控制元件 ( 各种阀) 、辅助元件和二 作介质等五部分组成。 1 、动力元件( 油泵) 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力能； 是液压传动中的动力部分。 2 、执行元件( 油缸、液压马达) 它是将液体的液压能转换成机械能。其中， 油缸做直线运动，马达做旋转运动 3 、控制元件包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级 调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行凋节控制。 4 、辅助元件除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装 嚣、冷却器、管件及油箱等，它们同样十分最要。 5 、工作介质二i ：作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵 和液动机实现能量转换。 在现代工程机械液压传动应用尤其重要，液压传动在2 0 世纪6 0 年代开始应 用到了压路机上1 ，只十多年的时间就得到了推广和普及。现在压路机的行走、 振动、转向及制动等系统已实现了全液压传动。液压传动大大简化了压路机传动 与操纵系统的设计，液压传动平稳、操纵方便省力、容易实现无级调速和自动控 制、从总体上提高了臆路机的生产效率与压实质量。现在国外市场上已经很少 见到机械传动的压路机了。 静液压传动技术于7 0 年代开始应用到了推i ：机上，并且很快推广到了一些中 小型推：i ：木j l t l l 装载机上，美国约翰迪尔公司、卡特彼勒公司、德国利渤海尔公 司及日本小松制作所都生产和销售伞液压推一 - 机与装载机。静液压传动不使用液 力变矩器，还省去了离月器与行车制动器及部分机械传动机构，能利用安全阀对 机械和液压系统实现过载保护，并以较小的索引功率发挥最大的索引力，其剩余 的功率可用在机器的辅助操作上。 6 第章引言 德同的德马克公司和利渤海尔公司公别于1 9 5 4 年和1 9 5 5 年率先开发了全液 压挖掘机，但静液压传动在挖掘机上大量的推广应用也是在7 0 年代。自8 0 年代 初以来，挖掘机从大到小正逐步实现了驱动行走、回转与挖掘机的全液压化。在 国际市场上的挖掘机，已全部淘汰了各种机械传动机构。 诞生历史比较晚的路而机械更是以全液压传动为主，如摊铺机、稳定一 ：拌和 机、路面铣刨机等，液压传动的一平稳性有助于提高路而的铺筑质量。在凿岩台车 和凿岩机上，液压传动已取代了以往的气动，现代轮式起重机和桩工机械也工向 金液压化的方向发展。 1 4 静压机械传动优缺点及可行性 1 4 1 液压传动的优缺点7 1 液压技术自产生以来，发展非常迅速。与传统的其他传动方式相比，其优缺 点有以下几点，首先说下它的优点。 1 ) 传动、l 稳在液压传动装豫中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下 可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中 还可以设置液压缓冲装露，故不像机械机构凶加工和装配误差会引起振动扣撞 击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；凶此它j 。泛地应用在要求传动j l 稳 的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。 2 ) 质量轻体积小液压传动与机械、电力等传动方式才同比，在输出同样功率 的条件f ，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、 液压自动控铷和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的l m 3 挖捌机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了1 t 。 3 ) 承绒能力大液压传动易予获得很大的力和转矩，因此广泛用于压制机、 隧道掘进机、万吨轮船操舵机和万吨水压机等。 4 ) 容易实现无级调速在液压传动中，调节液体的流量就可实现死级凋速， 并鞲凋速范围很火，可达2 0 0 0 ：1 ，很容易获得极低的速度。 5 ) 易于实现过载保护液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止 过载，避免发生事故。 6 ) 液压元件能够自动润滑由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置 能自动润滑，因此元件的使用寿命较k 。 7 ) 释易实现复杂的动作采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形 车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压二 作台，可加工出不规则形状的零件 8 ) 简化机构采用液压传动可火大地简化机械结构，从而减少了机械零部件 数目。 9 ) 便于实现自动化液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制 的，再加上电气装簧的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动 在组合机床和自动线上应用得很普遍。 1 0 ) 便于实现“三化 液压元件易于实现系列比、标准化和通用化也易于 设计和组织专、j k 性大批量生产，从而h j 提高生产率、提赢产品质量、降低成本。 其次说卜其缺点 1 ) 液撮元件制造精度要求高由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用 维护比较严格。 2 ) 实现定比传动困难液压传动足以液压油为工作介质，在相对运动表面间 7 第常引言 不可避免的要有泄漏，闭列油液也不是绝对彳；可压缩的。因此不宜应用在在传动 比要求严格的场合，例蜘i 螺纹和齿轮加工机床的传动系统。 3 ) 油液受温度的影响由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或 低温的王1 ：境1 = ：j ：作。 4 ) 彳、=