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第4章液压转向系统的设计.doc

大型矿用自卸车静液压传动系统设计【4张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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大型矿用自卸车静液压传动系统设计【全套CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】.rar

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结论.doc---(点击预览)

第8章液压系统性能验算.doc---(点击预览)

第7章系统总成.doc---(点击预览)

第6章制动性能分析.doc---(点击预览)

第5章举升液压系统的设计.doc---(点击预览)

第4章液压转向系统的设计.doc---(点击预览)

第3章液压驱动系统的设计.doc---(点击预览)

第2章主要技术参数及对系统的要求.doc---(点击预览)

举升与转向组合系统原理图.dwg

柴油机与泵装配图.dwg

液压传动系统图.dwg

液压驱动系统原理图.dwg

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关键词：: 大型卸车液压传动系统设计全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

资源描述：

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第1章绪论1

1．1 大型矿用电动轮自卸车的现状及发展1

1．2 现代液压技术的发展2

1．3 大型矿用自卸车用静液压驱动的可行性与优越性3

1．4 本设计的任务和目标4

第2章主要技术参数及对液压系统的要求5

2．1 主要技术参数5

2．2 主机对液压系统的要求5

第3章静液压驱动系统的设计6

3．1 车辆行走机构对液压传动系统的要求6

3．2 液压驱动系统的型式6

3.2.1 容积调速系统6

3.2.2 功率分流液压调速系统7

3．3 行走驱动系统性能的主要参数7

3．4 静液压驱动系统方案的确定8

3.4.1 液压驱动系统的型式8

3.4.2 液压驱动系统传动方案12

3．5 液压传动系统的设计计算12

3.5.1 确定液压系统的工作压力13

3.5.2 液压传动参数及性能的计算13

3.5.3 辅助装置21

3．6 拟定驱动液压系统工作原理图23

3．7 液压元件的选择和设计25

第4章液压转向系统的设计27

4．1 转向系统的基本要求27

4．2 转向方式及转向随动系统方框图27

4.2.1 轮式车辆转向方式27

4.2.2 转向随动系统方框图28

4．3 液压转向系统方案的选择28

4．4 液压转向系统设计计算29

4.4.1 转向阻力矩的计算29

4.4.2 转向油缸参数的确定30

4.4.3 转向器参数的确定32

4.4.4 油泵参数的确定33

4．5 拟定液压转向系统工作原理图33

第5章液压举倾系统的设计35

5．1 概述35

5．2 举倾系统的限速措施35

5．3 液压举倾系统的设计计算36

5.3.1 倾卸油缸行程及内径的计算37

5.3.2 倾卸油缸容积及油泵的计算39

5．4 拟定液压举倾系统工作原理图39

第6章制动性能分析41

6．1 制动力矩和制动力41

6.1.1 前轮制动力矩和制动力41

6.1.2 后轮制动力矩和制动力42

6．2 前后轮附着力及滚动阻力42

6．3 制动加速度和制动距离43

第7章系统总成45

7．1 液压转向系统和举升系统的组合45

7.1.1 系统的组合45

7.1.2 举升转向组合系统元件的选择47

7．2 大型矿用自卸车静液压传动系统的总成47

7．3 静液压传动系统动力来源传动装置的选择50

第8章液压系统性能验算51

8．1 液压系统压力损失51

8．2 液压系统的发热温升52

8.2.1 液压系统的发热功率52

8.2.2 液压系统的散热功率53

8．3 液压系统冲击压力54

结论57

致谢58

参考文献59

附录60

摘要

大型矿用自卸车是现代矿山企业重要的运输工具之一，目前普遍使用的是大型电动轮自卸车，已暴露出其体积庞大、重量大、故障率高等缺点。由于静液压传动具有工作平稳、冲击小、重量轻、无级调速及调速范围大、易于实现自动化、在恶劣工作条件下相对电传动性能更可靠等优点，近年来发展迅速，已受到车辆传动领域的广泛重视。在分析了矿用电动轮自卸车电动轮传动型式、工作条件及负载变化后，参考由湘潭电机集团有限公司生产的108t电动轮自卸车，结合静液压传动的优点，设计了大型矿用自卸车的静液压传动系统，驱动是由四个液压马达输出扭矩驱动车辆的四轮驱动型式，采用双泵供油的闭式变量系统；鉴于转向和举倾不同时发生，在设计中采用举倾时双泵合流的供油方式，从而充分利用了发动机功率，减少了能量损耗；同时还对大型矿用自卸车的制动性能进行了分析，能够满足其制动要求。

关键词：矿用自卸车；电动轮自卸车；静液压传动

Abstract

The heavy duty mineral Self-Dumping Truck is one of the important transport means in modern mine enterprise. The heavy duty Electric - Wheeled Self - Dumping Truck is widespread at present. But it has huge size, heavy weight, high failure and so on. Because the hydrostatic transmission device works steadily and is easily to realize the automation and is of small impact, light weight, large variable speed range and enabled to step-less speed and under the bad working conditions, the hydrostatic transmission device is of more reliable performance than electrical transmission device. It develops rapidly in recent years. It has been valued by more and more people in vehicle transmission. By analyzing the Electric-wheel drive forms, working conditions and variation of load of the mineral Electric - Wheeled Self-Dumping Truck, this paper designs the hydrostatic driving system of the heavy duty mineral Self-Dumping Truck using hydrostatic merits, refer to the 108t Electric-Wheeled self - Dumping Truck which produced by the Xiangtan Electric Manufacturing Corporation LTD. The Truck is four-wheel-drive vehicle type. There are four hydraulic motors output torque to drive vehicle. The hydraulic system which supplied flow and pressure by double-pumps is closed variable system. Due to the turning and dumping occur at different time, two pumps merge their flow to supply system when dumping. This means makes full use of engine power and reduces energy loss. Braking performance of the heavy duty mineral Self-Dumping Truck is also analyzed in this paper and it is meet the requirements of its braking.

Keywords: The mineral Self-Dumping Truck, The Electric - Wheeled Self - Dumping Truck, Hydrostatic transmission

第1章绪论

1．1 大型矿用电动轮自卸车的现状及发展

自1963年由美国Unit-Rig公司G.E公司合作研制出世界上第一台装载质量问77t矿用电动轮自卸车以来，经过多年的不断完善和大量新技术、新材料、新工艺的采用，重型矿用电动轮自卸车作为汽车中的新品种已发展成熟，已经有108t、154t、170t、280t等多个系列。它是目前过内外大型露天矿普通采用的高效运输设备，已占有大份额市场。国内矿用电动轮自卸车在我国大型露天矿山的使用始于70年代中期，使用单位主要分布在煤炭、冶金等行业，其装载质量主要为108t和154t两种。国外生产重型矿用自卸车的主要厂家有：小松矿用设备公司、尤克里德-日产公司、卡特彼勒、利勃海尔公司等，其共同特点是：车型全系列、部件专业化、有完整的配套体系。我国重型矿用电动轮自卸车的生产厂商主要有三家：湘潭电机厂、本溪重型汽车厂和常州冶金机械厂。湘潭电机厂生产的自卸车经过不断改进和完善，吸收国外技术的基础上已经形成了几个系列，辽宁本溪重型汽车厂由于多种原因现已停产，江苏常州冶金机械厂主要与美国Unit-Rig公司合作生产Mark-36型154t矿用电动轮自卸车。

目前重型矿用电动轮自卸车驱动的传动方式都是采用交-直流传动，由柴油机带动发电机发出三相中频交流电，经外部整流装置整流变成直流电后输往汽车后桥两侧的直流牵引电机，以驱动汽车行驶。举升和转向采用液压系统，有两种形式：常流式和常压式，转向系统均采用动力转向，举升系统才采用侧置式双缸三级双作用油缸外置于车架两侧。电传动系统是由发电机、牵引电机、和电控制三大部分组成，其主要满足恒功控制的要求。驱动形式通常都采用4×2后轴驱动。

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内容简介：: 第 4 章液压转向系统的设计第 27 页共 59 页第 4 章液压转向系统的设计 4 1 转向系统的基本要求车辆机械在行驶和作业中，需要利用转向系统来改变其行驶方向或保持直线行驶，应能保持底盘直线行驶的稳定性并能根据要求灵活地改变行驶方向。因此对液压转向系统的基本要求是： 1保证工作稳定可靠，确保行车安全。转向机构传动链各环节的间隙、方向盘的自由行程应尽量减小，以保证直线行驶的稳定性和转向的稳定性和灵敏度，设计时必须考虑零件承受路面对其作用的交变冲击载荷，以保证机构和零件有足够的强度和寿命。在发动机怠速时，应能正常转向，而且要考虑在发动机或油路发生故障时有应急转向措施。 2矿用车辆运输机械在作业中要频繁转向，转向系操作要求轻便灵活，以减轻驾驶员的劳动强度，提高生产率。 3液压转向系统的组合和元件的选择对能量的利用、系统成本以及机构的寿命影响很大，要求转向系统要使用经济耐久。对于大型矿用自卸车，采用动力转向，对动力转向系统的要求是： 1要有随动作用，系统中执行机构的运动是跟随控制呀的运动而工作，即转向轮或前、后车架始终追随对转向控制阀的操纵并保持一定的比例关系。 2操纵方向盘时，动力转向系统产生加力的作用要迅速、灵敏，与作用在方向盘上的手力相协调。 3司机操纵方向盘时有“路感” ，即能及时地将路面对转向阻力的影响反映到方向盘上，使作用在方向盘上的手力随转向阻力的增大而增大。 4转向后应能自动回正，并应使车辆具有直线行驶稳定性。 4 2 转向方式及转向随动系统方框图 4.2.1 轮式车辆转向方式轮式车辆的转向方式主要有偏转轮转向、铰接式转向和滑移式转向三种。偏转车轮转向，是一种最常见的转向方式，通常用在整体式车架的车辆上，它是利用车轮的偏转来实现车辆转向的，根据偏转车轮的不同，有前轮转向，后轮转向和前后轮同时转向等不同形式。车辆上采用较多的是偏转前轮转向，驾驶员对行驶方向的判断较准确，利于驾驶安全。后轮转向一般用于前方装有工作装置的机械，驾驶员不能按前轮偏转方式来估计行驶方向，转向操纵比较困难。铰接式转向的特点是当工作装置装在前车架上两段车架相对偏转时，司机面向始终与前车架一致，有利于迅速对准作业面，提高生产率。滑移式转向方式的车架是整体的，它依靠改变左右两侧车轮的转速及其转向来操纵行驶方向，其转向原理与履带车辆相似。大型矿用自卸车采用偏转前轮的转向方式。 nts第 28 页共 59 页转向阀芯位移 f 4.2.2 转向随动系统方框图大型矿用自卸车采用液压动力转向的随动系统，其方框图如图 4.1所示。图 4.1 液压转向随动系统方框图 4 3 液压转向系统方案的选择液压转向对提高车辆生产率和改进操纵性能都很重要，具有重量轻，结构紧凑，对地面冲击能起缓冲作用，动作迅速，启动平稳等优点，因而被广泛应用。液压转向系统的型式很多，选择时应结合具体条件分析比较多种方案，决定选型的主要因素有：转向方式、可利用来布置转向元件的空间、流量和转向力矩的要求等。轮式车辆行走机械液压转向系统的结构种类很多，综合起来基本上有两种形式：液压助力转向，又称为液压机械式转向系统；从方向盘到导向轮之间没有机械式连接的液压转向系，通常称为全液压转向系统。（一）液压助力转向系统液压助力转向系统一般由转向器，控制阀和转向油缸等组成，各部分之间均保持机械联系。液压助力转向具有操纵轻便，转向灵敏，随动精度高，可根据需要增设作用元件来取得较理想的“路感” ，当液压系统发生故障时能够蜕化为机械转向装置实现应急转向等优点，广泛地应用于各种车辆。但是，由于这类装置保留了复杂的转向杆系，总体布置欠灵活，此外应用于大流量液压系统中时系统效率较低，因此在低速车辆上逐渐被全液压转向装置取代。流量分配阀的先导阀流量分配阀转向阀转向油缸位移反馈转向泵 Q 辅助泵 Q 转向角 nts第 4 章液压转向系统的设计第 29 页共 59 页（二）全液压转向系统全液压转向系统在输出端与输入端之间没有机械联系的液压动力转向装置。全液压转向具有操纵灵活省力，结构简单，总体布置方便以及动力油源中断后仍能实现人力转向等优点。但是，由于全液压转向器在转向工况时无“路感”，随同精度较低，反应较慢，以及当液压转向系统本身发生故障时，不能蜕变为机械转向装置继续工作等缺点，使用范围受到限制，一般用于时速低于 50公里 /小时的车辆。对于大型矿用自卸车，其最高转速不高于 50km/h，要求液压系统布置方便，操纵省力，安装适应性好等，因此选用全液压转向系统。 4 4 液压转向系统设计计算 4.4.1 转向阻力矩的计算载荷是确定液压转向系统压力、流量以及液压元件规格的依据，应选用适当的作用力作为计算载荷是必要的，车辆所受的载荷是经常变化的，很难用计算方法加以确定，往往是以主要影响因素来估计。运输机械在作业时，除了在弯道行驶时必须将轮胎与地面进行相对偏转外，某些工况要求在非行驶状态，将轮胎相对地面偏转以调整机械的方向，即原地转向。此时，轮胎与地面之间的摩擦阻力矩一般为行驶转向时的 2 3 倍。以原地转向时阻力矩作为计算力矩能保证不利条件下进行转向。为了便于估算，将轮胎与地面的接触面积假定为：以论宽度 B 为直径的圆面积。转向轮绕主销原地转向时，轮胎与地面之间的摩擦阻力矩为： 2 28BM G f E Nm （ 4-1）式中： G 转向轮的荷重， N f 有效摩擦系数，由图 4.2确定 B 轮胎宽度， m E 主销偏移距，一般取 0.3 m 转向轮载荷 G 较轻，对液压转向系统的稳定性和操纵性都会有影响，液压转向系统在品军的液压负载到最大的液压负载之间具有良好的性能，只有遇到较轻的液压负载工况时才表现出不稳定（发漂），异常动作和反应不正常。这种现象主要由于在不同的液压负载下轮胎的弹性系数和转向阀的流量增益性能的变化所引起，所以液压系统的阻尼作用和转向阀的增益数值必须调整到适应整个工作范围。 108t大型矿用自卸车采用偏转前轮的转向方式，满载时前轴的载荷为总重的34，故转向轮的荷重为： G =（ 108+85） 1000 9.8 34 =643076 N nts第 30 页共 59 页图 4.2 摩擦系数曲线由湘潭电机厂资料，轮胎宽度为 B = 0.83m， E 为主销偏移距，一般取 E = 0.3m，根据 BE的值由图 4.2 来选取有效摩擦系数 f 的值为 f =0.29。将以上各参数代入式（ 4-1）可算得转向阻力矩： 2222 0 . 8 36 4 3 0 7 6 0 . 2 9 0 . 388BM G f E = 78263 Nm 4.4.2 转向油缸参数的确定偏转车论液压转向系统，转向液压缸的布置在很大程度上决定于空间布置的可能性。当液压缸及活塞杆铰点的位置初步确定后原则上应充分利用液压缸行程及力臂，当转向液压缸推拉扇形转臂（或转向节臂）时，由于左右车轮偏转角及方向的对称性，应尽量使液压缸相对扇形转臂销轴在左右对称偏转角时的力臂minr 相等，并尽可能增加 minr 以充分利用液压缸的行程，即确定最大的 minr 以及相应的行程。转向液压缸最大的总推力为： max minMF r （ 4-2）在计算液压缸内径时要以单个液压缸的最大推力 F 来计算。对于大型矿用自卸车，由于工作条件较恶劣，转向阻力矩大，故用两个转向液压缸，转向油缸采用交叉连接的形式（图 4.3）。则液压缸的内径为： 242FdDp（ 4-3）式中： d 液压缸活塞杆直径转向油缸的行程为 2 sinSr （ 4-4）式中：转向轮最大转角 EB f 图 4.3 交叉连接液压缸 nts第 4 章液压转向系统的设计第 31 页共 59 页转向液压缸容积为： 22( 2 )4V D d S（ 4-5）根据同类参考和实际参数，取最小转向力臂为 12rr =110 mm 。代入式（ 4-2）可得液压缸最大的总推力为： m a x m i n 782630 . 1 1MF r=711482 N 根据大型矿用自卸车的设计参数，液压转向系统的压力为 p 20MPa，由于大型矿用自卸车转向系统传递的功率大，应采用高压，取其系统压力为 p = 20MPa。转向液压缸活塞往复运动时的速度之比： 22112222224( ) 4Dv A Dv A D dDd （ 4-6）计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和是否要设计缓冲装置，速比不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成活塞杆太细，稳定性不好，可参考表 4.1确定。表 4.1 压力速比表公称压力， MPa 10 12.5 20 20 1.33 1.46， 2 2 根据转向系统压力为 p = 20MPa，选取速比为 =2。则单个液压缸的最大推力为总推力的 23，即 2 7 1 1 4 8 2 4 7 53F kN 在计算油缸内径时先暂不计有杆腔活塞杆直径，则油缸内径为： 4 4 4 7 5 1 0 0 03 . 1 4 2 0FDp=174 mm 液压缸内径 D 和活塞杆直径值 d 的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整，如与标准液压缸参数相近，最好选用国产标准液压缸，免于自行设计加工。常用液压缸内径及活塞杆直径见表 4.2和表 4.3：表 4.2 常用液压缸内径 D （ mm） 40 50 63 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 nts第 32 页共 59 页表 4.3 活塞杆直径 d （ mm）速比缸径 40 50 63 80 90 100 110 1.46 22 28 35 45 50 55 63 3 45 50 60 70 80 速比缸径 125 140 160 180 200 220 250 1.46 70 80 90 100 110 125 140 3 90 100 110 125 140 根据表 4.2，实际取液压缸内径 D =200mm，由 =2 可以选油缸活塞杆直径d =140mm。选取的液压缸内径和活塞杆直径可以满足式（ 4-3）的要求。根据同类参考，取偏转轮最大转角 =40，则由式（ 4-4）可求得转向油缸的行程： 2 s i n 2 1 1 0 s i n 4 0Sr o=141mm 实际行程取 S =145mm。将以上所得参数代入式（ 4-5）得油缸容量为： 22( 2 )4V D d S= 22( 2 2 0 0 1 4 0 ) 1 4 5 6 . 8 7 54 L 4.4.3 转向器参数的确定大型矿用自卸车采用全液压转向器，根据配油装置的不同，分为摆线转阀式和摆线滑阀式两种，其中以摆线转阀式转向器应用最为广泛。液压转向器是全液压转向装置的核心部分，方向盘的转角和转向轮的偏转角之间的比例是通过转向器摆线泵的计量作用保证的。如果转向油缸的容积一定，车论偏转相同的角度时，摆线泵的排量越大，则方向盘的转动圈数越少，因此转向器排量 q 是摆线泵，也是全液压转向器最主要的参数，其计算公式为： Vqi（ 4-7）式中： V 转向液压缸容积 i 方向盘从一侧转至另一侧的圈数油缸的容积效率根据计算所得的排量 q ，从全液压转向器系列标准中选择合适的转向器。方向盘的圈数选择要求转向时驾驶员要能及时操作，保证转向的安全，一般取 3 8，大型矿用自卸车的运行速度较低，可以取大点，这里取 i =7。油缸的容nts第 4 章液压转向系统的设计第 33 页共 59 页积效率由机械设计手册取 =0.98，则代入式（ 4-7）可求得全液压转向器的排量： 36 . 8 7 5 1 07 0 . 9 8Vqi=1002 ml/r 选取排量为 1000ml/r的转向器。 4.4.4 油泵参数的确定油缸内径确定后，转向速度决定于回转转向器的速度。当油泵的流量无法满足转向所需的流量时，转向器转动困难，司机操纵大力；当油泵的流量过大时，系统效率低，功率浪费。在确定转向时间时，油泵的流量应保证方向盘的转速为1r/s左右。因此，转向油泵的流量应与转向器的排量相适应，其计算公式为： Q qn转（ 4-8）式中： n转方向盘转速，取 n转 =60r/min 将 n转及 q 代入式（ 4-8）求得油泵流量： 31 0 0 0 1 0 6 0Q q n 转 =60L/min 则转向泵排量为： 36 0

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