大型矿用自卸车静液压传动系统设计【4张图/20000字】【优秀机械毕业设计论文】
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说明书一份，60页。20000字。
图纸共4张，如下所示
A0-柴油机与泵装配图.dwg
A1-液压传动系统图.dwg
A3-举升与转向组合系统原理图.dwg
A3-液压驱动系统原理图.dwg
目录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
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
- 内容简介：
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第 1 章 绪论 第 1 页 共 59 页 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 司 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 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司合作生产 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 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。 重型矿用电动轮自卸车的发展趋势主要是三点： 1. 大型化。促使矿用电动轮自卸车朝大型化方向发展的动因主要有两个 ：一是大型露天矿山开采的需要，二是大型机械传动自卸车的发展。随着大型矿山的发展和开采运输量的增大，为了提高运输效率、降低成本，许多大型矿山都倾向于采用大吨位矿用自卸车，这促使许多制造厂家相继研制开发出大吨位矿用电动轮自卸车一满足矿山用户的需要。高速发展的电子技术、控制技术和新型电子元器件的出现、大功率车用柴油机的问世、高负荷大型轮胎材料的研制成功及相关技术的解决和发展又为矿用电动轮自卸车的大型化铺平了道路。因此，矿用电动轮自卸车的大型化已经成为许多制造厂家为开拓市场吸引更多客户而普遍采用的一种竞争策略。 2计算机控制和大量新的电控元器件的使用。 80 年代中后期开始，计算机控制技术已经逐步用于矿用电动轮自卸车的车速自动调节、柴油机燃油喷射及整车的故障分析诊断等领域。随着计算机技术、通信技术、传感器技术等的进一步发展，计算机控制技术将在矿用电动轮自卸车的许多方面得到应用，从而减轻驾驶员和矿山维护人员的劳动强度，提高电动轮自卸车的自动化程度和劳动生产率，使其性能和工作可靠性将得到进一步的提高。随着交流变频调速技术的发展和大功率逆变器的问世，重型矿用电动轮自卸车已开始采用交 3整车性能和工作可靠性进一步提 高。目前国内外许多厂家已将大量先进第 2 页 共 59 页 的设计方法和成熟的分析软件应用在矿用电动轮自卸车的前后桥悬架系统、车架、后桥壳等关键零部件的结构设计及应力分析中，以提高整车的工作可靠性、操纵稳定性及整车使用寿命。 4采用双能源作动力。重型电动轮自卸车采用辅助架线供电和本身柴油发动机作为双能源运行也是一个值得关注的新趋向。双能源矿用自卸车的出现既解决了矿用电动轮自卸车重载上坡时柴油发动机动力不足、车速慢等问题，又节约了能源，降低了柴油机废气的排放，利于环境保护。 但是电动轮自卸车有体积庞大、重量大、故障率高、维修次数多等 缺点，因此，结合现代传动技术的发展，探索一种 矿用自卸车 新的传动方法是必要的。 1 2 现代 液压技术的发展 液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为 350 亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的 2% 而我国只占 1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压技术具有独特的优点，如 :液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动 ， 并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统 等优点 。因此，液压 技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压 技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，努力发挥液压技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压技术继续努力的永恒目标，也是液压产品参与市场竞争取胜的关键。 为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断发展 ，不断提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。这是液压技术的创新特征，液压技术的不断发展体现在如下一些比较重要的特征上： 一、 提高元件性能，创制新元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间里传递尽可能大功率，液压元件的结构不断地在向小型化发展。市场上出现了一种新型的被称为“肌腱”的执行元件。它的形状像一根两端有接头的软管，把它接入系统使用时，它的径向和轴向都会发生伸缩，轴向的伸缩量可达其总长的15%在相同条件下，它的作用力是普通汽缸的 10 倍。这种元件抗污染，运动时不会生抖动，在有些 场合还可用它的径向膨胀去夹持工件等，是一种极有应用前景的元件，而微型元件也得到发展，如活塞直径小到 汽缸， 10力下工作，所以可被方便地集成到标准的系统中。新小型阀，在流量相同时，它的体积仅是过去的 7%。这些小，微型的元件已被应用于精密机械加工，电子工业，制药工业，食品加工和包装技术等场合。 二、 高度的组合化，集成化和模块化。液压系统由管式 配置经板式配置，箱式配置，集成块式配置发展到叠加式配置，插装式配置，使连接的通道越来越短。也出现了一些组合集成件，如把液压泵和压力阀作成一体，把压力阀插装在液压第 1 章 绪论 第 3 页 共 59 页 泵的壳体内，把液压缸和换向阀作成一体，只需接一条高压管与液压泵相连，一条回油管与油箱相连，就可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑，工作可靠，而且简便，也容易维护保养。 三、 与微电子结合，走向智能化。液压技术从本世纪 70 年代中期起就开始和微电子工业接触，并相互结合。在迄今 30 多年时间内，结合层次不断提高，由简单拼装，分散混合到总体组合，出现了多 种形式的独立产品如数字液压泵，数字阀，数字液压缸等，其中的高级形式已发展到把编了程的芯片和液压控制元件，液压执行元件或能源装置，检测反馈装置，数模转换装置，集成电路等汇成一体，这种汇在一起的联结体只要一收到微处理机或微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。液压技术的智能化阶段虽然开始不久，但是从它的星星点点实践成功的事例来看，成果已非常诱人。液压技术在与微电子技术紧密结合后，在微型计算机或微处理机的控制下，可以进一步拓宽它的应用领域，形形式式机器人和智能元件的使用不过是它最常见的例子而已。现在国外已 在着手开发多种行业能通用的智能组合硬件，它们只需配上适当的软件就可以在不同的行业中完成不同任务。这样一来，用户的主要技术工作将只是挑选，改编或自编计算程序了。 综上所述可以看到，液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺 、新材料和电子、传感等高新技术。液压工业在国民经济中的作用实在很大 ，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的 重要标志 之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是比较 落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。 可以预见，为满足国民经济发展需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在各个 工业 部门中的应用越来越广泛。 1 3 大 型矿用自卸车用静液压驱动的可行性与优越性 与 车辆的其它 系统相比，行走驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是 ，采用何种传动方式，如何更好地满足各种 车辆 行走驱动的需要，一直是 车辆研究和使用 所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展， 矿山 开发规模 将不断扩大， 大型矿用自卸车 在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。 静液压传动技术在国内应用始于上世纪 80 年代，主要应用于联合收割机、叉车、市政工程机械等。 它 是伴随着液 压传动技术与元件制造技术的快速发展而成长起来的先进传动方式， 由于具有传递效率高，可进行恒功 率输出控制，功率利用充分，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，其在各种车辆的系统中已经得到了广泛的应用，其 优异的微动性能，使驾驶员能够更加准确定位。 第 4 页 共 59 页 静液压传动装置 以液压泵和液压马达为主组成， 附加 各种变量控制单元和传动元件（减速器或变速箱），成为一种无级变速的传动装置。静液压传动与现在重型矿用自卸车上采用的交 交 有以下优点： 调速平稳、均匀、准确、加速性能好，调速 性能更可靠，换向方便。 转速下工作，传动系统都能发挥出较大的牵引力。 在静态启动时对应与大的阻力矩，能迅速建立起相应大的工作压力，从而获得大的启动力矩。通过液压泵和液压马达的变排量可以保证很好的低速运行工况。 持较高的效率。 发动机功率充分利用。 高矿山运输能力和运输效率。 易 采用电比例变量控制，微机技术的飞速发展，使二者很好的结合，实现智能化控制。 刻、工况条件复杂 的情况下，静液压传动比交 交 更高的可靠性。 车辆 合理运用静液压 驱动 装置，能改善机构性能，提高生产效率，节省能量消耗，使机器的品质上升到一个新的阶段。 借助电子技术与 静 液压 传动 技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。通过传感器监测工程车辆各种状态参数，经过计算机运算输出控制目标指令，使车辆在整个工作范围内实现自动化控制，机器的燃料经济性、动力性、作业生产率 均达到最佳值。因此，采用 静 液压传动可使 车辆 易于实现智能化、节能化和环保化，而这已成为当前和未来 重型车辆 的发展趋势。 随着 静液压传动 技术的发展和所用元件的完善，在重型矿
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