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

大型矿用自卸车静液压传动系统设计

内容简介：: 大型矿用自卸车静液压传动系统设计专业：计算机辅助设计与制造姓名：指导教师：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 is of in is at it so is to is of to is of It in It by in By of of of to 08t by is to by is to at to of of is in it is of 1 绪论 1 1 大型矿用电动轮自卸车的现状及发展自 1963 年研制出第一台装载质量为 77t 电动轮自卸车以来，重型矿用电动轮自卸车已发展成熟。目前重型矿用电动轮自卸车驱动的传动方式都是采用交 1 2 现代液压技术的发展液压技术是现代化传动与控制的关键技术之一，各国对液压工业的发展都很重视。为满足国民经济发展，我国液压技术也将获得飞速发展，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静液压传动装置以液压泵和液压马达为主组成，附加变量控制单元和传动元件，成为一种无级变速的传动装置。静液压传动与电动轮自卸车上采用的电传动相比，有很多优点，车辆合理运用静液压驱动，能提高生产效率，节省能量消耗，使机器品质上升到一个新的台阶。 1 4 本设计的任务和目标通过对湘潭电机厂生产的 108t 大型自卸车相关参数的分析，将其驱动型式改为静液压驱动，设计出静液压驱动系统、转向系统和举升系统并验算其性能。 2主要技术参数及对液压系统的要求 2 1 主要技术参数最大载重量： 108t 车辆自重： 85t 车厢重量： 19t 最高行驶速度： 50km/h 最大爬坡度： 17% 卸料举升时间： 20 s 轮边减速器传动比： 27 35 液压系统压力：行走系统： 33举升系统： 25转向系统： 20 2 主机对液压系统的要求重型矿用自卸车在矿山条件下工作，工作条件比较恶劣，而且主机经常处于经常处于起制动状态，外负载和冲击很大，同时，希望自卸车的生产率尽可能大。 3静液压驱动系统的设计 3 1 液压驱动系统的型式及方案确定驱动系统有容积调速系统和功率分流液压调速系统，大型矿用自卸车用容积调速系统。根据不同的分类方法，液压系统型式主要有：开式和闭式系统，定量和变量系统，容积调速、节流调速和容积节流调速系统等。大型矿用自卸车由于环境、负载、自身性能等的要求，选用闭式变量容积调速系统。液压驱动系统传动方案有三种，一是用定量液压马达驱动，二是用一组变量液压马达，，三是全部采用变量泵和变量马达驱动。大型矿用自卸车要求高速大扭矩，变速范围大，用变量泵和变量马达驱动方案。 3 2 行走驱动系统性能的主要参数决定驱动行走系统性能的主要技术参数有：行驶驱动功率、牵引力、车速、最大爬坡度等。 3 3 液压传动系统的设计计算本节通过一系列计算确定液压传动和车辆数据，绘制出相应的曲线，从而确定车辆在其整个运转范围内的特性。 3 4 拟定驱动液压系统工作原理图拟定的驱动系统工作原理图如图示。图动系统工作原理图 4 液压转向系统的设计 4 1 转向系统基本要求及转向方式车辆利用转向系统来改变其行驶方向或保持直线行驶，应能保持直线行驶的稳定性并能灵活地改变行驶方向。轮式车辆转向方式主要有偏转轮转向、铰接转向和滑移转向。大型矿用自卸车采用偏转前轮的转向方式。 4 2 液压转向系统方案的选择轮式车辆液压转向系统综合起来有两种形式：液压助力转向和全液压转向。大型矿用自卸车速度不高于 50km/h，要求系统布置方便，安装适应性好等，选用全液压转向系统。 4 3 液压转向系统设计计算液压转向系统的设计主要是确定转向阻力矩、转向油缸、转向器以及油泵参数。 4 4 拟定液压转向系统工作原理图拟定的液压转向系统工作原理图如图示。该系统由油泵 1、转向器 3、油缸 4 等组成。当转动转向器的时，油液经转向器进入油缸，在油缸活塞上产生足够的压力使车辆转向，当压力超过系统压力时，油液经溢流阀直接回油箱，转向器里的双向缓冲阀使转向平稳。图压转向系统工作原理图 5液压举倾系统的设计 5 1 举倾系统的限速措施重型运输机械产生重力超速现象，需有限速措施。一般有三种方法来防止重力超速： 1靠换向阀节流； 2使用单向节流阀； 3使用平衡阀（限速阀）。大型矿用自卸车不要求长时间锁紧定位，对锁紧和限速要求不太严，选用单向节流阀的限速措施。 5 2 液压举倾系统的设计计算液压举倾系统的设计计算主要是计算了倾卸油缸行程、内径、容积以及举升油泵参数等。 5 3 拟定液压举倾系统工作原理图举升液压系统工作原理如图示。液压系统主要由油泵 1、举升分配阀 2、下降速度控制阀 3、举升速度控制阀 4 和液压缸 5 组成。油泵将输出的油直接供给举升分配阀 2，回油通过串联在油路上的回油滤清器流回油箱。举升分配阀内置溢流阀，保证系统压力。图升液压系统工作原理图 6 制动性能分析大型矿用自卸车采用全液压盘式制动，前轮制动盘为单盘三卡钳，后轮为双盘双卡钳。本章主要分析了其制动力矩和制动力、前后轮附着力及滚动阻力以及制动加速度和制动距离，通过计算，车辆制动距离小于规定的 18m，满足性能要求。 7系统总成大型矿用自卸车转向和举升不同时进行，若用两个液压泵分别供油，那始终有一个液压泵处于卸荷状态，造成发动机功率浪费，为充分利用发动机功率，转向举升采用组合油路供油。最终总成的液压系统如图示。图型矿用自卸车静液压传动系统系统总成后，根据前面的计算，对系统中各个元件进行了选型设计。 8液压系统性能验算完成了系统的基本设计计算部分之后，还对系统的压力损失、发热温升及液压冲击进行了验算，以便使所设计的液压系统更加可靠和完善。结论：工程机械液压传动系统，和机械传动系统、电传动系统一样，是工程机械整机传动系统的一种重要的传动系统之一。由于静液压传动具有机构简单、重量轻、工作平稳冲击小、无级调速及调速范围大、易于实现自动化等优点，近年来发展迅速，已受到车辆传动领域的广泛重视。本次毕业设计对湘潭电机厂生产的 108t 电动轮自卸车驱动、转向和举升系统作了很大改进。通过对原自卸车电动轮传动型式、工作条件以及负载变化的分析，本设计对其驱动型式由电传动系统改为静液压传动系统，另为还对其转向和举升液压系统作了一定的改进，分析了其制动系统的制动性能，对其液压系统性能进行了验算。可以得到如下结论： 1静液压传动相对电传动在恶劣环境下有可靠性更高，调速性能更好的优点，传动装置采用闭式变量系统容易实现车辆的无级调速，在车辆低速工作时效率较高，对能量的利用率高，能很好地发挥发动机的性能。 2转向和举升系统采用举升时双泵合流的方式，从而充分利用发动机的功率，提高作业效率。 3制动用全液压盘式制动器，热稳定性好，作用滞后时间较短，结构紧凑，效率较高，能够很好地满足大型矿用自卸车制动要求。大型矿用自卸车采用静液压驱动有很大的发展前景，但目前大型矿用自卸车采用静液压驱动尚述空白，本次设计只是作为一种尝试和训练。由于作者水平有限，缺乏设计和实践的经验，本设计肯定有不足和缺陷，恳请老师指正。致谢：在一个学期的毕业设计中，我得到了指导老师许焰老师的悉心指导。许老师渊博的知识、巧妙的思维、严谨治学的态度、丰富的实践经验给我留下了深刻的印象，使我在知识的应用方面得到提高。许老师在自己工作很忙的情况下，坚持每周五指导我们的毕业设计，与我们来共同分析问题，讨论问题，给予我们很大的帮助，在许老师的指导下，设计任务才能顺利完成。对许老师的辛勤指导，我表示深深的感谢！在本次设计中，与本组的几位同学在一起讨论问题，他们给了我很大的帮助，从中获益非浅，我与我同寝室的同学讨论、交流设计心得，使我在设计中，进一步开阔思路，对此，也表示诚挚的谢意！参考文献 1 秦四成工程机械设计 M北京：科学出版社， 2003 2 章宏甲黄谊主编液压传动 M北京：机械工业出版社， 1999 3 马永辉徐宝富等编工程机械液压系统设计计算 M北京：机械工业出版社 1985 4 成大先等编著机械设计手册，第三版北京：化学工业出版社， 1993 5 徐绍军主编工程制图 M长沙：中南大学出版社 2003 6 胡地行走机械静压驱动的实例设计 J建设机械技术与管理 2003， 15 16 7 贺度后卸式电动轮自卸车总体设计汽车技术 1994， 2： 7 15 8 万海如段家典重型矿用电动轮自卸车的现状和发展趋势汽车工业研究 2001， 4： 16 22 9 湘潭电机集团有限公司动轮自卸车资料 10 力士乐公司行走机械用液压及电子控制元件 11 品资料电子文档参考文献第 59 页共 59 页参考文献 1 秦四成工程机械设计 M北京：科学出版社， 2003 2 章宏甲黄谊主编液压传动 M北京：机械工业出版社， 1999 3 马永辉徐宝富等编工程机械液压系统设计计算 M北京：机械工业出版社 1985 4 濮良贵纪名刚主编机械设计 M，第七版北京：高等教育出版社， 2001 5 成大先等编著机械设计手册，第三版北京：化学工业出版社， 1993 6 徐绍军主编工程制图 M长沙：中南大学出版社 2003 7 彭谦大型电动轮自卸车的发展概况及趋势 J矿山机械 2000， 2： 12 13 8 胡地行走机械静压驱动的实例设计 J建设机械技术与管理 2003， 15 16 9 安辉，徐宝富等车辆全液压行走系统的分析与研究 J建筑机械 2005， 5： 93 95 10 扬照刚液压履带式推土机行走液压驱动系统设计计算 J建筑机械 2002， 10： 23 25 11 何定源下自卸汽车液压系统设计 J矿冶 2000， 9（ 4）： 19 24 12 陈伟战凯下自卸汽车工作及转向液压系统的设计矿冶 1999， 8（ 2）： 16 35 13 陈志刚地下矿山自卸汽车的液压系统探讨职大学报 2003， 4： 20 21 14 彭谦 108t 电动轮自卸车盘式制动器匹配分析 J矿山机械 2000， 3： 29 30 15 吴信丽曹文钢等平衡重式三支点叉车全液压转向系统设计中国制造业信息化 2005， 34（ 2）：110 114 16 张玉华液压直接推动式举升机构的应用设计福建农机 1999 增刊： 75 78 17 贺度后卸式电动轮自卸车总体设计汽车技术 1994， 2： 7 15 18 刘琳琳王艾伦等基于数学模型的 108t 电动轮自卸车举升系统故障分析机床与液压 2006， 10：220 222 19 程多达程鸿申我国大型露天矿电动轮自卸车用牵引电机电刷市场炭素 2002， 2： 24 31 20 贺度新型 108动轮自卸车矿山机械 1995， 4： 5 8 21 万海如段家典重型矿用电动轮自卸车的现状和发展趋势汽车工业研究 2001， 4： 16 22 22 压阀产品文档 23 司公司产品目录 24 斯宝传动技术（上海）有限公司：程、建筑机械分动箱 25 湘潭电机集团有限公司动轮自卸车资料 26 力士乐公司行走机械用液压及电子控制元件 27 品资料电子文档摘要 I 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；静液压传动中南大学本科生毕业论文（设计） he is of in is at it so is to is of to is of It in It by in By of of of to 08t by is to by is to at to of of is in it is of 目录摘要 . . 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 积调速系统 . 6 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 压驱动系统的型式 . 8 压驱动系统传动方案 . 12 3 5 液压传动系统的设计计算 . 12 定液压系统的工作压力 . 13 压传动参数及性能的计算 . 13 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 式车辆转向方式 . 27 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 向阻力矩的计算 . 29 向油缸参数的确定 . 30 向器参数的确定 . 32 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 卸油缸行程及内径的计算 . 37 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 轮制动力矩和制动力 . 41 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 统的组合 . 45 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 压系统的发热功率 . 52 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 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，在重型矿用自卸车上采用静液压传动装置很有可能成为一种新的发展和趋势，有很广泛的市场潜力。 1 4 本设计的任务和目标通过对湘潭电机厂生产的 108t 大型自卸车相关参数的分析，结合实际将其驱动型式改为静液压驱动，设计出较为合理的静液压驱动系统，并对液压系统的牵引特性进行分析、计算和对各个参数的校核，同时设计其转向系统和举升系统，对其原来的系统一定程度上进行改进。所做的设计和改进力求做到更好，但由于水平有限，肯定存在不少问题和漏洞，希望在以后的求知过程中能进一步完善。第 2 章主要技术参数及对液压系统的要求第 5 页共 59 页第 2 章主要技术参数及对液压系统的要求 2 1 主要技术参数主要技术参数是车辆已知参数设计所必须满足的车辆技术性能，大型矿用自卸车各参数如下：最大载重量： 108t 车辆自重： 85t 车厢重量： 19t 最高行驶速度： 50km/h 最大爬坡度： 17% 卸料举升时间： 20 s 轮边减速器传动比： 27 35 液压系统压力：行走驱动系统： 33升系统： 25向系统： 20 2 主机对液压系统的要求重型矿用自卸车在矿山条件下工作，工作条件比较恶劣，而且主机经常处于经常处于起制动状态，外负载和冲击很大，同时，希望自卸车的生产率尽可能大，因而液压系统应满足以下几方面要求： 1 要保证液压系统有足够的可靠性。由于自卸车载重量大而且运行速度又比较高，所以对液压系统可靠性要求要高。选择元件时要选择可靠、耐冲击、抗污染能力强的液压元件，要尽量减少系统的发热，主机连续工作油温一般不能超过 80，自卸车属于行走机械，故油箱不能太大，因此要设置冷却器。 2因举升卸料时车辆不转向，转向时不卸料，所以举升和转向系统无需保证同时工作，因此为简化系统、充分利用泵和发动机的功率，可设置合流措施。 3系统要能同时满足低速大扭矩牵引和高速行驶要求。 4各装置的液压缸和液压马达要有良好的过载保护措施，工作装置液压缸和行走驱动液压马达回路为防止重力超速，需要限速措施。 5为保证液压系统工作的可靠性和元件的寿命，必须保证液压油的清洁度，因此要设置可靠、高效滤油装置。第 6 页共 59 页第 3 章静液压驱动系统的设计 3 1 车辆行走机构对液压传动系统的要求大型自卸车作业时牵引力和车速的变化范围大，并且变化急剧、频繁、工作条件苛刻，因而对液压传动装置的要求是： 1应采用精心设计的“背靠背”传动装置，以及泵和马达之间采用尽量短的管路连接，在素的和转矩较宽的范围内能够获得总效率的 85%以上，把发动机的功率充分利用与速度和牵引力的宽范围内。 2能利用传动系统本身精心可靠地制动。 3对两侧驱动车轮采用独立的传动系统，以滑移方式转向。 4结构简单，液压元件要耐久、可靠。 3 2 液压驱动系统的型式积调速系统依据工程机械，其液压驱动系统的变速装置是利用改变液压泵或液压马达的排量来实现调速的，称为容积调速回路。由于这种调速系统具有较高的效率，所以是广泛使用的液压调速系统。图一所示是由双向变量泵和变量马达组成的容积调速系统。当调节变量泵 1和变量马达的斜盘倾角，可改变其输出流量，从而获得不同的马达转速；改变斜盘方向可改变油流方向，使马达的旋转方向相应地得到改变。辅助泵 3用以向系统补油，并起冷却作用，其压力由溢流阀 7 调定。回路中有两个补油阀 4，梭阀6在主油路高压控制下与常开式的溢流阀 8 接通，因此，工作中总有一部分油通过溢流阀 8流回油箱，以便冷却油液。主回路中两个安全阀 5保护系统不致破坏。图量泵第 3 章静液压驱动系统的设计第 7 页共 59 页率分流液压调速系统功率分流液压调速系统又称双功率流传动装置。由液压泵和液压马达组成的单纯的液压调速系统随着传递动力的增加使其容量过大，这样其传动效率有所降低，因此出现了把行星差动轮系与液压调速装置组合起来的功率分流液压调速系统。它将动力分成两路平行传递，一路通过行星齿轮传递，另一路为液压传动。在功率分流传动中，液压系统主要起调速作用，机械系统主要用来传递动力。虽然该调速系统有效地利用了液压传动的优点，又保持了齿轮传动的优越性，但其结构复杂、制造成本高，只适用于大功率的车辆上。 3 3 行走驱动系统性能的主要参数决定驱动行走系统性能的主要技术参数有：行驶驱动功率、牵引力、车速、最大爬坡度等。 1 牵引力 F 对于运输车辆来说，牵引力大意味着载重量大，爬坡和加速性能好，因而可以降低劳动强度，提高生产率。牵引力受附着条件限制，牵引力的值应与机械的附着条件相适应，并且使之与行走机构的额定滑转率一致，以获得较好的经济效果。将全滑转情况下的牵引力的最大值定义为最大牵引力或附着力，公式如下：（ 3 式中： F 最大牵引力附着系数 G 附着重量不同的车辆的取值范围也不同。车辆的牵引力正常工况下要小于其附着力，否则轮胎发生滑转，将使发动机功率严重损失，加剧轮胎的磨损。 2行驶速度对于运输机械来说，车速对生产率有很大影响，它既要适应在工地作业的要求，又要保证一定的运输效率。采用液压驱动能满足变化范围要求，也能使发动机功率很好地利用，操纵简单方便，有利于生产率的提高。对于大型矿用自卸车，最高车速一般不超过 58km/h。 3爬坡能力载重运输车辆在爬坡时的外部阻力取决于爬破度，外部阻力包括滚动阻力和坡道阻力。滚动阻力： co f （ 3 式中： G 车辆载重总重量 f 车辆滚动阻力系数爬坡角第 8 页共 59 页坡道阻力：（ 3 则运输工况的爬坡能力 ,即驱动力： s i n c o sk f F G G f （ 3 4驱动行驶驱动功率运输车辆的行驶驱动功率可按下式计算驱 (3式中：牵引力， N 车辆的运行速度， km/h 传动效率，一般取 4 静液压驱动系统方案的确定明确了主机对液压系统的性能要求，对大型矿用自卸车和液压系统资料进行分析和研究，并根据实际情况，进行方案分析比较，按照可靠性、经济性，并尽量采用先进技术，最终选择最优方案。压驱动系统的型式根据不同的分类方法，液压系统型式主要有：开式系统和闭式系统，定量系统和变量系统，容积调速系统、节流调速系统和容积节流调速系统等。开式、闭式系统开式系统是指液压泵从液压油箱吸油，通过换向阀给液压马达或液压缸供油以驱动工作机构运动，液压马达或液压缸的回油再经换向阀流回液压油箱，为保证系统安全，设置安全阀。这种系统结构形式较简单，系统自备油箱，油箱可同时起到散热、沉淀杂质的作用。但由于油液与空气接触，容易使空气溶于液压油而进入系统，导致工作机构工作不平稳及其他不良后果。开式系统可采用定量泵，也可以采用变量泵，对自吸能力较差的液压泵，其工作转速限制在额定转速的75%以内，或增加一个辅助泵，以提高液压泵的自吸能力和避免出现吸空现象。闭式系统中，液压泵的吸油管直接与执行元件的回油管相连，液压油在系统的管路中封闭循环（如图。闭式系统结构紧凑，泵的自吸能力好，系统与空气不接触，而避免了出现吸空现象，工作机构运动平稳。采用变量泵来避免出现液压冲击和能量损失。闭式系统结构复杂，自身不备油箱，油液的散热和过滤条件较开十系统差。为补偿系统中的泄露，通常要辅设一个小容量的补油泵，向系统补油并冷却油液，多余的流量通过主泵和马达壳体流回油箱。闭式系统有如下优点：（ 1）主泵排量发生变化时补油系统能保证容积式传动的响应，提高系统的动作频率，同时还能增加主泵进油口的压力，防止大流量时产生气蚀，提高泵的第 3 章静液压驱动系统的设计第 9 页共 59 页工作转速和传动装置的功率密度，另外，油液经过滤后进入系统且与外界接触少，从而提高了液压系统的可靠性和使用寿命。补油泵还能方便地为系统中某些低压工作的辅助机构和制动器提供动力。（ 2）闭式系统仅有少量的补油流量从油箱吸取，油箱小，便于行走车辆布置，吸油、回油流动损失小，系统效率较开式系统高。（ 3）系统存在背压且对称工作，柱塞泵、马达具有很高的容积效率，其内部泄露随压力变化很小，因而闭式系统能平稳地从正转通过零点向反转过渡并能在任意方向实行全液压自动操作，并能保证输出轴具有足够的刚性，在负荷大小和方向变化时平稳工作。闭式系统的上述特点使它特别适应负荷变化剧烈、前进、倒退、制动频繁的行走机械，以及速度要求严格控制的作业机械，因此，对行走机械有着特别的意义。大型矿用自卸车在矿山环境下工作条件苛刻，要求经常正反向行走，制动频繁，负载经常变化，因此确定大型矿用自卸车行走驱动液压传动装置的泵和马达采用闭式回路方式。定量、变量系统定量系统采用的液压泵为定量齿轮泵、叶片泵或者固定斜盘的柱塞泵，当发动机转速一定时，流量也一定，而压力是根据工作循环中需要克服的最大阻力确定的液压系统的压力取决于外负载，因此，其泵的特性硬，负荷小时不能提高作业速度，功率得不到充分利用。为满足作业要求，定量系统的发动机功率要根据最大外负载和作业速度来确定。定量系统中泵的成本低，速度平稳，简单可靠，价格低廉，耐冲击性能好，油液冷却充分但效率较低。采用变量泵或变量马达的液压系统为变量系统，系统效率高，调速范围大，能输出恒定的转矩或功率，且不需要很大的油箱。变量系统具有以下特点：（ 1）作业速度与作业力之间可以自动调节，变量泵在变量范围内功率基本保持恒定，随着外负载的变化，液压泵的输出流量相应地变化，外负载小时，可以减小作业力，增大流量，以增大作业速度，提高生产率，外负载大时，可以增大作业力，降低作业速度，克服大负载。（ 2）液压泵经常在满负荷状态工作，发动机功率利用比较充分。（ 3）变量系统元件较复杂，成本也高，油液发热较大。基于变量系统的以上特点，现代大型工程车辆的液压驱动系统都采用变量系统，从而实现恒功率或恒转矩控制，提高作业效率。大型矿用自卸车功率大，要求运输效率要高，发动机功率应得到充分发挥，因此选用变量系统。容积调速系统、节流调速系统和容积节流调速系统节流调速是在系统中安装节流阀，通过节流阀对进入执行元件的流量连续调节而实现无级调速，按节流阀安装位置的不同有进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速以及以上三种任意组合的复合调速。第 10 页共 59 页容积调速是用变量泵供油，通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度的。这种回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件，没有溢流损失和节流损失，而且工作压力随负载变化，因此效率较高，发热少，能量利用合理。容积节流调速是利用压力补偿使变量泵供油、用流量控制元件确定进入执行元件的流量来调节其速度，并使变量泵的输出油量自动与执行元件所需流量相适应。这种调速回路没有溢流损失，效率较高，速度稳定性好。大型矿用自卸车运行速度高，对速度的稳定性要求较低，外负载变化大，要求的调速范围大，运行功率大，故选用容积调速系统。行走机械的容积调速系统有变量泵量泵变量马达调速系统，下面分别作以介绍。 1 变量泵这种系统中，液压泵转速和液压马达排量都是恒量，改变液压泵排量可使马达转速和输出功率随之成比例地变化。马达输出转矩和回路的工作压力都由负载转矩决定，不因调速而发生变化，因而常被叫做恒转矩调速系统，另外，由于泵和马达的泄露不容忽视，这种系统的速度刚性要受负载变化影响。当回路中泵和马达都能双向作用时，马达可以实现平稳反向。变量泵达调速系统的工作特性如图图量泵 2定量泵该系统液压泵转速和排量都是恒量，通过改变液压马达排量变化实现输出转速和转矩变化的，转速与排量成正比，转矩与排量成反比。马达的输出功率和回路工作压力都由负载功率决定，不因调速而发生变化，常被叫做恒功率调速系统。这种系统调速范围较变量泵用于具有恒功率负载特性的行走机构上，可使原动机保持在恒功率高效率点下工作，从而最大限度地利用原动机的功率。定量泵作特性如图第 3 章静液压驱动系统的设计第 11 页共 59 页图量泵 3变量泵这种系统的工作特性是上述两种系统工作特性的综合，回路的调速范围很大，是泵调速范围和马达调速范围的乘积。该调速系统中变量泵和变量马达可单独并先后进行调节，一般分两步进行，先是改变泵的调节参数，再改变马达的调节参数，具体过程为：一般情况是启动前先将变量马达的调节参数斜盘倾角固定到最大值，然后将变量泵的调节参数斜盘倾角调到零位，启动后将泵的斜盘倾角由最小值逐渐调到最大值，完成变量泵它固定下来，然后再将马达的斜盘倾角由最大值往小调，达到进一步扩大调速范围的目的，其工作特性与定量泵变量泵示。图量泵这种调速系统的工作特性对一般机械负载要求很适应，因为大部分机械在低速时要求有较大的扭矩，而再高速时扭矩可以相应地减小，变量泵别适用于系统中有两个或多个液压马达要求共用一个液压泵又能独立进行调速的场合。第 12 页共 59 页压驱动系统传动方案图示是行走机构液压传动的几种方案。 a）方案中采用定量液压马达驱动，其前后轮轮边减速器有三种不同形式：前后桥分别装具有相同传动比的一级轮边减速器。前后桥分别装有不同传动比的一级轮边减速器。一桥为一级轮边减速器，另一桥为二级轮边减速器。形式虽然扩大了机器的行走调速范围，但尚未找到一种切实可行的工艺方案，以便使结构复杂的轮边减速器装置制造成本降到最低，这种方案并不是最理想的；形式可通过接通一根驱动轴来变速，以得到两个档，但需加摩擦离合器，因而结构较为复杂。 b）方案中采用一组变量液压马达，调速范围扩大，考虑到前桥或后桥能从高速档脱开，这种方案具有较高的牵引动力特性，但却没有消除 a）方案中形式的弊病。 c）方案中全部采用变量泵和变量马达驱动，消除了上述弊病，同时由于柴油机转速可调，因而大大提高了轮式车辆的牵引动力特性。 b）方案和 c）方案均适用于大多数轮式工程车辆。 a） c）图走机构液压传动方案 3 5 液压传动系统的设计计算重型运输机械行走机构功率大，前进、后退交替换向频繁，负载变化剧烈。要求液压系统及元件要适应这种复杂工况，系统压力相应也很高，一般都在 20过一系列计算确定液压传动和车辆数据，绘制出相应的曲线，从而确定车辆在其整个运转范围内的特性。 b）第 3 章静液压驱动系统的设计第 13 页共 59 页定液压系统的工作压力液压系统的工作压力是指液压系统正常运行时所能克服的外载荷的最高限定压力。在实际工作过程中，系统压力是随着载荷大小的不同而变化的。液压系统的工作压力是根据车辆机械的技术要求，经济效果和目前液压技术所能达到的水平来确定。在外负荷已定的情况下，系统压力选得越高，各液压元件的几何尺寸就越小，使结构紧凑，重量轻。特别是对大型运输机械来说，选取较高的工作压力更为重要，压力的选择还要考虑制造密封等因素，压力太高，密封要求也该，制造维修困难。现在工程车辆机械所用的工作压力大致有： 1 中压：压力为 10 20用于农用机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机等的压力等级。 2高压：压力为 20 32用于液压机、大中型挖掘机、重型机械和起重运输机械等。 3超高压：压力超过 32 根据国家系列标准值，结合该大型矿用自卸车行走驱动系统的工作压力小于 33用驱动液压系统的工作压力为 p =32 压传动参数及性能的计算为设计车辆用液压传动系，必须根据车辆要求的最大驱动力最大行驶速度行液压传动参数的确定。 1 需要牵引力（运行工况）对于行走运输车辆，其载荷力矩主要是来自驱动轮的阻力矩。大型矿用自卸车最大载重量为 108t，车辆自重为 85t，最高速度为 =50km/h，高速运行时要求爬坡度为 12 (即低速运行时最大爬坡度为 17%（即，由公式（ 3得，依照最大爬坡度要求，低速运行时的牵引力，即最大牵引力： s i n c o sk f F G G f =（ 108+85） 1000 +） = 354346 N 式中： f 车辆滚动阻力系数，取爬坡角， = 高速运行时的要求的最大牵引力： s i n c o sk f F G G f =（ 108+85） 1000 + = 60520 N 式中： = 第 14 页共 59 页 2驱动功率车辆低速运行爬坡度为 17%时要求的牵引力是最大的，此时，对车辆速度无特别要求，只要能爬上坡即可。 108t 自卸车在额定爬坡（ 8%坡度）时要求的运行速度为 8 km/h，现在取最大爬坡时的车辆速度为 3.6 km/h，此速度为车辆的最小速度，即 =3.6 km/h。因此低速运行时的车辆牵引功率为驱 = = 354346 = 443 式中为传动效率，取高速度运行时要求能爬上 12的坡度，此时的车辆牵引功率为：驱 = = 60520 503600 1053 由以上计算知，要满足车辆在高速运行时的要求，须取 = 1053 3变换范围 R 变换范围是根据车辆要求的最大参数决定的，其计算公式为： m ax m 驱（ 3 式中：单位为 m/s，位为 W H 液压系统效率 C 机械传动效率当 R 3时，由变量泵单独变换；当 R 3时，由变量泵总的变换范围分为变量泵的变换范围 1R 和变量马达的变换范围 2R ， 12R R R （ 3 由式（ 3以算得变换范围 R =3503543463 . 60 . 8 0 . 9 1 0 5 3 1 0 = 中： H 取 C 取见，总的变换范围 R 3，需要用变量泵最终选定为图第 3 章静液压驱动系统的设计第 15 页共 59 页 3.4 c)方案。变量泵和变量马达的变换范围分别为： 12 6 . 4 9R R R =液压泵和液压马达的参数计算 108t 矿用自卸车载重大，要求马达扭矩很大，而且速度高，由低速到高速的变换范围大，所选液压泵和液压马达必须能同时满足低速牵引和高速运行的要求，用四个马达驱动，设置两个档位，其传动比分别为 1i 和 2i 。在设定档位时要求车辆换档要尽量使冲击力小，换档平稳，两个档位之间传动比的比值一般在 3左右，为此，设置低速档传动比为 1i =速档为 2i =1。液压马达的基本参数主要是排量和转速，所选择的液压马达必须满足机械的动力及行驶速度的要求。马达扭矩： M ni i （ 3 式中： F 牵引力， N r 驱动轮半径， r =n 马达数量， n =4 轮边减速器传动比，取 27.3 i 齿轮传动比，分别为 1i 和 2i w 传动系效率，取达转速： 602M in r（ 3 式中： v 车辆运行速度， m/s 位为 r/他各参数与上面相同。马达排量： 2p （ 3 式中： p 系统压差， p =32m 马达机械效率，选用柱塞马达，取 = 第 16 页共 59 页根据已经计算出的马达的排量和马达在大排量时的最高转速以及系统的工作压力，选择标准系列的马达。在选择了马达以后，液压油泵的选择应满足液压马达对流量和压力的要求。油泵的流量应满足马达在作业时的最大速度要求，由下式确定： 1000 （ 3 式中：泵的容积效率，选用柱塞泵，取 =走油泵的排量可按下式确定： 1000n （ 3 式中：泵的转速，由发动机转速和分动箱确定（ 1）低速方案低速运行时车辆牵引力大，低速档即档传动比 1i =由以上计算，最大牵引力为 = 354346 N，在最大牵引力时的速度为 =3.6 km/h，将各个参数代入式（ 3 马达最大扭矩： m a xM ni i = = 3 5 4 3 4 6 1 . 54 2 7 . 3 3 . 2 0 . 9 8 = 1552 入式（ 3马达转速： m 02MF in r = 602i = 3 . 66 0 2 7 . 3 3 . 23 . 62 1 . 5 = 556 r/ 式（ 3可以求得马达排量： m p = =62 1 5 5 23 2 1 0 0 = 321 ml/r 则所需泵的流量由式（ 3 ： 1000 = = 556 3211000 = 188 L/ 3 章静液压驱动系统的设计第 17 页共 59 页用一个泵带两个马达，则泵的流量： 2 2 188=376 L/（ 3得泵的排量： 1000n =1000 3762100= 179 ml/r （ 2）高速方案高速运行时车辆牵引力较小，高速档即档传动比 2i =1，由以上计算，高速行驶时的最大牵引力为 = 60520 N，最高时速为 =50 km/h，将各个参数代入式（ 3马达扭矩： m ni i = = 6 0 5 2 0 1 7 0 = 848 式（ 3以求得马达排量： m q p = =62 8 4 83 2 1 0 0 = 175 ml/r 由式（ 3马达最高转速： m 02M in r = 602 cv i = 506 0 2 7 . 3 13 . 62 1 . 5 = 2415 r/所需泵的流量由式（ 3： 1000 = = 2415 1751000 = 445 L/一个泵带两个马达，则泵的流量： 2 2 445=890 L/（ 3得泵的排量： 1000n =1000 8902100 = 424 ml/r 第 18 页共 59 页由求得的泵的排量421 ml/r 和泵的转速 2100 r/取泵，无符合要求的泵，现在取泵的转速 1800 r/由此算得的泵的排量为： n = 1000 8901800 =494 ml/r 选取液压泵的排量稍大于计算值，500 ml/r （ 3）验证两种方案的可行性低速方案验证高速方案若选用低速方案计算得的泵和马达，则在高速状况下只需验证车辆速度。 m a xm a V P V q = 1 7 9 2 1 0 0 0 . 9 5 0 . 9 52175 = 969 r/可见，低速方案不能满足高速行驶要求，达不到车辆的技术要求高速方案验证低速方案若选用高速方案计算得的泵和马达，则在低速状况下只需验证马达扭矩。 m a xm a x 2 2n=633 2 1 0 8 9 0 1 00 . 9 5 0 . 9 522 5 5 6 = 3681 可见，选用高速方案计算得的泵和马达远能满足低速牵引的要求，此时的低速比556 r/满足最大牵引力状况下马达转速： m a xm a =633 2 1 0 8 9 0 1 00 . 9 5 0 . 9 522 1 5 5 2 =1319 r/以上计算可知，寻用高速方案可同时满足车辆高速行驶和低速牵引的要求，故选此方案。由此可以计算出马达的最大排量 m a xm a . 9 5 1 0 0 022 1 3 1 9n =321 ml/r 选马达的排量稍大一点为：350 ml/r 第 3 章静液压驱动系统的设计第 19 页共 59 页综合以上计算，可以选定 108t 大型矿用自卸车液压驱动系统所用泵和马达的技术要求：马达：350 ml/r 2415 r/：500 ml/r 1800 r/验证速度及牵引力特性大多数情况下液压传动的计算是确定功率特性曲线的上下极限点的技术参数，即车辆特性用牵引力车速曲线图表示，上极限点极限点 B 为最大车速的牵引力。通过前面的计算，已知以下参数：驱动功率： 1053 液压泵最高转速： 1800 r/压泵最大排量：500 ml/r 点 p =32达最大排量：350 ml/r 马达最高转速 2415 r/ 1）最大牵引力点 A 液压泵流量： 10536 0 6 0 0 . 9 5 0 . 9 5232p 驱2 =895 L/压泵排量： 8 9 1 1 0 0 01800q n =495 ml/r 马达输出扭矩： m a x 3 2 3 5 0 0 . 9 522M M =1694 动轴输出力矩： 1 1 6 9 4 2 7 . 3 3 . 2 0 . 9 8 4A M A c i i n =580112 引力： 5801121 . 5F r =386471 N 由车辆所需的最大牵引力 354346，知可见满足要求。液压马达转速： m a 0 0 0 0 . 9 522350q =1209 r/ 20 页共 59 页车辆行驶速度： 112092 1 . 52 602 7 . 3 3 . 2 =m/s = 7.8 km/h （ 2）最大速度点 B 液压泵流量： m a x 3m a x 5 0 0 1 8 0 0 1 0 PQ q n = 900 L/力： 331053 1 0 0 . 9 5 0 . 9 52900 1060 驱2 = 压马达排量： m a 0 0 . 9 5222415n = 177 ml/r 液压马达输出扭矩： 1 7 7 3 1 . 7 0 . 9 522B M B M = 849 动轴力矩： 2 8 4 9 2 7 . 3 1 0 . 9 8 4B M B c i i n =90857 引力： 908571 F r = 60571 N 车辆以最高速度 =50 km/h 行驶时要求能爬上 12的坡度，所需的牵引力为= 60520 N，可见能满足高速行驶的牵引要求。车辆行驶速度： m a xm a . 52 602 7 . 3 1 = 50 km/h 根据以上的计算可以绘出车辆的牵引特性曲线如图第 3 章静液压驱动系统的设计第 21 页共 59 页图辆速度及牵引特性图通过以上计算可知，此液压传动装置可以提供车辆所需的牵引力和车速，液压泵和液压马达规格参数的选择是正确的。助装置 1确定油管尺寸油管的内径是根据管内允许流速和所通过的流量来确定 : 4m (3式中： d 油管内径， m Q 通过油管的流量， 3/ms v 油管中允许的流速， m/s 对于吸油管路 v 1.5 m/s 对于压油管路 v = 5 m/s 对于回油管路 v = 2 m/s 油管壁厚按强度条件计算，计算公式为： 2 （ 3 式中： p 油管内最高工作压力 d 油管内径 F 1000 （ km/h）第 22 页共 59 页油管材料许用应力， b 为油管材料的抗拉强度， n 为安全系数，对油管来说， p 7 n =8； p n =6； p n =4。由以上计算知通过油管流量为 Q =900 L/吸油管路流速 1v = 1.5 m/s，压油管路流速 2v = 5 m/s，回油管路流速 3v = 2 m/s，代入式 (3得：吸油管内径： 3119 0 0 1 044 603 . 1 4 1 . 5 = 113 油管内径： 3229 0 0 1 044 603 . 1 4 5 = 62 油管内径： 3339 0 0 1 044 603 . 1 4 2 = 68 于管道壁厚，这里只计算吸油管，查机械设计手册（第 1卷）输送流体用无缝钢管，选油管材料的抗拉强度 b =520于吸油管 p 此取 n =4，则 520 4 = 130 数据代入式（ 3得其壁厚为： 6363 2 1 0 1 1 3 1 02 2 1 3 0 1 0 = 14 机械设计手册，根据吸油管内径 1d = 113 厚 = 14 用 140 14无缝钢管，其内径 112厚 14 2油箱容量计算油箱容量是指油面高度为油箱高度 80%时油箱所贮油液的容积，如果油箱有效容积过大，虽然散热好，但外形尺寸大，重量增加，特别不利于行走机械，如果油箱有效容积过小，则可能会使液压系统油温过高，容积效率大大降低。对行走机械，一般都要在系统中加冷却器来满足车辆液压系统散热要求，因此所用油箱的一般都比较小，以便减小行走机械的重量和尺寸。行走驱动系统油箱容量大约为辅助补油泵流量的，最少必须加上 10%的储备容积，包括在温度升高时油液体积的增加。辅助补油泵的流量一般为主泵流量的 20%左右，前面已确定行走驱动共用两个液压泵带四个液压马达，每个液压泵流量分别为 9

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