液壓傳動三級項目--21米高空作業(yè)車液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

1、捶a尢豫YANSHAN UNIVERSITY液壓傳動系統(tǒng)三級項目題 目：21米高空作業(yè)車液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院年級專業(yè)：2013 級機(jī)電控制2班小組成員：李坤坤、張佳其、曲春曉指導(dǎo)教師：趙靜一完成時間：2016 年6月目錄1高空作業(yè)車發(fā)展綜述 21.1 高空作業(yè)車概況 21.2 高空作業(yè)車發(fā)展現(xiàn)狀 32 .液壓系統(tǒng)設(shè)計計算62.1 高空作業(yè)車驅(qū)動方案選擇 62.2 馬達(dá)傳動方案的選擇 72.3 液壓閉式系統(tǒng)分析82.4 變量泵控馬達(dá)的調(diào)速控制 92.5 高空作業(yè)車的差力差速控制 102.5.1 驅(qū)動輪受力分析 102.5.2 驅(qū)動馬達(dá)差力控制 112.5.3 驅(qū)動馬達(dá)差速控制 1

2、33 .擬定液壓系統(tǒng)圖 153.1 二維圖153.2 系統(tǒng)工作原理153.3 三維圖164 .液壓元、輔件的選擇 174.1 選擇液壓泵、液壓馬達(dá)及其驅(qū)動電機(jī) 175 .關(guān)鍵回路搭建186 .液壓系統(tǒng)主要性能的驗算 196.1 系統(tǒng)壓力損失計算 196.2 系統(tǒng)效率計算206.3 系統(tǒng)發(fā)熱與溫升計算 207 .總結(jié)218 .參考文獻(xiàn)211高空作業(yè)車發(fā)展綜述1.1 高空作業(yè)車概況工程機(jī)械廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各部門，并且在整個經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有 十分重要的地位。建國以來，我國的機(jī)械工業(yè)在十分薄弱的基礎(chǔ)上，經(jīng)過 五十多年的艱苦努力，從小到大，從修配到制造，從僅僅仿造一般機(jī)械產(chǎn) 品到能制造大型、中型精密設(shè)

3、備，從制造單機(jī)到制造重大成套設(shè)備，逐步 形成了一個門類比較齊全，具有較大規(guī)模，較先進(jìn)技術(shù)水平和成套水平不 斷提高的工業(yè)體系。高空作業(yè)機(jī)械（高空作業(yè)車）作為工程機(jī)械領(lǐng)域的一個重要分支，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在船舶、建筑、市政建設(shè)、消防、港口貨運等行 業(yè)，是新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，有著廣闊的發(fā)展前景。我國高空作業(yè)機(jī)械只有二 十幾年的發(fā)展歷史，發(fā)展初期由于經(jīng)濟(jì)環(huán)境和技術(shù)水平限制，沒有得到很 好的發(fā)展。而這一時期，國外高空作業(yè)機(jī)械行業(yè)伴隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用 取得了長足的發(fā)展，涌現(xiàn)出一批國際知名的專業(yè)生產(chǎn)制造企業(yè)。近年來， 隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，國內(nèi)對包括高空作業(yè)車在內(nèi)的工程機(jī)械的 需求量和保有量連年快速增長。例如

4、在船舶行業(yè)，當(dāng)前我國造船業(yè)發(fā)展迅 猛，逐步進(jìn)入了國際船舶市場。船舶產(chǎn)量從20世紀(jì)80年代初的30多萬噸，提高到現(xiàn)在的 200多萬噸，約占世界船舶市場份額的6%。船舶的設(shè)計和建造，從建造萬噸級散貨船開始，發(fā)展到能建造六萬噸級巴拿馬型船 舶和十五萬噸級大型油船。最近幾年，又開始建造高速集裝箱船、成品油 船、液化氣船和自卸式散貨船等技術(shù)難度大、附加值高的船舶。隨著船舶 行業(yè)的發(fā)展，大型船舶增多，造船和修船中越來越多的需要高空作業(yè)，因 此高空作業(yè)車的應(yīng)用也是與日增加。中國船舶系統(tǒng)，需要直臂式1625 m高空作業(yè)平臺大約 80100臺左右。公安消防系統(tǒng)中，隨著大中城市高層 建筑增多，消防設(shè)施“滯后”，登

5、高平臺消防車己屬緊迫需要。我國百萬 人口城市30個，以平均每個城市需要作業(yè)高度3050 m大型登高平臺消防車4臺計算，需要量為120臺左右。全國幾十萬人口以上的城市近500個，以平均每個城市擁有 1620 m中型登高平臺消防車 2臺計算，需要 量為1000臺左右。在全國的城市路燈園林部門，需要 616 m中小型高 空作業(yè)車大約 1000臺左右。通過上面的分析可以看出，僅在這三個行業(yè) 就有大量市場需求，上面的統(tǒng)計是不完全統(tǒng)計，隨著企業(yè)的發(fā)展和城市規(guī) 模的不斷擴(kuò)大，每年的市場需求量也不斷的在增長2。國外高空作業(yè)機(jī)械制造企業(yè)早已意識到了中國巨大的市場潛力，紛紛攜帶這自己的產(chǎn)品搶占 中國市場。由于國外

6、的產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、種類齊全，具有良好的安全性和使用性，以及完善的維修和技術(shù)支持體系，因此對國內(nèi)高空作業(yè)機(jī)械制造企 業(yè)沖擊很大。國內(nèi)高空作業(yè)機(jī)械制造企業(yè)也已經(jīng)意識到了該產(chǎn)品市場的巨 大蘊涵量，目前在引進(jìn)國外先進(jìn)產(chǎn)品的同時，積極消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，不少企業(yè)已經(jīng)推出了達(dá)到國外技術(shù)水平的產(chǎn)品。但是總體上我國的生產(chǎn)技 術(shù)水平與國外相比仍然存在一定的差距。綜上所述，在我國目前的高空作 業(yè)車的生產(chǎn)水平上，改進(jìn)高空作業(yè)車的工作性能，開發(fā)研制機(jī)動靈活、技 術(shù)含量高、安全可靠的高空作業(yè)機(jī)械具有現(xiàn)實的意義。1.2 高空作業(yè)車發(fā)展現(xiàn)狀(1)國外發(fā)展現(xiàn)狀在1950年，國外高空作業(yè)車開始起步，第一批用于路維修的作業(yè)車由英

7、 國制造商制造出，作業(yè)高度在一巧，但是英國人沒有看到高空作業(yè)車在未來 的發(fā)展強(qiáng)勁勢頭，因此，沒有抓住這個有利時機(jī)申請專利。美國于年開始使 用高空作業(yè)車，開始時只是用于果園的采摘工作。在美國，高空作業(yè)車在“年才開始小批量的產(chǎn)。雖然年 ，高空作業(yè)車有了重大突破，出現(xiàn)了汽車拖動式 和專用底盤式的高空作業(yè)車，但是工作高度還是低于。進(jìn)入上世紀(jì)年代以后 由于技術(shù)水平的不斷提高，高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)型式更趨完善，作業(yè)安全性能不 斷提高。隨著高空作業(yè)車技術(shù)水平的提高，高空作業(yè)機(jī)械在國外的發(fā)展非常迅速。同時，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，高空作業(yè)機(jī)械的發(fā)展呈現(xiàn)出集團(tuán)化趨勢，如意大利的班利高、芬蘭的布朗托、美國的格洛夫和陰吉尼、英國

8、的西蒙、日 本的多田野和愛知株式會社等，這些公司在高空作業(yè)車的制造和技術(shù)創(chuàng)新 方面也呈現(xiàn)出不同的側(cè)重點，如側(cè)重于高空消防車系列，側(cè)重于車載高空作 業(yè)平臺等等。側(cè)重于高空消防車的如西蒙公司高度已達(dá)、芬蘭公司產(chǎn)品最 高己達(dá)，自命為“天梯”如圖所示。為了滿足不同行業(yè)、 不同作業(yè)T能要求，國外高空作業(yè)機(jī)械制造企業(yè)己 經(jīng)開發(fā)了不同種類、規(guī)格齊全的系列化產(chǎn)品。其產(chǎn)品的基本特點可以從結(jié) 構(gòu)方面、液壓系統(tǒng)方面和電氣控制方面加以概括。圖“ 1350S型高空作業(yè)車(1)結(jié)構(gòu)方面：國外高空作業(yè)車一般采用伸縮臂式、剪切臂式和折疊臂式三種形式的作業(yè)臂設(shè)計，如圖所示。在底盤方面一般可分為通用汽車 底盤和專用底盤兩種形式。

9、通用汽車底盤在高空作業(yè)過程中工作靈活便于 移動專用底盤作業(yè)半徑比較大 ，適用于固定場所作業(yè)。 對于作業(yè)高度大于的 車輛，作業(yè)斗的調(diào)平采用電液比例調(diào)平方式作業(yè)高度低于的車輛，作業(yè)斗的調(diào)平一般采用機(jī)械式和液壓式調(diào)平方式。(2)液壓系統(tǒng)方面：高空作業(yè)車的主要工作裝置一般采用電液比例控制行走液壓系統(tǒng)的設(shè)計一般分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)兩種形式，采用液壓傳動可以實現(xiàn)車輛行走的無級調(diào)速。閉式系統(tǒng)還可以有效地防止污染物 的侵入，延長系統(tǒng)的使用壽命工作裝置的液壓系統(tǒng)中都裝有平衡閥以保證 作業(yè)的安全性液壓系統(tǒng)的控制閥一般采用插裝閥的形式，使系統(tǒng)趨于集成化減小了液壓系統(tǒng)的安裝空間。(3)電氣控制方面：控制方式一般為嵌

10、入式，采用專門為工程機(jī)械設(shè)計的專用控制器通訊方面，采用總線的工程車輛現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?？偩€控制降低了系統(tǒng)危險性，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性 ，實現(xiàn)了車輛的多任務(wù) 協(xié)同工作。圖1.2 GENIE公司高空作業(yè)車最優(yōu)化采用計算機(jī) ，可靠性、安全性和舒綜上所述，國外高空作業(yè)車主要發(fā)展方向是液壓化、 輔助設(shè)計、輕量化、機(jī)電液一體化、通用化、系列化 適性。(2)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國高空作業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)于世紀(jì)年代末開始起步，發(fā)展較快，目前生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)已由原來的幾家迅速增加到余家，其中與國外合資或合作生產(chǎn)的 企業(yè)有家。我國高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的需求量隨著國民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā) 展逐年增加，各種規(guī)格的新產(chǎn)品近幾年增加較快

11、。盡管我國在高空作業(yè)車設(shè)計制造上取得了一些成績，但是國內(nèi)生產(chǎn)制造的高空作、業(yè)機(jī)械同國外同類型高空作業(yè)機(jī)械產(chǎn)品相比仍有一定差距。為了提高我國高空作業(yè)的生產(chǎn)水平，從目前的狀況存在的問題來看應(yīng)從如下的幾個方面來進(jìn)行：(1)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的更新問題。產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)工作關(guān)系到行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 和技術(shù)發(fā)展，與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益和市場利益密切相關(guān)。為了提高國內(nèi)高空作業(yè)車的技術(shù)水平，適應(yīng)當(dāng)前市場發(fā)展需要必須解決產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的更新問題。(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整問題。目前，我國高空作業(yè)平臺產(chǎn)品大多體積大、 份量重，更換工作場地非常困難，為了給用戶使用帶來不便，開發(fā)輕便的鋁合 金平臺和自行式平臺是高空作業(yè)車發(fā)展的必然趨勢。(3)產(chǎn)品銷售和

12、租賃并存發(fā)展問題。國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)上 只注重產(chǎn)品銷售，忽視了潛在的巨大的租賃市場。應(yīng)當(dāng)說產(chǎn)品銷售和租賃并 存兩條腿走路是高空作業(yè)機(jī)械(4)行業(yè)企業(yè)今后一個時期新的發(fā)展方向。企業(yè)品牌問題。未來國 際市場競爭的主要形式將是品牌的競爭。因此必須加強(qiáng)國際競爭意識。2.液壓系統(tǒng)設(shè)計計算2.1 高空作業(yè)車驅(qū)動方案選擇根據(jù)高空作業(yè)車的底盤結(jié)構(gòu)要求，高空作業(yè)車的驅(qū)動形式可以分為中 央驅(qū)動和車輪獨立驅(qū)動兩種形式。根據(jù)高空作業(yè)車的低速和牽引力小的特 點該車采用輪式底盤和雙橋驅(qū)動形式。輪式底盤驅(qū)動方式主要分為中央驅(qū)動方式和車輪獨立驅(qū)動方式兩種。 中央驅(qū)動方式如圖所示，由于其沒有改變車輛的整體布局，因此，是一

13、種介于真正意義上的液壓驅(qū)動車輛與傳統(tǒng)車輛之間的液壓-機(jī)械車輛。由于該型高空作業(yè)車是整體結(jié)構(gòu)布置新穎、性能要求特殊的新型機(jī)器目的是要設(shè)計一款真正意義上的液壓車輛，選擇車輪獨立驅(qū)動的方式。這種驅(qū)動方式的主要特點有具有靈活的結(jié)構(gòu)布置，機(jī)器結(jié)構(gòu)形式更加多樣化系列化的馬達(dá)驅(qū)動裝置，馬達(dá)驅(qū)動裝置配套方便可組成具有差速器功能的馬 達(dá)并聯(lián)油路，可實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)車輪或車架轉(zhuǎn)向車輛的制動可通過馬達(dá)減速器上 的行駛制動器實現(xiàn)無需驅(qū)動橋裝置，車輛結(jié)構(gòu)簡潔，便于維修和元件更換。根據(jù)高空作業(yè)車的作業(yè)環(huán)境以及轉(zhuǎn)向工況等使用要求，綜合比較考慮選定本車采用圖 所示的方案。根據(jù)對高空作業(yè)車的全液壓要求，綜合上述對中央驅(qū)動方式的優(yōu)缺點的

14、了解，方案理應(yīng)排除。上述提到作業(yè)車的雙橋驅(qū) 動工作方式和液壓系統(tǒng)的高效率和簡潔特性要求，以及兩級最高速度控制要求。由于圖所示的閉式系統(tǒng)，具有較高的傳動效率、系統(tǒng)簡潔等優(yōu)點。由 于閉式系統(tǒng)會出現(xiàn)油液泄漏現(xiàn)象，因此在閉式回路系統(tǒng)中需要輔助補油泵來補償因潤滑及冷卻所引起的閉式回路容積損失。雖然方案圖可以實現(xiàn)作 業(yè)斗上的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程無級調(diào)速和差速控制等功能，但是不能滿足系統(tǒng)高 效、簡潔等要求。因此，該車選才i如圖3-1 (b) (c)所示驅(qū)動方案。1,及即機(jī) 工裱隔系 工般壓弓玷 工安去靠土打響節(jié) 電若通器 工輪船 機(jī)比例換同崗 軋輪班越建案(M(b)圖3-1液壓傳-布一方案根據(jù)高空作業(yè)車的作業(yè)環(huán)境

15、以及轉(zhuǎn)向工況等使用要求，綜合比較考慮選定本車采用圖3-1(b)所示的方案。根據(jù)對高空作業(yè)車的全液壓要求，綜合上述對中央驅(qū)動方式的優(yōu)缺點的了解，方案3-1(a)理應(yīng)排除。上述提到作業(yè)車的雙橋驅(qū)動工作方式和液壓系統(tǒng)的高效率和簡潔特性要求，以及兩級最高速度控制要求。由于圖3-1(b)所示的閉式系統(tǒng)，具有較高的傳動效率、系統(tǒng)簡潔等優(yōu)點。由于閉式系統(tǒng)會出現(xiàn)油液泄漏現(xiàn)象，因此在閉式回路系統(tǒng)中 需要輔助補油泵來補償因潤滑及冷卻所引起的閉式回路容積損失。雖然方 案圖3-1(c)可以實現(xiàn)作業(yè)斗上的遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程無級調(diào)速和差速控制等功 能，但是不能滿足系統(tǒng)高效、簡潔等要求。因此,該車選擇圖3-1(b)所示驅(qū)動 、

16、 >: 7K O2.2 馬達(dá)傳動方案的選擇馬達(dá)減速驅(qū)動裝置主要用于各終端獨立驅(qū)動的機(jī)械，減速驅(qū)動裝置中的液壓馬達(dá)根據(jù)其工作轉(zhuǎn)速和排量大小可分為高、中、低速馬達(dá)。下面通 過對這幾種單馬達(dá)液壓減速驅(qū)動裝置的性能進(jìn)行比較，主要在啟動能力、低速穩(wěn)定性、傳動效率、扭矩及轉(zhuǎn)速性能、安裝尺寸、價格等方面進(jìn)行比較。 雖然中速馬達(dá)同時具有低速大扭矩馬達(dá)和高速馬達(dá)的高轉(zhuǎn)速、大排量、高 壓力、高功率密度和扭矩密度以及比較緊湊的結(jié)構(gòu)尺寸等優(yōu)點，但是具有這種性能特點的新概念馬達(dá)的產(chǎn)品和實際應(yīng)用都很少。因此，這里只比較高速馬達(dá)和低速馬達(dá)在應(yīng)用中的性能特點。并通過對高、低速馬達(dá)減速驅(qū)動裝 置的性能比較確定高空作業(yè)車的

17、馬達(dá)傳動方案。(1)傳動效率。高速馬達(dá)驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)動效率平均要比低速馬達(dá)驅(qū)動裝置要低左右。由于高速馬達(dá)的減速機(jī)為多級行星傳動，因此可以認(rèn)為兩種馬達(dá)減速驅(qū)動裝置效率的差異主要由減速機(jī)造成。(2)機(jī)構(gòu)尺寸。由于高速馬達(dá)裝置有多級減速機(jī) ，因此相對于低速馬 達(dá)裝置機(jī)構(gòu)復(fù)雜尺寸較大。盡管兩種裝置的結(jié)構(gòu)尺寸略有差異，但均可滿足 使用要求。(3)啟動扭矩和低速穩(wěn)定性。低速大扭矩馬達(dá)和高速徑向柱塞馬達(dá)都具有很高的啟動機(jī)械效率。由于小速比減速機(jī)機(jī)械損失小，因而低速馬達(dá) 驅(qū)動裝置具有啟動扭矩大的特點。由于高速馬達(dá)驅(qū)動裝置的多級行星減速 機(jī),因此高速馬達(dá)驅(qū)動裝置的啟動能力較差。低速驅(qū)動裝置有良好的低速穩(wěn)定性,可以

18、在1-2r/min的轉(zhuǎn)速下帶載穩(wěn)定工作。但是高速驅(qū)動裝置配以大減 速比減速機(jī)也可以實現(xiàn) 2-3r/min的轉(zhuǎn)速下帶載穩(wěn)定工作。(4)扭矩即轉(zhuǎn)速性能。在小等效排量范圍內(nèi)低速和高速裝置扭矩和 轉(zhuǎn)速性能相當(dāng)。(5)安裝及驅(qū)動方式。兩種驅(qū)動裝置安裝均比較方便，常用于車輪獨立驅(qū)動。(6)匹配適應(yīng)性。低速驅(qū)動裝置受到馬達(dá)排量規(guī)格限制，通用性差。高速驅(qū)動裝置通過系列標(biāo)準(zhǔn)馬達(dá)和具有多種減速比的系列減速機(jī)組合可 獲得更多的等效排量驅(qū)動裝置，可與多種工況要求相匹配，通用性較強(qiáng)。(7)變換范圍和控制性。低速馬達(dá)多采用定量馬達(dá)，變換范圍小控制性差。高速馬達(dá)配以不同速比的變速器可獲得較大的變速范圍。加以多種 控制方式配

19、合，適用范圍最廣，控制性能最佳，因此，高速驅(qū)動裝置是現(xiàn)代自 控式車輛發(fā)展的主流。(8)機(jī)械制動器。低速驅(qū)動裝置直接在馬達(dá)輸出端設(shè)置制動器，由于制動扭矩大，因而結(jié)構(gòu)尺寸大，可靠T差，價格也高。高速馬達(dá)驅(qū)動裝置制動 器設(shè)置在減速機(jī)的高速級上，扭矩小，結(jié)構(gòu)簡單體積小，價格低。(9)耐溫、抗污染能力。內(nèi)曲線凸輪式低速馬達(dá)滾輪與軌道為線接 觸且非勻速轉(zhuǎn)動，接觸應(yīng)力大，潤滑條件差，耐溫和抗污染能力低。高速馬達(dá) 驅(qū)動裝置的這一性能要好于低速馬達(dá)驅(qū)動裝置。通過以上高低速馬達(dá)的性能比較，該車采用高速馬達(dá)和輪邊減速機(jī)構(gòu)成的高速馬達(dá)減速驅(qū)動裝置。2.3 液壓閉式系統(tǒng)分析由上節(jié)行走驅(qū)動方案的選擇 ，該車采用液壓閉式回

20、路的行走系統(tǒng)設(shè)計。 該回路是由比例變量柱塞泵和兩個變量馬達(dá)組成的容積調(diào)速閉式回路。在 回路中，泵將油液輸入到馬達(dá)的進(jìn)油腔，然后再從馬達(dá)的回油腔吸收液壓油 完成油液的循環(huán)利用。閉式回路結(jié)構(gòu)緊湊，減小了系統(tǒng)形成氣穴的可能性同時可以方便的變換執(zhí)行元件的方向并有較小的換向沖擊力，液壓泵采用壓力供油，無需自吸，采用容積調(diào)速，效率高。由于閉式系統(tǒng)散熱條件較差容 易造成系統(tǒng)油液的泄露，因此閉式系統(tǒng)必須設(shè)置補油泵。由于閉式系統(tǒng)是個封閉的液壓系統(tǒng)，液壓元件之間的摩擦和液壓油做功產(chǎn)生的熱量，不能很好地散發(fā)出去。過高的油溫不僅會降低液壓油的壽命，而且還會減少液壓元件 和系統(tǒng)的壽命。為此在回路中安裝沖洗閥，沖洗閥可對

21、回路中的油液進(jìn)行冷 卻、過濾，改善工作液體的質(zhì)量，避免長期工作時油溫過高對系統(tǒng)元件的損 害,延長了元件的工作壽命。液壓閉式系統(tǒng)的優(yōu)點有：(1)目前閉式系統(tǒng)變量泵均為集成式結(jié)構(gòu)，補油泵及補油、溢流、控制等功能閥組集成于液壓泵上 ，使管路連接變得簡單，不僅縮小了安裝空間 而且減少了由管路連接造成的泄漏和管道振動，提高了系統(tǒng)的可靠性，簡化了操作過程。(2)補油系統(tǒng)不僅能在主泵的排量發(fā)生變化時保證容積式傳動的響 應(yīng)，提高系統(tǒng)的動作頻率，還能增加主泵進(jìn)油口處壓力 ，防止大流量時產(chǎn)生氣 蝕，可有效提高泵的轉(zhuǎn)速和防止氣穴的產(chǎn)生 ，提高工作壽命補油系統(tǒng)中裝有 過濾器，提高傳動裝置的可靠性和使用壽命另外 ，補油

22、泵還能方便的為一些 低壓輔助機(jī)構(gòu)提供動力。（3）由于僅有少量油液從油箱中吸取，減少了油箱的損耗。閉式系統(tǒng)的上述特點使它特別適應(yīng)負(fù)載變化劇烈、前進(jìn)、倒退、制動頻繁的工程機(jī)械負(fù)荷工況，以及速度要求嚴(yán)格控制的作業(yè)機(jī)械。該車作為高空作業(yè)車輛，特別關(guān)注車輛作業(yè)過程中作業(yè)人員的安全問題。因此，車輛在作業(yè)過程中應(yīng)具備較高的穩(wěn)定性。閉式系統(tǒng)適合于速度要求嚴(yán)格控制的作業(yè)機(jī)械的特點為該車行走液壓系統(tǒng)的選擇提供了依據(jù)。2.4 變量泵控馬達(dá)的調(diào)速控制由以上驅(qū)動方案和和馬達(dá)減速驅(qū)動裝置的選定，對行走液壓系統(tǒng)采用全液壓比例控制、單橋兩輪驅(qū)動的形式。選用美國SAUER-DANFOSS變量軸向柱塞馬達(dá)（雙速）。馬達(dá)為雙位變量

23、馬達(dá)即馬達(dá)排量只能工作在最大 排量或最小排量處。馬達(dá)斜盤被偏置彈簧保持在最大排量處，當(dāng)存在控制信號時，斜盤切換到馬達(dá)最小排量處。該馬達(dá)和力士樂輪邊行星減速器構(gòu)成高 速馬達(dá)減速驅(qū)動裝置，性能優(yōu)良，安全可靠。采用行走泵（比例變量柱塞泵） 實現(xiàn)對馬達(dá)流量的比例控制，從而整車可以進(jìn)行無級調(diào)速。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于最 高轉(zhuǎn)速時，通過對比例變量泵和雙排量馬達(dá)的控制實現(xiàn)車輛的最高行駛速 度（最高行駛速度 5.6km/h）。通過電磁換向閥實現(xiàn)對雙速馬達(dá)的排量選擇。 出于行駛安全考慮，車輛行駛速度還受到大臂舉升角度和伸出長度的限制， 見表3.1。系統(tǒng)設(shè)置的大臂舉升角度限位傳感器和大臂收藏位傳感器將采 集到的數(shù)據(jù)送入控制

24、器，經(jīng)控制器運算后控制雙速馬達(dá)的排量和變量泵的 流量輸出，實現(xiàn)速度限制的自動控制。裳工1車的速度控制升角度幀W高于5*高速伸繕胃伸出不Mm時.則允崢韋柄喜高速E爪5.依EJh狀本F行段無詫彈墻IT的伸出也度名少，軍犧端在0-l.lkcaTt的悵速狀存下行融低速伸墻,伸出星過30cm時.車崇；1能在以Llkin/h的低速秋出1打咬2.5 高空作業(yè)車的差力差速控制差力差速問題是每一種多輪驅(qū)動車輛需要解決的問題，因為在車輛行 駛過程中，對多輪驅(qū)動車輛，每個驅(qū)動輪都是主動輪，各自的行駛狀況都 不相同，這將會影響車輛的行駛穩(wěn)定性和駕駛員的操控，因此系統(tǒng)必須要 保證各個輪子相互協(xié)調(diào)的工作，這就是常見的差力

25、差速控制。2.5.1 驅(qū)動輪受力分析要解決高空作業(yè)車的上述問題 ，必須對車輛行駛過程中驅(qū)動輪的受力情況進(jìn)行分析。下面就來分析高空作業(yè)車在行駛過程中的車輪受力情況由于車輪輪胎在機(jī)體載荷下有一定變形，因此輪胎與土壤的接觸部分是一個面，該接觸面稱為輪胎的支撐面。當(dāng)車輪做純滾動時，受力分析圖如圖所示。T IIF I驅(qū)動輪力矩平衡方程為T = FRN =GF < Nf式中T 輪邊減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩F地面摩擦阻力G 分配到每個車輪上的載荷R 車輪半徑f 地面靜摩擦系數(shù)對驅(qū)動輪受力分析的主要目的在于,分析影響車輛正常行駛的主要因素，確定車輛正常行駛的理論依據(jù)，也就是對車輛行駛驅(qū)動理論的研究。當(dāng) 車輪做純滾

26、動時，圖，中的地面摩擦阻力等于車輛的牽引力。而保證車輛正 常行駛的理論依據(jù)就是車輛的牽引力必須小于地面對車輛的最大靜摩擦 力即、，否則車輪將會發(fā)生滑移現(xiàn)象甚至打滑。這種情況的后果是車輪加快 磨損，嚴(yán)重時車輪打滑將造成駕駛失控，危害操作人員的生命安全。由式中 二可知，地面摩擦阻力和輪邊減速器的輸出扭矩是正比例關(guān)系，地面摩擦阻力在車輛正常行駛時等于車輛的牽引力?？傊?，車輛正常行駛時牽引力的大小是由輪邊減速器的輸出扭矩決定的，也就是由行走馬達(dá)的輸出扭矩所決定。通過上面分析可知，如果要使?fàn)恳φｒ?qū)動車輛行走，馬達(dá)輸出扭矩時應(yīng)當(dāng)保證車輛的最大牽引力在最大靜摩擦力范圍之內(nèi)，這也是解決差力問題的一個基本原

27、則。2.5.2 驅(qū)動馬達(dá)差力控制1 .差力控制原理、該高空作業(yè)車驅(qū)動系統(tǒng)采用后橋兩馬達(dá)并聯(lián)的閉式系統(tǒng)。由于系統(tǒng)壓 力是由兩個驅(qū)動輪中負(fù)荷最小的車輪的阻力所決定的，如果不改變各個車輪驅(qū)動馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩 ，那么每一個驅(qū)動輪上的驅(qū)動力的大小是一樣的，車輛的行走將會因為驅(qū)動輪的不同步而出現(xiàn)失控現(xiàn)象。因此就需要找到必要 可靠的控制方式或者是控制措施進(jìn)行恰當(dāng)有效地調(diào)節(jié)。由式驅(qū)動輪力矩平衡方程和上述理論分析知，車輛牽引力F小于等于車輪最大靜摩擦力 Nf即F < Nf ,當(dāng)牽引力大于最大靜摩擦力時車輪將會 發(fā)生滑移甚至打滑。而地面最大靜摩擦力的大小是由地面靜摩擦系數(shù)決定 ， 也就是說最大靜摩擦力的大小取

28、決于路面質(zhì)量的好壞。所以說，車輛行走過程中的牽引力取決于路面質(zhì)量的好壞。在通常，f#況下，車輛行走過程中各輪受到的地面靜摩擦系數(shù)相差無幾，但是在特殊路面行駛時，各輪之間的地面靜摩擦系數(shù)之間就會存在很大的差別。因此，各個車輪之間的最大靜摩擦力將會不同，個別車輪的最大靜摩擦力將會很小，也就導(dǎo)致了驅(qū)動該車輪的牽引力很小。由于系統(tǒng)壓力是由兩個驅(qū)動輪中負(fù)荷最小的車輪的阻力所決定 的，因此將造成系統(tǒng)中各馬達(dá)的壓力一樣，行走馬達(dá)的牽引力不能正常驅(qū)動整車行走的后果。輪邊減速機(jī)轉(zhuǎn)矩T和車輪牽引力F的關(guān)系為T =FR。即行走馬達(dá)輸出扭矩和車輪牽引力成正比例關(guān)系。由此，只需選擇有效和適當(dāng)?shù)目刂品绞秸{(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩

29、，使馬達(dá)根據(jù)各個車輪附著力的不同而輸出不同的扭矩，達(dá)到行走馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速相同的目的，這就是差力控制。由上述分析可知彳亍走液壓系統(tǒng)可以根據(jù)車輛作業(yè)環(huán)境不同使馬達(dá)輸 出不同扭矩，實現(xiàn)差力控制。由于全液壓作業(yè)車輛的設(shè)計要求，選擇在馬達(dá)的并聯(lián)回路中設(shè)置一個分流集流閥。通過分流集流閥根據(jù)負(fù)載壓力均勻分配流量的原理實現(xiàn)各個車輪在相同的轉(zhuǎn)速下同步工作。由上述分析可知，實現(xiàn)差力控制的目的是使行走馬達(dá)在分集流閥的作 用下實現(xiàn)馬達(dá)根據(jù)各個車輪附著力的不同而輸出不同的扭矩，達(dá)到車輛各驅(qū)動輪同步動作的目的。下面分析行走驅(qū)動馬達(dá)差力控制的實現(xiàn)。首先，由各車輪同步動作要求和馬達(dá)流量公式Qm =qmnm知，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速一樣時

30、,各馬達(dá)白流量Qm也是一樣的。行走液壓系統(tǒng)中通過分流集流閥的作用，流向各驅(qū)動馬達(dá)的流量 Qm是一樣的，同時由于各驅(qū)動馬達(dá)對應(yīng)的分集流閥的 閥芯節(jié)流口的開口大小不同，決定了各馬達(dá)的工作壓力 p是不同的。由液壓 馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩公式 M = pqm / 2n可知，由于液壓馬達(dá)的工作壓力p的不同,使驅(qū)動馬達(dá)輸出不同的轉(zhuǎn)矩。由分析可知，由于高空中作業(yè)車在特殊路面行駛而導(dǎo)致各驅(qū)動輪牽引力大小不同時，通過分流集流閥作用實現(xiàn)了使馬達(dá)根據(jù)各個車輪附著力的不同而輸出不同的扭矩，達(dá)到行走馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速相同的目的即實現(xiàn)驅(qū)動馬達(dá)的差力控制。2 .分流集流閥工作原理分流集流閥體積小、重量輕，所以占用的空間小，安裝方便，在復(fù)雜

31、 工作環(huán)境與使用條件下可靠度高、性能穩(wěn)定，對于高低壓的系統(tǒng)均適用。 因為其使用和維修都比較方便，所以應(yīng)用范圍較為廣泛。分流集流閥按固 定比例自動分配或集中二股油流，使執(zhí)行元件雙向均起速度同步作用，故 有時亦稱它為雙向分流閥或者液壓同步閥。如圖所示，分流集流閥同步基本原理是：由于兩個執(zhí)行元件負(fù)載不同，通過液壓油反饋到同步閥 A、B兩閥芯端面的壓力不同，閥芯向壓力較小 方向移動，從而改變了節(jié)流口的大小，形成不同的壓力降，當(dāng)兩腔的壓力 相等、兩芯達(dá)到平衡位置時，壓力油流入兩油缸的流量相等，兩個執(zhí)行元 件同步運行。由于作用在兩個執(zhí)行元件上的負(fù)載力往往是不相同的，而且 有時候還差距很大，此時， A、B兩

32、閥芯向一邊偏移，偏移量較大。負(fù)載 力較大的執(zhí)行元件，相對應(yīng)的分流閥閥芯節(jié)流口大，產(chǎn)生的壓力降？P小，負(fù)載力較小的執(zhí)行元件相對應(yīng)的分流閥閥芯的節(jié)流口小，產(chǎn)生的壓力降?P大，使兩閥芯處在偏移較大的平衡位置，促使輸出的流量相等，能 夠?qū)崿F(xiàn)兩執(zhí)行元件同步運行的目的。理論上講，分流集流閥可以把兩條并聯(lián)支路的流量調(diào)節(jié)的完全相等。但實際上，由于各種原因，經(jīng)它調(diào)節(jié)后的兩并聯(lián)支路的流量，仍然存在一 定的差別，即分流集流閥存在調(diào)節(jié)誤差。分流集流閥只能協(xié)調(diào)兩分路的流 量，不能消除已產(chǎn)生的行程誤差，因而執(zhí)行機(jī)構(gòu)最終是存在由于閥芯摩擦 而產(chǎn)生的同步誤差的。由于高空作業(yè)車的行駛速度較低，最高速度不超過有5.6 Km/h

33、,因此在分流集流閥的誤差范圍內(nèi)不會影響車輛的安全行駛。2.5.3 驅(qū)動馬達(dá)差速控制輪式工程機(jī)械在行走和工作過程中，由于轉(zhuǎn)彎或道路狀況的不同，使得驅(qū)動橋內(nèi)測車輪和外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速存在一定的差別，所受到的滾動阻力也不相等。即使車輛在直線行駛狀況下，由于輪胎自身差別、 輪胎的充氣氣壓 不等、磨損程度差別和載荷不相同等原因，同樣會導(dǎo)致兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速不同。如果上述情況不加以控制，就會導(dǎo)致車輪打滑而使得車輪磨損加快，更甚者還可能造成車輛失控狀況的發(fā)生，因此這種情況必須避免。在上述差力控制 分析中可知，當(dāng)車輪與地面之間的附著系數(shù)非常小時，驅(qū)動輪會出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。為了保證車輛行駛過程中根據(jù)行駛路況的要求，使驅(qū)動輪在

34、形式過程中始終和地面保持純滾動，即差速控制。由于在該高空作業(yè)車設(shè)計要求中，車輛要實現(xiàn)全液壓控制。因此，采用 在分集流閥的進(jìn)出口端連接一個小通流面積的節(jié)流閥以平衡車輪轉(zhuǎn)向過 程中的壓差，實現(xiàn)差速控制。下面對這種方法作以定性分析，如圖所示：當(dāng)車輛在行駛的過程中轉(zhuǎn)向時，可得到：v1 - Rv2 = :： (R L)式中v1內(nèi)側(cè)車輪速度v2外側(cè)車輪速度6 車輛的轉(zhuǎn)彎角速度R車輛的轉(zhuǎn)彎半徑L車橋的寬度對于每一個車輪可以得到_j_vi = 1R叫內(nèi)側(cè)車輪角速度®2 外側(cè)車輪角速度對于每個車輪還可以得到2"叫:qm2 二 Q212 二qm式中Qi 內(nèi)側(cè)車輪的液壓流量Q2 外側(cè)車輪的液壓流

35、量qm 液壓馬達(dá)的排量通過聯(lián)立上式，可以得到轉(zhuǎn)向時兩個車輪的流量差為Q -Q1 -Q2 = JLqm 2二 r式中只有轉(zhuǎn)彎角速度 切是變量，因此驅(qū)動馬達(dá)流量差 AQ只跟轉(zhuǎn)彎角 速度©變化有關(guān)。由式可知，轉(zhuǎn)彎角速度©只受限于車輛的行駛速度 V和 轉(zhuǎn)彎半徑R。因此，當(dāng)車輛以不同的行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑行走時，兩車輪之間就會產(chǎn)生不同的流量差。由于該車的行駛速度較低，同時分流-集流閥的自身誤差對轉(zhuǎn)向流量存在一定的補償作用，因此這種設(shè)計可以滿足差速控制要求。3 .擬定液壓系統(tǒng)圖3.1 二維圖3.2 系統(tǒng)工作原理首先，通過二位三通電磁換向閥選定雙排量馬達(dá)的高速工況或低速工況。再由圖知，液壓

36、泵從發(fā)動機(jī)吸取功率，通過液壓系統(tǒng)中的液壓能驅(qū)動液壓馬達(dá)作恒轉(zhuǎn)速輸出。由于比例變量泵的輸出流量始終對應(yīng)著馬達(dá)的轉(zhuǎn)速 輸出，所以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇和車輛行走過程中的各種工況將影響到馬達(dá) 轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，這時通過電控裝置讀取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和液壓馬達(dá)的輸出信號，然后反饋給控制變量泵的控制信號，電液比例變量控制機(jī)構(gòu)根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)變量泵斜盤傾斜角度來補償上述變化，調(diào)節(jié)變量泵的流量輸出，以適應(yīng)高空作業(yè)車的各種工況，實現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的恒定輸出。在該系統(tǒng)中，補油泵對液壓系統(tǒng)進(jìn)行冷卻、散熱和補充系統(tǒng)油液的泄漏，并為變量系統(tǒng)提供穩(wěn)定的控 制油輸入。沖洗閥對回路中的油液進(jìn)行冷卻、過濾，改善工作液體的質(zhì)量，避免長期工作時油溫過高對

37、系統(tǒng)元件的損害，延長了元件的工作壽命。3.3 三維圖三位四通電磁換向閥柱塞變量泵兩位三通電磁換向閥4 .液壓元、輔件的選擇4.1 選擇液壓泵、液壓馬達(dá)及其驅(qū)動電機(jī)假設(shè)輪胎直徑為45cm液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速：1.60.225=7.2rad / sv=67,8r / min1.4 105 0.02F _ N _f = = 1400 NT=FR=1400 0.225 = 315N_m行走馬達(dá)理論計算排量：159 p 1 10343= 1.1 10 m /r液壓馬達(dá)最大實際流量:Vn3q =1.4 10 m /s n 1根據(jù)分析和計算選用（1）雙向變量柱塞泵流量（流量為 114.7L/min,額定壓力20Mpa）用于為 閉式行走系統(tǒng)提供動力。 補油齒輪泵（排量為13.9mL/r,額定壓力2.2Mpa） 主要用于對閉式行走系統(tǒng)進(jìn)行補油。選用渦輪增壓式發(fā)動機(jī)，額定功率62kW。5.關(guān)鍵回路搭建6.液壓系統(tǒng)主要性能的驗算6.1系統(tǒng)壓力損失計算計算系統(tǒng)壓力損失，必須知道管道的直徑和管道長度。管道直徑按選定元件的接口尺寸確定為 d=18mm,進(jìn)、回油管道長度都定為l=2m;油液的運動粘度取v=lxl0”m2/s,油液的密度取 P = 0.9174xl03kg/m3。1.判斷