機(jī)電施工靜液壓傳動(dòng)技術(shù)在軌行式施工機(jī)械的應(yīng)用

1、機(jī)電施工靜液壓傳動(dòng)技術(shù)在軌行式施工機(jī)械的應(yīng)用    1、軌行式施工機(jī)械概述 軌行式施工機(jī)械在專門鋪沒的軌道上運(yùn)行，具有負(fù)載能力人、運(yùn)行阻力小、對環(huán)境污染小、可以采用各種形式的動(dòng)力傳動(dòng)等特點(diǎn)。軌行式施工機(jī)械是軌行式行走機(jī)械的分支，一般包括軌行式起重機(jī)械、礦山及地下工程施工及牽引機(jī)械、鐵路施工機(jī)械和鐵路養(yǎng)路機(jī)械等。軌行式施工機(jī)械主要分布在交通運(yùn)輸、水電、工礦等行業(yè)。 軌行式施上機(jī)械因可不采用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力而具有對環(huán)境污染小的特點(diǎn)，這對于環(huán)境惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場來講顯得尤為重要。在地下上程施T或采礦業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)獨(dú)頭掘進(jìn)在1km以上時(shí)，占總工程量40的運(yùn)輸(包括出碴、運(yùn)送

2、礦石及材料等)生產(chǎn)線一般都會(huì)采用有軌運(yùn)輸方式，也即所有洞內(nèi)往返移動(dòng)沒備均采用輪軌行走方式。這佯做除減少洞內(nèi)廢氣污染外至少有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 通風(fēng)量比無軌運(yùn)輸方式(如內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種運(yùn)輸車輛)減少了1636倍，從而減少了通風(fēng)費(fèi)用； 占用巷道空間小，施T干擾??； 設(shè)備維修簡單，專業(yè)化程度高，配件供應(yīng)方便。 因此，當(dāng)施T場地相對固定、物流方向確定并具有相當(dāng)規(guī)模、設(shè)備往返頻率高、施工條件惡劣及不適宜采用其它行走方式時(shí)，一般宜選用軌行式施工機(jī)械。軌行式施工機(jī)械又分為牽引型和非牽引型兩類。 牽引型軌行式施工機(jī)械的特征：工作裝置的運(yùn)動(dòng)與整機(jī)行走方向和速度無關(guān)； 工作裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡與整機(jī)行走方向平行，牽引力通過行走

3、裝置液壓系統(tǒng)傳遞，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間為全功率匹配；工作裝置消耗的功率占整機(jī)總功率的30以下； 行走傳動(dòng)系統(tǒng)承受的牽引負(fù)荷變化劇烈、波動(dòng)大且具有隨機(jī)性； 一般無作業(yè)質(zhì)量要求，因而不要求工作速度的穩(wěn)定性，只追求速度與負(fù)荷之間的自適應(yīng)能力，即著重關(guān)注動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和作業(yè)效率。 非牽引型軌行機(jī)械的特征： 工作裝置依靠自身傳動(dòng)系統(tǒng)完成各種作業(yè)，且作業(yè)工況下行走牽引系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間為部分功率匹配， 工作裝置的驅(qū)動(dòng)功率消耗整機(jī)的主要功率，牽引功率占次要部分； 有作業(yè)質(zhì)量要求，不允許速度與負(fù)荷之間的自適應(yīng)性，因而要求作業(yè)時(shí)保持行進(jìn)速度的平穩(wěn)性，追求的主要指標(biāo)是作業(yè)質(zhì)量。 軌行式施工機(jī)械在傳動(dòng)方式方面的革

4、新與進(jìn)步滯后于其它行走方式如輪胎式施工機(jī)械。目前國外已開始在中小功率(200kW 以下)的軌行式機(jī)械上大量采用靜液壓傳動(dòng)以取代液力機(jī)械式傳動(dòng)，并逐步得以推廣 ，而國內(nèi)生產(chǎn)和使用的軌行機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)仍然還保留著最初的機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)或液力機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)方式。 2、軌行式行走機(jī)械靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用 靜液壓傳動(dòng)方式是伴隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)與元件制造技術(shù)的快速發(fā)展而成長起來的先進(jìn)傳動(dòng)方式，與液力傳動(dòng)是在機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展和提高一樣，靜液壓傳動(dòng)在軌行式機(jī)械的研發(fā)也是在液力傳動(dòng)的不足及缺陷基礎(chǔ)上邁出第一步的。 2.1 軌行式行走機(jī)械靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 軌行式施工機(jī)械的靜液壓傳動(dòng)方式是系統(tǒng)以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)

5、動(dòng)方式將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能通過液壓泵轉(zhuǎn)化為液壓能，再由馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為能克服負(fù)荷的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與軌行式行走裝置之間的動(dòng)力傳遞，是以液體為介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制。與液力傳動(dòng)不同，靜液壓傳動(dòng)是利用封閉管路內(nèi)液體的壓力能而不是液體動(dòng)能。靜液壓傳動(dòng)分閉式傳動(dòng)和開式傳動(dòng)兩種類型，通常在施工機(jī)械的行走液壓系統(tǒng)中采用閉式液壓傳動(dòng)回路。這種閉式回路具有下列特點(diǎn)。 1) 能適應(yīng)作業(yè)中負(fù)荷變化劇烈、變速和換向頻繁的工況，尤其對低速穩(wěn)定性要求高的場合。 2) 可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，且調(diào)速平穩(wěn)、均勻、準(zhǔn)確，微動(dòng)性能好。 3) 能適應(yīng)機(jī)具或機(jī)型復(fù)雜、發(fā)動(dòng)機(jī)距離驅(qū)動(dòng)輪較遠(yuǎn)、傳動(dòng)線路長且多曲折、輸入與輸出端相對位置多

6、變及對設(shè)備外形尺寸有特殊要求的設(shè)備。 4) 動(dòng)力性能好，采用靜液壓傳動(dòng)的行走設(shè)備其牽引性能、爬坡能力、低速性能、高速性能在輪軌行走方式下能夠達(dá)到令人滿意的程度。 5) 傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)相比最為簡單，動(dòng)力元件與執(zhí)行元件(馬達(dá))之間為“軟聯(lián)接”。同時(shí)，軌行機(jī)械一般不需要轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，應(yīng)用靜液壓傳動(dòng)裝置甚至可使行走系統(tǒng)簡單到系統(tǒng)只看到一組“1拖N”組件(油泵與馬達(dá))和油管。 6) 可合理配置動(dòng)力源，并可實(shí)現(xiàn)多源合流和一源分用。 采用閉式系統(tǒng)是HST裝置的核心技術(shù)特征之一。以閉式系統(tǒng)構(gòu)成的HST裝置在保留了傳統(tǒng)液壓傳動(dòng)所共有的功率密度高、布局方便、過載保護(hù)能力強(qiáng)和控制方式靈活的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又具

7、備了馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速可無級調(diào)速和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。 2.2 國外的應(yīng)用現(xiàn)狀 靜液壓閉式傳動(dòng)技術(shù)在軌行式設(shè)備上的運(yùn)用從上世紀(jì)80年代開始。由于在電力拖動(dòng)技術(shù)中很難找到功能與比功率值可與低速大扭矩液壓馬達(dá)相比擬的低速電機(jī)，因而國外開始在井下的有軌車輛的行走機(jī)構(gòu)中嘗試電機(jī)液壓泵低速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)輪方式的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。之后，發(fā)達(dá)國家開始在港口裝運(yùn)集裝箱的重要設(shè)備 門架式起重機(jī)上運(yùn)用HST裝置以解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膭?dòng)力平穩(wěn)性問題。鐵路施工與運(yùn)輸機(jī)械是國外軌行機(jī)械發(fā)展較快的領(lǐng)域，伴隨著以奧地利Plasser&Theurer公司為代表研制的高速鋪軌列車的問世，靜液壓驅(qū)動(dòng)行走方式在軌行機(jī)械的應(yīng)用和發(fā)展取得了突破，引

8、領(lǐng)了軌行式施工機(jī)械技術(shù)革命的潮流，使生產(chǎn)效率大大提高。同時(shí)由于靜液壓傳動(dòng)優(yōu)異的微動(dòng)性能，使駕駛員能夠更加準(zhǔn)確定位。 近年隨著靜液壓技術(shù)的日臻成熟，對于特殊用途的行走車輛，國外幾乎無一例外地采用了HST裝置設(shè)置行走系統(tǒng)，如用于軍事用途的牽引車、有軌運(yùn)載火箭、航空運(yùn)輸業(yè)的輔助車輛、船體分段有軌輸送裝置以及化工反應(yīng)塔等等。 2.3 國內(nèi)的研究應(yīng)用現(xiàn)狀 靜液壓傳動(dòng)技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用始于上世紀(jì)80年代，主要應(yīng)用于聯(lián)合收割機(jī)、叉車、市政工程機(jī)械等。國內(nèi)目前軌行式施工與運(yùn)輸機(jī)械仍大多沿用機(jī)械傳動(dòng)與液力機(jī)械傳動(dòng)模式。 對軌行機(jī)械這種“鋼對鋼”行走的設(shè)備，行走系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)固然有簡單、可靠、傳動(dòng)效率高、故障率低等優(yōu)點(diǎn)

9、，但由于缺乏“柔性”，外負(fù)荷的變化總會(huì)“剛性”地反作用于傳動(dòng)系統(tǒng)，因而大大影響了傳動(dòng)的平穩(wěn)性，使振動(dòng)和噪聲增大。另外，機(jī)械傳動(dòng)換擋時(shí)的動(dòng)力切斷及產(chǎn)生的沖擊不論對牽引型或非牽引型軌行機(jī)械來說都是不利的。液力傳動(dòng)裝置雖有柔性聯(lián)軸器之稱，可用較少的擋位獲得較寬的連續(xù)的速度與牽引力變化范圍，但其傳動(dòng)效率低、機(jī)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)增加了補(bǔ)償冷卻系統(tǒng)、動(dòng)力換擋變速箱、閉鎖離臺(tái)器及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，使整體結(jié)構(gòu)較龐大，不利于系統(tǒng)布置。 基于靜液壓傳動(dòng)技術(shù)在工程機(jī)械行走機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，促使國內(nèi)相關(guān)行業(yè)開始投入更多的目光關(guān)注該領(lǐng)域的研究動(dòng)向。近年國內(nèi)在特殊、專用軌行式施工機(jī)械的研發(fā)上已開始應(yīng)用靜液壓傳動(dòng)技

10、術(shù)，并取得了令人矚目的成就，如高速鐵路無縫線路施工和城市輕軌交通的鋪軌設(shè)備等。因此，在軌行式施工機(jī)械上應(yīng)用推廣靜液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)只是時(shí)間早晚而已。 制約國內(nèi)靜液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的根本因素： 國產(chǎn)液壓元件不配套、質(zhì)量不過關(guān)； 關(guān)鍵技術(shù)的研究缺乏理論分析、試驗(yàn)和系統(tǒng)化； 由于靜液壓傳動(dòng)元件的技術(shù)及制造水平的局限，目前可用于工程機(jī)械使用的H S T 裝置元件均在300kW以下，而軌行式施工及運(yùn)輸設(shè)備中大功率級別的占有相當(dāng)比例，其中液力傳動(dòng)約占50；進(jìn)口HST裝置中的主要部件費(fèi)用昂貴。 3、靜液壓傳動(dòng)裝置的發(fā)展趨勢 3.1 國外的發(fā)展趨勢 1) HST裝置作為機(jī)械基礎(chǔ)件產(chǎn)業(yè)正與其它主機(jī)產(chǎn)業(yè)相互促進(jìn)、相互依

11、存、相互發(fā)展壯大起來，而且在其自身發(fā)展的同時(shí)日益顯示出工業(yè)產(chǎn)品專業(yè)化分工愈來愈明確和愈來愈細(xì)致的特點(diǎn)。 2) HST裝置作為一種從自身性能到安裝布局都給設(shè)計(jì)者帶來極大便利、“友好”的液壓元器件，正遵循當(dāng)前模塊化沒計(jì)理念方向發(fā)展，使整機(jī)設(shè)計(jì)制造更容易“對號(hào)入座”。 3) 發(fā)展成為與機(jī)械、液力機(jī)械、電力電子傳動(dòng)組合的復(fù)合式傳動(dòng)裝置。 4) 更高的功率密度、更高的傳動(dòng)效率、更高的系統(tǒng)壓力和許用轉(zhuǎn)速。 5) 調(diào)節(jié)和控制方式多樣化。除了繼續(xù)延伸對輸入端進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)的電了變量調(diào)節(jié)裝置的研究外，還繼續(xù)擴(kuò)大對輸出端的次級調(diào)節(jié)方式和在輸入和輸出端之間進(jìn)行二次調(diào)節(jié)裝置的研究。 3.2 國內(nèi)的發(fā)展展望 （1） 國內(nèi)

12、發(fā)展需要解決的問題 1) 觀念更新。靜液壓傳動(dòng)技術(shù)的先進(jìn)性是不容置疑的，但采用新技術(shù)牽涉到整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的改型、技術(shù)規(guī)程的修改和配件供應(yīng)的組織，有的還涉及到整個(gè)運(yùn)行組織的調(diào)整。 2) 作為靜液壓傳動(dòng)技術(shù)的核心元件，國產(chǎn)靜液壓傳動(dòng)元器件的制造水平及配套技術(shù)有待提高。 3) 采用HST裝置的較高初期投入可以換來較低的后期使用及維護(hù)成本，這一觀念性的認(rèn)識(shí)還沒有得到廣泛的認(rèn)同。 4) 全方位開展靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在軌行式施工機(jī)械的應(yīng)用、動(dòng)態(tài)特性和測試技術(shù)的研究。 （2）研發(fā)的具體研究內(nèi)容 1) 對軌行式行走機(jī)械的各種傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行對比分析，歸納出共性與特性，由此得出有益的結(jié)論，進(jìn)而指導(dǎo)下一步研究和探討。 2) 軌行式行走機(jī)械靜液壓系統(tǒng)分析，按照牽引型和非牽引型分類，確定傳動(dòng)方案構(gòu)成及控制，并與液力機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行對比分析。 3) 液壓馬達(dá)與行走傳動(dòng)裝置組成形式分析。 4) 結(jié)臺(tái)實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)例，針對軌行式施工機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行全面、完整的實(shí)用性設(shè)計(jì)，通過對行走系統(tǒng)及工作裝置系統(tǒng)的全面設(shè)計(jì)及細(xì)化，形成完整的軌行式施工機(jī)械靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 5) 軌行式施工機(jī)械采用靜液壓傳動(dòng)技術(shù)的性能指標(biāo)分析研究。其性能指標(biāo)應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行分析及評定： 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)系統(tǒng)效率； 節(jié)能指標(biāo)功率利用， 調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍和微調(diào)性能； 機(jī)械特性指標(biāo)系統(tǒng)剛度； 工作