液壓傳動變速系統(tǒng)的設(shè)計

液壓傳動變速系統(tǒng)的設(shè)計

1液壓傳動馬達(dá)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)自動駕駛減速系統(tǒng)是指通過改變泵或馬的送空數(shù)來調(diào)整馬的體積減速系統(tǒng)。按系統(tǒng)主回路中油液循環(huán)方式的分類方法,分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。液壓泵自油箱吸油而將排出的液壓油經(jīng)換向閥進(jìn)入馬達(dá),馬達(dá)的出油經(jīng)換向閥回油箱,液壓油在油箱中冷卻、沉淀過濾雜質(zhì)后再進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán),這種主回路不封閉的系統(tǒng)稱為開式系統(tǒng)。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,冷卻及沉淀過濾雜質(zhì)效果好,成本低。液壓泵的進(jìn)出油口與馬達(dá)的進(jìn)出油口分別用管路連通,形成一閉合回路,稱為閉式回路。其優(yōu)點是可無級調(diào)速,調(diào)速范圍寬,沒有節(jié)流損失,系統(tǒng)不易發(fā)熱,可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速。液壓傳動變速系統(tǒng)中泵與馬達(dá)有4種匹配方式,第一是定量泵和定量馬達(dá)組合,馬達(dá)轉(zhuǎn)速隨泵輸入轉(zhuǎn)速線性變化,泵轉(zhuǎn)速恒定時,不能實現(xiàn)容積調(diào)速,可用節(jié)流調(diào)速;第二是變量泵和定量馬達(dá)組合,馬達(dá)轉(zhuǎn)速與泵的排量成正比,輸出轉(zhuǎn)矩為定值,輸出功率與轉(zhuǎn)速成正比,變量機(jī)構(gòu)可通過零點實現(xiàn)換向,多用于閉式回路;第三是定量泵和變量馬達(dá)組合,馬達(dá)轉(zhuǎn)速與馬達(dá)排量成反比,由于泵流量不變,馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比,而且馬達(dá)排量過小時不能正常工作,故變量機(jī)構(gòu)不能通過零點,不能實現(xiàn)換向,多用于開式回路;第四是變量泵和變量馬達(dá)組合,低速至中速之間用變量泵調(diào)節(jié),中速至高速之間用變量馬達(dá)調(diào)節(jié)。變量泵和變量馬達(dá)的組合變速系統(tǒng)特點:馬達(dá)排量設(shè)置可實現(xiàn)無級調(diào)速,輸出轉(zhuǎn)速與輸入流量成正比,而與馬達(dá)的排量成反比;輸出轉(zhuǎn)矩隨馬達(dá)進(jìn)、出口壓差增大及馬達(dá)排量變大而增加;調(diào)節(jié)范圍寬,可滿足高轉(zhuǎn)速和大轉(zhuǎn)矩的要求。馬達(dá)轉(zhuǎn)動慣量小,具有良好的啟動性能。2馬達(dá)壓力控制圖1為變量泵的恒功率曲線,在直線Ap0之間壓力升高,排量不變;p0點是恒功率壓力起調(diào)點,即壓力升到p0點時,隨著壓力的再升高,泵的排量減少;pmax點為壓力終點,即為系統(tǒng)的額定壓力點,系統(tǒng)的額定輸出功率在Ap0pmax曲線下方變化,絕不超過Ap0pmax曲線以外。圖2為變量馬達(dá)壓力控制排量變化曲線,p1為壓力控制起點,不同的馬達(dá)控制起點不同,查馬達(dá)的壓力控制曲線圖。Δp是壓力增量,即隨著Δp的增大可使馬達(dá)排量從0增大到Vmax。q1是馬達(dá)工作排量起始點。p3是馬達(dá)排量開始變化的控制壓力,p3的確定與壓力控制起點p1、壓力增量Δp和排量比Vq有關(guān),如A6VM80馬達(dá)的最大排量80mL,根據(jù)計算最小工作排量40mL,排量比為0.5,壓力控制起點p1為23MPa,壓力增量Δp為5MPa,在馬達(dá)壓力控制曲線上排量比0.5對應(yīng)的縱坐標(biāo)壓力p3為25.5MPa。當(dāng)壓力≤p3時,馬達(dá)以q1排量工作,當(dāng)壓力>p3時,馬達(dá)隨壓力的升高排量變大,直到最大排量。馬達(dá)排量比計算公式為式中,Vq為馬達(dá)任意排量與最大排量之比;Vqi為控制馬達(dá)任意排量;Vqmax為馬達(dá)最大排量。液壓無級變速用于車輛行走系統(tǒng),主要由變量泵、變量馬達(dá)和閥組成。根據(jù)行走阻力大小的變化,自動變化速度。在圖1中,泵具有恒功率特性,壓力達(dá)到起調(diào)點時,壓力升高,排量減小;圖2中p3是馬達(dá)的壓力控制起點,q1是馬達(dá)工作最小排量設(shè)定點;當(dāng)泵的工作壓力小于等于設(shè)定的p3值時,馬達(dá)在最小排量設(shè)定點q1工作,當(dāng)泵的工作壓力升高到超過設(shè)定的壓力值p3時,則隨著壓力的升高馬達(dá)自動不斷地向增大排量的方向變化,最高可達(dá)到馬達(dá)壓力的控制終點Vqmax。工作過程如下:泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)速升高,控制壓力也升高,同時也是工作壓力升高,使馬達(dá)在設(shè)定的排量工作(轉(zhuǎn)矩小,轉(zhuǎn)速高),若工作壓力升高到超過調(diào)節(jié)器設(shè)定的壓力值,則馬達(dá)向增大排量的方向變化(轉(zhuǎn)矩增大,轉(zhuǎn)速減低),提高車輛的牽引力。3起調(diào)壓力和排放量的檢查根據(jù)設(shè)計進(jìn)行液壓系統(tǒng)匹配,確定恒功率曲線圖,查出主泵的起調(diào)壓力p0和排量q1,壓力終點的壓力pmax時對應(yīng)的排量q2。選定馬達(dá),查壓力控制曲線圖,計算行走馬達(dá)起調(diào)變量點排量和起調(diào)壓力。3.1馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速隨p0、pmisa的變化式中,p為泵出口壓力,MPa;qm為馬達(dá)排量,mL/r;ηp為液壓系統(tǒng)效率,取0.90;ηm為馬達(dá)機(jī)械效率,取0.95。根據(jù)公式(1),按圖1所示,分別在p0、pmax點計算馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩。1)當(dāng)p<p0時,泵沒有進(jìn)入變量區(qū),馬達(dá)也沒有進(jìn)入變量區(qū);當(dāng)p=p0時,泵進(jìn)入調(diào)壓區(qū)附近點,此時馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速最高,輸出轉(zhuǎn)矩最小。2)當(dāng)p0<p<pmax時,泵進(jìn)入恒功率變量區(qū)段,當(dāng)p=pmax時,馬達(dá)也進(jìn)入變量區(qū),馬達(dá)排量最大,此時馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速最低,輸出轉(zhuǎn)矩最大。3.2+1擋、2擋土場差異按最小、最大轉(zhuǎn)速輸出牽引式中,Mm為馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩,N·m;RD為車輪動力半徑,m;ηm為變速箱和驅(qū)動橋的總效率,取0.88;I∑為變速箱和驅(qū)動橋的總傳動比。分別以1擋、2擋的傳動比,按最小、最大馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩計算挖掘機(jī)牽引力,得出1擋、2擋時最小、最大轉(zhuǎn)矩的輸出牽引力T1min、T1max、T2min、T2max。根據(jù)整機(jī)質(zhì)量、附著系數(shù),檢查牽引力T1max能否充分發(fā)揮。3.3馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速式中,nm為馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速,r/min;qp為泵的排量,mL/r;np為泵的額定轉(zhuǎn)速,r/min;qm為馬達(dá)的排量,mL/r;ηpv為泵的容積效率,取0.96;ηmv為馬達(dá)的容積效率,取0.96。根據(jù)公式(3),按圖1所示,分別在p0、pmax點計算馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速。1)當(dāng)p<p0時,泵沒有進(jìn)入變量區(qū),馬達(dá)也沒有進(jìn)入變量區(qū);當(dāng)p=p0時,泵進(jìn)入調(diào)壓區(qū)附近點,此時,泵的排量最大,馬達(dá)排量最小其轉(zhuǎn)速最高(馬達(dá)不能超過允許轉(zhuǎn)速)。2)當(dāng)p0<p<pmax時,泵進(jìn)入恒功率變量區(qū)段,當(dāng)p=pmax時,馬達(dá)也進(jìn)入變量區(qū),此時馬達(dá)排量最大80mL/r,泵的排量最小其轉(zhuǎn)速最低。3.4液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速分別以1擋、2擋的傳動比,按最小、最大馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速計算挖掘機(jī)行走速度,得出1擋、2擋時,最小、最大轉(zhuǎn)速的行走速度v1min、v1max、v2min、v2max。3.5引力與速度的關(guān)系根據(jù)公式(2)、(4)計算的不同擋位的牽引力和行駛速度,列表1,做1擋和2擋的速度與牽引力的曲線,見圖3,通過曲線可看出牽引力與速度的變化關(guān)系。3.6農(nóng)村道路應(yīng)選擇最佳速度行駛能力不低于2.2%的計算促進(jìn)劑式中,f為公路、城市路面滾動阻力系數(shù),取0.02;工作路面,取0.1。根據(jù)公式(5)按下面3種工況計算牽引力,檢驗上述計算結(jié)果是否滿足要求。1)要求在城市路面以最大速度行駛時,爬坡能力不低于2%(α=1.15°)計算牽引力。2)要求在公路上以最大速度行駛時,在爬坡能力不低于12%(α=7°)范圍內(nèi)不換擋計算所需牽引力。3)要求在工作路面行駛時,在爬坡能力不低于60%(α=31°)左右,以1擋行駛計算所需牽引力。4變量馬達(dá)的控制和工作原理圖4為變量馬達(dá)原理圖,其工作原理是:當(dāng)壓力油由A口進(jìn)入時,推開三位三通滑閥F下移,同時推動馬達(dá)旋轉(zhuǎn),壓力油通過三位三通滑閥F,再經(jīng)過下部單向閥從B口流回,隨著阻力的增加,驅(qū)動壓力升高,當(dāng)壓力超過設(shè)定值時,壓力油推開梭閥E克服兩位三通滑閥G的彈簧力后推動其右移(如壓力沒有達(dá)到彈簧力時兩位三通滑閥G不移動,泵的變量缸小腔的壓力與大腔的節(jié)流壓力平衡,活塞不動,馬達(dá)的排量不變),液壓油進(jìn)入馬達(dá)的活塞變量缸大腔克服小腔的壓力向左移動將馬達(dá)排量變大,隨著壓力升高排量變之最大。馬達(dá)設(shè)置有壓力過載閥D,當(dāng)停止向馬達(dá)供油時,由于車輛慣性帶動馬達(dá)繼續(xù)旋轉(zhuǎn),此時馬達(dá)高壓側(cè)的油經(jīng)過載閥向低壓側(cè)流動,構(gòu)成液壓油的循環(huán)。當(dāng)需要低速大轉(zhuǎn)矩時,通過X口供油,推動兩位三通閥G右移,使馬達(dá)的排量處在最大狀態(tài)工作。液壓無級變速系統(tǒng)在輪式挖掘機(jī)得到應(yīng)用,實現(xiàn)了在公路上行駛時,變速器掛2擋,車輛根據(jù)行駛阻力大小改變行車速度,不用頻繁換擋。在工作面行使時,可強(qiáng)制馬達(dá)在大排量工作,充分發(fā)揮牽引力。如圖5所示,其工作原理為:變量泵1的液壓油通過多路閥2進(jìn)入變量馬達(dá)3的進(jìn)油口,變量馬達(dá)3與變速器聯(lián)結(jié)并驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)將動力傳給前、后橋;先導(dǎo)閥5為單通道,腳踏板踏下即可接通先導(dǎo)油,推動多路閥換向;換向電磁閥4是為了車輛換向所設(shè),通過電磁閥換向使車輛前進(jìn)擋變后退擋;控制馬達(dá)排量電磁閥6與變量馬達(dá)的X口接通,強(qiáng)制推動馬達(dá)在大排量工作,發(fā)揮最大牽引力。該機(jī)上選用DANA公司兩擋變速箱和前、后橋,用東芝PVC92RC03變量泵,力士樂A6VM80變量馬達(dá),在發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速條件下,通過匹配計算1擋速度2.03~8.12km/h,其對應(yīng)牽引力56.83~16.24kN;2擋速度7.01~28.07km/h,其對應(yīng)牽引力14.2~4.11kN。分別在工作路面、公路、城市路面上使用,效果良好。5馬達(dá)的調(diào)整要求液壓無級變速傳動系統(tǒng),由于液壓元件體積小,在車輛設(shè)計時,安裝布置方便,車輛行駛操縱靈活,行駛速度可自行變換,安全可靠,應(yīng)用在輪式自走式車輛效果非常好。但設(shè)計無級變速液壓系統(tǒng)時應(yīng)注意如下事項:1)液壓泵、馬達(dá)規(guī)格大小的選配,主要與發(fā)動機(jī)的功率大小有關(guān)。在發(fā)動機(jī)功率許可范圍內(nèi),泵的壓力起調(diào)點盡量高,以便充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)功率。對馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)節(jié)流損失要盡量小。2)馬達(dá)最低轉(zhuǎn)速不受限制,然而要使轉(zhuǎn)速平穩(wěn),最小轉(zhuǎn)速不能低于80r/min。最高轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過馬達(dá)參數(shù)規(guī)定值。馬達(dá)最小排量比是根據(jù)馬達(dá)輸出壓力和轉(zhuǎn)矩來定,但一般不能低于0.2。3)運行前和運行期間馬達(dá)殼體必須充滿油。殼體內(nèi)壓力與馬達(dá)起點控