矿用自卸车液压系统的设计
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郑州科技学院毕业设计(论文)任务书题目 矿用自卸车液压系统的设计 专业 学号 姓名 尚晓晓 主要内容、基本要求、主要参考资料等:一、主要内容及要求:1、熟悉课题,查阅资料,写出文献综述、开题报告(第12周完成)。2、 确定总体方案;根据实际需要确定矿用自卸车各部分扭矩和液压系统所需压力和功率,填写中期检查表(第36周完成)。3、计算启动、制动、加速、顶起时的相关扭矩,并输出设计计算说明书。(第78周完成)4、完成矿用自卸车自身、顶起系统液压控制原理图纸(0号或1号图纸1张)。(第910周完成)5、完成毕业设计说明书或论文1份,约2万字。(第1113周完成)6、查阅文献资料一般不小于15篇,其中外文资料不少于2篇;文献综述不少于3000字;文献翻译不少于3000字。二、主要设计参数1、中压:10MPa、20MPa;高压:20MPa、32MPa;2、最大载重量:108t,车辆自重:85t3、车厢重量:19t;最高行速:50km/h4、卸料举升时间20s,减速比27.35三、主要参考资料:1、机械设计手册2、车辆设计标准规范3、CATIAAUTOCAD软件等。完 成 期 限: 指导教师签名: 专业负责人签名: 年 月 日矿用自卸车液压系统的设计本科毕业设计(论文)题 目 矿用自卸车液压系统的设计姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院二一八年四月26摘 要本文简要介绍了矿用自卸车的结构原理,然后通过查阅电子资料访问图书馆、对矿用自卸车开发过程的分析和对矿用自卸车的液压控制系统的结果进行了简要总结。在当代技术发展背景下,对矿车的液压控制系统的要求进行了概述,以便对进一步的研究进行简要的回顾。分析之后的传动方式、工作条件和变化负载情况变化的情况下,制定了一个大型自卸车,由来自四个液压马达从动力驱动车辆系统变量与封闭式双重泵;由于旋转和偏转不是同时发生的,因此可以最大限度地利用马达的功率,并通过在设计过程中使用双泵的方法来减少功率损耗。与此同时,对大型矿用自卸车的制动性能进行了分析,以满足其制动要求。起重装置的发电机通常安装在顶部或传动装置的一侧。传感器直接引导油泵或通过输送轴驱动油泵,从而产生液压马达。自动卸载是基于液压驱动的液压马达,它通过倾斜一个角度来达到自动卸载的目的,并依赖于货物的装载来重建一辆特殊的矿用自卸车。根据这种自动卸载的特点,自动卸载的液压缸可以被设计成一个单独的活塞控制。本文介绍了矿用自卸车控制系统。与这些矿用自卸车密切相关的结构的作用、分类、结构和特点是有用的。关键词:矿用自卸车;自卸车;液压传动;顶起系统;控制设计AbstractThis paper simply expounds the mining equipments of the system working principle, and then through consulting data, analyzed the development process of the control system of mine dump truck and results, and finally, simple and brief comment about it. In this paper, the requirements of the control system of mine dump truck are preliminarily recognized, so as to make a simple retrospective review for further research. On the analysis of the mining equipments after transmission type, working conditions and load change, designed the large mining equipments, hydraulic system driven by four hydraulic motor output torque drive vehicle four wheel drive type, double of closed variable pump oil supply system; In view of the change of steering and lifting, the oil supply mode of double-pump combined flow is adopted in the design to make full use of the engine power and reduce the energy loss. At the same time, the braking performance of the large mine dump truck is analyzed and the braking requirements can be satisfied. The power transmission of the lifting mechanism is usually installed from the top or side of the transmission assembly. The power pump can be driven directly by the power pump or driven by the driving shaft to produce the hydraulic driving force. Dump truck is driven by hydraulic lifting mechanism on engine power, a crate tilt Angle so as to achieve the goal of automatic discharge, and depend on the weight of box was an important special vehicles make it reset. According to the characteristics of self-unloading automobile, the hydraulic cylinder of self-discharging car can be designed as single piston rod single acting type. This paper has a certain understanding of the control system of mine dump truck. It is useful to know the function, classification, structure and characteristics of the mine dump truck closely related to it.Key words: mine dump truck; Dump truck; Hydraulic transmission; Jacking up system; Control design目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 矿用自卸车的作用21.3 矿用自卸车的分类31.4 矿用自卸车的举升机构41.5 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52.1 主要技术参数52.2 主机对液压系统的要求5第3章 液压驱动系统的设计63.1 车辆行走机构对液压传动系统的要求63.2 液压驱动系统的型式63.2.1 容积调速系统63.2.2 功率分流液压调速系统73.3 行走驱动系统性能的主要参数73.4 液压驱动系统方案的确定93.4.1 液压驱动系统的型式93.4.2 液压驱动系统传动方案133.5 液压传动系统的设计计算143.5.1 确定液压系统的工作压力143.5.2 液压传动参数及性能的计算153.5.3 辅助装置233.6 拟定驱动液压系统工作原理图253.7 液压元件的选择和设计45第4章 液压转向系统的设计454.1 转向系统的基本要求454.2 转向方式及转向随动系统方框图454.2.1 轮式车辆转向方式454.2.2 转向随动系统方框图464.3 液压转向系统方案的选择464.4 液压转向系统设计计算474.4.1 转向阻力矩的计算474.4.2 转向油缸参数的确定484.4.3 转向器参数的确定514.4.4 油泵参数的确定514.5 拟定液压转向系统工作原理图52第5章 液压举倾系统的设计545.1 概述545.2 举倾系统的限速措施545.3 液压举倾系统的设计计算565.3.1 倾卸油缸行程及内径的计算565.3.2 倾卸油缸容积及油泵的计算585.4 拟定液压举倾系统工作原理图59第6章 制动性能分析606.1 制动力矩和制动力606.1.1 前轮制动力矩和制动力606.1.2 后轮制动力矩和制动力616.2 前后轮附着力及滚动阻力626.3 制动加速度和制动距离63第7章 系统总成657.1 液压转向系统和举升系统的组合657.2 液压传动系统动力来源传动装置的选择67第8章 液压系统性能验算698.1 液压系统压力损失698.2 液压系统的发热温升708.2.1 液压系统的发热功率708.2.2 液压系统的散热功率71结 论73致谢74参考文献75第1章 绪论1.1 课题的背景及意义自1963年以来,美国Unit-Rig公司G.E研发了一辆世界上第一台装货矿用的自卸车以来,经过多年的不断完善和许多新技术、新材料的采用,矿用自卸车重型矿用自卸车矿用自卸车新品种108t,154t,170t,280t等系列化产品。这是一种有效的运输设备,目前在主要的表面采矿,在煤炭、冶金部门内部和外部使用,已经有很大的市场份额。使用大规模的企业在我们各国开始于1970年代中期的,并已分发各单位分发主要作用等领域冶金、煤炭和装货重量的目标主要是108t和154t。在国外重型商用车辆的主要制造商是小松矿用设备、卡特彼勒、利勃海尔等的设备制造商,其共同特征是:模型的完整范围、组件的专门化和完整的支持系统。我国有三家大型商用车辆生产企业:湘潭电机机械厂、本溪重工厂和常州冶金机械厂。在国外技术基础上,对湘潭电机厂生产的自卸车进行了改进和改良,并在国外引进了几个系列,由于种种原因辽宁重型矿用自卸车工厂停产了。江苏常州冶金厂与美国Mark 36生产机械的生产单位合作。目前,传动方式卸货装置所使用的重型中频交流电、开展了一些柴油马达,导致发电机交流电分三个阶段所作的引擎直流牵引两边的桥的外部转换器后,已转变成直流电驱动车辆。有两种类型:了解水系统和不断的压力,并领导制度被用于面向该制度,并参考资料系统已经建立,一方面侧置式双缸三级双作用油缸分别安装在车架两侧位置上。电力传输系统由发电机、牵引电机和电气控制组成,主要是为了满足持续的恒功率工作控制要求。驾驶形式通常由42的后轴驱动。重型矿用自卸车的发展趋势主要是三点:1.大型化。主要有两个因素推动了矿用自卸车的发展:首先,需要大规模开采露天煤矿和发展大规模的机械传动自卸车。随着主要矿山的增加产量,但是,为了改善运输效率和降低成本,许多大矿山往往利用大型客车总量,致使许多制造商研制和开发大型车辆以满足用户需要的矿山。随着技术迅速发展电子控制技术和出现的新电子部件、建立强大的柴油马达,成功地材料工作量大的负担和解决有关技术和发展铺平了道路。因此,普及矿用自卸车矿用自卸车的推广已经成为许多制造商普遍采用的竞争策略,以吸引更多的客户进入市场。2.计算机控制和大量新的电控元器件的使用。在20世纪80年代末,计算机控制技术逐渐被用于矿用自卸车的自动控制、柴油喷气机和矿用自卸车故障诊断等领域。而且随着信息和通信技术、进一步发展传感器技术信息通讯技术的控制,在许多方面矿用自卸车适用矿用自卸车驾驶员和矿山,这可以减少劳动强度,维修人员矿用自卸车自动化程度和生产力、可靠性和工作将得到加强。关于替代转换器转换速度技术的发展,以及对动力转换器的安装,重型起重机械已经开始应用传输。3.整车性能和工作可靠性进一步提高。许多制造商和国外国外,实行了一些方法设计尖端和复杂的分析软件设计和制约因素分析悬架系统、车架、后桥壳,以改善等等的可靠性、稳定和寿命的车辆。4.采用双能源作动力。作为一种双能源马达,对重型车辆排放和柴油马达的投入也是一种引人关注的新趋势。双重能源矿用自卸车的存在,解决了诸如柴油马达功率不足、车辆缓慢和车辆缓慢等问题,以及减少温室气体排放,以保护环境。然而,公共矿用自卸车的体积尺寸大、重量、失败故障率和多重维修修复都有缺陷,这与现代传输技术的发展相结合,需要开发一种新的采矿方法。1.2 矿用自卸车的作用自卸车的面世是随着时间的推移而发展的,而搬运环节不再是工作人员可以解决的问题,而是由高技术开发的搬运工具。矿用自卸车翻斗车(tipper,dump car),其依据是液压动力水利装置,这往往使这种不足的集装箱以达到这项目标自动卸货的货物,并且取决于货物能够融入辆。它的主要优势是机械化卸货,提高了卸货效率,减少了劳动强度和劳动保护。因此,在过去的几十年里,它在国外和国外都有了快速的发展和普及,现在大约占了专业车辆的25%,并越来越多地成为各种品种的产物。散装货物运输(沙子、石头、土壤、废物、建筑材料、煤炭、矿物、食品和农产品等),并可作为备件运输;采矿车辆主要用于建筑工地、矿山、建筑工地等,通常与装卸车、挖掘机、卸载三位一体的服务有关。在大型设施的情况下,必须使用排放车辆。此外,还需要定期进行维修,以避免工作事故。每个行动之前卡车牵引要简单的检查,以确保使用的不同部件,然后以正常的业绩是否存在缺陷,矿用自卸车被检查矿用自卸车的货物是否正常和不正常交易进行检查后矿用自卸车。每周进行一次常规检查,对矿用自卸车进行内部和外部检查,每月进行维修,对车辆的部件和性能进行专业测试,并及时更换零件。这不仅保证了矿用自卸车的正常工作,而且还延长了矿用自卸车的寿命。公共矿用自卸车是大型设备,价格也相当昂贵,因此必须定期维护,确保车辆的质量,避免事故。1.3 矿用自卸车的分类有以下几大分类: 1)按用途分能够分成:公路运输的普通自卸车;非公路运输的重型自卸车;专用矿用自卸车。普通的轻型、中型和重型货车(装载量为2至20吨)主要集中在沙、土、煤和其他货物上,通常与装载机相结合。重型货车(有超过20吨的装载机)用于非道路运输,是商用车辆,即卸货车辆。矿山矿用自卸车是矿山或大型建筑中使用的大型自动化车辆;这些主要是运输任务,如大型矿山、灌溉工程等,通常用于挖掘机。它的长度、大小、高度和轴不受道路规则的约束,但只能在矿山和建筑工地使用。专用车辆专用专用车辆,用于满足已发运货物的特性或特殊需要;一般用途车辆是普通商用车辆。一些商用车辆是专门为特定用途设计的,这意味着商用车辆卸载自动车辆,例如自动装载、自动装卸等。2)按装载质量级别能够分成:轻型;中型;重型自卸车。按规定,总质量1.8t-6t矿用自卸车属于轻型;总质量6t-14t的自卸车为中型;14t以上就是为重型。 3)按传动方式分:机械传动;液力机械传动;电传动。 4)按卸货方式分类:后倾式;侧倾式;三面倾卸式; 常见矿用自卸车的分类举例如下: 1)东风双桥密封自卸车。这是东风双桥大桥的延伸模式。在管道内的液压控制系统是简单易用的,是一种特殊的车辆,用于运输矿物、岩石和废物等材料。2)东风3055自卸车。该展台配备有135马力柴油马达,在广西、3t上甲板和8t后甲板上。这款车是2006年市场需求的一种新模式,它与东风五吨车辆的负担能力、负担得起的价格和高的运营成本相比较,这是中小城市建设的主要力量。3)东风五吨自卸车。在驾驶舱里,143马力的柴油马达,两个动力喷射引擎,后甲板,8t的后甲板,给这个旧的5吨重型模型注入了新的活力。4)东风工程车。该展台配备了160马力的柴油马达,它加强了排放马达,8t后桥加厚大梁,以及一辆中型车辆。 5)东风双桥自卸车。驾驶室配备了驾驶舱,通讯210/230马力,环保马达,双10t,桥尾桥,以及前面的液压压力,这是最大的拖车垃圾。1.4 矿用自卸车的举升机构 1) 直推式倾斜机构(见图1-1) 2)连杆式倾斜机构(见图1-2)图1-1 液压举升缸直接作用于车厢底架上 图1-2 液压举升缸通过连杆机构作用于车厢底架上1.5 本设计的任务和目标通过分析108t大型自卸车,现已拟定的推进系统液压模型进行更加合理,并推进水能进行了一项研究,分析、计算和验证特点液压,同时制定其牵引制度和顶升系统。设计和改进的目的是改善这种情况,但由于其有限的水平,许多问题和差距仍然存在,希望在以后的过程中进一步完善知识的过程。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1、中压:10MPa、20MPa;高压:20MPa、32MPa;2、最大载重量:108t,车辆自重:85t3、车厢重量:19t;最高行速:50km/h4、卸料举升时间20s,减速比27.352.2 主机对液压系统的要求重型矿用自卸车是工作条件更恶劣、和在矿山条件下工作,制动和负载的外部冲击,以及冲击大,并尽可能广泛地的液压系统必须满足下列要求:1、必须确保液压系统的可靠性。液压系统的可靠性要求液压系统的可靠性,因为卡车的重量很重,而且速度更高。液压要素的可靠、抗冲击和抗污染应尽量减少对系统和热温度马达的连续工作通常不得超过80和车辆、自卸车是行走机械,设计的油箱不能太大,因而必须安装制冷器。(2)在车辆被卸载的时候,不应同时提供起重和转移系统,因此不应同时提供起重和转移系统;因此,可以采取措施来简化系统,充分利用马达的泵和功率。3)系统必须能够同时满足高速列车的牵引和速度要求。(4)液压缸和每个安装的液压马达必须有良好的保护措施,以防止过载、液压缸和液压回路,以防止超速和限速措施的严重程度。5)为了确保液压系统的可靠性和部件的寿命,必须确保液压油的清洁,并因此建立可靠和有效的过滤装置。第3章 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在牵引力和车速变化的要求大和快速、频繁启动停止和工作条件苛刻的情况下,矿用自卸车的牵引和速度变化的传动装置的要求如下:1)应当建立通信联系精心设计传动装置和连接泵和马达,帮助获取85%以上的全部范围内的效率的规模和时间轮换,并最有效地利用马达的功率在广泛的速度和牵引。2)传输系统能够很好地、可靠地泵和马达。3)对两侧采用不同驱动车轮的自主传动系统用于滑行转向。4)结构简单,液压元件具有耐久性和可靠性。3.2 液压驱动系统的型式3.2.1 容积调速系统根据工程力学,它的液压系统的改变装置被用来改变液压泵或液压马达的压力,以达到调节速度,称为容积调速回路。由于这个速度控制系统更有效,它是一个广泛使用的液压调节系统。图3.1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;改变斜斜盘柱塞泵改变油流方向,可以改变马达旋转方向,辅助泵以向系统补油,同时进行冷却,压力大小将由溢流阀设定。回路中有两个补油阀,梭阀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流回油箱,以便冷却油液。主回路中两个安全阀保护系统不致破坏。图3.1 变量泵-变量马达调速系统1. 调节变量泵 2. 变量马达 3. 辅助泵 4. 补油阀 5. 安全阀 6. 梭阀 7. 溢流阀 8.溢流阀3.2.2 功率分流液压调速系统功率分流液压调速系统。简单的液压调速系统是由泵和马达组成的、减少了工作效率,增加传动的效率,从而导致出现了效率的轮换制度调节装置和液压发电。它将能量分成两个平行的轨道,通过行星的传输和液压传输。液压系统在输电过程中起着重要的作用,机械系统主要用于能量的传递。虽然旋转速度系统有效地利用了液压传动的优点,并保持了传动的优越性,但它的结构是复杂的,制造成本是高的,只适用于大功率的车辆。3.3 行走驱动系统性能的主要参数决定性能的参数主要是以下三点:行驶驱动功率、牵引力、车速、最大爬坡度等。1牵引力F在运输车辆方面,牵引意味着重型货车、爬坡和加速度都很好,从而减少了劳动强度,提高了生产率。牵引力的条件受到粘附条件,牵引力必须适应机械的粘附条件和运动组织的额定转速,以获得更好的经济效果。最大牵引被定义为最大牵引或者叫做附着力。公式如下: (3-1)式中:F最大牵引力 附着系数 附着重量不同的车辆取数也不同。车辆的正常牵引必须低于附着力,否则轮胎就会滑倒,这将导致马达功率大幅下降,轮胎磨损加剧。2.行驶速度对于运输机械来说,车辆的速度对生产力有相当大的影响,必须适应建筑工地的要求,并确保运输效率。使用液压马达可以满足可变范围的要求,也可以优化马达功率,以简单和简单的方式处理,并促进生产力的提高。对于大型采矿,最大速度不超过58公里/小时。3.爬坡能力车辆在爬坡时的外部阻力是由爬破度决定的,外部阻力又分成滚动阻力和坡道阻力。滚动阻力: (3-2) 式中:G 车辆载重总重量车辆滚动阻力系数爬坡角坡道阻力: (3-3)则运输工况的爬坡能力,即驱动力: (3-4)4.驱动行驶驱动功率下式计算: kW (3-5)式中:牵引力,N 车辆的运行速度,km/h 传动效率,设0.8.3.4 液压驱动系统方案的确定要求的液压系统得到了性能研究和分析的领域进行了重大的液压系统研究,根据实际情况,进行了比较方案进行分析时,根据可靠、成本效益,并且在可能的情况下,尽量采用先进技术,最后确定最佳选择方案。3.4.1 液压驱动系统的型式下面对几种系统进行介绍:在开式系统,是指液压泵通过油箱进行吸油、通过换向阀给为动力装置(如液压缸或者液压马达)或集合运动导致对工作流量、动力水利或液压汽缸回到降压水能、以确保安全系统和安装一个安全阀门。这个系统的结构相对简单,有系统的油箱,油箱可以同时进行散热,而热量和杂质如果留在油箱里会产生不良后果。然而,由于碳氢化合物与空气接触,在系统中溶解液压油很容易,从而导致工作不稳定和其他不良影响。开放系统可能被用于定量泵或液压泵变量、液压泵的吸收能力较低,限制了液压泵的工作速度75%名义或辅助泵,以便提高吸收能力的液压泵抽吸和避免吸空。在封闭的系统中,液压泵的管道直接连接到执行装置的返回管道,液压流体在系统的封闭循环(图3.1)。封闭系统的结构紧凑,泵的吸收良好,系统不接触空气,避免了吸入现象的出现,运动是稳定的。使用可变泵来避免液压冲击和能量损失。关闭系统的结构是复杂的,它没有考虑到储罐,而管道的辐射和过滤条件比10的系统要弱。对于补偿系统中发生的,往往需要建立一个泵泵取代了小规模能力泵和冷却液、回国多余和流量的泵集合的主要动力和破裂。封闭式系统有以下优点:(1)改变的情况下保障单位油液压泵容积式系统响应,更多频率传输系统,同时,进油、泵防止大流量的泵,此外,进入液的过滤系统和无法与外部世界联系,从而提高了其可靠性水系统。泵泵也可以促进系统中某些辅助和刹车的运行。(2)关闭系统有较低的燃料箱流量,油箱较低,油箱更容易使用,油吸,回流损失,以及更有效的操作系统。(3)系统的压力存在背压,对油泵、马达产生很大的容积效率,内部泄露随压力变化大小而发生变化,系统采用闭式系统设计能够解决平稳地从正转通过零点向反转过渡并能在任意不同的方向进行自动操作(液压上的),并确保充分出保证输出轴有足够刚性指导规模和顺利的工作量。以下所述特点的,封闭系统使得特别相关的载荷情况发生变化,从一定程度上前进、倒退,经常机械行走的机械,要求严格控制,这具有特定含义的意义。大型采矿企业在矿山环境中有苛刻的工作条件,通常需要回车,经常和频繁的刹车,这样就可以确定大型矿用自卸车是否会导致液压驱动的管道和闭路马达。2.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,叶片泵数量栏或永久,当一个马达转速,这些压力泵、必然工作周期中在克服液压更取决于负担的压力,因此,其特点液压泵、负担时,行动力量。为了满足操作要求,必须根据最大速度和运行速度来确定数量系统的马达功率。在量化系统中,泵的成本是低的、稳定的、简单的、可靠的、廉价的和良好的抗冲击性能,石油管道的冷却是充分的,但效率较低。使用变量泵或变量马达的液压系统是可变的系统,具有高效和高速的系统,能够产生恒定的旋转时间或不必需要大的油箱。变量系统具有以下特点:(1)作业速度与作业力二者之间可调节,变量液压泵在其规定的变量范围内其输出的功率会基本不变,随着,脱离液压泵输出流量变化,因此工作负载的变化,可以由减少流入为增加业务的速度来负担,生产力的提高,在作业力,减轻负担,克服大的基。(2)液压泵通常用于满载状态,可以充分利用马达功率。(3)可变系统的元素更加复杂和成本昂贵,而油发热相对较大。大型现代工程车辆的液压推进系统使用可变的系统来控制恒定功率或扭矩,提高操作效率。大型矿用自卸车具有强大的动力,需要更有效的运输,必须充分利用马达的力量,从而选择一个可变的系统。因此选用变量系统。3.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,在节流阀制度不断对你们来说语速快了点不断流入来实施的,而且通过加速率的高速网络,速度回返油回返和撤离速度合并和速度的任意组合调节三个。通过容积调速的转换速度是可变泵的速度,它通过改变回路中变量的变化来调节启动装置的运动速度。在这个回路中,液压泵的流体直接进入到执行元件中,没有泄漏和吞吐量损失,工作压力随负荷而变化,因此更有效,更少热,更合理。速度借水流调节的调节速度泵变量液压泵提供补偿的压力、决心的速度要素订单控制进入订购机制、油和数量撤离液压泵的变量是自动适应所需的流动的实施。在这个速度回路中没有泄漏损失,效率高,速度稳定。大型矿机的运行速度很高,对速度的稳定性要求更高,外部负荷的变化更大,所需的调速速度非常高,操作效率高,因此有一个体积调节系统。机械的体积旋转系统有一个可变的速度泵变量,一个可变的变速系统,一个可变可变的变速系统和一个可变的变速系统,分别在下面给出。1变量泵-定量马达调速系统在这个系统中,液压泵的速度和液压马达的体积是恒定的,这改变了马达的速度和输出功率。马达输出转矩和回路压力根据负载情况决定,但不改变速度,这通常称为系统持续率速度,这一制度必须受到负担的变动液压泵和马达。当泵和回路的马达可以双向作用运行时,马达就可以平稳反向。系统功能特性如图3.2所示。图3.2 变量泵-定量马达调速系统工作特性2.定量泵-变量马达调速系统转速和流量的液压泵系统保持不变,从而液压马达排量速度的变化和输出的速度和转矩时改变速度转矩与排量成反比和速度是成比例的数量计量、不因调速发生变化。马达的输出功率和压力由功率决定,而不受调节速度的变化,这通常被称为恒速系统。该系统的范围较变量泵-定量马达调速系统小,步行强权力量、一贯地以维持维持在不断变化,这由一个初步目标。从而最大限度地利用原动机的功率。系统工作特性如图3.3所示。图3.3 定量泵-变量马达调速系统工作特性3.变量泵-变量马达调速系统该系统的功能特性是这两个系统的功能特性的综合,回路的调速速度是比较大的,并产生了泵的范围和马达的调节速度。该调速变量的变量泵和马达和变数进行调节,将分两个阶段,第一,改变液压泵的调节参数变化,进而改变马达的调节参数范围:它往往开始之前加以调节马达斜盘倾角的参数,以便确定最大倾角的可变因素调节泵斜线盘倾角调到零位、启动后将泵的斜盘倾角逐步调整的最小值和大值,完成液压泵的定量变数,该因素,然后最大倾角扩大到小调达到调速、活动和调速液压泵定量变数。工作特性如图3.4所示。图3.3 变量泵-变量马达调速系统工作特性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-变量马达调速系统适用于系统中大功率的液压装置,特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。3.4.2 液压驱动系统传动方案图3.4所示是行走机构液压传动的几种方案。A在方案的范围内,使用一种定量的液压马达,包括三种不同的形式:1. 前后桥都装了一级轮边减速器,传动比一样。2. 前后桥都装了级轮边减速器,但传动比不同。3.一桥装了一级轮边减速器,另一边装二级轮边减速器。第三种形式,虽然延长了机械的运行速度,但还没有找到,以尽量减少复杂的轮式还原装置的制造成本,这不是最优的;第二种形式可以通过连接到一个控制轴来获得两个部件,但在离合器中增加摩擦,使结构更加复杂。(B)在该方案框架内,一组变量液压动力已经被用来扩大速度,同时考虑到以往桥梁或桥梁的后方可发放了加快,从而使牵引特点的最高标准,但并未消除的缺点,第二种形式的这一方案。(C)在该方案中使用了变量和变量的所有马达,消除了上述缺点,同时由于柴油马达转速的调速而大大提高了车轮的牵引特性。B和C方案适用于大多数轮式车辆。 b) a) c)图3.4 行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,负载变化非常大。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20MPa以上。通过一系列计算确定液压传动和关于运输车的相关数据,绘制出相应的曲线,确定整个车辆的运作特性。3.5.1 确定液压系统的工作压力液压系统的工作压力是当系统正常运行时,液压系统的最大压力。在实践中,系统的压力随负荷的大小而变化。液压系统的工作压力是由矿用自卸车机械的技术要求、经济影响和目前的液压技术水平决定的。在外部负载确定的情况下,系统的压力越大,液压元件的几何尺寸就越小,从而使结构更加紧凑。特别是对大型机械运输,但更重要的是,挑选工作压力的更高,考虑到一些因素,如制造验密封等过高压力密封和要求也应算为制造维修问题。机械工程机械的压力通常是:1中压:中压压力区于1020MPa,常用小型工程机、凿岩机乎、农用机等。2.高压:压力区于2032MPa,常用于挖掘机、重型机械、液压机、和起重机等。3.超高压:压力大于32MPa。根据国家系列标准值,选用驱动液压系统的工作压力为=32MPa。3.5.2 液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与最大行驶速度进行液压传动参数的确定。1需要牵引力(运行工况)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0.012),低速运行时最大爬坡度为17%(即0.17),由公式(3-4)可得,依照最大爬坡度要求,低速运行时的牵引力,即最大牵引力:=(108+85)10009.8(sin9.65+0.02cos9.65)= 354346 N式中:车辆滚动阻力系数,取0.02 爬坡角,=arc tan0.17 = 9.65高速运行时的要求的最大牵引力:=(108+85)10009.8(sin0.6875+0.02cos0.6875)= 60520 N式中:=arc tan0.012 = 0.68752.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 = = = 443 kW 式中为传动效率,取0.8最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: = = 1053 kW 由以上计算知,要满足车辆在高速运行时的要求,须取 = 1053 kW。3.变换范围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: (3-6)式中: 单位为m/s,单位为W液压系统效率 机械传动效率当3时,由变量泵单独变换;当3时,由变量泵-变量马达变换。总的变换范围分为变量泵的变换范围和变量马达的变换范围, (3-7)由式(3-6)可以算得变换范围= 6.49式中:取0.8,取0.9可见,总的变换范围 3,需要用变量泵-变量马达系统变换,最终选定为图3.4 c)方案。变量泵和变量马达的变换范围分别为:=2.554.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 和 。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=3.2,高速档为=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: (3-8)式中:牵引力,N 驱动轮半径,=1.5m 马达数量,=4 轮边减速器传动比,取=27.35 齿轮传动比,分别为 和 传动系效率,取0.98马达转速: (3-9)式中:车辆运行速度,m/s 单位为r/min其他各参数与上面相同。马达排量: (3-10)式中:系统压差,=32Pa 马达机械效率,选用柱塞马达,取=0.95。由下式确定: (3-11)式中:泵的容积效率,选用柱塞泵,取=0.95行走油泵的排量可按下式确定: (3-12)式中:泵的转速,由马达转速和分动箱确定(1)低速方案低速运行时车辆牵引力大,低速档即档传动比=3.2,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(3-8)得马达最大扭矩:= = = 1552 Nm代入式(3-9)得马达转速:= = = 556 r/min由式(3-10)可以求得马达排量:= = = 321 ml/r则所需泵的流量由式(3-11)得:= = = 188 L/min用一个泵带两个马达,则泵的流量:=2=2188=376 L/min式(3-12)算得泵的排量:= = = 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=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(3-8)得马达扭矩:= = = 848 Nm由式(3-10)可以求得马达排量:= = = 175 ml/r由式(3-9)得马达最高转速:= = = 2415 r/min则所需泵的流量由式(3-11)得:= = = 445 L/min用一个泵带两个马达,则泵的流量:=2=2445=890 L/min式(3-12)算得泵的排量:= = = 424 ml/r由求得的泵的排量=421 ml/r和泵的转速=2100 r/min选取泵,无符合要求的泵,现在取泵的转速=1800 r/min,则由此算得的泵的排量为: = =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。 = = 969 r/min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。 = = 3681 Nm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/min大很多,在满足最大牵引力状况下马达转速:=1319 r/min由以上计算可知,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:=321 ml/r选马达的排量稍大一点为:=350 ml/r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/min泵:=500 ml/r =1800 r/min5.验证速度及牵引力特性计算是确定功率曲的上下极限点A和B的技术参数,上极限点A为最大牵引力时的车速,下极限点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 kW 液压泵最高转速:=1800 r/min液压泵最大排量:=500 ml/r 点A的最大压力:=32MPa 马达最大排量:=350 ml/r 马达最高转速 =2415 r/min(1)最大牵引力点A液压泵流量:=895 L/min液压泵排量:=495 ml/r马达输出扭矩:=1694 Nm驱动轴输出力矩:=580112 Nm牵引力:=386471 N最大牵引力=354346,知,可见满足要求。液压马达转速:=1209 r/min车辆行驶速度:=2.17 m/s = 7.8 km/h(2)最大速度点B液压泵流量:= 900 L/min压力:= 31.7 MPa液压马达排量:= 177 ml/r液压马达输出扭矩:= 849 Nm驱动轴力矩:=90857 Nm牵引力:= 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:= 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3.5所示(km/h)10009.8图3.5 车辆速度及牵引特性图通过以上选择是正确的。3.5.3 辅助装置1确定油管尺寸油管内径根据流速流量来决定: m (3-13)式中:管内径,m流量,油管流速,m/s 对于吸油管路 1.5 m/s 对于压油管路 = 2.55 m/s 对于回油管路 = 1.52 m/s壁厚计算公式为: (3-14)式中:油管内最高工作压力油管内径油管材料许用应力,为油管材料的抗拉强度,为安全系数,对油管来说,7MPa时,取=8;17.5MPa时,取=6;17.5MPa时,取=4。由以上计算知通过油管流量为=900 L/min,取吸油管路流速 = 1.5 m/s,压油管路流速 = 5 m/s,回油管路流速 = 2 m/s,代入式(3-13)可得:吸油管内径: = 113 mm压油管内径: = 62 mm回油管内径: = 68 mm对于管道壁厚,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=520MPa,对于吸油管17.5MPa,因此取=4,则 = 130 MPa将数据代入式(3-14)算得其壁厚为: = 14 mm查机械设计手册,根据吸油管内径= 113 mm,壁厚= 14 mm,选用14014无缝钢管,其内径112mm,壁厚14mm 。2.油箱容量计算油箱容量是指油箱容器里的油液高度是80%的油箱所能容纳油液的容积,而且如果油箱太大,散热好,外形尺寸大、重量增加、特别是不利于行走机械,并且可能导致液压系统过热如果油箱太小工作量和容积效率大大缩短。至于行走机械,通常需要冷却系统中冷却系统以满足需求系统散热系统,使车辆使用储油罐油箱比较小,以减少行走机械的尺寸。行走驱动容量大约是辅助泵泵流量的0.5 - 0.8倍,最低储备量的10%,包括增加的石油管道的温度。辅助补油泵的流量通常约为主泵的20%;在两个液压泵中,有四个液压马达,每一个液压泵的流量是900 L/min,补油泵同时向两个驱动用液压泵补油,故补油泵流量为: L/min由此,确定驱动用油箱容量大约为:V = 0.50.8) = 180288 L取驱动用油箱容量V = 250 L。3.6 拟定驱动液压系统工作原理图液压系统的运行模式可以在液压系统的要求得到确定后,建立液压系统,并进行初步计算。液压系统的示意图是由液压元件的功能符号所代表的系统的操作图,它清楚地表明了不同元素之间的关系、操作原理、操作和控制方式。开发的液压系统,使其能够满足宿主的运动要求,应该使结构简单、可靠、可操作,并尽可能地进化。满足同一机械需要的液压图并不是唯一的,可以设计几种类型的方案,这些方案必须与不同的方案进行比较,从不同的角度进行分析,以选择最佳的液压系统。在设计液压系统的操作模式时,应注意以下几点:1。通过将基本回路结合起来,在回路中避免干扰现象,以保证主机的运行。2)在满足工作和生产力要求的条件下,液压系统的结构是简单的,必须避免系统中含有多余的燃料。3)注意液压系统的可靠性。有必要建立过载保护装置,这些装置通常配备有安全或泄漏的阀门,防止过载和某些额外的安全安排,这取决于具体的情况。在内河航道上,应适当考虑到必要的辅助路线,如排气管道、预定路线、应急接缝、后压力容器、冷却系统等。5)在经济上是合理的,提高经济效益,最大限度地提高三化水平(即标准化、序列化、一般化)。液压系统被确定为速度系统的转速系统,确定的传输系统是图3.4 (c)的平面,由两个液压缸提供四个液压变速器,使其能够绘制四轮驱动。图3.6为大型矿用自卸车液压驱动系统原理图。图3.6 大型矿用自卸车液压驱动系统原理图矿用自卸车液压系统的设计3.7 液压元件的选择和设计之后提出液压系统运作模式有液压压力和流速和下文图表形式、规格和数量液压不同要素,按照不同的要素和所使用的液压管结构、规格和尺寸。1.选择液压泵和液压马达液压泵的压力和额定流量必须满足系统工作压力和流量的要求,尺寸尺寸,安装方式,旋转方向,工作条件等,对机械来说也是如此。根据工作压力、数量和转速和工作要求,选择了液压马达的结构、规格和数量。大型矿用自卸车行走驱动液压系统中,由两个变量液压泵1供油,四个变量马达8输出扭矩驱动车辆,用一个补油泵2向系统补油,同时冷却系统油液。按前面计算结果,确定一些参数如下:变量液压泵最大驱动速度,最大排量,系统工作压力,因此,闭式系统用变量柱塞泵A4VSG500EO2D/22W-VZH10K34,最高转速=1800 r/min,最大排量=500 ml/r,最高转速下的功率=525kW,在转速时,功率为438 kW,可满足要求。辅助补油泵2的流量,转速设为,则辅助补油泵排量: ml/r确定定量泵型号,A2FO250/60R-VZB05,最大排量为250 ml/r,最高转速=1500r/min,最大功率为219 kW。液压马达8最大排量=350 ml/r,最高转速=2415 r/min,因此,确定变量柱塞马达A6VM355HA1/63W-VZH0207B,最大排量=355 ml/r,此时,最高转速,在排量为时,可以达到的最高转速为2950 r/min,可见满足性能要求。由以上可得所需最大的马达功率为: kW式中:分动箱传动效率,设2.阀的选择溢流阀根据压力和流量选择。回路冲洗阀6用于防止闭式系统过热,根据力士乐公司的资料,这里选用436 622/502.20.01.10力士乐冲洗阀。调压阀3用来调定补油压力,其调定压力一般为2.5MPa,通过的最大流量为补油泵的流量360L/min,选用BG-1032先导式溢流阀,通过的最大流量为400L/min,调定压力设为2.5MPa。单向阀4起保护作用,通过的最大流量与调压阀3相同,选用C5G-825,其最大流量为380L/min,最高压力为35MPa。电液换向阀5的作用是车辆为高速档位运行时连同前后轮油路,选用电液换向阀DSHG-10-3C-DC120-41,通过的最大流量为1100L/min,最大工作压力为31.5MPa。3.滤油器和冷却器的选择滤油器根据过滤精度和通过流量来选择,同时要注意其在系统中的安装位置来选择其形式和规格。滤油器7的流量与调压阀3的相同,最大为360L/min,选用XU-A40030FS过滤器,其滤油精度为30
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