履带式液压挖掘机行走驱动系统牵引特性分析.pdf

第 5期 总第 1 7 4期 2 0 1 2年 1 0月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NE ERI NGAUTOMATI ON No． 5 Oc t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 2 0 5 0 0 9 9 0 2 履带式液压挖掘机行走驱动系统牵引特性分析 曲德 韵 太原科技大学 机械工程 学院，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 首先对某履 带式液压挖 掘机 行走驱动 系统 的工作原理进行分析 ，然后利用 已知 的参数计算不 同档位 下 行走驱 动系统中各 元件的动态参数 ，最后根据计算 出的数据绘制 了行走驱动 系统 的牵 引特性 曲线。 关键词 履 带式液压 挖掘机；行走驱动系统 ；牵引特性 中图分类号 T U6 2 1 文献标识码 A 0 引言 行 走 驱动 系统 牵引 特性 是履 带式 液压挖 掘 机最基 本 的特性 之一 ， 了解 其 牵 引 特 性 有 助 于合 理 地 使 用 挖 掘机 。挖 掘机行 走 驱动 系统 牵 引特性 曲线 反 映了挖 掘 机在 一定 土壤 环境 下 ， 以不 同档位 直线 行驶 时 ， 液压 泵 排量 、 行 走液 压马 达扭 矩 和 行 驶 速 度 随牵 引 力 变 化 而 变化的函数关系。通过绘制牵引特性 曲线能更直观、 快速 地分 析挖 掘机 的牵 引特 性 。 1 履 带 式液 压挖 掘机 行走 驱动 系统 液压原 理 图 某履 带式 液压 挖掘 机行 走驱 动 系统 的液压 原理 图 见图 1 。假设从液压泵输 出的高压油 由 A 口进入 ， 油 液通过左侧单向阀进入马达 1 。由于系统采用常闭式 制动器 ， 制 动 片未 松 开则 马达 无 法 旋 转 。高 压 油 通 过 节流 口到达平衡 阀 7 ， 克服 弹簧 阻力， 推 动平衡 阀右 移， 液压油经过平衡 阀进入制动器 ， 推动制动片与行走 马达分离 ， 行走马达开始运行 。同时 ， 一部分低压油经 平衡阀 7从 B口流 出， 另一部分低压油经右安全 阀 4 的节 流孔 进入 缓 冲 活 塞 腔 5 ， 若 系 统 压 力 超 过 右 安 全 阀 4 设定压力则油 液通过缓 冲回路 流回油箱。制 动 时 ， 平 衡 阀 回到 中位 ， 马达 由 于惯 性 继 续 旋 转 ， 由于 平 衡 阀是 关 闭 的 ， 油 液 只能 进 入 缓 冲 回路 。右 安 全 阀 4 打开 ， 直 到右安 全 阀 4的节 流 口两 端压 力相 同 ， 右安 全 阀 4 关 闭 。若 马达仍 在 运 行 ， 导致 油路 压 力 进 一 步 升 高 ， 压 力油 将作 用在 左安 全 阀 6 上 ， 压力 油通 过左 安 全 阀回到低压端， 使马达顺利制动。 2 履带式液压挖掘机行走驱动系统牵引特性的计算 2 ． 1 牵引特性计算公式 1 液压泵 的进 出 口压力差 △ MP a 计算公式 如 下 Ap 。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯ ． 1 qp np 印 其中 N 为行走驱动系统输入功率， k W； 为液压泵 机械效率， 一般取 0 ． 9 5 ～O ． 9 7 ； q 为液压泵排量 ， mL ／ r ； 为液压泵转速 ， r ／ mi n ； 锄 为液压泵容积效率， 一 般 取 0 ． 9 5 ～O ． 9 7 。 l 2 3 A B 1 一行走马达； 2 一制动器 I 3 一变速阀 } 4 一右安全 阀； 5 一缓 冲活塞 } 6 一左安全阀 ； 7 一平衡阅 图 l 行走系统的液压原理图 2 行走 液压 马达输 出扭 矩 M Nm 的计 算公 式 为 一 1 ． 5 9 Ap q 叩 ～ 1 0 ～。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 2 其中 ‰ 为行走液压马达排量， mL ／ r ； 为行走液压 马达 机 械效率 ， 一般 取 0 ． 9 5 ～0 ． 9 7 。 3 行走液压马达输 出转速 r ／ mi n 的计算公 式为 ， l 一 。 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3 “ Z q Z q 。 ⋯ 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 0 5 ；修回 日期 2 0 1 2 - 0 4 - 2 5 作者简介 曲德韵 1 9 8 7 一 ，男 ，山东泰安人 ，在读硕士研究生 ，主要从事车辆工程方面的研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l O 0 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 2年 第 5期 其 中 Q为泵输 出流量， L ／ mi n ； 为行走液压马达容 积效率 ， 一般取 0 ． 9 5 ～O ． 9 7 ； Z为行走液压马达数。 4 挖 掘机 行驶 速度 v k m／ h 的计 算公 式 为 一 0 ． 3 7 6 8 。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 4 t 其 中 为驱动轮节圆半径 ， m； i 为行走液压马达终 端传动 比。 5 牵引力 F k N 的计算公式为 Fk 一 。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 5 ， ． 其 中 田为终端减速机构效率。 2 ． 2 牵引特性 计 算 时的两 个极 限点 1 挖掘 机牵 引力 最 大 点 根 据 牵 引 力计 算公 式 5 可知， 行走液压马达扭矩越大， 挖掘机牵引力越大 ； 当行 走液 压 马达扭矩 最大 时 ， 对 应 的牵引 力最 大 。 2 挖掘机 行驶 速度 最 大 根 据速 度计算 公式 4 ， 再结 合式 3 可 知 ， 行 驶 速 度 与泵 、 马达 的排 量有 关 ； 马达 排量 固定 时 ， 泵 的排量 越大 ， 行驶 速度越 大 ， 挖 掘机行驶速度越快 ； 当泵排量不变时， 降低马达排量也 可使 挖掘 机行驶 速 度增 大 ； 当泵的排 量最 大 、 马达排 量 最 小时 ， 挖掘机 行驶 速度最 大 。 3 履带式液压挖掘机行走驱动系统牵引特性曲线绘制 某履带式液压挖掘机行走驱动系统液压元件参数 见 表 1 。该履 带 式液 压 挖 掘 机 行 走 传 动 系 统参 数 为 马达 终端 传动 比、 终 端减速 机构 效率 。 表 l 某履带式液压挖掘机行走驱动系统液压元件参数 参数 元件 排量 额定压力 额定转速 容 积效率 机械效率 mL ／ r MP a r ／ ml n 液压泵 7 1 2 8 2 2 0 0 0 ． 9 7 O ． 9 7 行走马达 4 5 ／ 2 8 2 8 2 2 0 0 0 ． 9 7 O ． 9 7 绘制挖掘机牵引特性 曲线 ， 首先要确定两个极限 点 ， 即挖掘机最大牵引力时的行走速度和挖掘机最大 速度时的牵引力 。除了计算两个极 限点外 ， 还需计算 几个 中间点 。 低速 方案 时 的牵引特 性 参数 见表 2 。高速 方 案 时 的牵引特性参数见表 3 。由表 2和表 3中的数据可以 绘 出履 带 式液 压挖 掘机 行 走 驱 动 系统 动 态 特性 曲线 ， 见 图 2。 4结论 通过挖掘机行走驱动系统牵引特性曲线不仅可以 看到不同档位下挖掘机行走驱动系统的具体数据 ， 还 可以根据各特性曲线 的形状、 走向和分布来判定挖掘 机行走驱动系统的性能是否良好 。 表 2低速方案时的牵引特性参数 数组 参数 1 2 3 4 5 6 液压泵 的排量 mL ／ r 2 8 ． 5 3 O 4 0 5 0 6 0 7 1 行走液压马达排量 口 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 mL／ r 系统压力 A p MP a 3 0 ． 4 2 8 ． 9 2 1 ． 6 1 7 ． 3 1 4 ． 4 1 2 行走液 压马达扭矩 2 1 1 2 0 0 1 5 0 1 2 O 1 O O 8 3 ．3 N 1 TI 行走液压马达转速 6 5 5 ．5 6 9 0 9 2 0 1 1 5 O 1 3 8 O 1 6 3 2 r ／ rai n 挖掘机牵引力 F k N 4 2 0 7 4 3 9 8 8 1 2 9 9 1 1 2 3 9 2 9 1 9 9 4 1 1 6 5 9 1 挖掘机行驶速度 k in／ h 1 ． 2 1 ． 3 1 _ 7 2 ． 1 2 ． 5 3 ． O 表 3 高速方案时的牵 引特性参数 数组 参数 1 2 3 4 5 6 液压泵 的排量 口 一 mL ／ r 1 7 ． 7 3 0 4 0 5 0 6 0 7 1 行走液压马达排量 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 2 8 mL ／ r 系统 压力 A p MP a 3 O ． 4 2 8 ． 9 2 1 ． 6 1 7 ． 3 1 4 ． 4 1 2 行走液压马达扭矩 M 2 1 1 1 2 4 ．8 9 3 ． 3 7 4 ． 7 6 2 ． 2 51 ． 8 2 N m 行走液压马达转速 n 6 5 4 ．3 1 1 O 9 1 4 7 9 1 8 4 8 2 2 1 8 2 6 2 4 r ／ rai n 挖掘机牵引力 F N 4 2 0 7 4 2 4 8 8 6 l 8 6 0 5 l 4 8 9 6 1 2 4 0 3 l O 3 3 3 挖掘机行驶速度 k in／ h 1 ． 2 2 ． 0 2 ． 7 3 ． 3 4 ． 1 4 ． 8 。＼ 枯 口 f 嗽 爆 靶 高速档行 走机构速度 y ／ k 皿 h - 1 1 ． 4 3 1 ． 6 8 2 ． 2 2 2 ． 9 3 3． 63 4． 51 j 卜 怔逮 档蕞 压 曩排 量 2 - t追艳行奄马达扭矩。 ⋯ ⋯⋯ ⋯ }3 - 矗遁挡藏压囊柞量 0 i 4 一 毫遮挡行走马达扭矩 ＼／ i 5 一 低 速挡 行走机 构牵引力 ⋯ ．／ i - ＼ 3 互 懈 嚣 图 2履带式液压挖 掘机行走驱动 系统动态特性 曲线 参考文献 [ 1 3 杨晋生． 工 程机 械液 压驱 动装 置 的设计 [ J ] ． 工程 机 械． 1 9 8 6 4 3 8 4 2 ． [ 2 ] 田秋艳． 工程车辆液 压驱 动系统 参数 匹配 及牵 引特性 曲 线的 C A D绘制 [ D ] ． 西安 长安大学 ， 2 0 0 6 4 7 5 6 ． [ 3 ] 林慕义 ， 张福生． 车辆底 盘构造与设计[ M] ． 北京 冶金工 业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 4 7 吉林工业 大学． 工程机 械液压 与液力 传动[ M] ． 北京 机 械工业出版社 ， 1 9 7 9 ． An a l y s i s o f Tr a c t i o n Cha r a c t e r i s t i c s o f Tr a v e l Dr i v i ng M e c h a n i s m o n Cr a wl e r Hy d r a u l i c Ex c a v a t o r QU D e - y u n S c h o o l o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g，Ta i y u a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，Ta i y u a n 03 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，t h e wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e t r a v e l d r i v i n g m e c h a n i s m o n a c r a wl e r h y d r a u l i c e x c a v a t o r i s a n a l y z e d ． Th e n ， u n d e r d i f f e r e n t g e a r s ，t h e d y n a mi c p a r a me t e r s o f t h e ma i n h y d r a u l i c c o mp o n e n t s i n t h e d r i v i n g me c h a n i s m a r e c a l c u l a t e d b y u s i n g t h e k n o wn p a r a me t e r s ． At l a s t ，t h e t r a c t i o n c h a r a c t e r i s t i c c u r v e s o f t h e d r i v i n g me c h a n i s m a r e d r a wn a c c o r d i n g t O t h e c a l c u l a t e d d a t a ． Ke y wo r d s ．．c r a wl e r h y d r a u l i c e x c a v a t o r ；t r a v a l d r i v i n g me c h a n i s m ；t r a c t io n c h a r a c t e r i s t i c s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m