轮式摊铺机前轮驱动液压系统方案研究.pdf

R0AD C0NS TRUCTI ON AND M ACHI NERY 文章编号 1 0 0 0 0 3 3 X 2 0 1 4 0 4 0 0 9 5 0 3 轮式摊铺机前轮驱动液压系统方案研究 白 志 强 无锡市交通工程有 限公 司， 江苏 无锡2 1 4 0 2 6 摘 要 为提 高轮 式摊 铺机 的作 业质 量 ， 对轮 式摊 铺机 前轮 驱动 液 压 系统进 行 了分析 ， 探 讨 了轮 式 摊 铺机 前轮 驱动 系统 的功 能和 方案 ， 详述 了采 用远 程 恒压 控 制 方 式 的轮 式摊 铺 机 前轮 驱 动 液 压 系 统的结构， 并进行 了全轮驱动摊铺机的牵引性能试验 。结果表明 增加 前轮驱动， 能有效提 高轮 式 摊铺机的牵引力， 降低 同等 牵引力情况下的滑转率。 关键 词 轮 式摊铺机 ； 前轮 驱动 ； 液压 系统 ； 牵引性 能 中图分 类号 U4 1 5 ． 5 2 文 献标 志码 B Re s e a r c h o n Pl a n f o r F r o n t - wh e e l Dr i v e Hy d r a u l i c S y s t e m o f W he e l e d Pa v e r BAI Zhi qi a ng Wu x i C o mmu n i c a t i o n En g i n e e r i n g C o ．Lt d ． ，Wu x i 2 1 4 0 2 6，J i a n g s u，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r de r t o i mpr o ve t he wo r k i ng qu a l i t y o f whe e l e d p a v e r ， t he f r o nt whe e l dr i v e hy dr a u l i c s y s t e m of whe e l e d p a v e r wa s a na l y z e d，a nd t he f unc t i o ns a nd pl a n s f or t he dr i ve s ys t e m we r e d i s c us s e d． The s t r u c t u r e o f d r i v e s y s t e m wi t h a r e mot e c o ns t a n t p r e s s u r e c o nt r o l m o de wa s e x po un de d，a nd a t e s t o n t r a c t i on pe r f o r ma n c e of a I I wh e e l d r i v e pa ve r wa s c a r r i e d o ut ． The r e s ul t s s ho w t ha t b y bo o s t i ng f r o nt whe e l d r i v e，t h e whe e l e d p a v e r ’ S t r a c t i o n c ou l d be e f f e c t i v e l y i mpr o v e d，a n d t he s l i p r a t i o un de r e q u a l t r a c t i on c ou l d be r e du c e d． Ke y wo r ds whe e l e d p a ve r；f r o nt whe e l d r i v e；h yd r a ul i c s ys t e m ；t r a c t i on p e r f or ma nc e 0 引 言 由于轮式摊铺机机动灵活 、 可快速转场， 因此被 广泛应用于高等级公路 、 高速公路 匝道 、 市政道路、 丘 陵山 区 、 园林 、 居 民小 区、 人 行 道 及公 路 养 护工 程 的沥青混凝土路面摊铺和修补。全轮驱动的轮式摊 铺机具有更大的牵引力和更好的摊铺作业性能 ， 但 在国内未引起足够重视l_ 】 ] ， 多被作为普通轮式摊铺 机使用 ， 限制了轮式摊铺机在更大范围内的推广。 本文讨论一种采用远程恒压控制方式的轮式摊 铺 机 前轮 驱动 系统 ， 以期 为 轮 式 摊 铺 机 的设 计 提 供 参 考 。 仅以后轮作为驱动轮 ， 附着重量也低 于同等重量的 履带 式摊 铺机 。 车辆最大牵引力 F 的计算公式为 Fk m a G 1 式中 G 。 为车辆附着重量 ， 等于分配到驱动轮上的 重力 ； 为地 面附着 系数 。 综合 上述 影 响可 知 ， 后 轮 驱 动 的 轮式 摊 铺 机 由 于滑转率增大 ， 且容易受负荷变化影响， 摊铺作业速 度稳 定性 变差 ， 导致 轮 式 摊 铺 机 的摊 铺 质 量 低 于履 带式 摊铺 机 ， 这 也是 轮 式 摊 铺 机 应用 范 围受 到 限 制 的主 要原 因 。全轮 驱 动 的 轮 式摊 铺 机 ， 所 有 轮 胎 均 为驱 动轮 ， 可弥 补普 通轮 式摊 铺机 附着 重量 的不 足 。 1 轮式摊铺机前轮驱动系统动力学分析 2 摊铺机前轮驱动液压 系统 摊铺机的驱动力由行走机构与地面的相互作用 反力提供 ， 主要受地面附着 系数和摊铺 机附着重量 影响。轮胎附着系数小于履带， 且普通 轮式摊铺机 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 8 1 3 2 ． 1 摊铺 机前 轮 驱动 系统 的功 能要 求 全轮驱动的轮式摊铺机行走系统结构如图 1所 示 。摊铺机 的前轮驱动系统一般作为后轮驱动力不 9 5 R0AD CONS TRUCT I ON AND M ACHI NE RY 输 图 1 全 轮 驱动 轮 式 摊 铺 机 行 走 系 统 的 结 构 足时的辅助驱动存在 ， 需要满足以下要求 。 1 摊铺机前轮上方有刮板送料器 ， 送料器距 离地 面较低 。受 结 构 限制 ， 摊 铺 机 前 轮 驱 动 系统 只 能采用液压马达独立驱动结构 ， 且要有同步装置保 持左右行驶马达转速一致 ， 以满足摊铺机的直线行 驶性 能 。 2 当摊 铺 机 在 工作 状 态下 ， 前 轮驱 动 系统 仅 在后轮驱动滑转率不能满足要求时输出动力 ， 但在 行驶 工况 下 ， 机 架 会 推 动前 轮 跟 随转 动 。前 轮 液 压 系统必须具备泄荷功能 ， 可在摊铺机高速行驶时脱开 动力 ， 且液压马达能够承受高速行驶时的极限转速。 3 后轮不具备动力切断功能， 始终处于工作 状态 。前轮行驶驱动系统作 为辅助驱动系统， 工作 时转 速不 能超 过后 轮 的等 效转 速 ， 否则 会 导 致 前 轮 剧烈 滑转 前 轮附 着重量 轻 ， 能够输 出的最大 牵 引力 小 ， 这不仅会增加功率损失， 还会影响施工作业质 量 ； 同 时 ， 工作 时前 轮转 速亦 不能低 于后 轮 的等效 转 速 ， 否则 前轮 非但 不能产 生 驱动力 ， 反 而会产 生行 驶 阻力 。 4 随着料 斗 中混 合 料 质 量 的 变 化 ， 前 轮 附 着 重 量会 随之 发生变 化 ， 前 轮 驱 动 系 统 能够 获 得 的最 大牵引 力也会 变化 ， 因此前 轮 驱 动 系 统 的牵 引力 应 能够进 行无 级调整 。 2 ． 2 摊 铺 机前后 轮载 荷协 调控 制方 案 确 定摊 铺机前 轮 驱动方 案 的焦点 在 于采用 什么 方 式来 协调 前 、 后 轮 载荷 ， 使 前 轮能稳 定地 输 出驱动 力 。 目前 常用 的前 、 后 轮 载 荷 协 调 控 制 方 式 有 电 控 、 恒 压控 制和远 程恒 压控 制 。 2 ． 2 ． 1 电控 方式 采 用 电控方 式 协 调前 后 轮 载 荷 的 原理 有 两 种 一 种是在后轮驱动液压系统 中安装压力传感器 ， 当 后轮驱动液压系统压力超出设定值时 ， 增加前轮液 压系统中泵的流量 ， 使前轮转速升高， 承担的牵引负 荷增加， 使后轮驱动液压系统压力降低到设定值 ； 或 96 是当后轮驱动液压 系统压力低 于设定值时， 降低前 轮液 压 系统流 量 ， 使 前轮 转速 降低 ， 承担 的牵 引负 荷 减小 ， 使 后轮 驱 动液 压 系 统 压力 升 高 到 设 定值 。另 一 种 方 式是 在 前 轮 驱 动 液 压 系 统 中 安 装 压 力 传 感 器 ， 通过 对 比控制 系 统不 断 检 测 到 的前 轮 驱 动 液压 系统压 力与设 定压 力 ， 调 节液 压泵 的排 量 ， 改变前 轮 转速， 使前轮驱动液压系统压力与设定值一致。 电控方 式具 有最 大 的灵 活性 和效 率 ， 但 是 整 个 控 制过 程一 直处 于不 断对 比与调 节 的状 态 ， 同时 ， 液 压系统 的载荷波动也增加 了控制系统 的计算 工作 量 ， 控 制精度 较差 。 2 ． 2 ． 2 恒压控 制方 式 采 用恒 压控 制 的摊 铺 机 前 轮 驱动 系 统 中 ， 液 压 系统 由一个 恒压 泵 提供 流 量 ， 在 工 作 过 程 中前 轮 输 出 的牵 引力 恒定 不变 。采 用恒压 控制 方式 的摊铺 机 前轮 驱动 液压 系统结 构简 单 、 工 作稳 定 ， 但 缺点 在于 难 以确定恒 压泵 的最 佳设 定压力 。 2 ． 2 ． 3 远 程 恒压控 制 方式 远程 恒压控 制 方 式 是对 恒 压 控 制 方 式 的改 进 ， 可通 过独 立安装 的调压 阀 1 图 2 调 节 恒 压 泵 的压 力设 定值 。该 阀 的先导 流量 由控制 模块 中的 固定节 流阀提供 ， 压力值取决于控制阀芯的弹簧力。 a 恒压泵结构 R T 2 M S b 远程恒压象结构 图 2 恒压泵与远程恒压 泵结构对 比 通过调节调压阀 1的设定值 ， 可以将摊铺机前轮 驱动力设定在期望范 围内。调压阀 1 还可 以采用 电控 方式 ， 旋钮安装在控制面板 上或者与控制系统连接 。 R O A D C O N S T R U C T I O N A N D MA C H I N E R Y l 匿固固圄围舾圈 2 ． 3 摊 铺机 前轮 驱动 液压 系统 方 案 采用远程恒压控制方式时 ， 摊铺机前轮驱动功 能要求的液压系统方案如图 3 所示 。 前轮驱动 阀 图 3 摊 铺 机 前 轮 驱 动 液 压 系 统 方 案 1 前 轮液压 马 达 。前 轮 液压 马 达为 低 速 大扭 矩轮 边 马达 ， 直 接 驱 动 车 轮 ， 结 构 紧凑 ， 满 足摊 铺 机 前轮安装 的结构要求 ； 马达最高转速满足摊铺机高 速行 走 的需要 。 2 同步阀。用于将前轮液压泵输 出的流量均 分到两个前轮驱动液压马达 ， 实现左 、 右前轮同步驱 动。同步阀上设有同步功能控制阀 ， 默认状态下 ， 来 自液 压泵 的液 压油 自由分 配 到两 个 液 压 马 达 ， 满 足 摊 铺 机转 向等 差 速 需 要 ； 控 制 阀加 电 后 ， 工 作 于 下 位 ， 液 压 油均分 到两 个液 压 马达 ， 实现 同步 功能 。 3 前轮驱动 阀。该 阀默认工作状态 为上位 ， 液压马达的进出油 口接油箱 出油 口通过前轮削动 阀接 油箱 ， 液 压马 达 处 于 自 由运 动 状 态 ， 即摊 铺 机 前 轮在 机架 带 动下转 动 ； 阀加 电后 工作 于下位 ， 由前 轮液压泵为液压马达提供高压油 ， 辅助驱动行走 。 4 前轮制动阀。该阀不加 电时， 工作于上位 ， 液压马达回油 口接油箱 ； 加 电后 ， 工作于下位 ， 液压 马达回油 口通过补油溢流阀接油箱 ， 为前轮驱动提 供 背压 。 5 调 压 阀 。用 于设 定 液压 泵 的工 作 压力 。 6 前 轮驱 动液 压泵 。该 泵 以调 压 阀 的设 定压 力 为液 压系 统提 供 液压 油 ， 前 轮驱 动 力 可 通 过 调整 调压 阀的压力进行设定 ， 以满足轮式摊铺机前轮驱 动 的功 能要求 。 摊铺机前轮驱动 系统辅助驱动时， 始终提供 由 调压 阀设定压力决定 的驱动力 ， 液压泵仅提供 与后 轮转速相匹配 的前轮转动需要 的流量 ， 其他情况下 仅后轮驱动 、 高速行驶 、 后退 ， 前轮辅助驱动系统 在 自由运动状 态 下运行 。 3 全轮驱动摊铺机牵 引试验 为验证摊铺机前轮驱动系统的可行性和对 比分 析摊铺机前轮驱动系统在提高摊铺机牵引力和改善 滑转率方面的作用 ， 进行 了全轮驱动摊铺机牵引性 能试验研究。通过改变摊铺机牵 引负荷 ， 分别在开 启前 轮驱 动 和不 开启 前 轮 驱 动 的情 况 下 ， 测 试 摊 铺 机 的牵 引特性 ， 试验 结果 如 图 4所 示 。 萎 0 牵 引力 ／ k N 图 4 全轮驱动摊铺机牵引性能对 比 从 图中可 以看 出 前 轮 参 与驱 动 时 摊 铺 机 的最 大牵 引力要大于仅有 后轮驱动 ， 驱动力相差 约 4 O k N； 全 轮驱 动摊 铺机 时 ， 当牵 引力 大于 6 0 k N后 ， 滑 转率仍保持稳步上升， 而后轮驱动的摊铺机在牵引 力大于 6 0 k N后滑转率上升斜率明显加快 。 以上结 论 充分 说 明 全 轮 驱 动 的摊 铺 机 比后 轮 驱动的摊铺机具有更大的牵引力 ， 且相 同牵引力情 况下， 滑转率更小 ； 相同牵 引力变化情 况下 ， 滑转率 变 化更 小 。 4 结 语 截至 目前 ， 国产轮式摊铺机均未能实现全轮驱 动 。陕西建设机 械有 限公 司虽然引进 了 AB G TI TAN2 7 3 、 4 7 3全轮驱动摊铺机技术 ， 并进行了生产 、 销售 ， 但施工现场还未建立起轮胎式摊铺机全轮驱 动 的概 念 ， 在 许 多场 合 依 然将 全 轮 驱 动 摊铺 机 作 为 普 通 的轮式摊 铺 机使 用 。 参 考文 献 [1] 焦生杰 ， 周贤彪． 沥青 混凝 土摊铺 机 国内外发展 与研 究现状 E J ] ． 建筑机械 ， 2 0 0 3 5 2 1 2 2 。 [2] 杨耀林． 2 L TL Z 4 ． 5轮式摊铺 机液压 系统 的改进 口] ． 筑路机 械 与施工机 械化 ， 1 9 9 5 ， 1 2 5 2 7 2 8 ． [ 责任编辑 杜卫华] 9 7