万向叉车行走驱动液压系统的设计-.pdf

第 1 0卷第 2期 2 0 1 2年 6 月 中国工程机械学报 C HI N E S E J O UR N A L OF C O N S T R U C T I O N MA C HI N E R Y Vo 1 ． 1 0 No． 2 J u n ．2 0 1 2 万 向叉车行走驱动液压 系统 的设计 陈锦耀 ， 苏欣 平 ， 郭爱 东 ， 宋荣利 1 ． 军事交通学院 军事物流系 ， 天津3 0 0 1 6 1 ； 2 ． 军事交通学 院 基础部 ， 天津 3 0 0 1 6 1 摘要 对某型万向叉车行走驱动液压系统进行了原理设计、 技术指标计算和主要部件选型， 分析了万向叉车采 用液压行走驱动的优点和必要性 ， 液压驱动方式具有优越的动力性能、 良好的低速稳定性 、 可靠的通过性以及结 构紧凑等优点． 计算和论证结果表明， 该液压系统设计合理， 部件选型恰当， 能够达到预期设计要求． 关键 词 万 向叉车 ； 行走驱动 ； 液压传动 ； 设计 中图分类号 T H 1 3 7 ． 7 文献标 志码 A 文章编 号 1 6 7 25 5 8 1 2 0 1 2 0 20 1 9 70 4 H yd r aul i c dr i vi ng s ys t e m d e s i g n f or uni v e r s a l f o r kl i f t t r uc ks C HE N J i n y a o ， S U ． p i ng ， GU O Ai d o n g ， S O NG Ro ng - l i 。 1 ． Mi l i t a r y L o g i s t i c s De p a r t me n t ， Mi l i tar y T r a n s p o r t a t i o n Un i v e r s i t y ， T i a n j i n 3 0 0 1 6 1 ， C h in a ； 2 ． G e n e r a l C o u r ts D e p a r t me n t ， Mi l i tar y Tr a n p o r t a t i o n U n iv e r s i t y ， Ti a n j i n 3 0 0 1 6 1 ， C h i n a A b s t r a c t I n t h i s s t u d y ， t h e p r i n c i p l e d e s i g n ， t o g e t h e r wi t h d e s i g n s p e c i f i c a t i o n c a l c u l a t i o n a n d ma j o r c o m p o n e nt s e l e c t i o n， i s f i r s t c o nd u c t e d o n t h e hy d r a ul i c d r i v i ng s ys t e m o f u ni ve r s a l f o r kl i f t t r u c k s ． Th e n， t h e s t r e n g t h a n d n e c e s s i t y o f h y d r a u l i c d r i v i n g a r e a n a l y z e d ． Ac c o r d i n g l y ， t h e h y d r a u l i c d r i v i n g mo d e p o s s e s s e s s u c h s t r e n gt hs a s g o o d p o we r p e r f o r m a nc e， hi gh l o w s p e ed s t a b i l i t y， r e l i a bl e p a s s i ng c a p a b i l i t y a nd s t r u c t ur a l c o mpa c t ne s s ． Fi n a l l y， i t i S f o u n d f r o m c a l c ul a t i o n a n d d emo ns t r a t i on r e s ul t s t ha t t h e p r o p os e d h yd r a u ． 1 i c s y s t e m wi t h r a t i o n a l d e s i g n a n d c o mp o n e n t s e l e c t i o n c a n me e t t h e e x p e c t e d d e s i g n r e q u i r e me n t s ． Ke y wor ds u ni ve r s a l f o r kl i f t t r u c k；d r i vi ng s y s t e m ；hy d r a ul i c t r a n s mi s s i o n；d e s i gn 某型万 向叉车具备在平面任意方向行走的功能 ， 适用于狭窄场地内的货物叉装和短途运输． 该车行走 系统采用麦克纳姆螺旋滚轮 Me c a n u m Wh e e 1 驱动技术 ， 4个滚轮镜像布置 ， 独立驱动， 通过操纵手柄分 别控制 4个滚轮的旋转方 向和速度， 即可驱动车辆 在平面任意方向上行驶 ． 麦克纳姆螺旋滚轮结构最 早在 1 9 7 3年提 出并 申请专利 1 ] ． 1 9 9 7年美 国人开 始研究万向搬运机械 ， 2 0 0 2年 以后国际上逐渐开发 出基于麦克纳姆螺轮 的搬运车辆E ， 但大多为小吨 位、 电机驱动方式． 军事交通学院在 国内首先研 制成 功的 1 t 万向叉车即采用轮边电机 减速器的驱动方 式， 电机控制系统和传动结构都较为复杂， 结构尺寸 较大． 其车轮总成结构如图 1 所示． 本文的研究旨在采用液压泵一 马达驱动系统代替 现有的电机驱动， 从而省去 4个轮边减速器， 使车体结 构更加紧凑 ， 车辆的功力性能和路面适应性也将更好． 图 1 车轮总成结构 Fi g ． 1 Di a g r a m o f t h e wh e e l 作者简介 陈锦耀， 1 9 7 3一 ， 男 ， 讲师 ， 工学硕士 ． E ． ma i l c h e n j i n y a o 7 3 7 y a h o o ． c o rn． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中国工程机械学报 第 1 0卷 液压 系统原理设计 一 般采用液压行走驱动的车辆， 多为变量泵 变量马达的闭式回路容积调速方式． 这种回路效率高， 油箱容 积小． 但万向叉车的4个驱动马达需要独立控制， 其转速大小和方向可能都不相同， 因此无法由 1 个变量泵对系 统总流量进行调节． 而单靠马达的变量调节 ， 其排量换向时输出扭矩减小的特点不符合车辆行驶规律． 因此， 万 向叉车液压驱动系统采用开式回路的节流调速方式， 由 1 个液压泵带动 4个定量马达分别驱动 4 个车轮， 由多 路电液比例流量阀控制马达的转向和转速， 电流信号由控制手柄发出． 为提高效率， 采用变量泵供油， 自动根据 系统总流量需求调节泵排油量． 在车辆行走间隙， 4 个车轮均不动时， 上位机系统控制油泵电机停机， 进一步减少 能耗． 确定的液压系统中变量泵的控制原理和液压马达驱动回路分别如图2和图 3 所示． 图 2 液压泵控制原理图 Fi g ． 2 Hy d r a ul i c p u mp c o n t r o l p r i n c i p l e L 乐力补偿阀 换 向阀 图 3 液压马达驱动原理 图 F i g． 3 Hy d r a u l i c m o t o r d r i v e p r i n c i p l e 该系统具有以下特点 1 带负荷传感的压力 一流量控制变量泵 ． 泵的变量控制阀会根据系统负载大小以及流量需求大小 即方 向控制阀阀口大小 ， 通过变量缸 自动调节排量和输 出流量． 流量大且负载小时 ， 增大排量． _ 3 ] 2 采用 比例减压阀控制的方向 一流量控制． 液压马达的控制由采用 比例减压阀控制的电液换 向阀 实现， 比例减压阀的输出压力受控制手柄的输出电流调节， 该压力在控制换向阀换向的同时， 精确调节换 向阀阀口开度大小 ， 从而控制马达的输人流量及其转速 ． 3 保持输出流量恒定的负载压力补偿控制． 压力补偿阀能在马达负载的变化时 自动保持输 出流量 的恒定 ． 4 液压马达带停车制动器 ． 当停车时， 制动阀组输出压力小于设定压力 ， 马达制动器蝶形弹簧释放 ， 实现停车制动． 另外 ， 行走驱动系统变量泵带通轴接 口， 可与叉车工作装置液压泵连接． 2 液压系统关键部件选型计算 2 ． 1 基本指标要求 参照现有 电动万向叉车 ， 与液压系统设计相关 的主要指标为车辆 自重 m 3 3 8 0 k g ， 额度起升质量 1 1 0 0 0 k g ， 最大行驶速度 ～ 8 k m h ， 最大爬坡度 a m a x 1 0 ％ 5 ． 7 1 。 ， 车轸半径 7 ． 2 6 5 IT I 1T I ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 陈锦耀 ， 等 万 向叉车行走驱动液压系统的设计 2． 2液压 马达 计算 1 按照最大车速计算车轮 即马达 最大转速为 一 Vr r a x 4 8 0 7 ． 1 1 r．h 8 0 ． 1 2 r．mi1 1 n1 - 1 们 一一 ． 【0 一 o U ． 上 厶工’U l “ 27 【 2 3 ． 1 4 2 6 5 X 1 0 一 。m ’ ‘ 2 按照满载最大爬坡度计算单轮最大扭矩为 T s i n c 0 s s in 5 ． 7 1 。0 ． 0 5c 0 s 5 ． 7 1 D 0 ． 2 6 5 m 4 2 6 ． 6 N． m 4 4 式 中 m 为车辆满载质量 ， m。 m m ； a为最大爬坡角度； 为滚动阻力系数． 3 确定马达的排量为 9 4 m1 ．r 一 式 中 P 为马达工作压力 ， 初定为 3 0 MP a 一为马达机械效率 ， 取 0 ． 9 5 ． 根据产品情况 ， 选定液压马达为博世 一力士乐 MC R 0 3系列径向柱塞马达． 按照产 品目录， 取排量 V 1 6 0 m lr ～ ． 4 马达在最大载荷下的实际工作压力为 2 T 2 3 ． 1 4 X 4 2 6． 6 N m pm m m 1 6 0 mlr ～ x 0． 9 5 5 马达在最大车速时的实际流量为 他 8 0． 1 2 rmi n 一 0 ． 1 6 Lr 一 qm 式中 7 ] m V 为马达的容积效率 ， 取 0 ． 9 5 ． 2 ． 3 液压泵计算 1 系统最大总流量为 1 7 ． 6 MP a 1 3． 4 9 L mi n 一 q 0 4 q 4 X 1 3 ． 4 9 L mi n 一 5 3 ． 9 6 Lmi n 一 2 液压泵的排量为 Vp q 0 5 3 9 6 0 ml mi n 一 np p 1 5 0 0 rmi n 一 X 0． 95 3 7． 8 7 m1．r 式中 佗 为泵的转速 ； 叩 为泵的容积效率 ， 取 0 ． 9 5 ． 根据拟选用 的博世 一力士乐 A1 0 V O系列轴向柱塞泵产品 目录 ， 取排量 V 4 5 ml r ～． 2 ． 4 主要液压部件选型 ] 根据液压系统原理设计和选型计算结果 ， 结合相关产品调研情况 ， 确定液压系统主要部件选型结果如 表 1 所示． 表 1 液压 系统主要部件选型结果 T a b ． 1 R e s u l t o f ma j o r h y d r a u l i c c o mp o n e n t s s e l e c t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 中国工程机械学报 第 l 0卷 3 主要技术指标评价 1 采用液压驱动的设计样车相比于电驱动车辆 ， 其动力指标 明显提高 ． 根据液压部件选型结果反向 校核整车动力指标 ， 最高车速可提高 2 5 ％， 车轮最大输 出扭矩提 高 3 8 ％， 其最大爬坡 能力也将有 相应 提高． 2 由于选用的低速大扭矩径向柱塞马达结构紧凑 ， 外形尺寸小 ， 且省去 了轮边减速器 ， 其轴 向尺寸 较原有 电机 减速器结构减小 2 0 0 mi l l 以上 ， 为进一步减小车身宽度提供了空间． 3 采用液压驱动的万向叉车可以充分发挥液压传动输出扭矩大、 低速稳定性好 的优势 ， 进一步提高 车辆的行驶稳定性和通过性 ． 4 结论 万向叉车行走驱动液压系统的设计解决 了减小车身尺寸和提高动力性能的矛盾 ， 省去了复杂的电机 控制系统和轮边减速器 ， 充分发挥 了液压驱动系统控制简便 、 功率密度大 、 结构紧凑的优势 ． 系统设计经过 了深入论证、 计算 和广泛调研． 液压回路充分体现了安全和节能要求， 总成部件成熟先进 ， 选型合理 ， 技术 指标确定恰当． 参考文献 [1] I N B E ． Wh e e l s f o r a c o u r s e s t a b l e s e lf p r o p e u in g v e h i c le mo v a b le i n a n y d e s i r a b l e d i r e c t i o n o n th e g mu n d o r s o me o t h e r b a s e U S ， 3 8 7 6 2 5 5 [- P ] ． 1 9 7 5 0 4 0 8 ． [2] 贾 巨民 关利赢 ， 郝鑫 ， 等． 万向电动叉 螺旋滚轮轮体 设计E J 3 ． 叉车技术 ， 2 0 1 0 2 7一i O ． J I A J u mi n ， GU A N L i y i n g ， H A O Xi n ， e t a 1 ． D e s i g n o n me c a n u m wh e e l s o f u n i v e r s a l e l e c t r i c f o r k l if t t r u c k E J ] ． Te c h n o lo g y o f F o r k l i f t Tr u c k， 2 0 1 0 2 7 1 0． [ 3 ] 郝鹏， 何清华， 张大庆． 负载敏感系统测试及特性分析E J ] ． 中国工程机械学报， 2 0 0 6 ， 4 3 3 1 7 3 2 1 ． H A O P e n g ， H E Q i n g h u a ， Z HA N G D a q i n g ． Te s t i n g a n d c h a r a c t e r i s t ic a n a l y s i s o f lo a d s e n s i n g s y s t e m[ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f C o n s t r u c t i o n Ma c h i n e r y， 2 0 0 6， 4 3 31 73 2 1． [ 4 ] 路甬祥． 液压气动与技术手册E M] ． 北京 机械1 业出版社， 2 0 0 3 ． L U Y o n g x i a n g ． T e c h n i c a l h a n d b o o k f o r h y d r a u l i c s a n d p n e u ma t i c s F M2 ． B e ij i n g C h in a Ma c h i n e P r e s s ， 2 0 0 3 ． [ 5] 张利平 ． 液压传动设计指南E M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． Z H A N G L i p i n g ． G u i d e b o o k o f h y d r a u l i c s s y s t e m d e s i g n [ M] ． B e ij i n g C h e mi s t r y I n d u s t y P r e s s ， 2 0 0 9 ． [ 6] 博士力 } 乐 中国 有限公 司． 行走机械用液压及电子控制元件[ R ] ． 北京 博地力士乐 中阳 有限公 司， 2 0 1 0 B o s c h R e x r o t h C h i n a C o ， L e d ． P r o d u c t c a t a l o g mo b i l e h y d r a u l i c s [ R ] ． B e ij i n g B o s c h R e x r o t h C h i n a C o ， Lt d ， 2 0 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m