无杆飞机牵引车液压系统的优化.pdf

2 0 1 1 年 2月 第 3 9卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Fe b ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 4 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 4 ． 0 2 5 无杆飞机牵引车液压 系统的优化 洪曼 ，王志 ，种洋 ，温琦 ，霍旭 中国农业机械化科 学研究院，北京 1 0 0 0 8 3 摘要针对无杆飞机牵引车液压系统元件布置过于分散的缺点 ，利用将部分液压元部件集成的方法对系统进行优化， 并对优化后的液压系统进行评价。结果表明优化后的牵引车性能良好 ，成本降低 关键词 无杆飞机牵引车 ；液压系统 ；优化 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码B 文章编 号1 0 0 1 3 8 8 1 f 2 0 1 1 4 0 7 8 3 Th e Opt i mi z a t i o n o f Hy d r a u l i c S y s t e m o f To wb a r l e s s Ai r c r a f t Tr a c t o r H 0 N G M a n ，WA N G Z h i 。C H O N G Y a n g ．WE N Q i ，H U O X u C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l Me c h a n i z a t i o n S c i e n c e s ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e me t h o d i n t e g r a t i n g s o me e l e me n t s wa s a d o p t e d t o o p t i mi z e t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t o wb a r l e s s a i r c r a f t t r a c t o r a i mi n g a t t h e i t s d i s a d v a n t a g e t h a t t h e e l e me n t s p l a c e d d i s p e r s e d l y ． T h e o p t i mi z e d h y d r a u l i c s y s t e m wa s e s t i ma t e d ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p e r f o r ma n c e o f t h e o p t i mi z e d t r a c t o r i s g o o d a n d t h e c o s t i s d e c r e a s e d． Ke y wo r d s T o w b a r l e s s a i r c r a f t t r a c t o r ； Hy d r a u l i c s y s t e m； Op t i mi z a t i o n 无杆飞机牵引车作为一种不需要牵引杆连接即可 完成牵引和顶推飞机 的机场地 面保障 设备 ，因其实施 对 飞机的牵引、顶推作业的全过程只需一人完成 的特 点，深受用户的青睐。液压系统作为无杆飞机牵引车 主要的传动与控制系统 ，具有微动性能优异、制动性 能 良好 、行驶 过程 中可 以无级 变速 、操 作 方便 等优 点 。但是 由于无杆飞机牵引车车身矮 ，车身后部还要 布置一套与飞机连接 的工作装置 ，因此如何在有限的 空间里合理地布置各种液压元部件和管路是液压系统 设计 的难点。无杆飞机牵引车液 压元部件较多 ，布置 分散，需要较多的管件 ，安装维护和故障诊断困难 ， 故障点较多，影响系统可靠性。因此 ，有必要对无杆 飞机牵 引车液压系统进行优化。 1 无杆飞机牵引车液压系统的优化方案 液压系统的设 计可分 为两大步 骤 1 液 压系 统的原理及性 能设计 ； 2 液 压 系统 的技术设 计 ， 即液压装置的结构设计 。结构设计在液压 系统设计 中是至关重要 的环节 ，关 系到系统设计成败与否 。 无杆飞机牵引车液压 系统的许多元部件采用传统 的安装管接头进行有管连 接的方式 ，具有 以下缺 点 1 元件分散 ，配管 复杂 ，管路交 错 ，占车身 内部 空间多 ； 2 工人配管 工作量大 ，消耗 大量 的管材 和管件 ； 3 接 头多 ，许多连 接面的存 在容易造 成 泄漏 ，压力损 失大 ，影 响液 压 系统 的可靠性 ； 4 维修保养量大 ，装拆 和更换元 件很不 方便 ； 5 管 路复杂 ，安装与维修的操作空 间小 。为了克服这些 弊病 ，此次优化在液压 系统原理不变的基础上 ，通过 对液压系统部分元件进行集成来解决 。 2无杆飞机牵引车液压系统的优化 2 ． 1 行 走驱动 系统 的优化 如图 1 为优化前行走驱动系统 图。 该行走驱动系统主要 由柱塞泵 1 、冲洗阀2 、两 个前马达 3 、自由轮阀4 、滑行阀5 、两个后马达6构 成。柱塞泵 l 为无杆飞机牵 引车 的行走 提供动 力源 ， 采用了自动控制的方式 ，利用发动机转速变化自动控 制排量 ，实现发动机功率与牵引车速度和牵引力之 间 的合理匹配 ；冲洗 阀 2将闭式 系统 回路 中的液压油与 油箱进行热交换 ，降低闭式系统中执行元件和管道 的 热量 ，以及更新液压油。两个前马达 3 与两个后马达 6是无杆飞机牵引车 四轮独立驱动系统 的主要组成元 件 ，通过 自由轮阀 4实现两 轮驱动 空载高速行驶 与四轮驱动 牵引工 况下 大牵 引力低 速行 驶 之 间 的切换 。在两个后轮 马达 6之 间设 置 了滑行 阀 5 ，其 作用在于当无杆飞机牵 引车 的工作部分夹持举升 装置抱持 飞机前 轮时 ，牵 引车 车轮处 于 自由滑行 状 态 ，使其 随着抱持飞机前轮的过程 自由滑移进入飞机 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 1 9 作者简介洪曼 1 9 8 4 一 ，女 ，硕士研究生 ，主要从 事液压系统 的设计 与控 制的研究 。电话 0 1 06 4 8 8 2 2 7 8 ，Em a i l h o n g ma n _4 52 0 1 63 ．C O U l 。 第 4期 洪曼 等 无杆飞机牵引车液压 系统 的优化 7 9 底部 ，飞机不受任何冲击和损伤 。 1 2 制 动 系统 图 1 行走驱动系统 图 优化前 在原 系统 中 ，为 了便 于 4个 马 达之 间 管路 的连 接 ，在车身中部为每个马达设置了油路块 ，将冲洗阀 2安装在右前马达油路块上 。但 是 ，这个方 案使原 本 有限的空间增 添了元 部件与管件。因此 ，在此 次优化 设计 中取消了两个后 马达油路块 ，直接用 液压管连接 后 马达 6 。 滑行 阀 1 柱塞泵 2 - - 冲洗 阀 3 一前 马达 4～自由轮阀 5 滑行 阀 6 后马达 参 照冲洗 阀 2直接 安装 在 右前 马 达油 路块 的做 法 ，将原本独立安装 的滑行 阀 5安装在左 前马达 油路 块上 ，其 回油与 左前 马 达壳 体 回油 合 流。如 图 2所 示 ，这个方案使原本处于后马达之间的滑行阀 5移 至 前马达 3之间 ，节省 了阀的安装 空间与机 械部件 ，减 少 了管件 ，从而减少 了管接头的故障点。 制 动 系统 图 2 行走驱动系统 图 优化后 2 ． 2 转 向 系统 与行 车 制动 系统 的优 化 如 图 3 a 所 示 ，转 向系统与 行车 制动 系统 由齿 轮泵 1 提供 动力源 ，溢 流阀 2作 为系统 的安全 阀以限 制系统的最高压力 。单路稳流 阀 6 、二位 三通换 向阀 7、8、1 0和转 向装 置 9 包括 转 向器 和转 向油 缸 构成 了无 杆飞机牵引车的双向驾驶转向系统 。二位三 通换 向阀 7 、8 、1 0的换 向实现 了前 、后 双 向驾驶 的 切换 ，避 免了二者之 间操作 的干涉 ，提 高车辆操作 的 安 全性 。行 走制 动 系统 主要 由充 液 阀 3、蓄 能器 4、 制动 阀 5构成 ，制动 阀 5与后 马达 行车 制动 器连接 ， 实现无杆飞机牵 引车的行 车制动 。 如图 3 b 所示 ，此次 优化选用 了插 入式集 成 的 转向制动阀块 l 2 ，替代 了原系统 中分 散布 置 的溢流 阀 2 、充液阀 3 、单 路稳 流 阀 6和二位 三通 换 向 阀 7 这 4个 阀。转 向制 动 阀块 l 2集 这 4个 阀的功 能于一 身 ，与蓄能器 4连接 ，安装在转 向制动板上 ，所 占空 间大为缩小 ，同时减少 了这 4个阀之间的管件 ，减 少 了故 障点 。而二位六 通转 向切换 阀 1 1替代 了原转 向 系统 中的二 位三 通换 向 阀 8和 l 0 ，减少 了一个 阀件 的安装空间与相关 的管件 ，减少 了故障点 。 3 无杆飞机牵引车优化后的评价 此次对无杆飞机牵引车液压系统的优化是在液压 ． 8 O． 机床与液压 第 3 9卷 a 系统 优化 前 b 系统优 化 后 6 7 8 9 1 ～齿轮泵 2 溢流阀 0 3 --Y N 4 ～蓄能器 5 制动阀 6 单路稳流阀 7 、8 一二位三通换向阀 9 转向装置 l O 一二位三通换向阀 l l 一二位六通换向阀 l 2 一转向制动阀块 图 3转 向 、制 动 系统 图 系统原理不变的基础上进行 的，因此只需对压力变化 较大的管路进行测试 。此次优化简化了无杆飞机牵引 车液压系统，有必要对优化后的系统进行经济性评价 和性能测试 。 3 ． 1 优化后前马达壳体回油压力测试 在原系统中 ，滑行阀 回油 口通过单独的液压油管 直接回油箱，而优化后的滑行阀回油与前马达壳体回 油合流 ，因此滑行 阀的开启对前马达壳体 回油压力有 影响 ，有必要对前马达壳体 回油压力进行测试 ，防止 压力冲击对 马达造成损 害。在左 、右前马达壳体回油 口上分别 安装 压力传 感器 ，通 过液压 测试 仪进 行测 试 ，结果如图 4所示。 左前马达壳体 回 l I I - I I I I 幔U 1 右前马达壳体回 哪 I 嵋 L L _ L 几I I r I ■ I _U I I I I ● 啊I l I 1- 删 衄ⅧI 删 Ⅱ 图4 左、右前马达壳体回油压力 当滑行 阀开启 时 ，靠近滑行阀的左前马达壳体 回 油压力瞬间上升到0 ． 1 3 M P a 并保持在 0 ． 1 2 M I C a 上下 波动，而右前马达壳体回油压力瞬间上升并保持在 0 ． 0 8 M P a 上下 波动。当夹持举 升装 置处 于工 作状 态 时马达不工 作 ，因此 0 ． 1 2～ 0 ． 1 3 M P a 的压力 不会对 马达造成损 害 ，滑行阀安装在左前马达阀块上的方案 是可行 的。 3 ． 2 优化后液压系统的经济性评价 此次优化采用 1 个转向制动阀块代替了 1 个转向 切换 阀、1 个单路稳 流阀、1 个充液阀和 1 个溢流 阀， 1个二位六通换向阀代替 了 2个二 位三通 换 向阀 ，比 原系统减少了 3 0个组合密封垫 、5 9个液压接头 、l 8 根液压软管 ，成本降低 了 8 0 0 0多元 。 3 ． 3 优化后无杆飞机 牵引车性能测试 此次液压系统 的优化 是在液 压原 理基本 不变 的 基 础上进行 的元部 件集 成化设 计 ，因此优化 后 的无 杆 飞机牵引车主要 性能是 否与原 车一 致是测 试 的 目 的。 经过测试 ，优化后的无杆 飞机牵引车在长时间连 续工作的过程中转向系统、制动系统、工作系统以及 应急解脱 系统运行正常 ，性能 良好 ，证 明元部件的集 成设计是合理可行的。优化后的元杆 飞机牵引车牵引 力为2 7 k N，在空载状态下两轮驱动时最高速度达到 3 7 k m ／ h ，满 载 状 态 下 四 轮 驱 动 时 最 高 速 度 达 到 1 4 k m ／ h ，均达 到技术要求。 4结 论 针对无杆飞机牵引车液压系统元件布置过于分散 而进行优化，将管路之间存在联系的元部件集成为一 体是 主要 的优化方案 。集成化的元件结构紧凑 ，安装 位置灵活 ，不但简化 了管路 ，减少 了管件 ，同时也简 化 了机械 结构 ，降低 了成 本。集成 化 的元 件组装 方 便 ，降低 了工人 的劳动强度 ，减少 了安装 时间。由于 减少了液压管路，也减少了故障点，提高了系统可靠 性，维修人员的工作量也减少了。经性能测试，优化 后的无杆飞机牵引车各部分运行正常，各项性能达到 技术要求 。 参考文 献 【 1 】 张利平， 周兰午， 齐习娟． 现代机床液压站设计的结构选 型[ J ] ． 制造技术与机床 ， 2 O 0 O 1 0 1 1 1 3 ． 【 2 】张利平． 液压系统传动与设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 5 ． 6 ．