GJW111A型轮胎式液压挖掘机动力系统.pdf

[ 2 1 徐立民， 陈卓． 回 转支承【 M 】 ． 安徽 安徽科学技术出版社 ， 1 9 88 3 6 -- -40． 【 3 ]谢荣， 屈威． 浅析 回转支承市场[ J J ． 决策参谋 ， 1 9 9 9 2 9-1 0． [ 4 ]孔德文． 液压挖掘机[ M 】 ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 7 ， 1 2 7 - 1 3 0 ． [ 5 】 孔凌嘉 ， 王晓力． 机械设计【 M 】 ． 北京 北京理工大学出版 社， 2 0 0 6 ， 1 3 9 1 4 0 ． [ 6 ] S H I B U K A WA S O U S HI ， S A I T O A T S U S H I ， S A I T O Y0HE I ． S I 正WI NG DE VI C E F OR C0 NS T RUCT 1 0N M A C H I N E R Y， J P 2 0 0 5 1 7 2 1 3 8 [ P ] ． 通信地址 江苏昆山经济开发区三一重机大挖研究院 2 1 5 3 0 0 收稿 日期 2 0 1 1 1 1 1 4 GJ W1 1 1 A型轮胎式液压挖掘机动力系统 张玉钱， 李鹏， 刘宇波 贵州詹阳动力重工有限公 司 摘要 考虑客户提出的节能、 环保要求， 需将 G J Wl l 1 型轮胎式液压挖掘机原发动机更换为 满足国 I I 排放标准的康明斯发动机。设计改型产品 G J Wl l 1 A型轮胎式液压挖掘机的动力系统， 在 其他功能模块基本保持不变的情况下， 根据负载的特点确定发动机参数和散热器参数。通过计算和 分析， 选择发动机及冷却系统 ， 使匹配达到最优的效果， 并保证挖掘机的动力性能， 从而提高整机的 工作效率， 最大限度地满足客户需求。 关键词 动力系统 ； 改进 ； 挖掘机 G J W1 1 l 型轮胎式液压挖掘机是我公司生产 的 一 款主力机型， 最高行驶速度可达 5 0 k m ／ h ， 凭借高 速和灵活性，该机型为抢险救灾作出了重大贡献。 它还适用于寒冷气候、 炎热气候、 高原和沙漠地区 等特殊环境 。 考虑客户提 出的节能 、 环保 要求 ， 需将原满足 国 I 排放标准的康 明斯发动机更换为满足国 I I 排 放标准的康明斯发动机。对原动力系统进行重新设 计 ， 在其他功能模块基本保持不变 的情况下 ， 最 大 限度地满足客户需求 。改型后 的产品型号 为 GJ W 1 1 1 A。 1 确定发动机参数 轮式挖掘机 的行走功率一般大于挖掘功率 ， 所 以 ， 只要发动机功率满足 了行走功率 的要求 ， 就可 满足挖掘功率的需要。由轮式挖掘机的最大行驶速 度来确定其行走功率。 1 ． 1 整机的行走功率 该机型的整机质量为 2 0 t ， 在水泥 、 沥青路面上 的最大行驶速度为 5 0 k m ／ h ，设整机的行走功率为 则 wz f ‘ G。 V ’ C O S o d 3 6 7 G‘ ’ s i n o d 3 6 7 1 式 中 厂 为滚动 阻力 系数 ； G为整机质量 ， k g ； v为最 高行驶速度 ， k m ／ h ； c 为整机与水平面的夹角 。 在水泥、 沥青路面上行走 ， a 0 。 厂 取为 0 ． 0 3 ， 则 为 z O． 0 3x 2 0 0 0 0 x 5 0 x c o s 0 ／ 3 6 7 20 00 0 x5 0 x s i n 0 ／ 3 6 7 8 1 ． 7 k W 1 ． 2 主泵所需的输 出功率 矾 Wb WJ ／ 卵 2 式中 叼为机械传动的总效率， 取 0 ．9 2 ； 7 为行走马 达的总效率， 取 0 ． 8 7 。 Wb 8 1 ． 7 ／ 0 ． 9 20 ． 8 7 1 0 2 ． 1 k W 1 ． 3 柴油机的最大功率 W。 W咖 z x _ d h 1 ． 1 3 式中 为主泵的总效率， 0 ． 8 7 ； W 为转向泵的最大 功率 ；W 为伺服泵的最大功率； W j 为空调压缩机 的最大功率 ； W 为独立散热 系统驱动泵 的最大功 率， 为回油背压差最大损失功率。 1 伺服泵 的最大功率 W p ‘ Q s ／ 6 O 叼 4 式中 P 。 为伺服泵的工作压力， 4 M P a ； Q s 为伺服泵的 作者简介 张玉钱 1 9 6 6 一 ， 男， 贵州铜仁人， 工程师， 学士， 研究方向 工程机械。 一 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 最大流量， L ／ ra i n ； r ／ 为伺服泵的效率， 0 ． 9 5 。 伺服泵的最大流量 Q q n 2 1 0 0 0 1 6 X 2 0 0 0 ／ 1 0 0 0 3 2 L ／ m i n 式中 q 为伺服泵的最大排量 ， 1 6 m L ／ r ； n 为伺服泵 的最大转速 ， 2 0 0 0 r ／ m i n 。 W 43 2 ／ 6 0 X 0 ． 9 5 2 ． 0 2 k w 2 转向泵的最大功率 转向系统的工作压力为 1 0 MP a ， 转 向泵的最大 排量为 2 0m L ／ r ， 转速为 20 0 0 r ／ mi n 。 类同伺服泵计算可得转向泵的最大流量 Q 和 功率 Q 2 O2 0 0 0 ／ 1 0 0 0 4 0 L ／ m i n Wx 1 0 X 4 0 ／ 6 0 X 0 ． 9 5 6 ． 3 3 k W 3 空调压缩机的最大功率 i 为 2 k W。 4 独立散热系统驱动泵所需最大功率 Wd p d ‘ Q d ‘ T a ／ 6 0 p d 。 q d ‘ l t d r ／ d ／ 6 0 1 o o o 5 式中 P 为驱动泵的最大工作压力， 2 1 M P a ； Q 为驱 动泵 的最大流量 ， L ／ mi n ； q 为驱动泵的最大排量 ， 3 8 m L ／ r ； n d 为驱动泵 的最大转速 ， 2 2 0 0 r ／ m i n 。 为驱 动泵的总效率 ， 0 ． 9 5 。 Wd 2 1 3 82 2 0 0 0 ． 9 5 ／ 6 01 0 0 0 2 7 ． 8 f k W 5 回油背压差功率损失 Wh Q △P ／ 6 0 6 式 中 Q为系统各泵 的流量之和 ，约为 5 7 9 L ／ m i n ； AP为回油压力差 ， 0 ． 5 MP a 。 Wh 5 7 9 X 0 ． 5 ／ 6 0 4 ． 8 2 k W 则柴油发动机的最大功率 根据式 3 可得 c 1 0 2 ． 1 ／ 0 ． 8 7 6 ． 3 3 2 ． 0 2 2 2 7 ． 8 4 ． 8 2 X 1 ． 1 1 7 6 ． 4 k W 根据计算结果 ， 结合发动机厂家提供的参数 ， 选取额定功率为 1 8 6 k W， 额定转速为 2 2 0 0 r ／ mi n的 美国康明斯柴油发动机 L G J W1 1 1 - 6 C 8 ． 3 1 12 。 2 整机的主要技术参数 发动机排放 达到 T i e r 2 ／ S t a g e I I 轴距 ra m 3 1 0 0 轮距 m m 2 1 0 0 底盘离地间隙 ram 3 0 0 行走速度 高速挡 ／ 低速挡 k m／ h 5 0 ／ 3 0 爬坡能力 ％ ／ 。 3 6 ／ 2 0 液压流量 L ／ m i n 2X 2 1 0 液压压力 M P a 3 0 铲斗挖掘力 k N 9 2 3 动力系统的设计 3 ． 1 动力系统结构和分析 轮式挖掘机动力系统主要由主泵 、 联轴器 、 柴油 机 、 进气系统 、 排气系统、 燃 油系统以及冷却系统组 成。根据客户的要求， 各部分与原机其他模块要有 互换性 ， 经过计算和分析 ， 主泵、 联轴器 、 进气系统 、 排气系统以及燃油系统采用原来的功能模块即可 满足要求。只需对冷却系进行统重新设计， 并保证 其安装方式基本不变 。 3 ． 2 冷却系统设计 根据发动机 的要求 ， 冷却 系统应为带空气 中冷 器的独立散热冷却系统 原来 的冷却 系统 已不能满 足发动机的要求 ， 主要 由散热器 、 风扇总成 、 风扇 驱动马达 、 驱动泵 、 比例阀、 传感器以及控制器等组 成 ， 如 图 1 所示 。 整机质量 t 2 0 1 图 2 1 独立散热冷却 3 系统模块 4 ． 散 热 器 ． L 厨 功 与 达 ． 明 匀 之 ． 比 例 堡 兰 ⋯⋯． ⋯ 1 3 ．2 _1 对 冷 却 系 统 散 热 量 的 要 求 耋 兰 一 、 L GJ w 卜 6 C 8 3一 T 2 ⋯ 一 1 嚣 散 热 量 要 求 不 小 于 发 动 机 额 定 功 率 k W 1 8 6 ⋯． 二 ～ ⋯⋯ ⋯⋯ ～⋯⋯ ⋯一一 ’ ’ 耋 銎 至 篓 i 2 2 0 0 ⋯ 。对 空 气 中 冷 器 的 要 求 散 热 量 要 求 不 小 于 发 动 机 最 大 转 矩 N m 1 1 5 7 ⋯ ．、 二 ～一 ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯⋯一 ’ ’ 一 1 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 对油散热器的要求 散热量要求不小于 5 9 k W 。 3 ． 2 ． 2 独立散热冷却系统的工作原理 如 图 2所示 ， 独立散热冷却 系统根据发动机的 水温 、 进气温度及系统油温 的变化 自动调节风扇的 转速。独立散热冷却系统根据温度传感器提供的数 据， 经过控制器处理后输出电信号 ， 通过调节比例 阀油路的开启来控制风扇马达 的转速 ， 实现对风扇 的控制 ， 并达到节能减排的 目的。 图2 独立散热冷却系统工作原理简图 3 ． 2 - 3 散热器元件 的参数 散热器元件参数如表 1 所示 。 表 1 散热器元件参数 项 目 水散热器 油散热器 中冷器 散 热量 ， k W 1 0 7 ． 5 6 0 ． 7 5 1 ． 7 最大流量 ／ L ／ m i n 2 7 6 4 o o l 8 6 6 0 冷却介质 F D 一 2 A L HV - 4 6 空气 介质使用温度 ／ ℃ 9 0 1 0 0 7 0 8 0 6 0 6 5 使用环境温度 ／ ℃ 4 0 4 0 3 0 最 大 迎 风 面 积／ 8 6 0 9 0 8 8 0 0 4 5 6 8 6 0 4 4 8 m m mm 4 动力系统在回转平台上的布置 G J W1 1 1 A型轮式挖掘机动力系统在 回转平台 上进行布置时 ， 为了保证互换性 ， 仍然使用原 回转 平台和机罩模块 ，通过改变发动机支脚 的形状 ， 以 及 冷却系统的外形尺寸 ， 使原司机室、 主泵 、 机罩 、 液压箱和配重安装位置保持不变。这种方案的优点 在于既解决了新增模块的安装位置问题， 又满足了 与原机模块互换性的要求， 使回转平台的质量分布 更加合理 ， 提高 了整机工作时的稳定性 。动力系统 布置情况如图 3所示 。 图 3 动 力系统布置简图 5 结束语 G J W1 1 1 A型轮式液压挖掘机是在我公司 G J W1 1 1 型轮胎式液压挖掘机的基础上成功研 发的～款改进型工程设备， 可以直接使用原轮 胎式液压挖掘机的底盘部分和回转平台部分 ， 不用额外增加新 的生产线 ； 大量采用原型机的 零件 ，实现改型机和原型机零件 的最 大通用 化 ； 装配时 ， 将改进后 的动力 系统直接安装在 回转平台上 ， 连接好液压和 电气外接接 口， 即可调 试运行， 提高主机装配效率 ； 主机在进行挖掘工作 时 ， 改进后 的动力系统大大提高 了整机 的稳定性和 工作效率 。 参考文献 【 1 ]王玉林， 严锦武． 独立散热系统在平地机上的应用叽工 程机械 ， 2 0 0 5 1 1 1 6 1 8 ． [ 2 】张ZJ l 1 ． 进口液压挖掘机国产化改造[ M 】 ． 成都 西南交通 大学出版社 ， 1 9 9 9 ． 【 3 ]王春行． 液压控制系统【 M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 8 5 2-6 4． [ 4 】同济大学编写组．单斗液压挖掘机[ M 】 ． 北京 中国建筑工 业出版社， 1 9 8 0 ． [ 5 】 李壮云． 中国机械设计大典 第 5 卷 [ M ] ． 江西 江西科学 出版社， 2 0 0 2 ． [ 6 ]黄广田．高原军用工程机械发动机热平衡技术研究【 M 】 ． 南京 解放军理工大学出版社， 2 0 0 5 ． 通信地址 贵州省贵阳市中曹路 9 7号贵州詹阳动力重工有 限公司研发处 5 5 0 0 0 6 收稿 E t 期 2 0 1 1 - 1 1 - 2 8 一 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m