大型矿用自卸车静液压传动系统设计毕业设计(编辑修改稿)

大型矿用自卸车静液压传动系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

为复杂。 b）方案中采用一组变量液压马达，调速范围扩大，考虑到前桥或后 桥能从高速档脱开，这种方案具有较高的牵引动力特性，但却没有消除 a）方案中形式②的弊病。 c）方案中全部采用变量泵和变量马达驱动，消除了上述弊病，同时由于柴油机转速可调，因而大大提高了轮式车辆的牵引动力特性。 b）方案和 c）方案均适用于大多数轮式工程车辆。 第 3 章 静液压驱动系统的设计 第 17 页 共 59 页 a） c） 图 行走机构液压传动方案 3． 5 液压传动系统的设计计算 重型运输机械行走机构功率大，前进、后 退交替换向频繁，负载变化剧烈。 要求液压系统及元件要适应这种复杂工况，系统压力相应也很高，一般都在 20MPa以上。 通过一系列计算确定液压传动和车辆数据，绘制出相应的曲线，从而确定车辆在其整个运转范围内的特性。 确定液压系统的工作压力 液压系统的工作压力是指液压系统正常运行时所能克服的外载荷的最高限定压力。 在实际工作过程中，系统压力是随着载荷大小的不同而变化的。 液压系统的工作压力是根据车辆机械的技术要求，经济效果和目前液压技术所能达到的水平来确定。 在外负荷已定的情况下，系统压力选得越高，各液压元 件的几何尺寸就越小，使结构紧凑，重量轻。 特别是对大型运输机械来说，选取较高的工作压力更为重要，压力的选择还要考虑制造密封等因素，压力太高，密封要求也该，制造维修困难。 现在工程车辆机械所用的工作压力大致有： 1． 中压：压力为 10～ 20MPa，常用于农用机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机等的压力等级。 2．高压：压力为 20～ 32MPa，常用于液压机、大中型挖掘机、重型机械和起重运输机械等。 b） 第 3 章 静液压驱动系统的设计 第 18 页 共 59 页 3．超高压：压力超过 32MPa。 根据国家系列标准值，结合该大型矿用自卸车行走驱动系统的工作压力小于 33MPa 的要 求，选用驱动液压系统的工作压力为 p =32MPa。 液压传动参数及性能的计算 为设计车辆用液压传动系，必须根据车辆要求的最大驱动力 maxF 与最大行驶速度 maxv 进行液压传动参数的确定。 1．需要牵引力（运行工况） 对于行走运输车辆，其载荷力矩主要是来自驱动轮的阻力矩。 大型矿用自卸车最大载重量为 108t，车辆自重为 85t，最高速度为 max =50km/h，高速运行时要求爬坡度为 12‰ (即 )，低速运行时最大爬坡度为 17%（即 ），由公式（ 34）可得， 依照最大爬坡度要求，低速运行时的牵引力，即最大牵引力： maxF = s i n c o sk f iF F F G G f    =（ 108+85） 1000 （ 176。 +176。 ） = 354346 N 式中： f — 车辆滚动阻力系数， 取  — 爬坡角，  =arc = 176。 高速运行时的要求的最大牵引力： maxVF = s i n c o sk f iF F F G G f    =（ 108+85） 1000 （ 176。 +176。 ） = 60520 N 式中：  =arc = 176。 2．驱动功率 P驱 车辆低速运行爬坡度为 17%时要求的牵引力是最大的，此时，对车辆速度无特别要求，只要能爬上坡即可。 108t 自卸车在额定爬坡（ 8%坡度）时要求的运行速度为 8 km/h，现在取最大爬坡时的车辆速度为 km/h，此速度为车辆的最小速度，即 maxF = km/h。 因此低速运行时的车辆牵引功率为 k3600FP 驱 = max max3600FF  = 354346  = 443 kW 式中 为传动效率，取 最高速度运行时要求能爬上 12‰的坡度，此时的车辆牵引功率为： 第 3 章 静液压驱动系统的设计 第 19 页 共 59 页 k3600FP 驱 = max max3600VF  = 60520 503600  ≈ 1053 kW 由以上计算知，要满足车辆在高 速运行时的要求，须取 P驱 = 1053 kW。 3．变换范围 R 变换范围是根据车辆要求的最大参数决定的，其计算公式为： max maxHCFR P驱 （ 36） 式中： max 单位为 m/s， P驱 单位为 W H — 液压系统效率 C — 机械传动效率 当 R ≤ 3 时，由变量泵单独变换； 当 R ＞ 3 时，由变量泵 变量马达变换。 总的变换范围分为变量泵的变换范围 1R 和变量马达的变换范围 2R ， 12R R R （ 37） 由式（ 36）可以算得变换范围 R = 350354346 3 .60 .8 0 .9 1 0 5 3 1 0  = 式中： H 取 ， C 取 可见，总的变换范围 R ＞ 3，需要用变量泵 变量马达系统变换，最终选定为图 c)方案。 变量泵和变量马达的变换范围分别为： 12 6. 49R R R  = 4．液压泵和液压马达的参数计算 108t 矿用自卸车载重大，要求马达扭矩很大，而且速度高，由低速到高速的变换范围大，所选液压泵和液压马达必须能同时满足低速牵引和高速运行的要求，用四个马达驱动，设置两个档位，其传动比分别为 1i 和 2i。 在设定档位时要求车辆换档要尽量使冲击力小，换档平稳，两个档位之间传动比的比值一般在 3 左右，为此，设置低速档传动比为 1i =，高速档为 2i =1。 液压马达的基本参数主要是排量和转速，所选择的液压马达必须满足机械的动力及行驶速度的要求。 马达扭矩： 第 3 章 静液压驱动系统的设计 第 20 页 共 59 页 McwFrT nii （ 38） 式中： F — 牵引力， N r — 驱动轮半径， r = n — 马达数量， n =4 ci — 轮边减速器传动比，取 ci = i — 齿轮传动比，分别为 1i 和 2i w — 传动系效率，取 马达转速： 602M cviin r （ 39） 式中： v — 车辆运行速度， m/s Mn 单位为 r/min 其他各参数与上面相同。 马达排量： 2M MmMTq p （ 310） 式中： p — 系统压差， p =32Pa Mm — 马达机械效率，选用柱塞马达，取 Mm =。 根据已经计算出的马达的排量和马达在大排量时的最高转速以及系统的工作压力，选择标准系列的马达。 在选择了马达以后，液压油泵的选择应满足液压马达对流量和压力的要求。 油泵的流量应满足马达在作业时的最大速度要求，由下式确定： 1000MMPVPnqQ  （ 311） 式中： PV — 泵的容积效率，选用柱塞泵，取 PV = 行走油泵的排量可按下式确定： 1000P P PQq n （ 312） 式中： Pn — 泵的转速，由发动机转速和分动箱确定 第 3 章 静液压驱动系统的设计 第 21 页 共 59 页 （ 1）低速方案 低速运行时车辆牵引力大，低速档即Ⅰ档传动比 1i =，由以上计算，最大牵引力为 maxF = 354346 N，在最大牵引力时的速度为 maxF = km/h，将各个参数代入式（ 38）得马达最大扭矩： maxM cwFrT ni i = max1cwFrnii = 354346 8   = 1552 Nm 代入式（ 39）得马达转速： max 602MF cvi in r = max 1602Fcv iir =    = 556 r/min 由式（ 310）可以求得马达排量： max 2M MmMTq p  = max2 MmMTp =62 155232 10  = 321 ml/r 则所需泵的流量由式（ 311）得： 39。 1000MMPVP nqQ  = max max1000MF MPVnq = 556 3211000  = 188 L/min 用一个泵带两个马达，则泵的流量： PQ =2 39。 PQ =2 188=376 L/min 式（ 312）算得泵的排量： 1000PPPQq n =max1000PPQn =1000 3762100 = 179 ml/r （ 2）高速方案 高速运行时车辆牵引力较小，高速档即Ⅱ档传动比 2i =1，由以上计算，高速行驶时的最大牵引力为 maxVF = 60520 N，最 高时速为 max =50 km/h，将各个参数代入式（ 38）得马达扭矩： 第 3 章 静液压驱动系统的设计 第 22 页 共 59 页 maxv cwFrT ni i = max2VcwFrnii = 60520 4 1    = 848 Nm 由式（ 310）可以求得马达排量： max 2M MmMv Tq p  = max2 MmvTp =62 84832 10  = 175 ml/r 由式（ 39）得马达最高转速： max 602M cvi in r = max 2602 cv iir = 5060    = 2415 r/min 则所需泵的流量由式（ 311）得： 39。 1000MMPVP nqQ  = max max1000  = 2415 1751000  = 445 L/min 用一个泵带两个马达，则泵的流量： PQ =2 39。 PQ =2 445=890 L/min 式（ 312）算得泵的排量： 1000PPPQq n =max1000PPQn =1000 8902100 = 424 ml/r 由求得的泵的排量 Pq =421 ml/r 和泵的转速 maxPn =2100 r/min 选取泵，无符合要求的泵，现在取泵的转速 maxPn =1800 r/min，则由此算得的泵的排量为： max1000PPPQq n = 1000 8901800 =494 ml/r 选取 液压泵的排量稍大于计算值， Pq =500 ml/r （ 3）验证两种方案的可行性 ①低速方案验证高速方案 若选用低速方案计算得的泵和马达，则在高速状况下只需验证车辆速度。 m ax m ax239。 VP VMMvPPMvqnn q  第 3 章 静液压驱动系统的设计 第 23 页 共 59 页 = 1 7 9 2 1 0 0 0 .9 5 0 .9 52 175  = 969 r/min﹤ maxMn 可见，低速方案不能满足高速行驶要求，达不到车辆的 技术要求 ②高速方案验证低速方案 若选用高速方案计算得的泵和马达，则在低速状况下只需验证马达扭矩。 m axm ax 239。 2PMMFPMpQT n  =633 2 1 0 8 9 0 1 0 0 .9 5 0 .9 52 2 5 5 6    = 3681 Nm﹥ maxMT 可见，选用高速方案计算得的泵和马达远能满足低速牵引的要求，此时的低速比556 r/min 大很多，在满足最大牵引力状况下马达转速： maxm。