静液压驱动系统在高速越野叉车上的应用研究

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纯机械传动由于 结构简单 , 成本低, 效率较高曾 经得到普遍应用, 但发动机平均负荷系数低, 换挡惯 性冲击大, 不能实现全轮驱动。 液力传动的突出优点是具有接近于 双曲线的输 出扭矩 转速特性, 配合动力换挡式机械变速器能够自 动匹配负荷 , 并防止动力传动装置过载。但最大的缺 点是传动效率低, 燃油消耗率高, 作业时低速稳定性 不好。 而静液压传动由于本身所具有的高功率重量比、 结构体积小、 调速范围宽、 电控方便、 易于实现恒扭矩
Application research of hydrostatic drive system in high speed off road forklift
CH EN Jin quan , HU Jun ke , ZHANG Zheng m ing ( Co llege o fM echan ica l and E lectrical Eng in eering, C entral South University , Changsha 410083, Ch in a)
现代制造工程 2010 年第 4 期 的转换。四马达的独立驱动减少了传动轴、 分动器等 装置 , 增加了越野 性。使用独立驱动 , 还可以根据需 要进行马达同侧异向的控制 , 实现零半径转向。系统 中的电磁换向阀 7 可实现全时和分时驱动, 可适合各 种路面行驶, 也可避免由于某个马达的损坏引起系统 的瘫痪。 2 2 2 采用 HA2 自变量马达 [ 4] 系统采用 HA 自变量马达 , 能根据系统压力自 动调节其排量, 并有 HA1 和 HA2 两种控制方式, 排量 变化区间内系统压力变化量分 别为 1MP a 和 10 M Pa 。 越野叉车在恶劣路况下负载变化非常大, 系统压力变 化很快, HA1 变量马达容易导致马达排量过快变化 , 出现车速 急剧变化 甚至 失控, 使得系 统容易 发生故 障。而 HA2 马达由于排量变化区间大, 选用该控制方 式可以避免出现类似用 HA 1马达时车速失控的问题。 2 2 3 采用综合散热方式 在该液压传动系统中, 泵和马达对液压油运动黏 度要求较高, 一般为 16~ 32mm / s 。 如果系统散热不 好, 油温过高 , 将会导致系统工作不正 常。国内在应 用静液压传动系统时, 系统散热一直是很难解决的问 题
1 越野叉车闭式静液压传动基本原理
作为有越野要求的叉车 , 其行驶过程中有正反向 行驶和制动等要求, 且负荷将随地形、 速度等因素剧 烈变化 , 同时它的越野性能需要有较大的变速比。为 适应越野性能的这种负荷特点, 使发动机功率得到最 充分的利用, 从而使整个系统达到最佳匹配, 需要采 用由变量泵 变量马达组成的闭式变量液压系统, 其典 型闭式静液压回路如图 1所示。
Abstrac t : H igh speed off road fork lift is a special fo rklift hav ing both h igh speed and cross country performance , wh ich is su itab le for large rang and long d istance w ild fie ld w ork , and can follow the transpo rtation tea m in a high speed. By compar ing severa l bas ic transm ission modes o f forklift , the advantages o f c losed hydro sta tic transm iss ion w ere conc luded , and the scheme o f c lo sed hy dro sta tic drive syste m o f h igh speed o ff road fork lift was deter m ined; a i m ing at ex isting proble m s of h igh speed hydrosta tic dr ive syste m, re lated so lutions w ere g iven and m atch ing ca lculation of the hydraulic trans m ission syste m was perfor m ed , acco rd ing to the m a in design param eters o f a new spec ia l h igh speed o ff road fork lift designed by a ce rtain research institu te , prov id ing theo retical basis fo r application research o f hydrostatic driv e syste m in high speed o ff road fork lift . K ey word s : hydrostatic drive ; fork lift ; cross country pe rfo r m ance ; m atch ing ca lculation
。与纯机械
传动、 液力传动和电力传动方式相比 , 采用闭式静液 压驱动的越野车辆在调速性能、 全桥驱动和 高 /低 速 作业性能稳定等方面有更多的优势 , 采用这种方式的 高速越野叉车应该是未来叉车的发展趋势。 123
现代制造工程 2010年第 4 期
设备设计 /诊断维修 /再 制造 可以改变液压马达输出速 度的大小和方向。通过改 变马达的排量 , 使系统在外负荷有较大变化时 , 液压 系统的压力在较小的范围 内变化。系统的最大工作 压力由安全阀 3 所限定。因为是闭式系统, 在工作中 油路的高 /低压要互换 , 因此设置了两 个安全阀。冲 洗阀 7 用冷油来补充系统泄漏, 同时可以对闭式系统 进行散热 , 根据冲洗对象的不同 , 冲洗分为回路冲洗 和壳体冲洗两种。 补油 泵 5 向系 统 的低 压 管路 补 油, 其 作 用有 : 1) 通过单向阀 4 向系统的低压管道补油 , 以补充系统 的泄漏量 , 并可在低压管道中建立起一定的低压, 改 善泵的输入、 吸入性能 , 防止气蚀现象和空气渗入系 统; 2) 通过补油路中油液的循环, 使系统温度下降 ; 3) 提供变量控制机构的控制压力油路 , 保证控制系统正 常工作。
设备设计 /诊断维修 /再 制造
现代制造工程 2010 年第 4 期
静液压驱动系统在高速越野叉车上的应用研究
陈金全, 胡军科 , 张峥明 (中南大学机电工程学院, 长沙 410083)
摘要 : 高速越野叉车是具有高速性和越野性的特种叉车 , 适用于大范围、 长距离的野外 作业 , 同时也能跟随运输队高速行 进。通过对叉车几种基本传动方 式的比较 , 得出闭式静液压驱动的优越性 , 并设计了高速越野叉车的闭式静液压驱动系 统 ; 针对高速时静液压驱动的常见问题 , 提 出相应的解决方案 , 并以某 研究所新研 发的高速 越野叉车的 主要技术 参数为 依据 , 进行液压传动系统的匹配计算 , 其结论对设计叉车静液压驱动系统具有一定的参考价值。 关键词 : 静液压驱动 ; 叉车 ; 越野性能 ; 匹配 计算 中图分类号 : TH 137 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 3133( 2010) 04 0123 05
图 1 典型闭式静液压回路
1 变量闭式泵 4 单向阀 5 补油泵 2 变量马达 3 安全阀 7 冲洗阀 6 补油溢流阀
2 越野叉车液压传动系统设计
2 1 越野叉车闭式静液压传动系统方案 根据越 野叉 车 工作 特 性 和高 速 车 辆的 性 能要 求
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在闭式静液压传动系统中 , 变量泵的进出口直接 与马达的进出口接通, 油液不需经过油箱, 故称为闭 式系统。变 量泵 既是 液 压能 源 又是 主 要的 控 制组 件 , 通过调整泵的排量改变泵的流量大小和方向 , 就
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设备设计 /诊断维修 /再 制造 图 2 中, 件 2 为闭式液压双向变量泵, 其排量采用 电比例控制的调节方式。泵内带有补油泵 , 并装有带 电指示器的过滤器, 补油泵向低压油路补油, 主要是 补偿系统各处泄漏的油液以及经冲洗阀溢流的油液, 保证泵的吸油压力不至于太低, 从而避免发生吸空, 由于补充的是油箱的油液, 还起到冷却系统油液给系 统散热的作用, 同时为系统提供控制压力油。 图 2 中, 件 3 为冲洗阀, 低压油路的一部分油液经 其中的溢流阀流回油箱, 而补油泵补偿溢流的油液, 通过系统中热油和油箱中 冷油的交换达到散热的目 的。件 4 和件 8为与压力有关的自变量马达 , 能够根 据系统压力自动调节其排量, 从而实现变速。件 5 为 流量分配阀 , 如图 3 所示 , 根据阀芯两端的压力比例调 节阀芯的开度, 控制两油路的流量, 从而调节左右马 达的转速。件 6为走行控制单元 , 如图 4 所示 , 避免当 整个控制系统突然失电时 速度突然变化造成意外事 故。件 7 为两位五通电磁换向阀, 实现叉车采用两轮 驱动还是四轮驱动的切换控制。
[ห้องสมุดไป่ตู้5] 2
。本文在设计液压系统原理时采取了以下措施。
1) 变量马达自带冲洗阀进行壳体冲洗 ; 同时, 采 用大流量的冲洗阀进行回路冲洗, 有效地散热。 2) 在泄油口进行冷却。由于泄油口处油温较高 ,
图 3 流 量分配阀 图 4 走行控制单元
通过冷却器对泄油口进行冷却效果更加明显。 3) 适当加大补油泵的流量 , 也就加大了系统冲洗 油流量, 能起到较好的冷却作用。 2 2 4 采用有掉电保护功能的行走控制单元 高速越野叉车具有高速行驶车辆的特点, 一旦电 比例泵电磁铁掉电, 在对中弹簧的作用下变量伺服阀 将回到中位 , 液压泵的排量很快减小为零 , 如不采取 措施 , 马达会变成泵工况 , 将对液压系统造成很大的 损坏甚至使系统瘫痪, 因此 , 高速行驶时的突然掉电 很有可能造成行车事故, 这也是目前静液压行走机械 难以实现高速的一个重要原因。 本文所设计的系统在回路的 A、 B 口中间增设了 一个行走控制单元 6 。行走控制单元的两端与回路的 A、 B 口连接, 将电磁铁 YV3 与变量泵 2 的比例变量电 磁铁 YV1 和 YV 2 电气互锁。当系统正常工作时, 梭 阀引入口 A、 B 中的高压油, 使插装阀关闭 , 口 A、 B互 不相通。一旦变量泵电磁铁 YV1 或 YV 2掉电时 , YV3 断开 , 插装阀的控制油口通油箱 , 插装阀开启, 液压马 达口 A、 B 连通, 由于插装阀流量比较大, 油液可以在 [ 2] 插装阀和马达之间构成回路, 有效地保护了系统 。 125