全液压推土机驱动系统计算机辅助设计

全液压推土机驱动系统计算机辅助设计
易小刚1 ,2 , 刘正富1 , 焦生杰1 , 张天琦2
(1. 长安大学 工程机械学院 ,陕西 西安 710064 ; 2. 三一重工股份有限公司 湖南 长沙 410100)
摘 要 : 在 VB6. 0 的平台上 ,通过对全液压推土机行驶静压驱动系统的关键技术参数和牵引特性 的计算分析 , 开发了驱动系统计算机辅助设计软件 。该软件实现了系统参数匹配设计及计算 、参 数校核 、速度刚度计算 、比最大切线牵引力校核 、牵引特性曲线和液压系统的效率曲线绘制等功 能 , 为控制液压系统工作在高效区提供了参考 。经实例验证 , 该软件系统操作简便 , 具有工程实 用价值 。 关键词 : 工程机械 ; 全液压推土机 ; 匹配 ; 系统效率 ; 计算机辅助设计 中图分类号 :TU62215 文献标识码 :A
TL = M k nL Mk = η η nm i M M M ( 7)
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第 5 期 易小刚 ,等 : 全液压推土机驱动系统计算机辅助设计 述范围内 , 说明设计满足要求 ; 若 A p < 1 . 05 , 则设计 不能满足要求 ; 若 A p > 1 . 25 , 虽然能满足设计中量 值上的要求 , 但由于额定压力太大 , 当系统突然出现 超大载荷时 , 易使系统中出现超高压 , 损坏液压元 件 , 此时认为设计能满足要求 , 但不合理 , 且系统最 高压力要适当降低 。 对推土机载荷 , 宜偏小取值 。 1. 5. 2 转速校核 在确定液压元件的实际工作转速时 ,要考虑 : ① 制动工况时发动机转速 nez 大于额定转速 neH , 但小 于 105 % 的 高 速 空 转 转 速 nem ( nem = ( 1 . 05 ～ 1 . 10) neH) , 即 neH < nez < ( 1 . 10 ～ 1 . 15) neH ; ②制动 时泵和液压马达功能互换 , 容积损失使液压马达转 速高于正向驱动转速约 12 % ; ③ 发动机调速器累积 误差 以 及 液 压 泵 流 量 变 化 形 成 的 流 量 误 差 小 于 5 %。 (1) 液压泵的校核工况选择发动机高速空转工 况和车辆液压系统制动工况进行 。由于发动机高速 空转工况时泵的转速一般小于车辆液压系统制动时 的转速 ,所以只对后一种工况进行校核 。 ( 15) ns pm = ( 1 . 15 ～ 1 . 20) n H < n pm 式中 : 为制动工况时泵的转速 ; npm 为泵全排量 下的最高标定转速 。 (2) 变量液压马达应同时确保最大排量和最小 排量两种工况下的使用转速不超过其标定值 。 ① 确定最大排量工况是否满足要求 ( 按行驶制 动工况计算)
作者简介 : 易小刚 (19632) ,男 ,湖南邵阳人 ,三一重工股份有限公司教授级高级工程师 ,长安大学博士研究生 .
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长安大学学报 ( 自然科学版) 2004 年 其中 ,
M k = Fks rd/ η x = 0 . 6 Fk rd / η x ( 8)
1 行驶静压驱动系统参数设计
1. 1 滑转率 δ
式中 : Fks 为推土机单边履带有效切线牵引力 (N) ;
nm 为液压马达输出轴转速 ( r ・ min - 1 ) ; TL 为液压马

式中 : Fkm 为液压马达输出的牵引力 ; M k 为驱动负 载扭矩 ;η x 为履带驱动段效率 ; rd 为驱动轮动力半 径 ( m) ; M m 为液压马达输出扭矩 ; iM 为轮边减速机 构传动比 ;η M 为减速机构部分传动效率 ; qm 为液压 马达作业工况下的排量 ( cm3 ) ;η mt 为液压马达的机 Δ 械效率 ; pm 为液压马达压差 。 1. 3 液压马达外负载扭矩 驱动液压马达外负载扭矩[3 ] 为
式中 : N ip 为 泵 吸 收 功 率 ( kW) ; v 为 作 业 速 度
1. 5 驱动系统参数校核
式中 : f 为滚动阻力系数 ; Gs 为推土机总重量 (N) ; α为 运动表面相对于水平面的倾角 (° )。 除从工作阻力分析切线牵引力以外 , 还可以从 液压马达扭矩来计算切线牵引力 , 而且后者还可以 作为前者的校核 ,公式为 η Fkm = M k x / rd η M k = M m iM M η Δpm / 2 π M m = qm mt 综合有 η Δpm iM η η/ 2 πrd Fkm = qm mt M x
滑转率 [1 ,2 ] 与有效牵引力的关系式为 .1 δ = 0 . 05φx + 3 . 92φ14 x
达负 载 力 矩 ( N ・m) ; nL 为 驱 动 链 轮 的 转 速
( 1) (r ・ min - 1 ) 。
φx = Fkp/ G ( 2) 其中 , φ 式中 : φx 为单位附着重力的有效牵引力 (N) ; Fkp 为 有效牵引力 (N) ; G φ 为附着重力 (N) 。 对于推土机 , 额定滑转率的确定不是从满足车 辆行使速度出发 , 而是为了使机器获得最大的生产 率 。参照传统的履带式推土机 , 基于牵引效率和生 产率 的 双 重 考 虑 , 一 般 取 额 定 滑 转 率 为 10 % ～ 15 % 。 1. 2 切线牵引力 履带 式 推 土 机 在 作 业 过 程 中 , 其 切 线 牵 引 力 [1 ,3 ]用于克服车辆前进的各种外部阻力 。在稳定 工况下 ,有以下关系式
Computer2aided2design for drive system of f ull hydraulic bulldozer
YI Xiao2gang1 ,2 , LIU Zheng2fu1 , J IAO Sheng2jie1 , ZHANG Tian2qi2
(1. School of Engineering Machinery , Chang’ an University , Xi’ an 710064 ,China ; 2. Sanyi Heavy Industry Limited Company , Changsha 410100 ,China)
Abstract : Based on the Visual Basic 6. 0 , the computer2aided2design software for the drive system of full hy2 draulic bulldozer was developed through the analysis and the computation of the key technical parameters and the drive performance. The software involves the design and computation of the parameters matching and pa2 rameters checking , the computation of the velocity rigidity , the check of the maximum drive force , drive per2 formance and hydraulic system efficiency curves drawing. The software can control hydraulic system working in a high2efficiency section. The application results show that the software can be easily operated. Key words : construction machine ; full hydraulic bulldozer ; matching ; system efficiency ; computer2aided2de2 sign
Fk =
可以通过液压马达的负载扭矩 , 校核在作业工 况下由各种外部阻力所决定的液压马达的工作压力 Pm (MPa)
Pm =
πTL 2 + pr η mt qm
( 9)
式中 : pr 为系统的补油压力 (N・ m - 2) 。 1. 4 牵引特性 牵引特性 [1 ] 是推土机行驶速度与推土机提供的 牵引力之间的关系 , 它反映的是推土机整机性能的 一个重要指标 。 推土机牵引特性方程为 3 η η η N (1 - δ )/ v ( 10) Fk = 7 . 2 ×10 η M x p m ip Δ pp/ ( 60 000η N ip = n pqp pt )
( 11)
∑F
= Ff + F α + Fx
( 3)
式中 : Fk 为切线牵引力 (N) ; ∑F 为各种外部阻力 的总和 (N) ; Ff 为推土机作业时的滚动阻力 (N) ; F α 为推土机作业时的坡道阻力 (N) ; Fx 为推土机作业 时的工作阻力 (N) 。 ( 4) 其中 , Ff = f Gs cos α
F α = Gs sin α ( 5)
式中 : np 为泵转速 ; qp 为泵排量 ;Δ pp 为液压泵压 差 ;η pt 为泵的机械效率 。 将式 ( 1) ,式 ( 2) 代入上式整理得 3 η η ηN G / Fk = 0 . 995 7 ×7 . 2 ×10 η M x p m ip φ
( 0 . 202 5 ×7 . 2 ×103η η η ηN + G φv ) M x p m ip ( km ・ h - 1) 。 ( 12)
第 24 卷 第 5期 2004 年 9 月