浅谈叉车静压传动系统设计与匹配

浅谈叉车静压传动系统设计与匹配
发表时间：2018-05-25T10:40:43.217Z 来源：《防护工程》2018年第2期作者：杜烺烽
[导读] 介绍了发动机恒功率控制和变功率控制两种控制方式，简介了越野静压传动叉车的主要部件匹配计算方式和常见问题及解决方法。

浙江美科斯叉车有限公司浙江杭州 310053
摘要：由于越野叉车所需的工作环境复杂，需其具有高速档高速、低速档高扭矩、调速范围大等特点。

越野叉车负荷变化大对传动系统的要求高，传统的传动方式不能充分发挥叉车性能。

本文简介静压传动系统的优点，分析了液压传动系统的原理，浅谈静压传动系统的关键部件的选择和匹配计算方法。

关键词：越野叉车；静压传动；系统设计；匹配分析
前言
静压传动系统主要由液压泵和液压马达、传动装置等组成，是一种通过改变泵的排量来改变液压马达输出的转速与扭矩。

1 静压传动系统特点分析
常见的静压传动控制方式有：变量泵调速系统、变量马达调速系统、变量泵-变量马达调速系统三种。

静压传动特有的优点（机械传动与液力传动不具备的）：
1.1无极变速
根据选用不同的泵和马达的配合，叉车可以获得不同的牵引特性，尽可能的符合发动机的负荷特性曲线，充分发挥发动机性能。

改变变量泵的流量输出和旋转方向便可实现平稳变速和换向。

1.2自动变矩调节
在叉车工作中，工作条件的变化，发动机输出负荷不断改变。

当驱动阻力增大时，马达所需克服的阻力转矩也随之增大，直接表现为马达输入口的压力增大，从而使泵输出的压力增大，液压回力增大，泵摆角减小，转速下降，从而降低车速。

当所需客克服的阻力达到发动机额定功率时，随着负荷增加发动机转速下降，DA阀控制减小系统压力，从而减小变量泵的实际排量，使叉车的速度减慢，实现恒功率输出。

1.3功率优化分配
静压传动系统具有独特的发动机匹配功能，使发动机处于最佳性能状态从而降低燃油消耗率，减少废气排放，降低整车噪音。

静压驱动可以让发动机在理想的负荷特性曲线下工作。

以越野叉车为例，当静压传动叉车的速度在0-10km/h内发生改变时，只需通过改变变量泵的斜板的角度即能实现；发动机转速保持在1600r/min左右；只有当叉车运行速度大于10km/h时，才需进一步要提高发动机的转速，增大输出功率从而提高叉车行驶速度。

1.4控制简单
静压系统的控制优势：集机、电、液于一体便于自动控制，让叉车更智能化。

叉车的前进、后退、制动等，只需一个操纵杆即可实现，并且可以柔性变速和在无明显刚性冲击的条件下换向。

此外，布局简单、操作方便、传动效率高、维护简单等优点。

2 越野叉车静压传动系统设计
2.1静压传动系统的要求
传动装置是直接影响叉车性能的关键部件，叉车的工况复杂，需要频繁进行的启、停、换向等操纵，叉车的性能主要体现为：加速性、爬坡性、操作性、安全性、经济性等。

而越野叉车的工况较常规叉车更为复杂，需要有更强的能适能力，有更强的动力性能、更好的爬坡能力、更高的安全性。

2.2静压传动系统原理
由于发动机的输出扭矩基本是恒定的，发动机的负荷特性曲线无法达到理想状态，当所需输出的扭矩超过发动机的最大扭矩时发动机就会熄时，理想的动力系统应提供恒功率（在整个速度范围内），即速度增加，扭矩减小；速度减小，扭矩增加。

为了改善发动机的外部工作特性，需要有一个相与之匹配的传动控制系统。

液压传动系统可分为高速和低速两种方案。

高速解决方案：由柱塞马达通过变速箱、驱动桥等传动部件驱动车轮；低速方案：直接用低速高扭矩马达驱动车轮，结构简单，方便使用。

高速方案中要求所用的液压泵、液压马达的变量范围大，便于设置变速装置的合理的比和档位设置，满足工低速重载的需求。

低速方案结构简单，便于优化动力分配，能力满足复杂的工况。

对越野叉车而言，更侧重点于其越野性能，其载重的要求只需兼顾即可，故采用低速方案能满足越野叉车的需要。

3 主要部件的选择与匹配计算
3.1 发动机的选择与计算
发动机的选择主要参考各个国家及地区的法律法规的要求、客户要求、实际工况等因素，才能选择符合需求的发动机：功率匹配
P=Dmax*Vmax *G/(3600*η)
式中具体如下
P：发动机功率,Dmax ：动力因素（Dmax =0.08/Q+0.04）,
G:叉车满载时的重量（即为叉车自重与额定载荷之和）,
η：为传动效率（一般取η=0.7-0.9）
3.2牵引力计算
平坦路面：F=θ*G
θ：牵引力系数,G:叉车满载时的重量（即为叉车自重与额定载荷之和）
爬坡时：：Fmax=G（sinα+μcosα）
α：坡度,μ:动摩擦系数（一般取0.03-0.05）
3.3马达的选取
Qmax=π*D*Fmax/(η*n*P)
D：驱动轮直径（mm）,Fmax:最大牵引力
η：液压系统传动效率（一般取0.9）,n：取得马达个数
Qmax ：马达排量（mL/r）
根据计算结果，选取马达
3.4泵的选取
Qρmax=2 Vmax * Qmax /(60x10-6π*D*n*ηv)
Qρmax：泵的排量（mL/r）,D：驱动轮直径（mm）
Vmax:最大行驶速度（Km/h）,Qmax：马达排量（mL/r）
ηv :系统容积效率（一般取0.9）
根据计算结果，选取泵
3.5经济性
从实际需求出发，考虑现有的工艺水平，选择成熟合理产品，从而保证其可靠性及经济性。

3.6泵与发动机的匹配
Pp (t) =η*Pe；Mp (t) =η*Me =Pp*q P
理想状态下，η=1
Pp (t)液压泵吸收功率，Pe 发动机输出功率，Pe 发动机输出功率，Mp (t)液压泵吸收扭矩，Me 发动机输出扭矩，Pp 液压泵压力q P 液压泵排量
1.恒功率控制：发动机输出恒定扭矩；发动机性能不被外部载荷所影响，发动机功率好。

2.变功率控制：发动机随外部载荷的变化，其输出功率及转速都随之变化，其经济性好。

两种控制方式结合，从而从分利用发动机的功率及提高其经济性。

4 常见问题
4.1系统过热问题
在越野叉车的液压驱动系统中，泵、马达和DA阀对液压油的粘度要求较高，一般为16 - 32mm/s，油温过高，系统就不能正常工作。

故对叉车的散热系统要求较高。

在静压系统的回路上增加散热器，同时优化散热器和发动机的布置，提高整体的散热能力，经过反复试验和持续改进，系统的散热能将大大增强。

4.2液压油的清洁
油液污染是静压系统中DA阀、泵、马达等主要部件失效的主要原因。

为了减少静压系统的故障，系统的清洁是最基本的要求。

主要措施:一、是在系统中加装过滤器；二、保证液压油箱内部的清洁。

4.3增设压力切断装置，防止发动机熄火
在静压力传递中，随着外部载荷的变化，通过控制系统控制，使得系统所要求的输入功率与发动机输出功率相匹配，从而保证叉车稳定运行。

在紧急制动或遇到强大的阻力，控制系统来不及反应，很可能导致发动机熄火。

在静压系统设计中增加了压力切割装置，当外部阻力突然急剧增加时，系统压力升高，高压截止阀打开，DA阀控制中的液压油迅速回油箱，高压油泵角立即归零，消除因系统压力变化导致发动机熄火的可能性，同时提高了叉车的操作性能。

结束语
本文简单的介绍了静压传动的特点和静压传动系统的设计过程；介绍了发动机恒功率控制和变功率控制两种控制方式，简介了越野静压传动叉车的主要部件匹配计算方式和常见问题及解决方法。

参考文献
[1]侯忠明,姚凯.野战叉车静压传动系统分析与设计[J].叉车技术，2013(03).
[2]徐磊,朱从民,王县.越野叉车静压传动系统设计与动力匹配控制[J].机电产品开发与创新，2015(01).。