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上海圓馨能源科技有限公司
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液壓機械傳動平地機關鍵技術研究
2021-12-17 閱讀(956)
要有 Caterpillar（卡特彼勒）、Volvo（沃爾沃）、John Deere（約翰.迪爾）、CASE（凱斯）、New Holland（紐荷蘭）、Komatsu（小松）等。表 1.1 是對國外主要平地機廠家的型號、功率、重量、傳動方式及前進/后退檔位數的統
目前，國外平地機的發展趨勢及主要新技術主要表現在：
1. 變速箱電控技術國外部分采用機械傳動的平地機廠家開發了變速箱電控技術，具有自動換檔、微動控制、超速保護等功能，采用自動換檔技術減輕了操作者的勞動強度，提高了換檔品質，一定程度上實現了載荷自適應功能，機器可根據作業負載大小自動選擇變速箱的工作檔位和發動機的功率等級，使機器的動力學和運動學參數實現最佳匹配，以充分利用發動機功率、發揮機器最大有效牽引；微動控制使操作者可對機器進行低速精準控制，適用于坡度整平或在狹窄場地工作，擴大了平地機使用范圍；超速保護功能可防止發動機和變速箱因不合理降檔和坡度誘導的超速損壞。采用這一技術的代表廠家主要有Caterpillar 、VOLVO 等公司[32-35]。
2. 帶鎖定裝置的液力變矩器技術液力變矩器高效區窄，而平地機工況復雜多變，導致液力變矩器在平地機中使用時綜合傳動效率較低，為保留液力變矩器具有的載荷自適應能力和變矩能力，提高傳動效率，國外一些采用液力機械傳動的平地機生產廠家采用了帶鎖止裝置的液力變矩器。采用這一裝置的平地機集合了液力機械傳動和機械傳動的優點于一體：當工況需要時，變矩器能將發動機扭矩放大并將其傳遞到動力系，減少對換檔的需求并提高牽引力，使操作者較容易地選擇檔位，并可讓操作者僅用一個制動踏板就可使機器平穩運行，使得精平整作業時更容易、輕松，讓操作者更好地將注意力集中于鏟刀的運動，還可在重載下起動而不會使發動機熄火；而在高速狀態下可鎖止變矩器，進入直接驅動狀態，提高傳動效率，節省燃油消耗，有效地將變矩器的扭矩放大和強勁工作動力以及具有更高的燃油效率的直接驅動結合在了一起。采用這一技術的代表廠家為日本的 Komatsu（小松）公司[36-39]。
3. 工作裝置負載敏感、電比例調節技術國外大功率平地機工作裝置液壓系統中采用了壓力補償/負載敏感及電比例調節技術，使平地機作業裝置不工作時，變量泵無輸出流量，一量操作者動作作業裝置，變量泵則提供所需的流量和壓力，使液壓系統發熱更小，功率消耗更低[40]。采用電比例調節技術使操作者更能精準地操作作業裝置，提高作業精度和作業效率。
5. 前輪靜壓驅動技術國外平地機約三分之一的機型采用前輪靜壓驅動技術，以提高機器的驅動力，擴大機器使用范圍，大部分平地機前輪靜壓驅動系統，允許選擇前輪獨立驅動模式，以使在特殊場合進行精細低速平整作業。采用靜液壓技術的前輪驅動系統已成為各大平地機廠商產品的標準配置。如 Deere 在其 D 系列平地機上設計的前輪加力系統，允許操作手控制前輪加力的程度。CAT 的 M 系列和 Volvo 的 G900 系列在全輪驅動的同時允許駕駛員選擇純前輪驅動模式，以便于在特殊場合進行精度較高的平整作業[46-49]。6. 新型操作方式國外的平地機操作方式為 CAT 公司采用兩個多功能操作手柄代替了傳統的工作裝置控制桿，并取消了方向盤，機器的所有控制動作——包括行駛和工作裝置動作均通過兩個手柄及手柄上的兩個按鈕完成（如圖 1.12 和圖 1.13 所示）[50]。這一操作方式提高了機器的操作簡便性，有效降低了操作員勞動強度。與傳統的操縱桿控制相比，
9. 其它技術國外其它技術還包括：（1）在駕駛室設計上，追求更為廣闊的視野；（2）采用降低噪音的技術和設計；（3）使用總線式控制系統，并具有狀態監測、故障診斷、遠程通信、GPS 定位等功能；（4）自動巡航；（5）折腰中心復位功能（通過這一功能，只需觸動單個開關，機器就可從任何鉸接角度自動返回直架位置。中心復位功能可使操作員全神貫注地控制刮土板，有助于提高生產效率和安全性）；（6）按需運轉的液壓風扇，可減少不必要的風扇運轉帶來的功率損失；（7）鏟刀浮動控制；（8）鏟刀蓄能器，即通過鏟刀垂直移動，利用蓄能器幫助刮土板吸收沖擊負荷，以減少不必要的磨損，避免機器意外移動，提高操作員的安全性；（9）蓄電池低電壓怠速自動提高；（10）駕駛室增加增壓功能，避免作業時外界灰塵進入駕駛室，提高操作舒適性[58-65]。
1.3 國內平地機研究現狀
我國平地機產業始于 20 世界 60 年代，由天津工程機械廠（現天津鼎盛）參照前蘇聯樣機試制第一臺機械式平地機，1980 年天工生產出臺 PY 型產品 PY160A，1985 年又引進德國 O&K-FAUN 公司 F 系列平地機生產技術。此后憑借對平地機設計原理、設計方法和制造工藝多年的理解，開始走上自主研發的道路，1990 起先后開發生產出了從 80~280hp 共 9 大類 10 個型號的 PY 系列平地機，可以滿足從鄉村公路、高速公路到礦山公路，從農田建設到大面積平整作業的所有使用要求。其產品特點為：引進美國克拉克公司*技術生產的變矩器與上柴發動機匹配；定軸式動力換檔變速箱，性能可靠；后橋為三段式結構驅動橋，兩極減速裝有公司無滑轉差速器，保證各種路況車輪提供足夠的牽引力；鉸接機架，大的前橋擺動角，以及上下擺動的平衡箱，大大提高了該平地機的作業性能；可以根據用戶需要，可加裝前推土板、后松土器、自動調平裝置等附件[66-73]。1985 年，哈爾濱四海工程機械公司引進了美國德萊賽公司的平地機生產技術，制造出 800 系列平地機，目前主要產品為 850 和 870，其主要配套件均為[74]。1997 年，常林股份有限公司引進了日本小松平地機技術，并于 1998 年生產出 160ph和 190ph 的平地機。目前，其主要產品有 PY165C-3、PY190C-3 和 PY200C-3。其平地機產品具有以下優點：用單個齒輪泵經分流閥向兩個操縱閥供油，回轉油路合流，既保證了各動作速度，又降低整個系統能耗；在鏟刀兩側特別設計邊刃，能更好地進行挖溝、液壓機械平地機液壓驅動系統方案研究平地機行駛驅動系統的傳動方式主要有機械傳動、液力機械傳動和液壓傳動三種，機械傳動平地機載荷自適應性能差，多擋位變速箱結構復雜，制造難度大，成本高，只能實現作業速度有級調節；液力傳動平地機傳動系統高效區窄，綜合作業效率偏低；靜壓傳動方式車速范圍窄，驅動輪同步性能有待提高，高速行駛時的傳動效率偏低。液壓機械傳動方式能有機結合液壓和機械兩種傳動方式的優點，彌補機械、液力機械和液壓三種傳動方式存在的不足，相對于目前我國平地機主機及部件加工制造水平而言，是較為理想的傳動方式。液壓機械傳動平地機動力傳動路線為：發動機→變量液壓泵→變量液壓馬達→變速橋→平衡箱→驅動輪，在該動力傳遞路線中，由變量液壓泵和變量液壓馬達組成的液壓系統主要用于實現平地機車速調節、前進/后退、載荷自適應等功能，對平地機作業質量、作業性能及效率起著至關重要的作用，所以液壓系統方案的研究顯得尤為重要，目前尚無液壓系統方案方面的相關文獻或研究成果可借鑒。液壓系統按油液循環方式的不同可分為開式液壓系統和閉式液壓系統，在平地機行駛液壓系統中，開式液系統液壓油循環路線是：液壓油箱－液壓泵－換向控制閥組－液壓馬達－液壓油箱，閉式液系統液壓油循環路線是：液壓泵－液壓馬達－液壓泵[107-109]。開/閉式液壓系統本身各具優缺點：閉式液系統可承受壓力大且壓力損失小，不需要太大的油箱，管路連接簡單，安裝空間小，換向瞬間沖擊較小，換向控制方便，但系統內液壓油溫比較高，對液壓元件的要求比較嚴，必須使用價格較高的閉式油泵。開式液壓系統具有散熱效果好、成本較低、液壓油清潔度高等優點，但存在換向沖擊力和工作噪音大等不足[110-111]。以上僅為開/閉式液壓系統本身的理論分析對比，由于平地機屬牽引式工程機械，其慣性負載對行駛驅動系統影響較大，有必要研究開/閉式液壓系統在慣性負載的影響下其特性的變化情況，但目前尚未發現相關文獻，因此，開/閉式液壓系統在平地機行駛驅動系統上的應用比較研究具有重要意義。本文以國內某靜壓傳動平地機為研究對象，對開/閉式液壓系統在平地機行駛驅動系統中的應用采仿真和實驗的方法進行對比研究。靜壓傳動平地機動力傳遞路線為：發動機→變量液壓泵→變量液壓馬達→減速平衡箱→驅動輪，與液壓機械傳動平地機區別在于減少了變速橋，不影響研究結論
