液压驱动动力挂车传动系统设计与分析【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 液压驱动动力挂车传动系统设计与分析 摘 要 经济的发展促进了运输业的发展，而频繁的超载现象又随着运输业的发展日见严重。不良路况超载运输时由于动力不足而引发的事故比比皆是。如何提高运输车辆的动力，已成为一个亟待解决的现实问题。本设计针对挂车在大坡度道路上运输时动力不足这一问题，提出了液压辅助动力系统，该系统能在挂车动力不足时为挂车提供辅助动力，帮助挂车轻松安全地完成坡道运输。 本液压系统是采用蓄电池供能，电动机带动液压泵，最终带动轮毂液压马达来驱动挂车的，需要时开启，不需要时关闭，环保简便，高效节能，切实解 决了挂车在超载时爬坡难等问题，有力保障了挂车运输的效率与安全。 关键字 ：挂车，超载，坡道，液压系统，辅助动力 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of of to be to a to be in of is a to to to no as on no 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 1 引言 . 1 究背景与意义 . 1 究背景 . 1 究意义 . 1 内研究现状与趋势 . 2 外研究 现状与趋势 . 3 2 未安装辅助动力系统时挂车额定载重与超载后爬坡能力比较 . 4 型的选择 . 4 引车的选择 . 4 车车型选择 . 5 安装辅助动力系统时汽车超载前后动力计算 . 6 定载重时汽车的动力及爬坡能力的计算 . 6 载后汽车动力及爬坡能力的计算 . 8 载前后爬坡能力的比较 . 9 3 液压辅助动力系统的设计 . 11 达的选择 . 11 达的介绍 . 11 达动力的验算 . 12 定液压系统原理图 . 17 统组成 . 17 统工作原理 . 17 统的技 术特点 . 19 压泵的选择 . 19 压泵压力估算 . 19 压泵流量估算 . 19 压泵的选择 . 20 压泵的验算 . 21 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 压泵驱动功率计算及电动机的选择 . 21 压泵驱动功率的计算 . 21 . 22 . 22 压辅助元件的确定 . 23 箱容量的确定 . 23 却器的选择 . 24 压管路计算 . 25 参考文献 . 28 致谢 . 30 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页，共 31 页 1 引言 究背景与意义 究背景 随着经济的快速发展，原料与产品运输的效率直接影响着生产周期的长短与经济效益的高低。作为公路运输的主要载体，挂车凭借其大吨 位，远距离运输的特点，在短短几年的时间内飞速抢占市场，其被重视的程度与日俱增。在我国，挂车已取代中重型载货车成为了长途货运的主要车型，但是正是由于挂车这一 “ 能载多跑 ” 的特点，致使许多挂车在运输过程中出现了严重超载的现象，过度超载使得挂车总质量与牵引主车发动机正常功率严重不匹配，强烈的超负荷工作极大地缩短了牵引主车发动机的寿命，增加了各零部件故障的生发率，同时在坡道运输中这种动力不足的现象导致了交通事故频繁发生，对人生安全造成了极大的威胁，同时也对整个货运体系构成了不容忽视的消极影响。当然，采用大功率高性能的 牵引主车可以解决坡道运输动力不足的难题，但是高性能势必意味着高价位，在普通的小规模的运输过程中，高成本通常不被选择，在力求低成本高收益的经营理念指导下，普通挂车超负荷运输已经成为目前国内主要的物流运输模式，如何在这种既定模式下，配合低成本高收益的理念，对现在的挂车进行辅助动力设计正在成为挂车改进的又一发展方向。 究意义 公路建设的飞速发展，促进了公路物流的发展，作为货运的佼佼者，挂车在货运市场上快速成长，高效方便运输的同时，高负荷的载重对挂车性能的要求也越来越高。首先，鉴于公路的多坡道特点，挂车 动力的强劲与否直接对坡道运输的流畅性形成影响。目前挂车的动力完全来 自于 牵引主车 ， 尽管牵引主车强劲的动力足以满足一定载荷条件下平坦道路的运输，但是在超负荷坡道运输的情况下，挂车动力却很难尽如人意，且不说半挂车的 牵引主 车还需要承受挂车重力造成的阻力，就是全挂车在满载或者超载情况下，坡道运输的动力需求也是当前挂车牵引主车动力系统无法满足的 ，尽管按照国家等级公路标准，四级公路的坡度为 9%，即 5，但是等级以外的道路坡度却远不如此。作为货运的载体，货车需要在各种复杂道路上行走，故要求其爬坡能力达到 17 左右。多数挂车在额 定载荷时通常是可以达到这样的爬坡要求的，但是超载后，尤其是超载数倍于买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页，共 31 页 额定载荷时，其爬坡能力大打折扣，这给运输的安全带来了很大的隐患 。其次，高负荷的运输对主车与挂车之间的连接装置（主要是牵引销）有极高的要求，为了保证运输的安全，主车与挂车的连接装置必须能够承受足够的拉力以保证主车与挂车始终安全连接而不至于分离造成危险，这样对连接装置的材料与制造工艺提出了较为苛刻的要求。于是如何在动力需求上减轻主车的负担，在应力需求上减轻连接装置的负担，是目前亟待解决的问题。因此为挂车提供辅助动力，使其在 牵引主 车动力难以满足所 需动力时能够及时的进行动力补充的研究就具有了非常直观的实用意义。此次研究即是针对挂车辅助动力这一研究进行设计分析的。设计拟采用在挂车车轮上安装液压马达，在坡道运输过程中启动液压马达，对挂车给予辅助动力，减轻牵引车发动机的负荷，方便其爬坡。在下坡或是平坦道路等不需助力的情况下就关闭液压马达，节省能量。这样，一方面可以延长牵引车动力系统的寿命，另一方面可以减少交通事故的发生，对 整 个货运体系起到了积极的 作用 。 内研究现状与趋势 在我国， 为了解决这一问题，主要从两方面进行研究 ： 第一是增大牵引车动力，主要是 选用高功率发动机。目前，我国多数企业所配置的发动机主要是潍柴和杭发的 列，东风康明斯 C 系列，上柴 列等，功率覆盖 177 309量一般在7 10L 之间，这与国外的 10 16L 排量， 300 400率的发动机有很大的差距。为了在技术上解决这一难题，国内正致力于挂车牵引车发动机的研究，预计未来几年，我国挂车牵引车发动机的平均比功率将由现在的 t 逐步达到 7KW/t，主流半挂车的牵引车发动机动率将达到 250 350然强劲的发动机有助于解决货运过程中在超载工况下爬大坡，爬长坡的难题，但是发动机的研发周期长，经济费用高，这种战略式的解决方法只适用于长远的货运模式改革，并不能在短时间里快速经济地起作用，几乎所有的运输业主都是本着利润最大化的原则经来营业务的，低成本是大利润的前提，因此很少会有人去高投入的购进配备高功率发动机的牵引车，他们宁愿“小马拉大车”式盈利，也不愿“大马拉小车 ”式的浪费。 第二是增加辅助驱动系统，这种辅助驱动系统通常有液压辅助驱动和电力辅助驱动两种，但是不管是液压的还是电力的，其动力来源依 旧是发动机，其工作原理就是通买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页，共 31 页 过取力器向发动机取力，然后通过电机或者液压泵 种方式其实是对发动机动力的重新分配，将原来的两轮驱动变为四轮驱动，这样可以一定程度的提高汽车不不良路面上的通过性，但是由于整个汽车的动力不变，并不能从根本上提高汽车的动力性，例如曾小华、聂利卫等人在其专利轮毂马达液压驱动系统设计的液压辅助驱动系统就是通过取力器从发动机取力，然后驱动液压泵，带动轮毂液压马。达对车轮进行驱动，其特点就是驱动轮在发生打滑等致使车辆难以正常行驶时启用辅助驱动系统，对非驱动轮进行 驱动，改善了汽车在附着系数小的路面上的通过性，但是其动力性并未得到改善，对于一些大坡度的道路，依旧是动力不足，难以胜任。 一套简单方便的，无需对汽车进行改装，只需将辅助系统进行安装就可解决坡道运输动力不足的难题的辅助动力驱动系统已成为超载挂车在坡道运输时的期望，如何合理设计和布置已成了国内的发展趋势，相信在不久的将来，挂车辅助动力系统会以成熟的姿态出现在挂车上 外研究现状与趋势 由于国外的挂车起步早，发展快，特别是西欧经济发达地区的国家，上世纪末的挂车已达到总质量 60t，发动机功率为 309上 的水平。在美国 ，其公路货运设备构成中，专用货运设备几乎达到了 90%，其公路货运的的主力车型就是汽车列车或厢式半挂车，从美国货运行业的发展历史及未来发展趋势来看，半挂 车 仍将是公路货运的主要运输工具。由于国外发动机研制技术先进，挂车牵引车所用发动机普遍为高功率发动机，动力强劲，一个牵引车同时牵引两个或三个挂车的 现象 比比皆是，不足为奇，尤其是在地形平坦的国家和地区，一车多挂早已成为货运通则，如此高功率的发动机在一车一挂的坡道运输时应对坡道阻力也是游刃有余。鉴于这样高端的发动机性能和高质量的牵引连接装置，在国外进行 挂车辅助动力研究显得多余而无实际意义。尽管瑞典 是这种液压马达驱动并未被应用于挂车助力动力驱动装置的研究中，而是被作为主要动力驱动装置应用车辆驱动中。仔细分析国外挂车目前的研究，很容易发现国外挂车的发展趋势是高功率发动机下的一车多挂，这种适应国外 其他 国家的运输条件的挂车应用，极大地提高了功率的利用率，降低了运输成本，增加了收益。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页，共 31 页 2 未安装辅助动力系统时挂车额定载重与超载后爬坡能力比较 型的选择 引车的 选择 牵引车拟选用大运 列 290马力 4 2牵引车，车型参数如下： 表 本信息 公告型号 4181动形式 4距 3500身长度 车身长 车身高度 车身高度 整车重量 最大总质量 18吨 牵引总质量 30吨 表 动机参数 发动机型号 潍柴 缸数 6 汽缸排列形式 直列 排量 力 290马力 最大输出功率 213矩 1160Nm 最大扭矩转速 1200定转速 2200放标准 国 胎参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页，共 31 页 轮胎数 6个 轮胎规格 减速器参数 型号 形式 速比 额定载荷 /动效率 16吨双联驱动桥 轮边减速 6000 92% 表 速箱参数 变速箱型号 法士特 9速箱系列 法士特 9档系列 9变速箱档位数 9个 变速 箱档位数 手动 传动系数 90% 1档传动比： 档传动比： 档传动比： 档传动比： 档传动比： 档传动比： 档传动比： 档传动比： 档传动比： 1 车车型选择 挂车拟选用鲁峰栏板式半挂车（ 其参数如下： 表 车参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页，共 31 页 公告 车型 型： 栏板式半挂车 外型尺寸 (长 宽 高 )： 10 货箱 (斗、罐 )尺寸 (长 宽 高 )： 轴距： 5500+1305悬： 后轮距： 1840车重量： 6吨 额定载重： 20吨 轴数： 双轴 轴荷： 轮胎数： 8个 轮胎规格： 安装辅助动力系统时汽车超载前后动力计算 定载重时汽车的动力及爬坡能力的计算 汽车的上坡能力是用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度来表示的，显然，最大的爬坡度是指 1 挡时的最大爬坡度。由表 知，变速器的 1 挡传动比 =减速器传动比 表 车总质量 m=33000手册可得，牵引车轮胎直径为 d=动机最大扭矩 T=1160Nm,最大扭矩转速 n=1200 =90217 N 汽车行驶方程式 （ 1） 其中 Ff=fG=Fi=速度较小时可忽略风阻，由于不考虑坡道加速，故可忽略加速阻力。道路选取良好的沥青或混凝土路面，取滚动阻力系数 f=有 330000 30000= 解得 = ,进而可得 = （ 2） 另发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为 u= (3) 由图 结合式子（ 2）、（ 3）可以求得汽车在发动机不同转速时的速度 u 和爬坡买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页，共 31 页 角度，列于表 绘制曲线，如图 柴 表 定载重时发动机不同转速下汽车的各动力参数表 转速 n(r/800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 扭矩 T（ 720 900 1030 1120 1160 1160 1160 1160 速度 u(Km/h) 坡度 () 速 n(r/1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 扭矩 T（ 1160 1150 1100 1050 1020 980 930 速度 u(Km/h) 爬坡度 () 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页，共 31 页 3 4 5 6 7 8 989101112131415额定载重时爬坡度与速度关系速度 ( k m / h )爬坡角度（）图 定载重时爬坡角度与速度的关系图 载后汽车动力及爬坡能力的计 算 根据国家超载处罚相关条例，超载超过 20%将视为严重超载，但是在实际中，超载远不止 20%，超载 100%常见现象。在本设计中，考虑到汽车的寿命和安全，设定超载 60%，即超载 12 吨，此时汽车的总质量 m=45000按照同样的方法可求得 = 同理可以求得汽车在超载情况下发动机不同转速时汽车的速度和爬坡角度，并列于下表 载状况下发动机不同转速时汽车的各动力参数表 转速 n(r/800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 扭矩 T（ 720 900 1030 1120 1160 1160 1160 1160 速度 u(Km/h) 坡度 () 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页，共 31 页 转速 n(r/1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 扭矩 T（ 1160 1150 1100 1050 1020 980 930 速度 u(Km/h) 爬坡度 () 绘制速度与爬坡角度关系曲线 ，如图 4 5 6 7 8 966 . 577 . 588 . 599 . 5101 0 . 511超载时爬坡度与速度关系速度 ( k m / h )爬坡角度（）图 载时爬坡角度与速度的关系图 载前后爬坡能力的比较 分析图 比超载前后汽车的爬坡角度，可见超载后汽车的爬坡能力（ =明显不如额定载重下的爬坡能力（ =15）。由于我国公路设计的最大坡度路段为四级重丘公路，其最大纵坡为 9%（见表 即最大坡角为 但是其他等级以外的道路的坡度超过 9%的颇为常见，故在设计时，汽车的实际爬坡能力远大于 9%，尤其是货运车辆，需要行驶各种复杂的路段，所以要求货车具有足够的爬坡能力，通常最高要求达到 30%的道路坡度，即要求能爬 角度的坡。而原发动机动力显然不足，需要额外增加动力源 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页，共 31 页 3 4 5 6 7 8 96789101112131415超载前后爬坡度与速度关系对比图速度 ( k m / h )爬坡角度（）超载后超载前图 载前后汽车爬坡角度与速度关系对比图 表 路工程技术标准里的坡度表 公路等级 高速公路 一 二 三 四 地 平原 山岭 平原 山岭 平原 山岭 平原 山岭 平原 山岭 形 微丘 重丘 微丘 重丘 微丘 重丘 微丘 重丘 微丘 重丘 最大纵 坡 % 小结： 本次设计选用 了大运 列 290 马力 4 2 牵引车和 鲁峰栏板式半挂车（ 组合，通过对挂车在发动机原动力下额定载荷和超重载荷两种工况时爬坡能力的计算和对比可见，该挂车在额定载荷时的爬坡能力虽然远高于超重载荷时的爬坡能力，但是在某些更大坡度的道路上爬坡能力却显不足，故而得出了增设辅助动力系统买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页，共 31 页 的实际性和必要性。 3 液压辅助动力系统的设计 液压辅助动力系统是基于汽车原动力基础上设计的一套动力补给系统，在挂车高负荷大坡度运输时起作用，需要时启动，不需要时关闭，即用即停，节能高效。本设计的液压系统由液压泵、轮毂液压马 达和其他阀体构成，回路简单高效，易于控制。系统的动力源为蓄电池，充电即可补充能量，环保简单，便于携带。液压泵由大功率电机带动，传动效率高，保证了整个液压系统顺利安全地工作，为解决挂车爬大坡爬长破提供了用力的动力保障。 达的选择 达的介绍 本次设计拟定增加液压辅助动力系统后汽车的爬坡能力达到 18，在此条件下，由公式（ 1）可求得汽车的行驶阻力为 F=450000（ =145807N,故需要增加牵引力为F=1458075590N, 拟选用 液压马达，其结构图如图 马达是一种壳体旋转的径向柱塞式马达，其外毂是旋转的，直接安装在车轮轮毂内。马达壳体用两个大直径的滚动轴承支承在缸体轴颈上。其性能和特点有： 一、 该马达导轨曲线的设计，保证在旋转过程中，马达的输出扭矩为一常量。即扭矩不均匀系数约等于零； 二、 因为柱塞对称布置，作用力彼此平衡，主轴承对于油压力处于卸载状态，使马达回转轻快，而主轴承还可以承受较大外载荷； 三、 为适应大多数车辆需要，该液压马达的起动扭矩很高，达到正常输出扭矩的95%。此外，马达的最高压力达到 35证了很高的 峰值输出扭矩，以满足各种车辆克服障碍（例如爬大坡度）时对最大驱动力的需要； 四、 该马达设置有特殊的双向密封，以避免马达壳体内的污染，使车辆或机械能在恶劣道路上行驶和工作； 五、 该马达可配有内胀式蹄形制动器。同时，该马达亦可作为油泵工作，以适应液压制动； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页，共 31 页 六、 这种马达很容易实现自由轮工况。为此，只需将马达的进出油管路同时卸压，并在壳体内施加适当的内压，使柱塞滚轮组向马达中心靠拢并与导轨脱离接触。这样，马达外壳随车轮自由滑转时，不会产生任何附加的流动阻力损失。 该马达参数如下表 表 压马达参数 参数名称 数据 排量 V（ l/r） 定工作压力 P（ 30 最高工作压力 35 比扭矩（ 544 转速范围 n（ r/ 0量 m（ 290 最大外形尺寸（ 470 达动力的验算 马达扭矩计算公式为： T=, （ 4） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页，共 31 页 其中， V 是马达排量，单位是 ml/r,； P 是工作压力，单位是 以可得，最大工作压力时的扭矩 400 35/2=18949定工作压力时的扭矩 400 30/2=16242达 驱动力计算公式为： F=T/r (5) 其中， T 为马达扭矩，单位是 Nm,r 为挂车车轮半径，单位是 1067虑到载重后轮胎变形，取 r=以，马达最大工作压力时的最大驱动力 8949/5753N 马达额定工作压力时的驱动力 6242/0645N 由于同轴车轮需对称安装马达，所以两个马达的可以提供的驱动力为 61290于所需要的 F=55590N 马达在额定工作压力时的行驶方程式为： f=入数据则有： 450000 （ =90217+61290，解得 =同理，马达在最大工作压力时的行驶方程式为： f=入数据则有： 450000 （ =90217+71506，解得 =马达功率计算公式为 P= (6) 其中， T 为马达扭矩，单位是 n 为马达工作转速，单位是 r/P 的单位是 达转速计算公式为 n= (7) u 为汽车车速 ,单位是 km/h； r 为轮胎半径，单位是 m 由表 发动机出于最高转速 1160r/ ，最大速度为 h,此时，将数据代入公式（ 7）可得马达转速为 n= n=32r/公式（ 6）可以求得，马达在 n=32r/转速下功率为： = =照经验，取发动机的机械效率为 T=160 型液压马达的机械效率 m=当马达在额定工作压力下工作时有效动力功率为 P 有效 =P 额定 m， 其中 , 表 知， 13入数据可得： P 有效 =213=274文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页，共 31 页 汽车超载时的阻力功率为 P 阻力 =(i)u，代入数据可得 P 阻力 =54736w 274当超载时发动机与马达均在额定工作状态时，可胜任 18坡角 的爬坡要求。 同理，马达在最高工作压力下工作时的有效动力功率为 P 有效 =P 最大 m，代入数据可得 P 有效 =213=291时，汽车超载时的阻力功率为 P 阻力 =(i)u，代入数据可得： P 阻力 =86508以，超载情况下，发 动机在额定工作状态，马达在最高工作压力下，最大可爬上20的坡。 具体数据，见表 载助力系统在额定工况和最大工况时汽车的各动力参数表 转速 n(r/800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 扭矩 T（ 720 900 1030 1120 1160 1160 1160 1160 速度 u(Km/h) 坡度 () 最大工况 定工况 速 n(r/1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 扭矩 T（ 1160 1150 1100 1050 1020 980 930 速度 u(Km/h) 爬 坡 度() 最大工况 额定工况 速度与爬坡角度曲线图如下图 额定载重时，汽车在安装了助力系统前后爬坡角度与时间关系对比见表 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页，共 31 页 3 4 5 6 7 8 91415161718192021超载后助力系统额定工况与最大工况下爬坡度与速度关系对比图速度 ( k m / h )爬坡角度（）最大工况下额定工况下图 载后助力系统额定工况与最大工况下爬坡度与速度关系曲线对比图 车在安装助力系统前后爬坡角度与时间关系对比 转速 n(r/800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 扭矩 T（ 720 900 1030 1120 1160 1160 1160 1160 速度 u(Km/h) 大 爬坡角度 () 无助力 助力额定工况时 助力最大工况时 速 n(r/1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 扭矩 T（ 1160 1150 1100 1050 1020 980 930 速度 u(Km/h) 最 大 爬坡 角 度无助力 有助力额 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页，共 31 页 () 定工况时 有助力最大工况时 3 4 5 6 7 8 951015202530额载下助力系统额定工况、最大工况时与无助力时爬坡度与速度关系对比图速度 ( k m / h )爬坡角度（）无助力助力额定工况下助力最大工况下图 载 下助力系统额定工况、最大工况时与无助力时爬坡度与速度关系对比图 由于挂车额定载荷时其最大爬坡度达到 时有必要验算汽车有无翻车危险， G s G c co s G si n 因为挂车与牵引车通过牵引装置连接，因此，当坡度达到一定角度时，若牵引装置有上翘趋势，则就有翻车危险，故，整个汽车可简化为如上图模型。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页，共 31 页 由表 车后悬长为 车总长 10m,额定载重时，质量为 26吨。质心高度取 悬部分质量，剩下部分质量为，当汽车要发生翻转时，轮胎 与地面为零接触，即没有相互作用力，汽车有绕轮胎 此时有关于力矩的关系式为： 即 ， 代入数据可得 可得 以有，解得 即当坡道角度大于 才会发生翻车，故本