液压传动变速系统的设计

液压传动变速系统的设计

1液压传动马达系统的组成结构自动驾驶减速系统是指通过改变泵或马的送空数来调整马的体积减速系统。按系统主回路中油液循环方式的分类方法,分为开式系统和闭式系统。液压泵自油箱吸油而将排出的液压油经换向阀进入马达,马达的出油经换向阀回油箱,液压油在油箱中冷却、沉淀过滤杂质后再进入系统循环,这种主回路不封闭的系统称为开式系统。其优点是结构简单,冷却及沉淀过滤杂质效果好,成本低。液压泵的进出油口与马达的进出油口分别用管路连通,形成一闭合回路,称为闭式回路。其优点是可无级调速,调速范围宽,没有节流损失,系统不易发热,可实现恒转矩或恒功率调速。液压传动变速系统中泵与马达有4种匹配方式,第一是定量泵和定量马达组合,马达转速随泵输入转速线性变化,泵转速恒定时,不能实现容积调速,可用节流调速;第二是变量泵和定量马达组合,马达转速与泵的排量成正比,输出转矩为定值,输出功率与转速成正比,变量机构可通过零点实现换向,多用于闭式回路;第三是定量泵和变量马达组合,马达转速与马达排量成反比,由于泵流量不变,马达输出转矩与转速成反比,而且马达排量过小时不能正常工作,故变量机构不能通过零点,不能实现换向,多用于开式回路;第四是变量泵和变量马达组合,低速至中速之间用变量泵调节,中速至高速之间用变量马达调节。变量泵和变量马达的组合变速系统特点:马达排量设置可实现无级调速,输出转速与输入流量成正比,而与马达的排量成反比;输出转矩随马达进、出口压差增大及马达排量变大而增加;调节范围宽,可满足高转速和大转矩的要求。马达转动惯量小,具有良好的启动性能。2马达压力控制图1为变量泵的恒功率曲线,在直线Ap0之间压力升高,排量不变;p0点是恒功率压力起调点,即压力升到p0点时,随着压力的再升高,泵的排量减少;pmax点为压力终点,即为系统的额定压力点,系统的额定输出功率在Ap0pmax曲线下方变化,绝不超过Ap0pmax曲线以外。图2为变量马达压力控制排量变化曲线,p1为压力控制起点,不同的马达控制起点不同,查马达的压力控制曲线图。Δp是压力增量,即随着Δp的增大可使马达排量从0增大到Vmax。q1是马达工作排量起始点。p3是马达排量开始变化的控制压力,p3的确定与压力控制起点p1、压力增量Δp和排量比Vq有关,如A6VM80马达的最大排量80mL,根据计算最小工作排量40mL,排量比为0.5,压力控制起点p1为23MPa,压力增量Δp为5MPa,在马达压力控制曲线上排量比0.5对应的纵坐标压力p3为25.5MPa。当压力≤p3时,马达以q1排量工作,当压力>p3时,马达随压力的升高排量变大,直到最大排量。马达排量比计算公式为式中,Vq为马达任意排量与最大排量之比;Vqi为控制马达任意排量;Vqmax为马达最大排量。液压无级变速用于车辆行走系统,主要由变量泵、变量马达和阀组成。根据行走阻力大小的变化,自动变化速度。在图1中,泵具有恒功率特性,压力达到起调点时,压力升高,排量减小;图2中p3是马达的压力控制起点,q1是马达工作最小排量设定点;当泵的工作压力小于等于设定的p3值时,马达在最小排量设定点q1工作,当泵的工作压力升高到超过设定的压力值p3时,则随着压力的升高马达自动不断地向增大排量的方向变化,最高可达到马达压力的控制终点Vqmax。工作过程如下:泵的驱动转速升高,控制压力也升高,同时也是工作压力升高,使马达在设定的排量工作(转矩小,转速高),若工作压力升高到超过调节器设定的压力值,则马达向增大排量的方向变化(转矩增大,转速减低),提高车辆的牵引力。3起调压力和排放量的检查根据设计进行液压系统匹配,确定恒功率曲线图,查出主泵的起调压力p0和排量q1,压力终点的压力pmax时对应的排量q2。选定马达,查压力控制曲线图,计算行走马达起调变量点排量和起调压力。3.1马达输出转速随p0、pmisa的变化式中,p为泵出口压力,MPa;qm为马达排量,mL/r;ηp为液压系统效率,取0.90;ηm为马达机械效率,取0.95。根据公式(1),按图1所示,分别在p0、pmax点计算马达的输出转矩。1)当p<p0时,泵没有进入变量区,马达也没有进入变量区;当p=p0时,泵进入调压区附近点,此时马达输出转速最高,输出转矩最小。2)当p0<p<pmax时,泵进入恒功率变量区段,当p=pmax时,马达也进入变量区,马达排量最大,此时马达输出转速最低,输出转矩最大。3.2+1挡、2挡土场差异按最小、最大转速输出牵引式中,Mm为马达输出转矩,N·m;RD为车轮动力半径,m;ηm为变速箱和驱动桥的总效率,取0.88;I∑为变速箱和驱动桥的总传动比。分别以1挡、2挡的传动比,按最小、最大马达输出转矩计算挖掘机牵引力,得出1挡、2挡时最小、最大转矩的输出牵引力T1min、T1max、T2min、T2max。根据整机质量、附着系数,检查牵引力T1max能否充分发挥。3.3马达输出转速式中,nm为马达输出转速,r/min;qp为泵的排量,mL/r;np为泵的额定转速,r/min;qm为马达的排量,mL/r;ηpv为泵的容积效率,取0.96;ηmv为马达的容积效率,取0.96。根据公式(3),按图1所示,分别在p0、pmax点计算马达的输出转速。1)当p<p0时,泵没有进入变量区,马达也没有进入变量区;当p=p0时,泵进入调压区附近点,此时,泵的排量最大,马达排量最小其转速最高(马达不能超过允许转速)。2)当p0<p<pmax时,泵进入恒功率变量区段,当p=pmax时,马达也进入变量区,此时马达排量最大80mL/r,泵的排量最小其转速最低。3.4液压马达输出转速分别以1挡、2挡的传动比,按最小、最大马达输出转速计算挖掘机行走速度,得出1挡、2挡时,最小、最大转速的行走速度v1min、v1max、v2min、v2max。3.5引力与速度的关系根据公式(2)、(4)计算的不同挡位的牵引力和行驶速度,列表1,做1挡和2挡的速度与牵引力的曲线,见图3,通过曲线可看出牵引力与速度的变化关系。3.6农村道路应选择最佳速度行驶能力不低于2.2%的计算促进剂式中,f为公路、城市路面滚动阻力系数,取0.02;工作路面,取0.1。根据公式(5)按下面3种工况计算牵引力,检验上述计算结果是否满足要求。1)要求在城市路面以最大速度行驶时,爬坡能力不低于2%(α=1.15°)计算牵引力。2)要求在公路上以最大速度行驶时,在爬坡能力不低于12%(α=7°)范围内不换挡计算所需牵引力。3)要求在工作路面行驶时,在爬坡能力不低于60%(α=31°)左右,以1挡行驶计算所需牵引力。4变量马达的控制和工作原理图4为变量马达原理图,其工作原理是:当压力油由A口进入时,推开三位三通滑阀F下移,同时推动马达旋转,压力油通过三位三通滑阀F,再经过下部单向阀从B口流回,随着阻力的增加,驱动压力升高,当压力超过设定值时,压力油推开梭阀E克服两位三通滑阀G的弹簧力后推动其右移(如压力没有达到弹簧力时两位三通滑阀G不移动,泵的变量缸小腔的压力与大腔的节流压力平衡,活塞不动,马达的排量不变),液压油进入马达的活塞变量缸大腔克服小腔的压力向左移动将马达排量变大,随着压力升高排量变之最大。马达设置有压力过载阀D,当停止向马达供油时,由于车辆惯性带动马达继续旋转,此时马达高压侧的油经过载阀向低压侧流动,构成液压油的循环。当需要低速大转矩时,通过X口供油,推动两位三通阀G右移,使马达的排量处在最大状态工作。液压无级变速系统在轮式挖掘机得到应用,实现了在公路上行驶时,变速器挂2挡,车辆根据行驶阻力大小改变行车速度,不用频繁换挡。在工作面行使时,可强制马达在大排量工作,充分发挥牵引力。如图5所示,其工作原理为:变量泵1的液压油通过多路阀2进入变量马达3的进油口,变量马达3与变速器联结并驱动其旋转将动力传给前、后桥;先导阀5为单通道,脚踏板踏下即可接通先导油,推动多路阀换向;换向电磁阀4是为了车辆换向所设,通过电磁阀换向使车辆前进挡变后退挡;控制马达排量电磁阀6与变量马达的X口接通,强制推动马达在大排量工作,发挥最大牵引力。该机上选用DANA公司两挡变速箱和前、后桥,用东芝PVC92RC03变量泵,力士乐A6VM80变量马达,在发动机额定转速条件下,通过匹配计算1挡速度2.03~8.12km/h,其对应牵引力56.83~16.24kN;2挡速度7.01~28.07km/h,其对应牵引力14.2~4.11kN。分别在工作路面、公路、城市路面上使用,效果良好。5马达的调整要求液压无级变速传动系统,由于液压元件体积小,在车辆设计时,安装布置方便,车辆行驶操纵灵活,行驶速度可自行变换,安全可靠,应用在轮式自走式车辆效果非常好。但设计无级变速液压系统时应注意如下事项:1)液压泵、马达规格大小的选配,主要与发动机的功率大小有关。在发动机功率许可范围内,泵的压力起调点尽量高,以便充分发挥发动机功率。对马达的旋转节流损失要尽量小。2)马达最低转速不受限制,然而要使转速平稳,最小转速不能低于80r/min。最高转速不应超过马达参数规定值。马达最小排量比是根据马达输出压力和转矩来定,但一般不能低于0.2。3)运行前和运行期间马达壳体必须充满油。壳体内压力与马达起点控