液壓機(jī)械傳動在工程機(jī)械上的應(yīng)用研究

尹志彪

南興裝備股份有限公司

液壓機(jī)械傳動在工程機(jī)械上的應(yīng)用研究

尹志彪

南興裝備股份有限公司

通過闡述液壓機(jī)械傳動的發(fā)展歷程和其特征，然后在講解液壓機(jī)械傳動在工程機(jī)械上的應(yīng)用與應(yīng)用方式，包括串聯(lián)方式、并聯(lián)方式、分時方式、分位方式以及液壓和電力傳動的復(fù)合等。

液壓傳動；工程機(jī)械；變速換擋

一、液壓機(jī)械傳動的發(fā)展歷程

對工程液壓機(jī)械傳動技術(shù)的應(yīng)用最早開始于20世紀(jì)40～50年代，當(dāng)時人們只是把簡單的液壓元件和液壓系統(tǒng)應(yīng)用到工程機(jī)械上，其系統(tǒng)工作壓力在2～7MPa左右，壓力太低。在20世紀(jì)60、70年代工程液壓機(jī)械傳動技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展階段。由于人們增加了系統(tǒng)壓力，使得液壓元件重量明顯減輕，液壓傳動效率卻有非常大的提升，使得液壓傳動技術(shù)廣泛的應(yīng)用于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等各個方面。但是工程液壓機(jī)械在野外惡劣的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)時，其液壓系統(tǒng)常常會受到酷暑、低溫冷凍以及各種惡劣天氣的影響，并且機(jī)械自身在高速轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生噪音、振動，因此，液壓傳動系統(tǒng)就經(jīng)常出現(xiàn)問題。于是20世紀(jì)80年代的應(yīng)用主題便是提高設(shè)備可靠性、降低機(jī)械運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲和振動。而當(dāng)下由于微電子和計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，在工程機(jī)械液壓傳動裝置中添加了現(xiàn)代控制理論。不僅大大提高了設(shè)備的作業(yè)精度和發(fā)動機(jī)的功率利用率，更是出現(xiàn)了智能型液壓挖掘機(jī)、鑿巖隧道機(jī)器人和混泥土泵車等新型、先進(jìn)的工程機(jī)械。

二、液壓機(jī)械傳動的特征

1.使用液壓傳動使得工程機(jī)械在作業(yè)時效率更高。日本的研究者將液壓功率流與機(jī)械功率流并聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)了無極變速，并大大節(jié)省了燃料，使其具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。且據(jù)有關(guān)公司的相關(guān)資料顯示，液壓機(jī)械傳動裝置在作業(yè)時，當(dāng)達(dá)到液力機(jī)械傳動的25%時，其損耗的燃料只有液力機(jī)械的20%。

2.液壓機(jī)械傳動另外一個特點(diǎn)是在作業(yè)的過程中能夠根據(jù)工程需要自動變速換擋。這樣操作員就不用花費(fèi)很多時間、精力來觀察作業(yè)負(fù)荷量和車速大小來進(jìn)行手動變檔，只需要專注于控制工作裝置，使操作更加簡單的同時還大大的提高了機(jī)械工作效率。

三、液壓機(jī)械傳動在工程機(jī)械上的應(yīng)用

1.液壓機(jī)械傳動機(jī)理

由下圖所示，當(dāng)馬達(dá)作正向、反向回轉(zhuǎn)時，輸出轉(zhuǎn)速會相應(yīng)的變大、變小，用公式表示如下：

上式中Nb、Na和Nc分別表示輸出轉(zhuǎn)速、液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速和機(jī)械傳動轉(zhuǎn)速，K為行星排特性系數(shù)。

圖1 液壓機(jī)械傳動帶機(jī)理圖

2.WA38O-3裝載機(jī)變速器運(yùn)動分析——液壓傳動

液壓傳動是由變量泵和變量馬達(dá)兩部分構(gòu)成的。其中液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速等于總效率除以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械的無極變速傳動，可以利用伺服閥控制斜盤角度的變化實(shí)現(xiàn)。

圖2 轉(zhuǎn)載機(jī)變速器運(yùn)動分析圖

3.液壓機(jī)械傳動在工程機(jī)械中的應(yīng)用方式

串聯(lián)方式：串聯(lián)方式是最普遍的一種應(yīng)用方式，是通過在液壓馬達(dá)或者液壓變速器的輸出端和驅(qū)動橋之間設(shè)置機(jī)械式變速器擴(kuò)大了調(diào)速的高效區(qū)，實(shí)現(xiàn)分段的無極變速。此種方式現(xiàn)多普遍應(yīng)用于裝載機(jī)和某些特種車輛上。而此種方式的發(fā)展方向是將行星變速器直接安裝在驅(qū)動輪內(nèi)，取消驅(qū)動橋，更加方便于工程機(jī)械的布局。

并聯(lián)方式：并聯(lián)方式也叫做“液壓機(jī)械功率分流傳動”，我們可以通俗的理解為將液壓機(jī)與機(jī)械裝置“并聯(lián)”，利用多自由度的行星差速器把發(fā)動機(jī)輸出的功率分成液壓和機(jī)械兩種“功率流”輸出，再借助液壓功率流的可控性，使兩種功率流在在匯合時可無極調(diào)節(jié)總的輸出轉(zhuǎn)速。這樣就把液壓傳動和機(jī)械傳動的各個優(yōu)點(diǎn)結(jié)合了起來，工程機(jī)械就既擁有了無極變速性能，同時其工作效率也得到了大大的提升。

分時方式：對于既要采用傳統(tǒng)機(jī)械變速器又要附加液壓傳動裝置的工程機(jī)械，我們通常采用分時方式。液壓分時驅(qū)動在當(dāng)今多用于飛機(jī)、除冰車和田間移栽機(jī)等需要“爬行速度”的車輛和機(jī)械上。

分位方式：分位方式是指在車輪內(nèi)的一種輔助液壓驅(qū)動裝置——“輪邊液壓驅(qū)動裝置”上直接安裝液壓馬達(dá)，用于解決工程機(jī)械粗腰的高牽引性能。由于液壓傳動具有無極調(diào)速性能，能夠?qū)⒐β蔬M(jìn)行分流傳動，將動力機(jī)的功率分配到幾組驅(qū)動輪上，不同于傳統(tǒng)的方式傳動，在一定程度上可以達(dá)到驅(qū)動輪之間的協(xié)調(diào)與同步。目前這一技術(shù)多用于具有能夠自己驅(qū)動自己行走的工程機(jī)械上，例如自走式平地機(jī)和鏟運(yùn)機(jī)等機(jī)械。

最后一種應(yīng)用方式——液壓與電子傳動的復(fù)合式。

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，電子技術(shù)在信號處理方面比起其他裝置有著無可厚非的優(yōu)勢，像是速度更快，信息更準(zhǔn)確。于是人們就想著怎樣能將液壓傳動與電子傳動結(jié)合起來，盡可能最大的發(fā)揮出它們的特點(diǎn)、所長。因此，現(xiàn)在不僅是存在“電子神經(jīng)+液壓肌肉”這一種單一的模式，還出現(xiàn)了很多可供選擇的液壓傳動與電子技術(shù)想結(jié)合的成功模式。

結(jié)語

對于技術(shù)含量高的一些工程機(jī)械，我國還需要花費(fèi)大量資金從國外引進(jìn)技術(shù)才能發(fā)展。而對于中等技術(shù)含量的工程機(jī)械，國內(nèi)廠家在努力進(jìn)行思路的創(chuàng)新、元件產(chǎn)能的提升和機(jī)械利用率的提高，改變被外國強(qiáng)行壓制的局面。因而，國家政府應(yīng)該對液壓傳動技術(shù)更加重視，最終實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的完美運(yùn)用。

[1]王鐵軍.工程機(jī)械上液壓機(jī)械傳動的應(yīng)用探究[J].液壓與氣動，2012.

[2]林濤.液壓機(jī)械傳動平地機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長安大學(xué)，2012.