560 k W全液壓推土機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

張媛媛，王媛媛

(1.山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073；2.長安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

0 前言

推土機(jī)是一種鏟土運(yùn)輸機(jī)械，能夠挖掘平地，排棄巖土。經(jīng)常應(yīng)用于礦山開采、平整土地和建筑場(chǎng)地。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型的工程越來越需要大馬力工程機(jī)械的參與，以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率[1]。目前，推土機(jī)的傳動(dòng)方式有機(jī)械、液力機(jī)械、全液壓和混合動(dòng)力傳動(dòng)等方式[2-6]。機(jī)械式和液力機(jī)械式推土機(jī)工作效率高，但是操作復(fù)雜，不夠靈活，污染環(huán)境?；旌蟿?dòng)力推土機(jī)污染小但是技術(shù)不成熟，價(jià)格昂貴。全液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是利用工作介質(zhì)的壓力傳遞能量、靠壓力做功的系統(tǒng)，這種傳動(dòng)方式一般采用泵和馬達(dá)組合在一起驅(qū)動(dòng)履帶，無極變速，操作靈活，容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)力轉(zhuǎn)向和原地中心轉(zhuǎn)向，可以滿足推土機(jī)各種作業(yè)工況的要求。比較成熟的全液壓推土機(jī)主要是小馬力的推土機(jī)，大馬力的推土機(jī)的理論和實(shí)踐都不夠成熟。大馬力推土機(jī)的核心是行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

本研究首先介紹大馬力推土機(jī)的行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求，然后介紹幾種常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，最后提出560 kW全液壓推土機(jī)的行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方案。

1 560 k W全液壓推土機(jī)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求

大馬力推土機(jī)由于作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，負(fù)載較大。因此，大功率全液壓推土機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

1）推土機(jī)行駛過程中能夠?qū)崿F(xiàn)無極變速，靈活轉(zhuǎn)向，控制起來容易。

2）推土機(jī)在作業(yè)過程中遇到大負(fù)載能夠自適應(yīng)調(diào)整速度，發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火。

3）液壓系統(tǒng)匹配合理，可靠性高，占據(jù)空間小。

4）整機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型好。

2 液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

針對(duì)全液壓推土機(jī)液壓系統(tǒng)的要求，本研究介紹了三種液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳遞路線和優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇560 kW全液壓推土機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

2.1 單泵單馬達(dá)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案

單泵單馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞路線如圖1所示：

圖1 單泵單馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞路線

從圖1中可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵，變量泵驅(qū)動(dòng)變量馬達(dá)，動(dòng)力經(jīng)過驅(qū)動(dòng)橋傳遞到兩側(cè)減速平衡箱體，再到驅(qū)動(dòng)輪。

該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單邊回路如圖2所示。從圖2可以看出，推土機(jī)的行駛速度可以通過調(diào)節(jié)泵的排量大小調(diào)節(jié)，排量大行駛速度快，排量小行駛速度慢，比例電磁閥的作用是可以通過換向來改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)向，馬達(dá)的轉(zhuǎn)向不同可以實(shí)現(xiàn)推土機(jī)前進(jìn)后退，兩邊馬達(dá)轉(zhuǎn)速相等實(shí)現(xiàn)直線行駛，兩邊轉(zhuǎn)速差可以實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向、大半徑轉(zhuǎn)向。該方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低；缺點(diǎn)是換檔的切換困難。這種方案適合小功率的推土機(jī)。因此，單泵單馬達(dá)液壓行駛系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案適用于變速范圍小的小型推土機(jī)。

圖2 單泵單馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)回路

2.2 單泵多馬達(dá)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案

除了單泵單馬達(dá)系統(tǒng)，在壓力機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、攤鋪機(jī)還有采用單泵多馬達(dá)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案。下面主要以單泵多馬達(dá)系統(tǒng)的單泵雙馬達(dá)系統(tǒng)為例來介紹。單泵雙馬達(dá)液壓行駛系統(tǒng)的傳遞路線如圖3所示。從圖3可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量液壓泵，變量泵驅(qū)動(dòng)左右兩邊的液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)左右兩邊的減速機(jī)構(gòu)。變量泵的排量控制左右兩邊馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，左右兩邊轉(zhuǎn)速相等實(shí)現(xiàn)前后行走，轉(zhuǎn)速差可以實(shí)現(xiàn)推土機(jī)的轉(zhuǎn)向。

圖3 單泵雙馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳遞路線

圖4是單泵雙馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)回路。從圖4可以看出，液壓系統(tǒng)增加了安全溢流閥，安全溢流閥可以用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最高工作壓力，工作壓力過大，安全溢流閥打開。該方案的優(yōu)點(diǎn)是左右兩邊的速度分別采用兩個(gè)馬達(dá)，控制比較靈活；缺點(diǎn)是兩邊轉(zhuǎn)速控制的不同步，推土機(jī)容易出現(xiàn)跑偏。

圖4 單泵雙馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)回路

2.3 雙泵雙馬達(dá)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案

山推工程機(jī)械股份有限公司2010年推出的100馬力的全液壓推土機(jī)采用雙泵雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式，其動(dòng)力傳遞路線如圖5所示。

圖5 雙泵雙馬達(dá)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞路線

由圖5可以看出，履帶兩邊采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過分動(dòng)箱給兩邊的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，兩邊的結(jié)構(gòu)一樣，液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)變速，控制兩邊的速度差可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向。

圖6是行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液壓回路。

圖6 雙泵雙馬達(dá)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)回路圖

從圖6可以看出，履帶兩側(cè)的速度分別采用控制兩邊的泵的排量，泵的排量控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，泵的轉(zhuǎn)速大小決定了前后兩側(cè)履帶的速度，轉(zhuǎn)速相等可以實(shí)現(xiàn)直線行走，形成轉(zhuǎn)速差推土機(jī)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。該方案的優(yōu)點(diǎn)是兩邊泵和馬達(dá)獨(dú)立可以分別控制，轉(zhuǎn)向靈活；缺點(diǎn)是兩邊的馬達(dá)同步性不好保證，控制不好容易跑偏。該方案適用于小馬力液壓推土機(jī)。

2.4 560 k W推土機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案確定

560 kW推土機(jī)屬于大馬力推土機(jī)，采用前面的方案液壓部件的功率大，尺寸過大，不利于空間布置。因此，可以采用多泵多馬達(dá)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)匹配計(jì)算，560 kW采用四泵四馬達(dá)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖7是四泵四馬達(dá)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞路線。從圖7可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)泵，兩個(gè)泵驅(qū)動(dòng)單側(cè)的兩個(gè)馬達(dá)，兩個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速合成輸出給單邊的減速器。

圖7 560 kW全液壓推土機(jī)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞路線

圖8是560 kW液壓推土機(jī)四泵四馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖。從圖8可以看出，左右兩邊的結(jié)構(gòu)對(duì)稱。兩個(gè)泵的排量合并提供給兩個(gè)馬達(dá)，兩個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和扭矩合成后提供給履帶。兩側(cè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速大小決定速度大小。控制四個(gè)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退轉(zhuǎn)向[7]。該方案設(shè)置有安全閥可以調(diào)整系統(tǒng)壓力。補(bǔ)油泵可以補(bǔ)充油液，降低油液溫度。該方案的優(yōu)點(diǎn)是空間尺寸小，輸出的扭矩大。

圖8 560 kW全液壓推土機(jī)四泵四馬達(dá)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖

3 結(jié)論

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

1）560 kW全液壓推土機(jī)作業(yè)工況復(fù)雜，行駛驅(qū)動(dòng)要求液壓系統(tǒng)可靠，控制系統(tǒng)不復(fù)雜，整機(jī)要求動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性好。

2）本研究介紹了單泵單馬達(dá)的全液壓推土機(jī)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、單泵雙馬達(dá)全液壓推土機(jī)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、雙泵雙馬達(dá)全液壓推土機(jī)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞路線以及液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3）通過對(duì)比，對(duì)560 kW全液壓推土機(jī)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選定了四泵四馬達(dá)的液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案，繪制了大功率全液壓推土機(jī)液壓行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖。