工程機械液壓行走系統的設計及理論研究

張 利

山東泰豐液壓股份有限公司

工程機械液壓行走系統的設計及理論研究

張 利

山東泰豐液壓股份有限公司

當前，隨著工程建設的發展，各種機械設備得到了廣泛的運用。在現代工程機械工程中，匹配控制技術的應用，液壓系統是主要的技術之一，液壓系統借助計算機技術和發動機技術，提高了工程機械的工作效率和節能效果。而液壓行走系統能很好地滿足工程機械作業時力和速度變化急劇、頻繁等苛刻條件，使之獲得穩定的行走、轉向和變速性能，所以液壓系統在工程機械行走機構中的應用日趨廣泛。為之就此進行分析。

工程機械；液壓行走系統；設計；理論

1. 液壓行走系統的基本型式

1.1 開式和閉式系統

按油液循環方式的不同，可分為開式系統和閉式系統。

開式系統結構簡單，構成靈活，但油箱體積大，油液常與空氣接觸，工作機構運動不平穩要在回油路上加背壓以提高系統的穩定性，換向過程中會出現液壓沖擊和能量損失系統效率低，只是在一些小型車輛上偶爾采用帶有平衡背壓的開式回路。

閉式系統結構緊湊，傳動平穩性好。內設補油泵，以補償系統的泄漏并對油液冷卻，同時也為控制機構和某些低壓工作的輔助機構提供動力。工作機構的變速和換向通過調節泵或馬達的變量機構實現，避免了在開式系統換向過程中所出現的液壓沖擊和能量損失系統效率較開式系統高。

1.2 高速和低速方案

按驅動輪是否直接由液壓馬達驅動，可分為低速和高速兩種方案。

低速方案低速大扭矩液壓馬達直接驅動車輪。安裝空間小功率損失小和機械噪聲低降低了驅動輪的轉動慣量，有利于提高系統的調節品質和減少沖擊負荷，但馬達要承受各種徑向和軸向載荷。

高速方案采用高速馬達，通過減速器減速來提高輸出轉矩，利用中間傳動環節來分擔徑向和軸向載荷。通過選擇減速比，可方便地匹配主機參數，對馬達的承載要求相對較低。

1.3 功率分流液壓行走系統

功率分流液壓行走系統就是把行星差動輪系與液壓調速裝置組合起來，把發動機輸入的功率流分為可無級調速的液壓功率流和高效率的機械功率流，然后經匯流行星排把兩路匯合起來。此項技術把液壓傳動的無級調速性和機械傳動穩態效率高這兩者的優點結合起來，因此不僅具有無級變速性能，又有較高的效率和較寬的高效區。根據小松公司有關資料，液壓機械傳動與液力機械相比，裝載機作業量最大可提高30%，燃料經濟性最大可提高25%。

在功率分流傳動中，液壓系統主要起調速作用，機械系統主要用來傳遞動力。液壓傳動一般用在150KW以下的場合，而功率分流液壓行走系統通常為40—400KW，如果限定變速范圍則有可能達到735KW。這種液壓行走系統的總效率一般可達到90—95%。

2.液壓行走系統的基本工作原理

本文以某小型輪式攤鋪機為例，通過分析該攤鋪機行走液壓系統原理，介紹每種行走模式特點，闡述如何根據工況選擇行走模式。

2.1 結構和原理

該攤鋪機最大攤鋪寬度為4.5m，最大攤鋪厚度為280mm。該機共有6個行走輪，其中4個為驅動輪。

該攤鋪機行駛系統采用全液壓驅動，由單行走泵1驅動，通過液壓差速鎖2、前驅輔助閥3驅動前行走馬達(7， 8 )和后主行走馬達(4，9)使攤鋪機行駛，如圖1所示。

(1)行走泵。行走泵1采用力士樂A10VG45EP型電比例雙向變量泵，該泵帶有壓力切斷和高壓溢流功能，通過給排量控制閥的電磁閥(A6 ， A7 )通電，實現攤鋪機前進、后退及行駛速度控制。

(2)行走馬達。前行走馬達(}， s)為力士樂MCR03F400徑向柱塞定量馬達。后主行走馬達(4， 9 )為力士樂A6VE55EZ型電控變量馬達，電磁閥( A10， A11 )用以控制變量馬達的變量，以實現攤鋪機高速行駛擋和低速作業擋的切換。

(3)驅動控制。左、右側行走馬達的同步及差速，由差速鎖2控制，差速鎖2采用德國布赫MTI6DVD型調速閥。通過給液壓差速鎖2的電磁閥(Al)通電或斷電，實現定流量分流和隨機流量分流，從而實現左、右側行走馬達的同步及差速的切換。差速鎖2與前驅輔助閥3的電磁閥( A2，A3，A4，A5)的通斷，實現攤鋪機后驅同步、后驅不同步、四驅同步、四驅前輪同步4種行走模式。

(4)被拖拽功能。前行走馬達(7， 8)殼體的回油油路通過過油塊6、再通過單向閥5與液壓油箱連接，該攤鋪機液壓轉向器的回油(10L/min)也通過過油塊6，過油塊6回液壓油箱管路上的單向閥設定壓力為0.2MPao 2股回油能夠保證前行走馬達殼體內始終有0.2MPa背壓。

3.液壓行走系統在工程機械上的設計及應用

3.1 裝載機液壓行走系統

HST裝載機是全液壓驅動機械，行走和工作裝置可實現綜合控制。目前，世界上先進國家新開發的小型裝載機幾乎已100%采用HST，并有向大型裝載機發展的趨勢。與傳統的液力機械裝載機相比，具有很大的優勢：液壓傳動元件位置獨立，布置方便；在全車速范圍內可實現無級變速，其發動機功率利用率好，傳動綜合效率比到傳動高，油耗較低；行走微動性能好，卸載靠近卡車需要微動性能，車可通過微動踏板，改變變量泵斜盤傾角，使車速平穩連續變化。

液壓系統采用變量馬達，其控制裝置由前進后退梭形閥，伺服閥和變量油缸組成。

液壓馬達的排量由伺服油缸活塞桿位置確定，其位置由伺服閥控制。伺服閥閥芯右端受控制液壓泵排量的先導油壓作用，其閥芯左端受靜壓驅動系統油壓反饋作用和彈簧力作用。伺服閥在液壓泵先導油壓、驅動系統油壓和彈簧力作用下取得平衡，確定其位置。伺服閥芯位置確定伺服變量油缸活塞桿位置，活塞桿位置確定液壓馬達排量。從力平衡可知隨著系統油壓增加，液壓馬達排量增大，隨著液壓泵先導控制油壓上升，液壓馬達排量下降。

液壓馬達排量隨液壓泵先導控制油壓發動機轉速上升而下降，當發動機在怠速狀態時，液壓馬達排量處于最大位置，隨著發動機轉速上升，液壓馬達排量逐漸減小。

前進后退梭形閥的作用是前進后退變化時，實現高低壓油路轉換。

3.2 振動壓路機液壓行走系統

振動壓路機采用液壓行走系統，可實現驅動系統的無級變速，同時使換向更加輕便柔和減輕操作人員的工作強度，司機只需將發動機油門拉到最大位置，通過調節變量泵的斜盤傾角就可以很容易的設定行駛速度。

振動壓路機的行走驅動系統一般由以下幾部分組成：

(1)泵—馬達閉式驅動油路系統：采用雙向變量泵，定量或有級變量馬達，與輪邊減速器制成一體的車輪馬達，內置彈簧制動油壓放松制動器，結構緊湊。閉式回路中的馬達通常并聯，以保證有足夠大的輸出轉矩驅動車輪。

(2)冷卻補油限壓系統：補油泵、補油壓力閥、補油單向閥，洗冷卻閥和限壓卸載閥等組成。

(3)操縱控制系統：油泵變量操縱機構、制動操縱機構。

一般情況下，壓路機用方向操縱桿制動，即靜壓制動，當方向操縱桿處于中位時，驅動泵的排量為零，沒有油液進行主回路，壓路機在慣性的作用下停車，此時制動器不工作，始終是脫開的。

當進行停車制動和緊急制動時，操縱電磁制動閥，由車輪制動器實現制動：切斷電磁制動閥，補油泵的壓力油不能進入制動器，制動器與油箱相通，靠彈簧壓緊摩擦片實現制動。

當發動機啟動，并且制動按鈕不起作用的情況下，補油泵的壓力油通過制動閥進入制動器，頂開彈簧，脫開摩擦片，壓路機可以正常行走。

結束語

采用液壓行走系統的工程機械，在操縱、控制、布局、功率利用率等各個方面，其性能都是一個巨大的飛躍。為此，我們需要提高工程機械液壓行走系統設計的水平，使其能夠更好的促進工程建設的發展。

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