全液壓驅動形式除雪車液壓校核計算

李旭俊

（中國重汽集團柳州運力科迪亞克機械有限責任公司，廣西 柳州545112）

全液壓驅動形式除雪車液壓校核計算

李旭俊

（中國重汽集團柳州運力科迪亞克機械有限責任公司，廣西 柳州545112）

介紹一種機場常用的多功能除雪車，該車行走驅動采用全液壓驅動全驅形式，通過液壓系統來實現車輛推雪、掃雪、吹雪的多種功能。本文闡述了如何通過計算方法校核選型驅動行駛的液壓泵及對應的液壓馬達，要求校核后的各項性能滿足設計要求，能正常、穩定工作。

多功能除雪車；全液壓驅動；校核計算

冬季降雪對交通、生產、生活影響很大，然而我國對除雪機械的開發、生產較晚，產品較國外除雪配置單一落后[1]，國外機場用的除雪車配置一般有不同型式與規格的推雪板、中置滾刷、撒布機、前置滾刷、拋雪機、破冰機等除雪器具，且均為快速換裝形式。然而我國對除雪機械的開發始終為機械傳動形式的二類底盤上加裝推雪、掃雪、吹雪等系列設備進行改裝，由于二類底盤的局限性，即只有前輪轉向，后橋驅動，沒有四輪轉向全輪驅動功能，除雪時候抓地力不足，轉彎半徑小不適合操作，同時沒有足夠多的扭矩大的液壓取力口用于安裝大扭矩液壓泵，機械傳動的底盤附件過多，沒有足夠的空間，在添加以上設備時候，始終不能很好的實現各項除雪功能[2]。

1 全液壓驅動形式除雪車設計

一種全新設計的液壓驅動形式的專用除雪車底盤能很好的解決以上問題，因為采用全液壓驅動，在設計時就需考慮如何根據使用工況匹配好驅動部分，因此本文就某一液壓驅動車輛的功能參數為例，提出一種液壓驅動校核計算的方法。該全液壓底盤為單發動機形式，取消傳統機械傳動系，減少了機械傳動部分給底盤提供了足夠的空間布置系列除雪設備。其布置形式為：前推鏟、中吹風、中滾刷、后撒布[3]，如圖1所示為多功能除雪車。

圖1 多功能除雪車

2 液壓回路

底盤采用4輪4驅轉向，在發動機后部接分動器，分動器連接行走的液壓泵，通過液壓泵驅動液壓馬達給前后橋提供驅動力，可以實現車輛四驅，加強了在雪地行駛抓地力和穩定性，圖2為發動機驅動液壓泵，液壓泵驅動液壓馬達的閉式系統的液壓回路圖。

圖2 驅動原理圖

3 推鏟推力計算

推鏟依靠鏟體自重使鏟刃與路面緊密接觸，利用除雪車前進的動力與速度將浮雪清離路面，并沿推鏟拋向側面。因此，推鏟本身的質量、鏟體與路面的摩擦系數、鏟刃與路面的夾角、鏟刃形狀、鏟體水平擺角、除雪作業寬度、除雪作業速度、浮雪密度、浮雪厚度等因素都與雪阻力計算密切相關。同時，浮雪的平均抗剪應力亦對雪阻力計算產生一定影響，但由于其值相對較小，計算時通常忽略不計[4]。推鏟推雪時依靠車體的前進動力將路面積雪清離路面，并使積雪沿鏟體向一側滑移而到達道路邊沿。同時雪鏟曲面的設計為漸開線等螺距螺旋面[5]，積雪將沿著推雪鏟一側排出，而不會積累到雪鏟頂部。

以某一車型為例，在計算具體推力時，雪的密度以g/cm3為單位。雪的密度變化范圍很大，新下的松軟雪的密度為0.04～0.1 g/cm3，融雪時雪的密度可達0.6～0.7 g/cm3，雪的平均密度為 0.2～ 0.25 g/cm3，折中取0.4 g/cm3，推鏟寬度 6 m，按推雪最小角度 20°，則

滾刷滾動反力計算，ηb按聚丙烯與路面摩擦系數最大取0.4，則

4 車輛行駛阻力計算

除雪車在平直道路上行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力以及來自空氣的空氣阻力（風阻）。同時如果在坡道上行駛時，必須克服坡道阻力；在加速行駛過程中需克服加速阻力[6]；在推雪作業時候還有推雪阻力。因此車輛行駛過程中所受的阻力計算如下：

車輛驅動力—行駛阻力平衡公式如式（1）：

上式中，Ft為驅動力；Ff為滾動阻力；Fw為空氣阻力；Fi為坡度阻力；Fj為加速度阻力；Fp為推雪阻力。

滾動阻力可視為車輪在一定條件下滾動時所需的推力與車輪負荷之比，或單位汽車重力所需之推力，滾動阻力計算公式如式（2）。

上式中，G為除雪車整備質量，取滿載除雪劑20 000 kg；f為滾動阻力系數；p為爬坡度。

空氣阻力是汽車在空氣介質中行駛，汽車相對于空氣運動時空氣作用力在行駛方向形成的分力，空氣阻力與汽車速度的平方成正比，車速越快阻力越大。如果空氣阻力占汽車行駛阻力的比率很大，則會增加汽車燃油消耗量或嚴重影響汽車的動力性能。本文中空氣阻力計算公式為F=，按機w

場逆向風工作，最大允許相對速度50 km/h計算，則Fw=1×9.25×50×50/21.15=1 093 N

表1 各種路面的滾動阻力系數[6]

在這里按混凝土，最大滾動阻力系數取0.02計算。考慮到實際工作時除雪車不會快速加速且行駛速度較慢，因此忽略加速阻力，但是可能存在強風作業狀況，取最大逆風速度50 km/h.因此牽引力的計算公式如式3.

由上式可知爬坡角α越大，∑F越大。考慮機場跑道一般不允許有縱向坡度，為考慮極限工況，因此將 α 取值 10°，則：

5 驅動負載轉矩計算

車輛為雙軸四輪四驅動形式，每個車橋有兩個車輪，此時單橋2個輪有效切線牽引力為總牽引力的一般，因此，Fks=0.5∑F=0.5× 42 237=21118.5 N.

機械傳動常用驅動效率η=0.98.

驅動負載轉矩（N·m）計算公式如式4.

上式中，iM為減速器傳動比（2.6∶1）；ηM為減速器傳動效率（0.98）；iN為車橋傳動比（8.88∶1）；ηN為車橋傳動效率（0.98），則

6 馬達工作壓力計算

液壓馬達的工作壓力跟負載有關，流量與排量和轉速有關。選擇馬達一是要選擇其額定壓力大于或等于工作壓力，因此需要計算核準的液壓馬達工作壓力（MPa），計算公式如式（6）：

經過計算選取馬達參數：最大排量為105 cm3/r，額定壓力為25 MPa，最高額定壓力為42 MPa，最高壓力為50 MPa.

7 結束語

在除雪車滿載20 t，逆風相對速度50 km/h，推雪2 849 kg，10°坡跑道滿負荷工作時，馬達的工作壓力為41 MPa，小于馬達的最高額定壓力。在實際工作中除雪車不可能在逆向風速作業速度50 km/h長時間在10°坡道上作業，因此選用105 cc排量的泵是符合該液壓系統工作能力的，但不建議長時間滿負荷工作。

經過以上計算方法計算除雪車在平地起伏度3°左右，滿負荷工作情況下，行走時馬達的工作壓力為18 MPa，小于額定壓力25 MPa.因此該液壓系統滿足設計要求。

[1]祁玉龍.除雪除冰設備的現狀和發展趨勢[J].鐵道建筑技術，2012（10）：88-90.

[2]張建發.民用機場除雪設備行業技術及現狀[J].今日工程機械，2014（7）：88-90.

[3]姚繼蔚，孫 寬.路面除雪機械現狀及發展趨勢[J].建筑機械，2013（11）：68-73.

[4]鄧洪超，馬文星.DQX路面除雪車浮雪鏟除雪作業模型[J].吉林大學學報（工學版），2005，35（4）：381-385.

[5]鄧洪超.多功能除雪車犁形前雪鏟結構設計[J].工程機械，2005（10）：18-20.

[6]黃金松，許洪國.基于道路試驗的汽車滾動阻力和空氣阻力系數計算方法和研究[J].交通信息安全，2009，27（1）：75-78.

Checking Calculation the Hydraulic Motor Pressure of the All Wheel Hydrostatic Drive of Snow Removal Vehicle

LI Xu-jun
（Sinotruk Liuzhou Yunli Kodiak Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545112，China）

An snow removal vehicle for the airport were instructed in the paper，all wheel hydrostatic drive was designed in the chassis，and be drive by hydrostatic motor，the vehicle with multiple functions such as pushing snow，sweeping snow，blowing snow.The method of checking calculation the hydraulic motor pressure was show in this paper.

multifunctional snow removal vehicle；all wheel hydrostatic drive；checking calculation

U418.32

A

1672-545X（2017）10-0035-03

2017-07-26

李旭俊（1979-），男，瑤族，廣西宜州人，高級工程師，碩士，從事專用汽車設計與開發。