礦用越野車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

卓義 佘千根

摘 要：礦用越野車(chē)主要用于井下人員運(yùn)輸，整車(chē)采用整體式車(chē)架，四輪轉(zhuǎn)向減小了轉(zhuǎn)彎半徑，提高設(shè)備的靈活性，本車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)采用靜液壓無(wú)級(jí)變速，爬坡速度快，提高了井下人員的作業(yè)效率，是未來(lái)坡道人員運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：礦用越野車(chē)；靜液壓傳動(dòng)；濕式多盤(pán)制動(dòng)器；變量泵；變量馬達(dá)

礦用越野車(chē)采用整體式車(chē)架，前、后橋采用礦用專(zhuān)用轉(zhuǎn)向橋，四輪轉(zhuǎn)向，驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器為濕式多盤(pán)制動(dòng)器，極大提高了車(chē)輛制動(dòng)的可靠性、安全性，傳動(dòng)系統(tǒng)采用變量泵加變量馬達(dá)靜液壓傳動(dòng)，變速范圍大，為無(wú)級(jí)變速，發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)速度范圍內(nèi)變量泵和變量馬達(dá)效率高，降低了燃油消耗，而且此車(chē)較傳統(tǒng)的車(chē)輛爬坡速度快，大大縮短了車(chē)輛在井下人員運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高，減少礦山采購(gòu)成本。

1 牽引力計(jì)算

已知：車(chē)重m=9000kg，G=90kN，井下最大坡度14°，按α=17°設(shè)計(jì)，加速度取a=0.2m/s2，滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.025，地面摩擦系數(shù)f2=0.6。另外需保證10度坡爬坡速度20km/h。

因井下車(chē)輛速度較慢迎風(fēng)阻力可以忽略不計(jì)。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)功率確定

（1）按坡度α=17°，V=14km/h速度爬坡，ηt=0.8最大驅(qū)動(dòng)力時(shí)系統(tǒng)的總效率，θ=0.8發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)。

（2）按坡度α=10°，V=20km/h速度爬坡，ηt=0.8最大驅(qū)動(dòng)力時(shí)系統(tǒng)的總效率，θ=0.8發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)。

考慮轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)消耗功率約10kW。

綜上選用康明斯B系列水冷194kW發(fā)動(dòng)機(jī)。

3 變量泵、變量馬達(dá)的排量選擇

1）馬達(dá)排量選擇：橋選用DANA，212橋，主減速比i1=2.7，輪邊速比i2=6，ΔP液壓系統(tǒng)壓差，單位bar；V馬達(dá)排量，單位ml；ηmh=0.95馬達(dá)機(jī)械效率，ηvol =0.90馬達(dá)容積效率；R=0.5m輪胎滾動(dòng)半徑；柱塞泵、馬達(dá)一般額定壓力在420bar，為保證元件壽命持續(xù)工作壓力系數(shù)一般取0.6，因礦山建設(shè)最大坡度α=14°，此處計(jì)算按α=17°所以預(yù)選壓力系數(shù)稍微放大一些取0.75，所以ΔP液壓系統(tǒng)壓差范圍為，315bar。

Fmax=1.59*ΔP*V*ηmh*10-5*i1*i2/R（此處按坡度α=17°）

計(jì)算得V=196ml，根據(jù)樣本選擇排量210ml馬達(dá)。

反推計(jì)算壓差ΔP=295bar，工作壓力系數(shù)為0.7。

如果按礦山最大建設(shè)坡度α=14°計(jì)算壓差ΔP=251bar，工作壓力系數(shù)為0.5958，綜上馬達(dá)排量選擇合理。

2）泵排量選擇：變量泵加變量馬達(dá)傳動(dòng)系統(tǒng)，馬達(dá)排量變化時(shí)從最大變小，泵由小變大，所以泵是完全可以提供ΔP=295bar，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程不熄火，選擇最大功率點(diǎn)扭矩，根據(jù)選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)的扭矩為757Nm@2200rpm。

Mb=1.59*ΔP*V/100ηmh（ηmh取0.92）

計(jì)算得V=148ml，根據(jù)泵的排量變化，所以泵排量選擇比計(jì)算的要大一些，根據(jù)樣本選擇V=165ml。

4 牽引曲線及泵、馬達(dá)排量壓力變化過(guò)程曲線

以上1-3計(jì)算為車(chē)輛初步計(jì)算，主要為了確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率，泵、馬達(dá)排量，整個(gè)變化過(guò)程比較復(fù)雜無(wú)法每個(gè)點(diǎn)計(jì)算，此種發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)控制系統(tǒng)目前還需依賴(lài)進(jìn)口，元件廠商需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲線軟件匹配，匹配結(jié)束后還要上試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行調(diào)試。

5 結(jié)論

目前整車(chē)已經(jīng)完成測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)滿足井下使用要求，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售，井下靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)服務(wù)車(chē)的誕生豐富了公司產(chǎn)品品種，為客戶(hù)提供更多的選擇余地。

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作者簡(jiǎn)介：卓義（1982-），男，安徽泗縣人，本科，工程師，主要從事技術(shù)管理工作，現(xiàn)任安徽銅冠機(jī)械股份有限公司技術(shù)中心主任；佘千根（1976-），男，安徽銅陵縣人，本科，工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)任安徽銅冠機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)室技術(shù)主管。