某車型液壓絞盤系統研究

范廣龍 席文進

摘 要：文章根據整車的總質量，通過計算分析，為車輛選擇合適拉力的絞盤，并校核。

關鍵詞：計算分析;絞盤;拉力;校核

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）10-174-03

The study of the vehicle?hydraulic winch system

Fan Guanglong， Xi Wenjin

（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.?Ltd， Shaanxi Xian 710200）

Abstract：?According?to the gross quality of the vehicle，?through calculation and?analysis to choose?the advisable winch for the vehicle， then checkout its pull.

Keywords： Calculation and?analysis; Winch; Pull; Checkout

CLC NO.：?U467??Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）10-174-03

1?概述

1.1?整車主要參數

整車總質量：≯30000（kg）。

1.2?絞盤系統說明

絞盤系統是汽車的重要組成部分，其主要功用是汽車無法移動時，借助絞盤的牽引，使汽車本身（或其他被困車輛）脫離被困區域。

2?絞盤系統設計

為了滿足在60%坡道能夠自救或救援（GJB 82A-2009 ?3.1.12要求），即絞盤設計最大牽引力應為：

根據整車設計方案，絞盤布置在整車中后側，可前、后出繩，變速器取力，取力器安裝于變速器上。為滿足拉力要求鋼絲繩選用直徑20mm。由GJB 82A-2009可知，鋼絲繩長度≮60m，絞盤鋼絲繩纏繞圈數在3-5層之間，考慮空間布置情況，鋼絲繩選用4層狀態。自動收繩時，為防止亂繩，絞盤鋼絲繩的布置采用3^o原理如圖1。

2.1?液壓絞盤技術概況及工作原理

重型高機動液壓絞盤技術概況如表1所示。

液壓絞盤的工作原理：（見圖2），變速器帶動取力器，取力器帶動油泵工作，油泵的出口高壓油首先通過組合式控制閥打開液壓制動器，使卷筒處于松剎狀態;同時另一路壓力油進入葉片馬達，葉片由于受到進出口壓力差的作用，產生旋轉力矩，驅動雙級行星減速器旋轉，絞盤卷筒開始工作。

3?液壓絞盤性能計算

3.1?絞盤容繩量

第一層容繩量L₁=（D+d）?×π×Z ?????????????????（2）

第二層容繩量L₂=（D+d×3）×π×Z ????????????????（3）

第三層容繩量L₃=（D+d×5）×π×Z ????????????????（4）

第四層容繩量L₄=（D+d×7）×π×Z ????????????????（5）

總容繩量L=L₁+L₂+L₃+L₄???????????????????????（6）

D——卷筒直徑;

D——鋼絲繩直徑;

Z——纏繞圈數

L_o——卷筒寬度;

L=（4×D+16×d）×π×L_o/（1.05×d）。

根據縱梁之間距離，以及絞盤本體結構尺寸，通過反復計算選定：D=280mm;L_o=280mm;得L=60.3m;滿足GJB 82A-2009對鋼絲繩長度的要求。

3.2?絞盤扭矩

M=F×（D+d）/2=22.05kN· m ???????????????????（8）

絞盤第一層繩工作需克服扭矩。根據此參數確定絞盤其他參數，由供應商匹配計算如下：

3.3?盤卷筒輸入扭矩

M_o=M/（i×η）=0.458kN·m ???????????????????????（9）

i——傳動比i=51.8;

η——減速器效率η= 0.93。

3.4?鋼絲繩工作速度

第一層繩速：

V=（D+d）×π×n_m/i=6.37m/min ??????????????????（10）

n_m——馬達轉速350 r/min。

3.5?液壓馬達流量

Q_m=q_m×n/（η_v×1000）=1.21×10^-3m³/s ????????????（11）

q_m——液壓馬達排量q_m=200ml/rpm;

η_v——液壓馬達容積效率η_v=0.95。

3.6?液壓馬達扭矩

M_m=q_m×P×η_m/（2×π）= 0.487kN·m ???????????????（12）

P——液壓馬達壓力P=17MPa;

η_m——液壓馬達機械效率?η_m=0.9;

M_m>M_o;故扭矩計算合理。

3.7?齒輪泵匹配計算

由油泵實際輸出流量=馬達流量，確定油泵基本參數。齒輪油泵工作轉速按鋼絲繩額定卷繞速度6.37 m/min時計算。

n_b=n_mq_m/（q_b×η_m1×η_g×η_b）???????????????????????（13）

經計算得到n_b=1873

q_b——油泵排量，43×10^-6m³/rpm;

η_b——油泵容積效率，η_b=0.92;

η_m1——油泵機械效率，η_b=0.92;

η_g——其它附件效率，η_g=0.98;

n_b——油泵工作轉速，r/min。

3.8?發動機轉速計算

為保證油泵有足夠的流量，在取力器總速比一定的條件下，發動機的轉速與取力器輸出軸轉速有下述關系：

取力器速比i≥n_a/n_max=0.84;取i=0.92;

n_a——發動機最高轉速n_a=2100rpm;

n_max——連續壓力下油泵最高轉速，2500rpm。

i=n_in/n_out（14）

經過計算得到n_in=1724（rpm）;

n_in——發動機轉速，r/min;

n_out——取力器輸出轉速，r/min;

即保證額定繩速的發動機轉速應為1724 r/min。

3.9?取力器匹配計算

3.9.1?油泵輸入功率計算

N_i=P×Q₀×10^-3/η ?????????????????????????????（15）

經過計算得到N_i=26.5kW;

P——油泵工作壓力P=18×10⁶Pa;

η——油泵總效率=容積效率×機械效率;

η=η_ν×η_m1=0.85;

N_i——油泵輸入功率。

3.9.2?取力器最大輸出功率計算

由3.4得取力器速比i=0.92，確定取力器基本參數

N_max=M×n/（9549η）???????????????????????????（16）

經過計算得到N_max=112 kW;

M——取力器許用扭矩，M=525N·m;

N_max——取力器實際輸出功率;

由于N_max>>N_i，可知取力器具有較大的儲備功率。

3.10?絞盤油箱散熱計算及校核

3.10.1?散熱計算

絞盤工作時發熱的原因，主要是液壓泵和液壓馬達的功率損失;絞盤工作時產生的熱量由系統中的各散熱面散發到空氣中去，其中液壓油箱各表面是最主要的散熱面。絞盤工作時溫升的驗算是指絞盤連續工作兩個循環后，系統所產生的熱量和散發到空氣中的熱量平衡時，系統油溫不再升高，此時的油溫不超過允許值。額定工況下的參數見表2。

以液壓油最高使用溫度為校核目標則有絞盤工作兩個工作循環產生的總熱量：

H₁=（P₁-P₂）×2t=2.45 kw.h ?????????????????????（17）

油箱內液壓油的溫度為T₁

T₁-T₀=（H₁-H₂）/C_m（18）

油箱散熱量：

H₂=2kAt（T-T₀）???????????????????????????????（19）

通過油箱擺放位置的空間分析得油箱的外形尺寸如表3。

3.10.2?校核

液壓油箱中油液的質量m=124kg（總容積90%的重量）

H₂=2kAt（T-T₀）=0.44kw.h

其中A——液壓油箱的散熱面積A=1.732m²

油箱內液壓油的溫度：T₁-T₀=（H₁-H₂）/C_m

經過計算得T₁=78℃<80℃，所以，液壓油箱滿足絞盤使用要求。

3.11?絞盤與整車的匹配計算

汽車地面附著力F_w=205799N。

對于液壓絞盤車，駐車制動力：F_μ=180000N。

絞盤的額定牽引力?F=151421N，可知：Fw