履帶式高空作業車行走液壓系統的設計分析

劉敏

（山西鐵道職業技術學院，山西 太原 030013）

履帶式高空作業車是指一種通過液壓驅動，幫助人們實現高空作業的履帶式機械，其具有牽引力大、爬坡能力強等優勢，在工程機械領域被廣泛應用，而液壓系統作為其中的重要組成部分，工作者應深入分析該系統的設計方法，并采取有效措施，增強設計方案的科學性與合理性，優化作業車的使用性能。

1 設計要求

在履帶式高空作業車中，行走液壓系統屬于一種液壓傳動機制，其主要作用原理是通過液壓馬達帶動減速機，實現對履帶輸出扭矩的驅動，但其在本質上，是一種依靠液體壓力傳遞能量的裝置，并且具有質量輕、穩定性強、慣性小等突出優勢，因此，被用于工程建筑、機械制造、交通運輸等多個工程技術領域中。現階段的行走液壓系統通常包含四個部分，即液壓泵、執行元件、控制元件、輔助元件，設計者需要保留上述液壓系統的基礎優勢，并合理協調設計方案，確保這四個部分能夠達到良好的協同運作效果，使作業車的使用性能得以順利達到預期。在此過程中，設計者要通過液壓系統設計方案，使液壓系統在不同載荷狀態下，可以調整至相應的速度，并在必要時采取選用不同的轉彎半徑，同時，保持行走作業的連續性和安全性。

2 設計過程

2.1 技術思路設計

在設計過程中，設計者結合液壓系統的整體結構，將上述設計要求內容進行了細化，構建出了系統的技術參數體系，如表1，形成了液壓系統設計的技術思路。在此過程中，由于此次選定的液壓系統設計型號，為中型履帶式作業車行走液壓系統，因此，根據中型作業車的載荷、結構特質，結合當前的技術水平，設計者將系統的工作壓力設置為20MPa。在行走液壓系統的類型方面，現階段，主要有兩種，即變量泵、定量泵，而中型的高空作業結構緊湊，內部空間較小，因此，設計者選用了定量泵型的液壓系統設計體系，作為此次設計的整體思路框架。

表1 履帶式高空作業車技術參數表

2.2 行走馬達裝置設計

在液壓系統中，行走馬達作為其中重要的執行元件，設計者需要根據上述設計要求，計算出各個工況下，高空作業車在運行過程中對馬達的要求，使液壓系統的使用性能可以滿足設計要求。在此過程中，設計者要借助物理公式，分別計算出行走馬達裝置在平地高檔、爬坡低檔、低檔原地轉向這三種常見工況下，單個馬達的最大輸出驅動力以及最大輸出轉速，然后，再綜合三種工況，推算出高檔、低檔速度下，馬達的最小當量排量，最后，再基于此，選擇馬達的型號，使其符合液壓系統的運行需求。在平地高檔工況下的計算中，設計者應根據驅動力矩計算公式GfR/2，其中G為整機重量、R為履帶驅動半徑、f為滾動摩擦系數，以及輸出轉速計算公式，v1/2πR，其中v1為最高檔的最大速度、R為驅動輪半徑，并將技術思路中的技術參數代入公式中，即可得出該工況下的最大輸出驅動力矩、輸出轉速。同理，設計者還需要計算出其余兩種工況下，行走馬達裝置最大輸出驅動力矩、輸出轉速，然后，還要對數據進行整合，再將其帶入公式其中，M為輸出驅動力矩、Pm為馬達壓差、ηmm為馬達機械效率，得出馬達的高檔最小當量排量為186mL/r，低檔最小馬達當量排量為621mL/r。最后，根據所得出的數據，設計者選擇了PHV-3B-35AP-1-8502A型號的行走馬達裝置。

2.3 液壓泵設計

在液壓系統中，液壓泵主要負責通過向液壓系統提供壓力油，實現將原動機輸出的機械能，轉換為液體壓力能量的元件，其作為液壓系統的核心裝置，設計者需要基于設計好的技術參數，分別計算出高低兩個速度檔工況下，液壓泵的排量參數，作為液壓泵設計依據，保障設計方案的科學性與合理性。

當馬達處于高檔位速度工況下，設計者應根據

2.4 附件設計

在該項履帶式高空作業車行走液壓系統的設計環節，包含閥門和其他液壓輔助兩方面的設計內容。其中，閥門作為系統中重要的控制元件，主要起到控制和調節系統中油液壓力、方向、流量的作用，因此，設計者根據上述計算值，依照流量和壓力兩方面指標，選擇了型號為FD10-40-0-N-44的分流閥、XDP3CO3N3FOO2的比例閥等閥門，以保障液壓系統內部運行的穩定性與可靠性。而此次設計中的高空作業車屬于中型裝置，所以設計者采用了換向閥相組合的方式，設計出了閥門調速回路，來實現閥門裝置的油液控制功能。在輔助元件中，由于該部分元件主要包括油箱、管道、濾油器等輔助性的設施，因此，設計者在具體的設計中，結合了上述大型重要元件的參數，針對型號、尺寸進行了選擇，使其能夠順利配合重要元件的運作。

此外，為了確保設計方案的有效落實，設計者還基于額定油量、推薦流速與強度，進行了管路這一輔助元件的選擇，并圍繞公式，其中Q為流量、v為推薦速度，以及公式，其中，P為管路最大壓力、為管路可承受應力，等公式來選擇進油管、回油管等輔助元件，以增強設計方案的準確性。

2.5 發動機動力設計

在液壓系統設計過程中，設計者務必要保證，當系統處于最大壓力工況時，作業車內部的發動機不能熄火，也就是說，設計者需要將發動機的實際最大輸出扭矩工作值，設置在外特性曲線以下，以強化液壓系統整體的穩定性。在此過程中，由于中型履帶式高空作業車常用的發動機型號為CH640，因此，在此次設計中，設計者需要先核查該類型發動機，是否能夠滿足要求，如果滿足要求則繼續沿用此類型發動機，若不滿足要求，就需要設計者結合計算出的參數值，進行重新選擇。

在計算中，該型號發動機的轉速為3000r/min，那么根據公式，其中，p為系統工作壓力、Vp為液壓泵排量、ηmp為液壓泵機械效率，計算出發動機最大輸出力矩，最后，設計者經過核實，發現該發動機的最大輸出力矩，處于外特性曲線以下，因此，在此次設計中，設計者采用了CH640型號的發動機。

2.6 行走試驗

為了驗證該液壓系統的使用性能是否符合高空作業車的工作需求，設計者還要將上述方案落實到實際中，并對基于該設計方案構建的高空作業車設備，開展行走試驗。在行走試驗中，設計者需要先在高低兩個速度檔的工況下，分別觀測作業車的行走速度、爬坡行駛狀態、轉彎效果，核查該設計方案是否能夠達到預期的效果，并針對存在問題的地方，進行協調和優化，保障設計方案的質量。試驗完畢后，設計者測試出該高空作業車具有0～2.1km/h的高檔速度、0～1.3km/h的低檔速度、18.6°以上的有效爬坡角度，而且可以實現原地360°的轉向行駛。

3 結果分析

根據上述行走試驗得出的數據，對比設計者在前期設定的作業車運行參數，可以看出，基于該設計方案構建出的液壓系統，符合前期設定的運行參數要求，因此，此次液壓系統設計達到了預期效果，可以應用到實際場景中。但在此過程中，工作者不僅需要嚴格按照設計方案，來配置液壓系統元件，而且還要保障輔助元件的質量，使設計方案得以準確落實，提升履帶式高空作業車的使用性能水平。

4 結語

綜上所述，做好液壓系統設計，能夠增強履帶式高空作業車的運作效果。在系統設計中，設計者采用了PHV-3B-35AP-1-8502A型號的行走馬達、1221011019的液壓泵、CH640型號的發動機，以及其他配套元件，使液壓系統的運作效果順利達到了預期，優化了機械作業質量。