劉 毅

江蘇省第一工業(yè)設(shè)計院有限責任公司，江蘇徐州 221006

0 引言

一般礦用機械的核心組成部分即是行走驅(qū)動系統(tǒng)，其大概分為四種類型，即純機械驅(qū)動系統(tǒng)、液力驅(qū)動系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)以及電力驅(qū)動系統(tǒng)。相較于工作系統(tǒng)，礦用機械行走驅(qū)動系統(tǒng)要保證具有很大的傳輸功率，而且組成整套系統(tǒng)所需要的組件具有耐用、高效特性，從而能夠確保系統(tǒng)在變速、調(diào)速、轉(zhuǎn)變輸出軸旋轉(zhuǎn)方向以及逆向傳輸動力等方面具有較高特性。

1 礦用機械行走驅(qū)動系統(tǒng)類型的確定

目前，最常用于礦用機械行走驅(qū)動系統(tǒng)的類型主要是液壓驅(qū)動和液力驅(qū)動系統(tǒng)兩種，為此，本文針對這兩種類型的驅(qū)動系統(tǒng)進行如下比較：

1）反應(yīng)性能

利用我國液力機械驅(qū)動型ZLD-40裝載機進行測試顯示，機械啟動加速時間為2s，制動時間為2.8s，額定功率下?lián)Q向時間為2s，待采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)后，由于其變速箱具有較大慣量，因此這些時間都會大大地縮短。

2）低速性能和驅(qū)動效率

液力驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定了轉(zhuǎn)速的二次方是與變矩器泵輪扭矩成正比的，電機轉(zhuǎn)速過低則扭矩過小，因此造成了啟動時不能充分加速從而無法發(fā)揮變矩器輸出扭矩的作用，假使用于裝載機械上，由于裝載機械是工作在低速區(qū)的，因此液力驅(qū)動系統(tǒng)是具有一定的局限性的，而液壓驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速與扭矩是無關(guān)的，因而可以避免這種情況的發(fā)生。在驅(qū)動效率方面，在同一設(shè)計工作點上，雖然液力驅(qū)動相較于液壓驅(qū)動而言有著較高的驅(qū)動效率，但是液壓驅(qū)動會在較寬的速度范圍內(nèi)保持高效率運行，由此可知液壓驅(qū)動在驅(qū)動效率上顯然要優(yōu)于液力驅(qū)動。

3）調(diào)速、變速性能

在進行礦用機械設(shè)計時，無論是采用液力驅(qū)動系統(tǒng)還是采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)，都需要進行相應(yīng)的換擋設(shè)計，液力驅(qū)動系統(tǒng)往往會被設(shè)計為三檔或四檔，但液壓驅(qū)動系統(tǒng)是利用恒功率進行調(diào)速變速的，基本上可以不換擋就可以調(diào)速在較寬范圍內(nèi)，通常設(shè)計為兩檔即可。

4）其他

此外，相較于液力驅(qū)動系統(tǒng)液壓驅(qū)動還具有根據(jù)外載荷自動改變性能，改善了發(fā)動機運行情況，避免了在礦井下由于發(fā)動機持續(xù)低速運轉(zhuǎn)而成大量的有毒氣體現(xiàn)象。另外，液壓驅(qū)動系統(tǒng)體積較小，提高了礦用機械的越野性能。

綜上所述，本文主要是針對基于液壓驅(qū)動系統(tǒng)的礦用機械行走驅(qū)動的研究與設(shè)計。

2 礦用機械行走驅(qū)動系統(tǒng)的研究設(shè)計

礦用車輛液壓驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成形式為泵和發(fā)動機，其組成方式有三種類型，如圖1所示，這套系統(tǒng)的整體性能不單受系統(tǒng)內(nèi)部各個組件的性能影響，還受各個組件之間參數(shù)是否良好匹配的影響，因此在進行礦用機械液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計時，基本從以下幾個方面進行相關(guān)設(shè)計。

2.1 發(fā)動機與液壓泵的參數(shù)匹配

全程式調(diào)速發(fā)動機被廣泛地用于礦用機械之中，機械性能主要由燃油效率、機械效率表示。礦用機械正常工作時，其負荷變化無規(guī)律可循，因此就要使發(fā)動機運行在最優(yōu)情況之下，要滿足使得燃料消耗最低，機械效率最大以及提高功率利用率，通常情況下，按12h標定功率計算，如公式（1）。

其中式（1）中Δp 為液壓泵的進出口壓差，qb為泵理論排量，n 為泵驅(qū)動轉(zhuǎn)速，ηpm為泵機械效率，Pe為發(fā)動機驅(qū)動泵的凈功率。上式?jīng)]有將補油泵功率消耗計算在內(nèi)。液壓電機的外部負荷扭矩與液壓泵的進出口壓差呈正比例關(guān)系，在轉(zhuǎn)速輸出確定的前提下，發(fā)動機驅(qū)動泵凈功率極易泵機械效率也是能確定的，因此泵理論排量表現(xiàn)在作用于發(fā)動機的負荷，其最大值會受到發(fā)動機輸出功率的約束。

此外泵理論排量也會影響液壓泵性能，其表現(xiàn)在于qb越大，機械效率和總效率越高。綜上若想獲得高效率的液壓驅(qū)動，就要將各個轉(zhuǎn)速下的最大輸出功率作為液壓驅(qū)動系統(tǒng)的控制對象，如式（2）所示，液壓驅(qū)動系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)就是要滿足式（2）。發(fā)動機扭矩與液壓泵的匹配公式如式（3）所示，其中Mb為泵吸收轉(zhuǎn)矩。

2.2 液壓泵與驅(qū)動電機的參數(shù)匹配

針對這一環(huán)節(jié)主要通過以下四個方面：液壓元件壓力匹配、液壓元件轉(zhuǎn)速的匹配、液壓元件效率分析、驅(qū)動電機驅(qū)動方式的選擇與控制。

1）液壓元件壓力的匹配：對于液壓驅(qū)動系統(tǒng)來說，壓力是一個重要的參數(shù)，合理的壓力選取與參數(shù)匹配可以確保系統(tǒng)的可靠性以及耐用性。其匹配原則是以液壓元件最高壓力為基準，選取其0.5～0.6的倍數(shù)作為礦用機械行走液壓元件額定壓力；2）液壓元件轉(zhuǎn)速的匹配：實踐表明合理地減小壓力和轉(zhuǎn)速可以提高液壓元件使用壽命、增加其可靠性和傳動效率。其參數(shù)匹配原則是忽略液壓泵低速時的工作性能，將驅(qū)動電機實用轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?？墒堑退龠\行不穩(wěn)定，所以不能使斜盤式軸向柱塞電動機持續(xù)工作在100rpm～450rpm和斜軸式軸向柱塞電機持續(xù)工作在50rpm；3）液壓元件效率分析：液壓元件的效率要通過實際試機對現(xiàn)實中的泵和電機工作在不同條件下測試記錄，進行效率分析可以高度發(fā)揮和充分利用傳動裝置的性能；4）驅(qū)動電機驅(qū)動方式的選擇與控制：驅(qū)動電機一般為高壓自動變量驅(qū)動電機?？刂品绞揭缶唧w為：在大部分工作時間內(nèi)，保持驅(qū)動電機和液壓系統(tǒng)在中高壓范圍內(nèi)工作；對車輛外部負荷變化，驅(qū)動電機應(yīng)具有相應(yīng)的自適應(yīng)能力；任意工況下，都要確保驅(qū)動電機高效率、穩(wěn)定可靠的工作。

2.3 行走機構(gòu)與滑轉(zhuǎn)曲線的匹配

滑轉(zhuǎn)率是車輛行走時與地面的相對滑轉(zhuǎn)程度，在一定程度上影響著車輛牽引性能。通過實驗和實踐方法可繪制出滑轉(zhuǎn)率隨牽引力變化的關(guān)系，具體可解釋為滑轉(zhuǎn)率一定時，牽引力高的附著性能強，也可解釋為若地面相等牽引力時，滑轉(zhuǎn)率低的附著性能強，其關(guān)系可用式（4）表示。

其中Fkp味機車有效牽引力，Gφ為單位附著重力，它們的比值即為額定牽引力，然后通過繪制的滑轉(zhuǎn)率隨牽引力變化的關(guān)系求得相對應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率，完成行走機構(gòu)與滑轉(zhuǎn)曲線的匹配工作。

[1]沈曉剛.礦用機械行走驅(qū)動系統(tǒng)性能匹配研究與應(yīng)用[D].沈陽：東北大學(xué)，2008.

[2]盧義茂.礦山機器行走機構(gòu)液壓與液力傳動的分析比較[J].礦山機械，1982：57-62.