宋麗峰，劉星星，徐培，王占魁

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

某兩棲車導管槳液壓驅(qū)動方案設(shè)計

宋麗峰，劉星星，徐培，王占魁

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

隨著國際戰(zhàn)爭多元化發(fā)展，水陸兩棲車已經(jīng)逐漸在陸軍裝備中扮演重要角色。目前國內(nèi)外兩棲車水上推進裝置導管槳的驅(qū)動形式一般為機械或液壓。本文介紹的導管槳驅(qū)動方案為兩個閉式液壓系統(tǒng)分別驅(qū)動兩個導管槳。

兩棲車；導管槳；液壓；閉式系統(tǒng)

CLC NO.: TJ8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-25-03

1、整車總體參數(shù)要求

本車導管槳為液壓馬達驅(qū)動，導管槳主要有以下幾種動作狀態(tài)。

過渡狀態(tài)：左右導管漿旋轉(zhuǎn)速度和方向始終相同，且速度只與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相關(guān)，導管槳最大轉(zhuǎn)速為1995r/min，此時扭矩385.35 N·m；

經(jīng)濟巡航：發(fā)動機始終巡航狀態(tài)：

保持1100r/min最低燃油消耗率運行，柱塞變量泵開度最大。導管槳最大轉(zhuǎn)速1000r/min，此時扭矩98.37 N·m。高速巡航：發(fā)動機始終保持2100r/min轉(zhuǎn)速航行，此時扭矩385.35 N·m；

水上行駛狀態(tài)：3km/h～9.5km/h時，變量泵始終保持最大開度狀態(tài)，通過油門踏板角度控制航速。導管槳最大轉(zhuǎn)速1995r/min運轉(zhuǎn)，此時扭矩385.35 N·m。

倒車狀態(tài) ：需要倒車時，可實現(xiàn)左右導管漿等速反轉(zhuǎn)。導管槳最大轉(zhuǎn)速1400r/min運轉(zhuǎn)，此時扭矩402.5 N·m。

轉(zhuǎn)彎狀態(tài)：

車輛轉(zhuǎn)彎時，可通過轉(zhuǎn)動方向盤實現(xiàn)內(nèi)側(cè)導管漿的減速和反轉(zhuǎn)：

方向盤左轉(zhuǎn)由0°～90°時：左右側(cè)導管漿轉(zhuǎn)速不變。導管槳最大轉(zhuǎn)速為1995r/min運轉(zhuǎn)，此時扭矩385.35 N·m；

方向盤左轉(zhuǎn)由90°～450°時：左側(cè)導管漿轉(zhuǎn)速由最大變?yōu)榱?。左導管漿轉(zhuǎn)速由1995r/min減到0，扭矩從385.35N減到N·m，右導管漿不變；

方向盤左轉(zhuǎn)由450°～480°時：左側(cè)導管漿轉(zhuǎn)速和扭矩一直為零。

方向盤左轉(zhuǎn)由480°～最大時：左側(cè)導管漿轉(zhuǎn)速由零變到1400r/min，但此時方向與右側(cè)相反，扭矩從0增到402.5N·m。

2、液壓系統(tǒng)總體方案設(shè)計

本車為行走機械，根據(jù)各種機械常用的工作壓力推薦值，該閉式液壓系統(tǒng)的工作壓力為35MPa左右。

2.1 液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定

根據(jù)整車總體技術(shù)參數(shù)要求，導管漿反轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速1400r/min時，所需最大扭矩402.5N·m。則馬達理論排量為：

式中 Vdm—— 導管漿馬達的理論排量

Md—— 導管漿所需最大扭矩，單位N?m

Pdm—— 水上推進液壓系統(tǒng)工作壓力，單位MPa

ηm—— 液壓馬達的機械效率，此處取ηhm=0.95將有關(guān)參數(shù)代入得：

根據(jù)計算結(jié)果和所需馬達特性，選擇力士樂A2FE軸向柱塞定量馬達，此馬達的參數(shù)如下：

排量：80.4cm3/r

最高輸出轉(zhuǎn)速：5000 r/min

最大承受壓力：45MPa

最大輸出扭矩：448N?m

根據(jù)液壓馬達的壽命設(shè)計原則，最高轉(zhuǎn)速應(yīng)為額定轉(zhuǎn)速的1.15到1.4倍，則采用此馬達可以滿足設(shè)計要求。

水上推進的工況較為復雜，有過渡狀態(tài)、水上經(jīng)濟行駛狀態(tài)、水上高速行駛狀態(tài)、倒車狀態(tài)、轉(zhuǎn)彎狀態(tài)五種工況。

過渡狀態(tài)時，導管槳最大轉(zhuǎn)速為1995r/min運轉(zhuǎn)，此時扭矩385.35 N·m，則對應(yīng)的最大系統(tǒng)壓力：

式中：

Md1—— 導管漿1995r/min所需扭矩，單位N?m

Pmd1—— 導管漿1995r/min對應(yīng)系統(tǒng)工作壓力，單位MPa將有關(guān)參數(shù)代入得：Pmd1=31.7MPa

式中：

Qdm1—— 導管漿馬達1995r/min所需流量，單位L/min

ndm1——導管漿馬達轉(zhuǎn)速，1995r/min

ηv ——馬達容積效率，此處ηv=0.95

將有關(guān)參數(shù)代入得：Qkm1=168.6L/min

同理水上經(jīng)濟行駛狀態(tài)，導管漿轉(zhuǎn)速1000r/min，扭矩98.37 N·m，得出此時系統(tǒng)壓力Pmd2=8.1MPa，Qmd2=84.5L/min；

水上行駛狀態(tài)，導管漿轉(zhuǎn)速1995r/min，扭矩385.35 N·m，得出此時系統(tǒng)壓力Pmd3=31.7MPa ，Qmd3=168.6L/min；

倒車狀態(tài)，導管漿轉(zhuǎn)速1400r/min，扭矩402.5 N·m，得出此時系統(tǒng)壓力Pmd4=33.1MPa，Qmd4=118.3L/min；

轉(zhuǎn)彎狀態(tài)（左轉(zhuǎn)）：方向盤0°-90°，左右馬達壓力31.7MPa，所需流量168.6L/min；方向盤90°-450°，左（右）馬達壓力由31.7MPa降到0，流量由168.6L/min降到0，右（左）馬達不變，實現(xiàn)左（右）轉(zhuǎn)；方向盤450°-480°，左（右）馬達壓力和流量都為0，右（左）馬達保持不變，實現(xiàn)等半徑左（右）轉(zhuǎn)；方向盤480°-最大，左（右）馬達最大壓力33.1MPa，流量118.3L/min，右（左）馬達保持不變，實現(xiàn)最小轉(zhuǎn)彎半徑左（右）轉(zhuǎn)。

2.2 擬定液壓原理圖

水上推進系統(tǒng)一個馬達需要每分鐘需要170L左右的流量，系統(tǒng)壓力接近35MPa，系統(tǒng)功率高，如用開式系統(tǒng)，油箱體積會很大，布置空間無法滿足，且整車在倒退、轉(zhuǎn)向時需及時響應(yīng)，開式系統(tǒng)均無法滿足。采用閉式系統(tǒng)效率高、回路響應(yīng)快，是水上推進液壓系統(tǒng)的最好選擇。

2.3 液壓元件的選擇

（1）確定閉式系統(tǒng)泵的最大工作壓力PbP

式中：

PbP—— 閉式泵的最大壓力，單為MPa；

Pb1——導管漿馬達的最大工作壓力，根據(jù)圖2-3，Pb1=33.1MPa；

∑?Pb——從液壓泵出口到液壓馬達入口之間總的管路損失，此處取∑?Pb=0.9MPa。

將參數(shù)帶入得PbP=34MPa

（2）確定閉式系統(tǒng)泵的流量qvmax1

式中：

qvmax1——液壓泵最大排量時的最大流量，單位L/min；

∑qvmax1——同時工作的液壓馬達的最大流量，∑qvmax1=168 168.6 L/min；

qc——沖洗閥的沖洗流量，qc=4.4 L /min

將參數(shù)帶入得qvmax1=173L/min

泵的理論排量：

式中：

Vb——閉式泵的理論排量；

nqmax1——分動器最大轉(zhuǎn)速，nqmax=2456r/min

將參數(shù)帶入得Vk=70.4cm3/r

（3）確定泵的驅(qū)動功率Pb

在工作循環(huán)中，雖然導管漿有不同工況，但考慮水上高速航行時長時間處于最大功率狀態(tài)，即閉式泵長時間處于最大流量與壓力狀態(tài)，壓力與流量比較恒定。

將參數(shù)帶入得Pb=104.7KW

根據(jù)以上閉式泵工作壓力PbP與理論排量Vb，選擇力士樂A4VG系列泵，具體參數(shù)如下：

3、結(jié)論

液壓系統(tǒng)匹配是一個復雜的過程。在選定液壓元件后，需對閉式泵進行電控軟件設(shè)置來實現(xiàn)整車參數(shù)所需的各個功能。而實車操作中更需根據(jù)實際情況對泵的電控方案進行監(jiān)測與重新調(diào)控。

[1] 王益群 高殿榮，《液壓工程師技術(shù)手冊》，化學工業(yè)出版社，2010.

Hydraulic drive Design of propeller for amphibious vehicles

Song Lifeng, Liu Xingxing, Xu pei, Wang zhankui
（Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

As the development modern war, amphibious vehicles have been palying the important role in army equipment. The article will introduce the closed hydraulic system for propeller.

Amphibious vehicle；Propeller；Hydraulic；Closed system

TJ8

A

1671-7988(2015)06-25-03

宋麗峰，就職于陜西重型汽車有限公司，助理工程師，從事汽車車身設(shè)計工作。