崔宗可，饒偉強(qiáng)，冷陸游，龔磊

（徐州徐工施維英機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

0 引言

自上料攪拌車主要用于道路鋪設(shè)、水壩、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等相關(guān)工程，以及城鎮(zhèn)化建設(shè)中的小型工程。自上料攪拌車有類似裝載機(jī)的裝載功能，可實現(xiàn)自主裝料到攪拌筒，能夠計量各種物料及水的配比，最終攪拌出符合要求的混凝土。由于部分工況的特殊性，面對狹小的施工空間，對自上料攪拌車的靈活性要求較高。自上料采用四輪轉(zhuǎn)向，能夠?qū)崿F(xiàn)三種轉(zhuǎn)向模式，各種轉(zhuǎn)向模式之間通過儀表按鍵切換?，F(xiàn)對液壓轉(zhuǎn)向原理進(jìn)行分析，并對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中油缸、轉(zhuǎn)向機(jī)等進(jìn)行設(shè)計計算，以提供理論支撐。

1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成和原理

自上料攪拌車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖如圖 1 所示。

圖 1 自上料攪拌車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理圖

圖 1 中，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由定量齒輪泵、液壓轉(zhuǎn)向器、電磁換向閥、電磁轉(zhuǎn)向控制閥以及先導(dǎo)溢流閥組成。其中液壓轉(zhuǎn)向器采用負(fù)載傳感式，內(nèi)部有動態(tài)信號優(yōu)先流量控制閥保證供給轉(zhuǎn)向器的流量始終等于方向盤轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向器排量的乘積。

（1）前輪轉(zhuǎn)向模式下（圖 2），電磁轉(zhuǎn)向控制閥7 處于中位，流向后輪轉(zhuǎn)向油缸的液壓油被控制閥 7 截止，此時處于前輪轉(zhuǎn)向，當(dāng)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)動時，油泵高壓油一部分經(jīng)負(fù)荷傳感轉(zhuǎn)向器 5 進(jìn)入轉(zhuǎn)向油缸 9，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能，一部分流向鏟斗回路。當(dāng)轉(zhuǎn)向負(fù)載突然加大，則負(fù)荷傳感轉(zhuǎn)向器 5 中的動態(tài)信號優(yōu)先流量控制閥通過感應(yīng)回路中壓差的變化，控制閥芯移動，使得流向轉(zhuǎn)向器高壓油流量增大，實現(xiàn)動態(tài)控制。

（2）四輪轉(zhuǎn)向模式下（圖 2），當(dāng)電磁轉(zhuǎn)向控制閥 7 右側(cè)通電，閥芯被推向右側(cè)，此時前后輪轉(zhuǎn)向油缸推向相反，即實現(xiàn)四輪轉(zhuǎn)向。特點是轉(zhuǎn)向角小，能適應(yīng)狹小施工空間。

（3）楔形轉(zhuǎn)向模式下（圖 2），當(dāng)電磁轉(zhuǎn)向控制閥 7 左側(cè)通電，閥芯被推向左側(cè)，此時前后輪轉(zhuǎn)向油缸推向相同，即實現(xiàn)楔形轉(zhuǎn)向。

（4）自上料攪拌車轉(zhuǎn)向機(jī)安裝在駕駛室轉(zhuǎn)向臺上，工作時可以轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向臺 180°，方便作業(yè)。但是旋轉(zhuǎn) 180° 后使得原有轉(zhuǎn)向駕駛習(xí)慣改變，現(xiàn)增加電磁換向閥 6，當(dāng)駕駛員方位改變時，可以切換駕駛模式，從而不改變駕駛習(xí)慣。

圖 2 轉(zhuǎn)向模式示意圖

2 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計算與選型

2.1 轉(zhuǎn)向阻力矩計算

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)匹配設(shè)計，先應(yīng)計算轉(zhuǎn)向阻力矩。一般地，轉(zhuǎn)向阻力矩分為原地轉(zhuǎn)向阻力矩和行駛轉(zhuǎn)向阻力矩，考慮到原地轉(zhuǎn)向阻力矩是行駛轉(zhuǎn)向阻力矩的 2～3倍，自上料攪拌車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)按滿足實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向力矩要求進(jìn)行設(shè)計。影響汽車轉(zhuǎn)向阻力矩的因素有汽車前軸負(fù)荷、輪胎與地面之間的摩擦系數(shù)、輪胎氣壓等。目前常用的經(jīng)驗計算公式：

式中：Mr1——轉(zhuǎn)向阻力矩，N·m；

f ——輪胎與地面摩擦系數(shù)，取 0.7；

G1——車輛轉(zhuǎn)向軸軸荷，N；

P——車輛輪胎胎壓，kPa。

自上料攪拌車最大單軸軸荷 75000N，正常工作胎壓 550kPa，代入數(shù)值可得 Mr1= 6462N·m。

2.2 轉(zhuǎn)向油缸選型及校核

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計需要考慮兩種情況，第一種情況，轉(zhuǎn)向油缸隨車橋確定，且受結(jié)構(gòu)限制不能隨意改變，此刻應(yīng)計算轉(zhuǎn)向橋載荷，通過調(diào)整整機(jī)質(zhì)心，使轉(zhuǎn)向橋載荷在合適的范圍內(nèi)，同時對轉(zhuǎn)向油缸進(jìn)行校核計算。第二種情況，轉(zhuǎn)向橋所受載荷已確定，需要對轉(zhuǎn)向油缸進(jìn)行選型設(shè)計，使之符合轉(zhuǎn)向要求。目前自上料攪拌車選用林德 10t 車橋，油缸性能參數(shù)已經(jīng)確定，先需要對油缸進(jìn)行校核，參數(shù)見表 1。

表 1 油缸參數(shù)

轉(zhuǎn)向油缸最大推力為

代入數(shù)值，可得 Fmax=76302N

自上料攪拌車車橋轉(zhuǎn)向油缸的轉(zhuǎn)向作用力臂隨轉(zhuǎn)向角的關(guān)系曲線如圖 3 所示。車橋最大轉(zhuǎn)向角為 32°，由圖可知最小力臂 Rmin＝125mm。根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：Fmax= Mr2/ (Rminη)

圖 3 力臂隨轉(zhuǎn)角變化曲線圖

式中：Rmin——最小力臂，mm；

η——轉(zhuǎn)向機(jī)械效率，取 0.8；

Mr2——轉(zhuǎn)向力矩，N·m。

代入數(shù)值，可得 Mr2=7630.2N·m

根據(jù)計算結(jié)果 Mr2＞Mr1，滿足使用要求。

2.3 轉(zhuǎn)向器排量的確定

當(dāng)轉(zhuǎn)向輪從一個極限位置到另一個極限位置，方向盤轉(zhuǎn)過的圈數(shù) n，既要滿足行駛工況，防止車輪轉(zhuǎn)向過大導(dǎo)致車身穩(wěn)定性差，又要滿足有較少的作業(yè)循環(huán)，提高操作便利性。一般設(shè)計中，n=3～5 圈。

轉(zhuǎn)向油缸全行程油液體積：V=SA

式中：S——活塞行程，mm；

A——油壓作用面積，mm2。

代入數(shù)值，得出 V=858mL

先選取 n=4，則轉(zhuǎn)向器排量為 V/n=858/4=214，對照轉(zhuǎn)向器廠家樣本，選用排量為 200mL/r 型號的轉(zhuǎn)向器。

2.4 齒輪泵排量的確定

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)流量：Q=qn

式中：q——轉(zhuǎn)向器排量，mL/r；

n——方向盤轉(zhuǎn)速，取 0.8r/s。

代入數(shù)值，得出 Q=160mL/s

按照發(fā)動機(jī)怠速狀態(tài)下分析，齒輪泵排量

qc=60Q/(ndη)

式中：nd——發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，取 750r/min；

η——轉(zhuǎn)向泵效率，取 0.95。

代入數(shù)值，得出 qc=13.5mL/r

現(xiàn)選用齒輪泵排量為 16mL/r，滿足使用要求。

3 結(jié)束語

全液壓四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有布置方便、轉(zhuǎn)向靈活的特點，目前在輪式挖掘機(jī)上有普遍應(yīng)用。本文從液壓轉(zhuǎn)向原理著手，對四輪液壓轉(zhuǎn)向在自上料攪拌車上的應(yīng)用做了詳細(xì)介紹，并通過計算分析，對轉(zhuǎn)向油缸的強(qiáng)度、排量進(jìn)行校核，確定轉(zhuǎn)向器及齒輪泵的排量，為液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計提供一種參考。