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液压传动技术在工程机械中的应用

2016-07-28 19:00阅读:
  摘要:随着国民经济的迅速发展,在国家经济建说中作为主要施工设备的工程机械发挥的作用越来越重要。液压传动装置的特点为高功率密庋、易于实现直钱运动、速庋刚庋大及便于冷却散热等,进而在工程机械中得到了广泛的应用。本文主要对液压机械传动技术的发展历程、特点及方式进行了分析与探究。
  一、液压机械传动的发展历程
  由于液压助力器在应用过程中显示出的突出优点以及人们对液压元件和液压系统研究的深入,液压传动装置及技术很快在工程机械领域中推广应用,其发展经历了以下几个阶段。
  1、应用初期
  20世纪40、50年代是工程机械液压传动技术应用的初期阶段。人们摸索着将简单的液压元件和液压系统应用到工程机械上来解决用其他方式比较难以实现的问题。其系统工作压力一般很低,大约在2~7MPa。
  2、高速发展阶段
  工程机械液压传动技术的应用在20世纪60、70年代发展迅速,其液压传动系统向着高速、高压化发展,系统压力的提高使得液压传动功率密度大幅度增加、液压元件的重量明显下降。液压传动技术的应用逐渐由工程机械工作装置扩展到转向系统、行走系统、动系统和制动系统,人们研制出了全液压挖掘机和全液压叉车等工程机械。
  3、增强可靠性阶段
  大多数工程机械都在野外作业,工作环境恶劣,其液压系统经常受到尘埃、振动、高温低寒、风雨雪的影响;同时,由于液压元件如泵在高速、高压运转时所产生的噪声、振动的原因,工程机械的液压传动系统常常引发故障。因此在世纪年代,降低工程机械液压系统污染、提高设备可靠性便成为这一时期的应用主题。
  4、电液控制技术应用阶段
  随着微电子和计算机技术的迅猛发展,使现代控制理论在工程机械液压传动装置中的应用成为现实。计算机控制的变量泵系统、采用高速开关阀和步进电机驱动的数字阀大大提高了液压系统的效率。出现了智能型液压挖掘机、凿岩隧道机器人、混凝土泵车等工程机械机型,大大提高了设备的作业精度和发动机的功率利用率。
  二、液压机械传动特点
  目前,大型工程机械中主要采用的是液力机械传动系统,为了提高发动机的工作效率、节约能源、获得良好的传动性能以及轻巧灵便,理想的方法是从传统的有级变速传动发展为无级变速传动,而液压机械传动系统操作性能好;传動效率高,弥补
了有级传动的不足,实现了自动变速换挡,傕是考虑到经济效益,由于其大容量的液压泵、液压马达制造困雉和液压系统的复杂性,在使用上也受到限制,因此在工程机械中很少用到液压机械传动。
  日本近年来开发了液压传动变速器,将液压传动系统应用于装载机和推土机等机械设备上,这在世界范围内来看也是一个伟大的尝试。与液力机械传动系统相比,液压机械传动的特点主要有:
  (1)具有更高的传动效率和更宽的髙效区,且使用燃料更经济,液压功率流与机械功率流并联的传动形式相结合实现无级变速。公司有关资料显示,液压机械传动装载作业量最大可达到液力机械传动的30%,同时燃料经济性可提高25%之多。
  (2)作业过程中可以自动变速换挡,操作更加便捷,操作员在作业过程中只需要集中精力控制工作装置,而不用根据作业负荷和车速大小等情况来调节挡位,从而有效地提高了工作效率。
  三、工程机械中液压传动技术的应用方式
  自20世纪90年代以来,工程机械进入了一个新的发展时期,新技术的广泛应用使得新结构和新产品不断涌现。随着微电子技术向工程机械的渗透,工程机械日益向智能化和机电一体化方向发展,对工程机械装置提出的要求也越来越苛刻。本文主要对以下几种工程机械中液压传动技术的应用方式进行了分析。
  1、串联方式
  串联方式是最为简单和常见的复合方式,是在液压马达或液压变速器的输出端和驱动桥之间设置机械式变速器以扩大调速的高效区,实现分段的无级变速。目前已广泛用于装载机、联合收获机和某些特种车辆上。对其的发展是将可在行进间变换传动比的动力换挡行星变速器直接安装在驱动轮内,实现了大变速比的轮边液压驱动,因而取消了驱动桥,更便于布局。
  2、并联方式
  即为通常所称的“液压机械功率分流传动”,可理解为一种将液压与机械装置“并联”分别传输功率流的传动系统,也就是是利用多自由度的行星差速器把发动机输出的功率分成液压的和机械的两股“功率流”,借助液压功率流的可控性,使这两股功率流在重新汇合时可无级调节总的输出转速。这种方式将液压传动的无级调速性能好和机械传动的稳态效率高这两方面的优点结合起来,得到一个既有无级变速性能,又有较高效率和较宽高效区的变速装置。按其结构,这种复合式传动装置可分为两类:第一类为利用行星齿轮差速器分流的外分流式,其中常见的分流传动机构又可分为输入分流式和输出分流式两种基本形式;第二类为利用液压泵或马达转子与外壳间的差速运动分流的内分流式。
  3、分时方式
  对于作业速度和非作业状态下转移空驶速度相差悬殊的专用车辆,来用传统机械变速器用于高速行驶、附加液压传动装置用于低速作业的方式能很好地满足这两种工况的矛盾要求。机械——液压分时驱动的方式在此类车辆上的应用已很普遍,这一技术也已被应用于飞机除冰车和田间移栽机等需要“爬行速度”的车辆和机具上。
  4、分位方式
  把液压马达直接安装在车轮内的“轮边液压驱动装置”是一种辅助液压驱动装置,可以解决工程机械需要提高牵引性能,但又无法采用全轮驱动方式难以布置传统的机械传动装置的问题。液压传动的无级调速性能使以不同方式传动的驱动轮之筒能协调同步,这在某种意义上也可视为一种功率分流传动:动力机的功率被分配到几组驱动轮上,经地面耦合后产生推动车辆运动的牵引力。目前,许多工程机械制造厂商将这一技术用于具有部分自走驱动能力的,诸如自走式平地机和铲运机这样的工程机械上。
  5、液压与电力传动的复合
  由于现代技术的发展,电子技术在信号处理的能力和速度方面占有很大的优势,而液压与电力传动在各自功率元件的特性方面各有所长。因此,除了现在己普遍存在的“电子神经液压肌肉”这种模式外,两者在功率流的复合传输方面也有许多成功的实例,如:由变频或直流调速电机和髙效、低脉动的定量液压泵构成的可变流量液压油源,用集成安装的电动泵一液压缸或低速大扭矩液压马达构成的电动液压执行单元,以及混合动力工业车辆的驱动系统等。
  四、结束语
  近年来,液压技术迅速发展,液压元件日臻完善,使得液压传动在工程机械传动系统中的应用突飞猛进,液压传动所具有的优势也日渐凸现。可以相信,随着液压技术与微电子技术、计算机控制技术以及传感技术的紧密结合,液压传动技术必将在工程机械行走驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。
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