基于液压静压传动的工程机械行走驱动研究

孟兆生，岳彩霞

（1.黑龙江工程学院，黑龙江哈尔滨150050；2.黑龙江工程学院教育发展与改革研究中心，黑龙江哈尔滨150050）



基于液压静压传动的工程机械行走驱动研究

孟兆生1，岳彩霞2

（1.黑龙江工程学院，黑龙江哈尔滨150050；2.黑龙江工程学院教育发展与改革研究中心，黑龙江哈尔滨150050）

摘 要：将液压静压系统应用于工程机械的行走传动系统，便于对行走系统进行控制和调节，同时可以提高工程机械的功率范围。利用静压传动的优点，通过相应的控制和调节能够与具体的机器的功率曲线进行最佳的匹配。

关键词：液压静压传动；行走驱动；控制与调节

为提高工程机械效益，使液压静压行走传动应用范围得以扩展，基于液压静压优点创建了新型的轮胎式装载机的传动系统，这种传动方案也可以应用到其他工程机械［1］。

一般情况下，对工程机械的基本要求有3个方面：减少营运费用、较高使用效率和生产率［2］；同时还有两个辅助要求：提高舒适性和利于环保［3］。在这5个要求的前提下，对控制和调节系统要达到的目标是：操作简单；最佳的人机工程学和功能特性；较低的燃料消耗；降低废气和噪声的排放。

下面通过原有驱动策略与新型驱动策略的对比来说明利用已有的控制和调节系统满足上述要求的程度，以及液压静压新型方案解决策略。

1　对原有标准机械的控制和调节系统

以大型轮胎式装载机、集成装载机和装载挖掘机3种标准机械为例进行说明。

1.1大型轮胎式装载机

大型轮胎式装载机一般是指功率等级在60kW以上的行走驱动系统，如图1所示。自动调节（DA）［4］满足了操作简单的要求，并在很大程度上减轻了司机的负担。不仅如此，利用这种行走自动变速使其在这个应用领域的市场占有了领先地位。

图1　液压静压标准传动

牵引力和速度的预给值取决于转速，也就是说相似于轿车的自动变速器通过油门的改变来完成。利用极限负载调节使柴油机提供的功率利用至最佳成为可能。利用一个点动装置可以将在任意工作点取决于转速的预给行程速度减至0，从而使车辆停止运动。除液压静压制动外，在行走和工作液压间的功率分配也是可能的［5］。

次级边大多数采用带有高压调节的液压马达A6VM。在专门为行走传动而设计的结构型式中，还可以将这种马达通过被称为Vgmax的回路保持在大排量，以此让其实现事先确定的作业过程。这一点可以提供在一定的工作中更好的速度连续性，例如推开母体地面。此外，该马达具有一个“换向阀”，利用它可以按行走方向启闭用于HA调节器的高压信号，由此避免制动时无控制的调节过程［6］。

图2　DA调节液压机械式

1.2集成装载机

这种装载机是一种轮侧转向机械，亦即转向以及行走速度的给定是通过以串联形式设计的变量泵的供油量来完成的，如图3所示。

图3　集成挖掘机-轮侧转向

随着集成装载机的发展，它正在成为一种具有加装附加工具可能性的通用工程机械。由此对这种机械提出了新的要求，就是用相应的泵调节系统取代至今为止的机械式直动泵调节。通过使用符合人机工程的操作元件（操作元件TH6及TH7）来操作行走液压中的液压直动式液压泵和工作液压部分的控制阀，达到明显改善“集成装载机”工作位置状况的目的。柴油机过载保护以及行走和工作液压间按需求的功率分配借助于DA系统的极限负载调节功能（GLR）能够全面得到满足，由此可以进一步降低司机的负担［7］。

1.3装载挖掘机

装载挖掘机是一种多方位应用的机械。为了满足在建筑工地上工作位置变换的要求，为传动系统提供了下述选择：

1）牵引力限制。借助于一个电动操纵式卸荷阀（压力峰值截止）可以将最大牵引力与具体的地面状况进行匹配。由此，可以避免轮子打滑以及由此而引起的轮胎磨损［8］。

2）慢速功能。通过一个叠加式电动比例控制实现慢速运动。在此，柴油机油门恒定运作，行走速度通过EP控制元件给定。多余的柴油机功率提供给工作油压［9］。

2　功率等级提高的装载机控制策略

通过创新的传动系统，利用液压静压可以有效地提高功率等级范围。这套系统的设计方案采用两台液压马达，其中最少有1台由合成变速器组成，这个变速器利用一个或多个换挡离合器达到相应的功率和变矩范围。总体优点是：这种传动方案在全部变矩范围可以无极运行而没有拉力的中断，以及在传动中无“冲击”换挡。

与这种传动方案相竞争的仍然是机械式负载换挡式传动。

2.1负载换挡变速器

通过使用压力模块摩擦离合器，可以较好地实现对换挡质量的优化。根据车辆行驶速度，离合器换挡及由此引起的牵引力，中断时间大约在0.3s。这个数值在装载运行能够接受的范围［10］。

换挡质量的改善首先归功于液压静压传动的调节战略。通过DA调节的应用，由取决于转速和负载的液压静压传动状态所决定在向上换挡和向下换挡时能够达到同步运动，如图4所示［11］。

图4　HST+换挡变速器功能

2.2合成变速器+2台液压马达

在所举的例子中显示了一种全液压静压传动带一个简单的合成变速器。变量泵为DA调节式，2台马达为HA调节式。用于两个HA调节器的压力信号，通过1个换向阀，根据行走方向分配。由此，再加上2个压力调节器的分级调定，从而达到一个稳定的动态状况［12］。

通过2台液压马达的Vgamx回路能够预选3种行走范围。按照这种传动方式目前的发展状况，可以在功率等级50～75kW的机械中达到行走速度35km/h，如图5所示。

图5　行驶曲线

2.3可换挡式合成变速器+2台液压马达

传动装置的全部次级部分（变速器带4个换挡离合器）要求一个由微控制器控制的自动换挡过程。换挡过程中的转速同步通过液压马达排量的电动比例调节来实现。在调节范围内这些都通过转速来完成，也就是说，液压马达的调节是由电子储存的特性曲线完成的，转速为排量的函数，如图6所示。

图6　HST+可换挡式合成变速器

3　展 望

下一步的发展方向是将泵调节（目前的液压机械DA）并入MC控制。其先决条件是应用具有电动调节单元的液压泵。这些可以通过使用DRE阀来实现［13］。

通过微控器实际上可以预给任意一条特性曲线，以达到明显改善柴油机安装功率利用情况，并且带来在柴油机低转速下具有较高的机械性能指标的优点，也就是说，具有较低的噪音放射和废气排放［14］。

这种形式的电子调节应用在平地机中，以特定的要求形状为土方移动应用带来明显优势，如此可以利用牵引力在前轮和后轮之间进行不同的预给，并且调定相应的转差，在大范围内避免轮子打滑和机器的凹陷。

所举例子表明，液压静压的优点通过使用相应的控制和调节能够与具体的机器的功能曲线达到最佳匹配［15］。

参考文献

［1］ 孟兆生，姜继海，岳彩霞，等.二次调节静液传动混合动力系统再生制动研究［J］.黑龙江工程学院学报（自然科学版），2010（2）：51-54.

［2］ 王锴，姚树新，孔燕.基于二次调节的液压四轮独立驱动技术研究.［J］.流体传动与控制，2015（3）：19-22.

［3］ 谭艳辉，毕道坤，王涛.轮式装载机机外发射噪声降噪方法和应用.［J］.建筑机械，2015（10）：57-62.

［4］ 梁贵萍，何晓晖.带DA阀的A4V液压泵的控制原理分析与应用.［J］.机械设计与制造，2010（12）：105-106.

［5］ 徐磊，朱从民，王县.越野叉车静压传动系统设计与动力匹配控制.［J］.机电产品开发与创新，2015，28（1）：114-116.

［6］ 王岩，张永龙，秦绪情，等.车辆静液传动液压系统研究现状及发展趋势.［J］.机床与液压，2015，43（13）：149-155.

［7］ 陈文赢.液压传动系统在工程机械中的应用研究.［J］.中国机械，2015（19）：19-21.

［8］ 文学洙.影响振动式挖掘机牵引力的参数分析.［J］.延边大学学报（自然科学版），2008（3）：219-221.

［9］ 文学洙.影响振动式挖掘机性能的主要参数.［J］.农机化研究，2012（4）.

［10］刘湘琪，蒙臻，倪敬，等.双马达回转同步驱动系统建模与控制研究.［J］.中国机械工程，2015，26（4）.

［11］林闯，费烨.工程机械行走液压回路极限匹配方法. ［J］.建筑机械化，2015（4）：45-46.

［12］马登成，马登慧，蒋小明，等.基于液压泵DA与马达HA联合控制的工程机械波动载荷抑制及节能.［J］.中国公路学报，2014，27（1）：120-126.

［13］贺利乐，周亭，闫磊.装载机新型机械传动系统方案设计及节能分析［J］.机械设计与制造，2015（11）.

［14］邹乃威，韩平，常胜，等.装载机静液-机械无级传动系统数学建模及实例分析.［J］.中国工程机械学报，2015 （2）：95-102.

［15］赵敬中，季明，刘宝金.平地机柴油发动机与液力变矩器的匹配研究.［J］.工程机械，2012，43（10）：181-184.

［责任编辑：郝丽英］

A study of travel driving control of engineering machinery on hydrostatic transmission

MENG Zhaosheng
（1.Heilongjiang Institute of Technology，Harbin 150050，China；2.Research Center of Education Development and Reform，Heilongjiang Institute of Technology，Harbin 150050，China）

Abstract：The hydrostatic transmission can be applied to the travel driving system of engineering machinery in order to control and regulate this system and expand the power scope of the machinery.Through the relative control and regulation，the advantages of hydrostatic transmission are proposed to obtain the best matching with power curves of certain machine.

Key words：hydrostatic transmission；travel driving；control and regulation

中图分类号：TH137

文献标识码：A

文章编号：1671-4679（2016）02-0020-04

收稿日期：2016-01-09

作者简介：孟兆生（1964-），男，教授，研究方向：机械工程.