履带式高空作业车行走液压系统的设计分析

2020-11-10刘敏

中国设备工程 2020年21期

刘敏

（山西铁道职业技术学院，山西太原 030013）

履带式高空作业车是指一种通过液压驱动，帮助人们实现高空作业的履带式机械，其具有牵引力大、爬坡能力强等优势，在工程机械领域被广泛应用，而液压系统作为其中的重要组成部分，工作者应深入分析该系统的设计方法，并采取有效措施，增强设计方案的科学性与合理性，优化作业车的使用性能。

1 设计要求

在履带式高空作业车中，行走液压系统属于一种液压传动机制，其主要作用原理是通过液压马达带动减速机，实现对履带输出扭矩的驱动，但其在本质上，是一种依靠液体压力传递能量的装置，并且具有质量轻、稳定性强、惯性小等突出优势，因此，被用于工程建筑、机械制造、交通运输等多个工程技术领域中。现阶段的行走液压系统通常包含四个部分，即液压泵、执行元件、控制元件、辅助元件，设计者需要保留上述液压系统的基础优势，并合理协调设计方案，确保这四个部分能够达到良好的协同运作效果，使作业车的使用性能得以顺利达到预期。在此过程中，设计者要通过液压系统设计方案，使液压系统在不同载荷状态下，可以调整至相应的速度，并在必要时采取选用不同的转弯半径，同时，保持行走作业的连续性和安全性。

2 设计过程

2.1 技术思路设计

在设计过程中，设计者结合液压系统的整体结构，将上述设计要求内容进行了细化，构建出了系统的技术参数体系，如表1，形成了液压系统设计的技术思路。在此过程中，由于此次选定的液压系统设计型号，为中型履带式作业车行走液压系统，因此，根据中型作业车的载荷、结构特质，结合当前的技术水平，设计者将系统的工作压力设置为20MPa。在行走液压系统的类型方面，现阶段，主要有两种，即变量泵、定量泵，而中型的高空作业结构紧凑，内部空间较小，因此，设计者选用了定量泵型的液压系统设计体系，作为此次设计的整体思路框架。

表1 履带式高空作业车技术参数表

2.2 行走马达装置设计

在液压系统中，行走马达作为其中重要的执行元件，设计者需要根据上述设计要求，计算出各个工况下，高空作业车在运行过程中对马达的要求，使液压系统的使用性能可以满足设计要求。在此过程中，设计者要借助物理公式，分别计算出行走马达装置在平地高档、爬坡低档、低档原地转向这三种常见工况下，单个马达的最大输出驱动力以及最大输出转速，然后，再综合三种工况，推算出高档、低档速度下，马达的最小当量排量，最后，再基于此，选择马达的型号，使其符合液压系统的运行需求。在平地高档工况下的计算中，设计者应根据驱动力矩计算公式GfR/2，其中G为整机重量、R为履带驱动半径、f为滚动摩擦系数，以及输出转速计算公式，v1/2πR，其中v1为最高档的最大速度、R为驱动轮半径，并将技术思路中的技术参数代入公式中，即可得出该工况下的最大输出驱动力矩、输出转速。同理，设计者还需要计算出其余两种工况下，行走马达装置最大输出驱动力矩、输出转速，然后，还要对数据进行整合，再将其带入公式其中，M为输出驱动力矩、Pm为马达压差、ηmm为马达机械效率，得出马达的高档最小当量排量为186mL/r，低档最小马达当量排量为621mL/r。最后，根据所得出的数据，设计者选择了PHV-3B-35AP-1-8502A型号的行走马达装置。

2.3 液压泵设计

在液压系统中，液压泵主要负责通过向液压系统提供压力油，实现将原动机输出的机械能，转换为液体压力能量的元件，其作为液压系统的核心装置，设计者需要基于设计好的技术参数，分别计算出高低两个速度档工况下，液压泵的排量参数，作为液压泵设计依据，保障设计方案的科学性与合理性。

当马达处于高档位速度工况下，设计者应根据

2.4 附件设计

在该项履带式高空作业车行走液压系统的设计环节，包含阀门和其他液压辅助两方面的设计内容。其中，阀门作为系统中重要的控制元件，主要起到控制和调节系统中油液压力、方向、流量的作用，因此，设计者根据上述计算值，依照流量和压力两方面指标，选择了型号为FD10-40-0-N-44的分流阀、XDP3CO3N3FOO2的比例阀等阀门，以保障液压系统内部运行的稳定性与可靠性。而此次设计中的高空作业车属于中型装置，所以设计者采用了换向阀相组合的方式，设计出了阀门调速回路，来实现阀门装置的油液控制功能。在辅助元件中，由于该部分元件主要包括油箱、管道、滤油器等辅助性的设施，因此，设计者在具体的设计中，结合了上述大型重要元件的参数，针对型号、尺寸进行了选择，使其能够顺利配合重要元件的运作。

此外，为了确保设计方案的有效落实，设计者还基于额定油量、推荐流速与强度，进行了管路这一辅助元件的选择，并围绕公式，其中Q为流量、v为推荐速度，以及公式，其中，P为管路最大压力、为管路可承受应力，等公式来选择进油管、回油管等辅助元件，以增强设计方案的准确性。

2.5 发动机动力设计

在液压系统设计过程中，设计者务必要保证，当系统处于最大压力工况时，作业车内部的发动机不能熄火，也就是说，设计者需要将发动机的实际最大输出扭矩工作值，设置在外特性曲线以下，以强化液压系统整体的稳定性。在此过程中，由于中型履带式高空作业车常用的发动机型号为CH640，因此，在此次设计中，设计者需要先核查该类型发动机，是否能够满足要求，如果满足要求则继续沿用此类型发动机，若不满足要求，就需要设计者结合计算出的参数值，进行重新选择。

在计算中，该型号发动机的转速为3000r/min，那么根据公式，其中，p为系统工作压力、Vp为液压泵排量、ηmp为液压泵机械效率，计算出发动机最大输出力矩，最后，设计者经过核实，发现该发动机的最大输出力矩，处于外特性曲线以下，因此，在此次设计中，设计者采用了CH640型号的发动机。

2.6 行走试验

为了验证该液压系统的使用性能是否符合高空作业车的工作需求，设计者还要将上述方案落实到实际中，并对基于该设计方案构建的高空作业车设备，开展行走试验。在行走试验中，设计者需要先在高低两个速度档的工况下，分别观测作业车的行走速度、爬坡行驶状态、转弯效果，核查该设计方案是否能够达到预期的效果，并针对存在问题的地方，进行协调和优化，保障设计方案的质量。试验完毕后，设计者测试出该高空作业车具有0～2.1km/h的高档速度、0～1.3km/h的低档速度、18.6°以上的有效爬坡角度，而且可以实现原地360°的转向行驶。

3 结果分析

根据上述行走试验得出的数据，对比设计者在前期设定的作业车运行参数，可以看出，基于该设计方案构建出的液压系统，符合前期设定的运行参数要求，因此，此次液压系统设计达到了预期效果，可以应用到实际场景中。但在此过程中，工作者不仅需要严格按照设计方案，来配置液压系统元件，而且还要保障辅助元件的质量，使设计方案得以准确落实，提升履带式高空作业车的使用性能水平。