毕业设计（论文）矿用防爆车液压传动系统设计.doc

摘要矿用防爆车是现代矿山企业重要的运输工具之一，目前普遍使用前后铰接式、机械式传动，经防爆发动机、离合器、变速箱、传动轴、驱动桥实现驱动。暴露换挡时间长、零件冲击载荷大布局复杂等缺点。由于静液压传动具有工作平稳、冲击小、重量轻、无级调速及调速范围大、易于实现自动化、在恶劣工作条件下相对电传动性能更可靠等优点，近年来发展迅速，已受到车辆传动领域的广泛重视。在分析了国内防暴车的传动型式、工作条件及负载变化后，参考已有防爆车的设计，结合静液压传动的优点，设计了矿用防爆车的静液压传动系统，驱动是由两个液压马达输出扭矩驱动车辆的两轮驱动型式，采用双泵供油的闭式变量系统；鉴于转向和举倾不同时发生，在设计中采用举倾时双泵合流的供油方式，从而充分利用了发动机功率，减少了能量损耗；同时还对矿用防爆车的制动性能进行了分析，能够满足其制动要求。关键词：矿用防爆车；马达驱动；静液压传动目录摘要Abstract第1章 绪论111 矿用防爆车的现状及发展112 本设计的任务和目标2第2章 主要技术参数及对传动方案的分析确定221 主要技术参数222 总体方案及传动方案确定223 现代液压技术的发展3 24 矿用防爆车用静液压驱动的可行性与优越性.第3章 静液压驱动系统的设计631 车辆行走机构对液压传动系统的要求632 液压驱动系统的型式63.2.1 容积调速系统63.2.2 功率分流液压调速系统733 行走驱动系统性能的主要参数734 静液压驱动系统方案的确定83.4.1 液压驱动系统的型式83.4.2 液压驱动系统传动方案1235 液压传动系统的设计计算123.5.1 确定液压系统的工作压力133.5.2 液压传动参数及性能的计算133.5.3 辅助装置2136 拟定驱动液压系统工作原理图2337 液压元件的选择和设计25第4章 液压转向系统的设计2741 转向系统的基本要求2742 转向方式及转向随动系统方框图274.2.1 轮式车辆转向方式274.2.2 转向随动系统方框图2843 液压转向系统方案的选择2844 液压转向系统设计计算294.4.1 转向阻力矩的计算294.4.2 转向油缸参数的确定304.4.3 转向器参数的确定324.4.4 油泵参数的确定3345 拟定液压转向系统工作原理图33第5章 液压举倾系统的设计3551 概述3552 举倾系统的限速措施3553 液压举倾系统的设计计算365.3.1 倾卸油缸行程及内径的计算375.3.2 倾卸油缸容积及油泵的计算3954 拟定液压举倾系统工作原理图39第6章 制动性能分析4161 制动力矩和制动力416.1.1 前轮制动力矩和制动力416.1.2 后轮制动力矩和制动力4262 前后轮附着力及滚动阻力4263 制动加速度和制动距离43第7章 系统总成4571 液压转向系统和举升系统的组合457.1.1 系统的组合457.1.2 举升转向组合系统元件的选择4772 大型矿用自卸车静液压传动系统的总成4773 静液压传动系统动力来源传动装置的选择50第8章 液压系统性能验算5181 液压系统压力损失5182 液压系统的发热温升528.2.1 液压系统的发热功率528.2.2 液压系统的散热功率5383 液压系统冲击压力54结论57致谢58参考文献59附录60 第1章 绪论11 矿用防爆无轨胶轮车的现状及发展我国虽然已从上世纪80年代中期开始研制柴油机无轨胶轮车，但进展不大。在现代采矿技术发展的过程中，地下无轨运输设备以其快捷、机动灵活、用人少和效率高的特点，应用越来越广泛，无轨胶轮车辅助运输在我国已逐渐显示出其优势。从其性能特点上来看，防爆无轨胶轮车具有防爆可靠，运输效率高、适用范围广、机动灵活、牵引力大、适应性强、安全性好以及可完成直达运输等特点，于传统轨道运输系统相比，辅助人员可减少70%，效率可提高5倍以上，再加上近年来煤矿对生产安全的要求越来越高 ，地下防爆无轨运输设备将会成为未来的发展趋势，也必将成为各大煤矿青睐和必不可少的地下运输设备。随着我国煤矿采掘发展的需要，从国外引进了一些无轨胶轮车，使用后取得了显著的经济效益。但长期使用国外的引进设备，存在着设备购置费用昂贵，使用成本高，且常因国外配件供货周期较长而造成停运等一系列问题，严重影响着生产的正常进行。这就促使我国加速自行研制无轨胶轮车的进程，从而尽快改变我国煤矿辅助运输的被动，落后局面。无轨胶轮车已在很多矿区得到了成功的应用，这充分证明了无轨胶轮车是一种高效快速安全的辅助运输设备，在我国具有广阔的应用前景。它不仅适于水平煤层与近水平煤层矿井中使用，而且只要设计合理，配置得当，完全可以用无轨胶轮车在大型立井中实现从井底至采区工作面的人员，材料和设备的直达运输，在综采工作面内利用支架搬运车进行设备的搬家，安装调整和拆卸。这必将大幅提高高产高效矿井辅助运输效率。从事无轨胶轮车的研制生产，也必将给研制单位带来良好的收益。 国外无轨胶轮车（以下简称胶轮车）的研制和使用已有40余年的历史，由于它无轨道限制，并具有适应性强、机动灵活性好、安全高效的特点，因而在美国、英国、澳大利亚、南非等产煤大国已普遍使用。我国绝大多数矿井的辅助运输仍使用传统轨道矿车、无极绳绞车接力运输的方式，存在着运行环节多、速度慢、用人用机多、效率低、机动性和适应性差等问题，制约了矿井尤其是特大型矿井生产的发展。1994年以来，神东矿区先后引进了多种类型的胶轮车，在生产上取得了很好的成效。但设备购置费用昂贵，每年的外汇支出约千万元之多，且常因配件供应不及时而影响生产。这种情况促使我国自行研制胶轮车，逐步改变我国煤矿辅助运输的被动、落后局面。"近年来，煤科总院太原分院先后研制成功了三种胶轮车，还在继续研发TY2FB型及TY12FB型两种车型。其中，TY3061FB型为平头后翻自卸式，采用4X2后驱柴油机驱动；TY6/20FB为前后铰接式，采用4X2前驱柴油机驱动；TY7FB为前后铰接自卸式，采用4X2前驱柴油机驱动；TY2FB为平头平板式，采用4X4双驱或4X2后驱柴油机驱动；TY12FB为平用厢式，采用4X4双驱柴油机驱动。随着国内煤矿广泛采用防爆无轨胶轮车辆, 提高了运输生产率。但同时煤矿还需要一种轻型防爆车辆, 能够运输小型机电设备和人员, 具有价格低、载重量小、轻便灵活的特点, 能够替代非防爆车辆下井, 降低运行成本, 消灭不安全隐患。针对这一问题, 煤炭科学研究总院太原分院研制开发了WqC2J型防爆胶轮车, 用于煤矿井下人员、辅助材料和机电设备的运输。该车是结合国内外防爆车辆的防爆及安全保护成熟技术, 采用国内汽车底盘, 创新开发的一种用于煤矿井下的新型防爆胶轮车。目前广泛用于国内各大煤矿, 已成为煤矿辅助运输的主要车型。WC5E型防爆胶轮车是煤科总院太原研究院自主研发的产品。作为煤矿井下运输的主力车型，主要担负运送井下的煤渣、煤泥、铺路用的石子和水泥，搬家倒面时担负中部槽和小型设备的运输任务，使用十分频繁。整车结构采用了双桥驱动4x4，前后机架铰接式，双缸折腰转向。后翻自卸式车厢和双向驾驶等结构。根据该车的工作条件和使用环境，制动系统采用了双回路全液压制动系统，保证了车辆在使用中的高可靠性。最近，应兖州矿业集团东滩矿及山西西山晋兴能源有限责任公司等煤矿的要求，南昌矿山机械研究所与常州科研试制中心有限公司联合研制开发了一款用于煤矿井下的完全新颖的 WCQ-3A 双向驾驶防爆无轨胶轮车。W C Q - 3 A 双向驾驶防爆无轨胶轮车是以气启动的四缸防爆柴油机为动力，DA 控制的静液压机械传动，四轮驱动，前后机架中央铰接，全液压动力转向，平板型车厢或可侧卸型车厢、驾驶室双向布置可双向驾驶的煤矿井下无轨胶轮运输设备。该车除具有结构紧凑、无级变速、调速性能好、重载爬坡能力强等特点外，最大的特点是在前、后机架上各布置有一个驾驶室，在前、后驾驶室均可驾驶 (即前、后双向驾驶) ，操作方便，非常适用于煤矿井下巷道断面较小、车辆无法调头的顺槽或胶带巷的井下运输作业，解决顺槽人员和物料的运输。12本设计的任务和目标 分析矿用防爆无轨胶轮车的使用要求，确定整体方案，然后查阅资料确定传动部分的方案并计算相关参数，完成传动系统的结构设计。对本次所做的设计求做到更好，但由于水平有限，肯定存在不少问题和漏洞，希望在以后的求知过程中能进一步完善。第2章 主要技术参数及对传动方案的分析确定21 主要技术参数主要技术参数是车辆已知参数设计所必须满足的车辆技术性能，矿用防爆无轨胶轮车各参数要求如下：最大载重量：5t 车辆自重：8t最高行驶速度：32km/h 最小离地间隙：>250mm 最大爬坡度：不小于14° 最小转弯半径：<7000mm货箱最大升角 ：50°驾驶方式：双向驾驶，驾驶员面向驾驶方向 22 总体及传动方案确定矿用防爆无轨胶轮车是矿用新型车，是为适应新的工作需求而研究开发。鉴于已有车辆的优缺点，结合液压传动技术设计开发本款防爆车，它主要由底盘、传动系统、翻斗车厢等三部分组成。底盘由前、中、后 三部分组成各自之间铰接连接；传动系统则采用液压驱动由防爆柴油机、分动器、液压泵、液压轮边马达组成车厢与底盘铰接由液压缸实现升举下降，液压缸布置于车厢两侧，既可实现车厢升降又可实现后底盘的升降，极大地适应井下的苛刻工作条件。车的总体布局如图2-1所示: 机械的动力装置和驱动轮之间的传动部件总称为传动系统,它的功用是将发动机的动力按需要适当降低转速增加转矩后传动驱动轮上，使之适应工程机械运行或作业的需要，此外，还具有切断动力、倒行、变速和差速的功能。机械传动可分为：机械传动；液力机械传动；液压传动；电传动。机械传动的传动过程为：发动机主离合器变速箱传动轴主传动器、差速器 轮边减速器优点：结构简单，工作可靠，价廉，传动效率高，可利用惯性作业等。缺点：当外阻力变化剧烈时易熄火； 换档时动力中断时间长； 机械循环作业时频繁换档劳动强度大； 传动系零部件受到的冲击载荷大； 机械变速箱档位较多，结构复杂。液力机械传动的传动过程为：发动机变矩器（动力换档）变速箱传动轴主传动器、差速器轮边减速器优点： 变速箱档位少，动力换档轻，简化结构； 发动机功率利用好，防熄火，换档次数少，劳动强度低； 传动系振动小，机械零部件寿命长； 机械可实现零起步，起步平稳。 缺点：（与机械传动系比较）成本相对较高，传动效率较低。 静液压传动过程：发动机 液压泵 液压马达 轮边减速器优点：无级变速，速度变化范围大，可实现微动；系统元件少，布置方便，维护和操作简单；液压系统本身可实现制动。缺点：液压元件加工精度和密封要求高，国产件的寿命短，使用维护要求高。电传动组成：内燃机 发电机 电动机 减速装置 驱动轮优点：动力装置与车轮间无刚性联系，易总体布置和维修；无级变速，功率利用好；电动轮通用性好，易组合成多种驱动形式；可采用电制动，制动器寿命长，系统易实现自动化，操作方便。缺点：价高，耗有色金属量大，自重大。结合各种传动的优缺点和设计任务要求，选择静液压传动系统为传动方案。2. 3 现代液压技术的发展液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为350亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统等优点。因此，液压技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，努力发挥液压技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压技术继续努力的永恒目标，也是液压产品参与市场竞争取胜的关键。为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断发展，不断提高和改进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。这是液压技术的创新特征，液压技术的不断发展体现在如下一些比较重要的特征上：一、提高元件性能，创制新元件，体积不断缩小。为了能在尽可能小的空间里传递尽可能大功率，液压元件的结构不断地在向小型化发展。市场上出现了一种新型的被称为“肌腱”的执行元件。它的形状像一根两端有接头的软管，把它接入系统使用时，它的径向和轴向都会发生伸缩，轴向的伸缩量可达其总长的15%-30%。在相同条件下，它的作用力是普通汽缸的10倍。这种元件抗污染，运动时不会生抖动，在有些场合还可用它的径向膨胀去夹持工件等，是一种极有应用前景的元件，而微型元件也得到发展，如活塞直径小到2.5mm的汽缸，10mm宽的气阀以及相关的辅助元件已成为系列化产品。由于这些元件能在0.2-0.7Mpa压力下工作，所以可被方便地集成到标准的系统中。新小型阀，在流量相同时，它的体积仅是过去的7%。这些小，微型的元件已被应用于精密机械加工，电子工业，制药工业，食品加工和包装技术等场合。二、高度的组合化，集成化和模块化。液压系统由管式配置经板式配置，箱式配置，集成块式配置发展到叠加式配置，插装式配置，使连接的通道越来越短。也出现了一些组合集成件，如把液压泵和压力阀作成一体，把压力阀插装在液压泵的壳体内，把液压缸和换向阀作成一体，只需接一条高压管与液压泵相连，一条回油管与油箱相连，就可以构成一个液压系统。这种组合件不但结构紧凑，工作可靠，而且简便，也容易维护保养。三、与微电子结合，走向智能化。液压技术从本世纪70年代中期起就开始和微电子工业接触，并相互结合。在迄今30多年时间内，结合层次不断提高，由简单拼装，分散混合到总体组合，出现了多种形式的独立产品如数字液压泵，数字阀，数字液压缸等，其中的高级形式已发展到把编了程的芯片和液压控制元件，液压执行元件或能源装置，检测反馈装置，数模转换装置，集成电路等汇成一体，这种汇在一起的联结体只要一收到微处理机或微型计算机处送来的信息，就能实现预先规定的任务。液压技术的智能化阶段虽然开始不久，但是从它的星星点点实践成功的事例来看，成果已非常诱人。液压技术在与微电子技术紧密结合后，在微型计算机或微处理机的控制下，可以进一步拓宽它的应用领域，形形式式机器人和智能元件的使用不过是它最常见的例子而已。现在国外已在着手开发多种行业能通用的智能组合硬件，它们只需配上适当的软件就可以在不同的行业中完成不同任务。这样一来，用户的主要技术工作将只是挑选，改编或自编计算程序了。综上所述可以看到，液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展；向低能耗、低噪声、低振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展；开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件；积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液压工业在国民经济中的作用实在很大，它常常可以用来作为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是比较落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。可以预见，为满足国民经济发展需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在各个工业部门中的应用越来越广泛。2. 4 矿用防爆无轨胶轮车用静液压驱动的可行性与优越性与车辆的其它系统相比，行走驱动系统不仅需要传输更大的功率，要求器件具有更高的效率和更长的寿命，还希望在变速调速、差速、改变输出轴旋转方向及反向传输动力等方面具有良好的能力。于是，采用何种传动方式，如何更好地满足各种车辆行走驱动的需要，一直是车辆研究和使用所要面对的课题。尤其是近年来，随着我国交通、能源等基础设施建设进程的快速发展，矿山开发规模将不断扩大，大型矿用自卸车在市场需求大大增强的同时，更面临着作业环境更为苛刻、工况条件更为复杂等所带来的挑战，也进一步推动着对其行走驱动系统的深入研究。静液压传动技术在国内应用始于上世纪80年代，主要应用于联合收割机、叉车、市政工程机械等。它是伴随着液压传动技术与元件制造技术的快速发展而成长起来的先进传动方式，由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点，其在各种车辆的系统中已经得到了广泛的应用，其优异的微动性能，使驾驶员能够更加准确定位。 静液压传动装置以液压泵和液压马达为主组成，附加各种变量控制单元和传动元件（减速器或变速箱），成为一种无级变速的传动装置。静液压传动与现在普通矿用车上采用的交-直流传动和交-交传动相比，具有以下优点：1.实现无级变速更加方便，且调速平稳、均匀、准确、加速性能好，调速性能更可靠，换向方便。2.发动机在任一调定转速下工作，传动系统都能发挥出较大的牵引力。在静态启动时对应与大的阻力矩，能迅速建立起相应大的工作压力，从而获得大的启动力矩。通过液压泵和液压马达的变排量可以保证很好的低速运行工况。3.传动系统能在很宽的输出转速范围内保持较高的效率。4.行走功率和作业装置功率可以合理匹配，使发动机功率充分利用。5.液压泵和液压马达的位置布置比较灵活。6.能够较大地减轻矿用防爆无轨胶轮车的自重，提高矿山运输能力和运输效率。7.在矿山开发和运输作业环境苛刻、工况条件复杂的情况下，静液压传动比交-直流传动和交-交传动有更高的可靠性。车辆合理运用静液压驱动装置，能改善机构性能，提高生产效率，节省能量消耗，使机器的品质上升到一个新的阶段。借助电子技术与静液压传动技术的结合，可以很方便地实现对液压系统的各种调节和控制。而计算机控制的引入和各类传感元件的应用，更极大地扩展了液压元件的工作范围。通过传感器监测工程车辆各种状态参数，经过计算机运算输出控制目标指令，使车辆在整个工作范围内实现自动化控制，机器的燃料经济性、动力性、作业生产率均达到最佳值。因此，采用静液压传动可使车辆易于实现智能化、节能化和环保化，而这已成为当前和未来重型车辆的发展趋势。随着静液压传动技术的发展和所用元件的完善，在防爆车上采用静液压传动装置很有可能成为一种新的发展和趋势，有很广泛的市场潜力。 同时矿用防爆无轨胶轮车在井下工作，工作条件比较恶劣，而且主机经常处于经常处于起制动状态，外负载和冲击很大，同时，希望车的生产率尽可能大，因而液压系统应满足以下几方面要求：1要保证液压系统有足够的可靠性。选择元件时要选择可靠、耐冲击、抗污染能力强的液压元件，要尽量减少系统的发热，主机连续工作油温一般不能超过80，自卸车属于行走机械，故油箱不能太大，因此要设置冷却器。2因举升卸料时车辆不转向，转向时不卸料，所以举升和转向系统无需保证同时工作，因此为简化系统、充分利用泵和发动机的功率，可设置合流措施。3系统要能同时满足低速大扭矩牵引和高速行驶要求。4各装置的液压缸和液压马达要有良好的过载保护措施，工作装置液压缸和行走驱动液压马达回路为防止重力超速，需要限速措施。5为保证液压系统工作的可靠性和元件的寿命，必须保证液压油的清洁度，因此要设置可靠、高效滤油装置。第3章 静液压驱动系统的设计31 车辆行走机构对液压传动系统的要求防爆胶轮车作业时牵引力和车速的变化范围大，并且变化急剧、频繁、工作条件苛刻，因而对液压传动装置的要求是：1应采用精心设计的“背靠背”传动装置，以及泵和马达之间采用尽量短的管路连接，在素的和转矩较宽的范围内能够获得总效率的85%以上，把发动机的功率充分利用与速度和牵引力的宽范围内。2能利用传动系统本身精心可靠地制动。3对两侧驱动车轮采用独立的传动系统，以滑移方式转向。4结构简单，液压元件要耐久、可靠。32 液压驱动系统的型式3.2.1 容积调速系统依据工程机械，其液压驱动系统的变速装置是利用改变液压泵或液压马达的排量来实现调速的，称为容积调速回路。由于这种调速系统具有较高的效率，所以是广泛使用的液压调速系统。图一所示是由双向变量泵和变量马达组成的容积调速系统。当调节变量泵1和变量马达的斜盘倾角，可改变其输出流量，从而获得不同的马达转速；改变斜盘方向可改变油流方向，使马达的旋转方向相应地得到改变。辅助泵3用以向系统补油，并起冷却作用，其压力由溢流阀7调定。回路中有两个补油阀4，梭阀6在主油路高压控制下与常开式的溢流阀8接通，因此，工作中总有一部分油通过溢流阀8流回油箱，以便冷却油液。主回路中两个安全阀5保护系统不致破坏。图3.1 变量泵-变量马达调速系统3.2.2 功率分流液压调速系统功率分流液压调速系统又称双功率流传动装置。由液压泵和液压马达组成的单纯的液压调速系统随着传递动力的增加使其容量过大，这样其传动效率有所降低，因此出现了把行星差动轮系与液压调速装置组合起来的功率分流液压调速系统。它将动力分成两路平行传递，一路通过行星齿轮传递，另一路为液压传动。在功率分流传动中，液压系统主要起调速作用，机械系统主要用来传递动力。虽然该调速系统有效地利用了液压传动的优点，又保持了齿轮传动的优越性，但其结构复杂、制造成本高，只适用于大功率的车辆上。33 行走驱动系统性能的主要参数决定驱动行走系统性能的主要技术参数有：行驶驱动功率、牵引力、车速、最大爬坡度等。1牵引力F对于运输车辆来说，牵引力大意味着载重量大，爬坡和加速性能好，因而可以降低劳动强度，提高生产率。牵引力受附着条件限制，牵引力的值应与机械的附着条件相适应，并且使之与行走机构的额定滑转率一致，以获得较好的经济效果。将全滑转情况下的牵引力的最大值定义为最大牵引力或附着力，公式如下： （3-1）式中：F最大牵引力 附着系数 附着重量不同的车辆的取值范围也不同。车辆的牵引力正常工况下要小于其附着力，否则轮胎发生滑转，将使发动机功率严重损失，加剧轮胎的磨损。2行驶速度对于运输机械来说，车速对生产率有很大影响，它既要适应在工地作业的要求，又要保证一定的运输效率。采用液压驱动能满足变化范围要求，也能使发动机功率很好地利用，操纵简单方便，有利于生产率的提高。对于大型矿用防爆无轨胶轮车最高车速一般不超过35km/h。3爬坡能力载重运输车辆在爬坡时的外部阻力取决于爬破度，外部阻力包括滚动阻力和坡道阻力。滚动阻力： （3-2） 式中：G 车辆载重总重量 车辆滚动阻力系数 爬坡角坡道阻力： （3-3）则运输工况的爬坡能力,即驱动力： （3-4）4驱动行驶驱动功率运输车辆的行驶驱动功率可按下式计算 kW (3-5)式中：牵引力，N 车辆的运行速度，km/h 传动效率，一般取0.834 静液压驱动系统方案的确定明确了主机对液压系统的性能要求，对大型矿用自卸车和液压系统资料进行分析和研究，并根据实际情况，进行方案分析比较，按照可靠性、经济性，并尽量采用先进技术，最终选择最优方案。3.4.1 液压驱动系统的型式根据不同的分类方法，液压系统型式主要有：开式系统和闭式系统，定量系统和变量系统，容积调速系统、节流调速系统和容积节流调速系统等。l 开式、闭式系统开式系统是指液压泵从液压油箱吸油，通过换向阀给液压马达或液压缸供油以驱动工作机构运动，液压马达或液压缸的回油再经换向阀流回液压油箱，为保证系统安全，设置安全阀。这种系统结构形式较简单，系统自备油箱，油箱可同时起到散热、沉淀杂质的作用。但由于油液与空气接触，容易使空气溶于液压油而进入系统，导致工作机构工作不平稳及其他不良后果。开式系统可采用定量泵，也可以采用变量泵，对自吸能力较差的液压泵，其工作转速限制在额定转速的75%以内，或增加一个辅助泵，以提高液压泵的自吸能力和避免出现吸空现象。闭式系统中，液压泵的吸油管直接与执行元件的回油管相连，液压油在系统的管路中封闭循环（如图3.1）。闭式系统结构紧凑，泵的自吸能力好，系统与空气不接触，而避免了出现吸空现象，工作机构运动平稳。采用变量泵来避免出现液压冲击和能量损失。闭式系统结构复杂，自身不备油箱，油液的散热和过滤条件较开十系统差。为补偿系统中的泄露，通常要辅设一个小容量的补油泵，向系统补油并冷却油液，多余的流量通过主泵和马达壳体流回油箱。闭式系统有如下优点：（1）主泵排量发生变化时补油系统能保证容积式传动的响应，提高系统的动作频率，同时还能增加主泵进油口的压力，防止大流量时产生气蚀，提高泵的工作转速和传动装置的功率密度，另外，油液经过滤后进入系统且与外界接触少，从而提高了液压系统的可靠性和使用寿命。补油泵还能方便地为系统中某些低压工作的辅助机构和制动器提供动力。（2）闭式系统仅有少量的补油流量从油箱吸取，油箱小，便于行走车辆布置，吸油、回油流动损失小，系统效率较开式系统高。（3）系统存在背压且对称工作，柱塞泵 、马达具有很高的容积效率，其内部泄露随压力变化很小，因而闭式系统能平稳地从正转通过零点向反转过渡并能在任意方向实行全液压自动操作，并能保证输出轴具有足够的刚性，在负荷大小和方向变化时平稳工作。闭式系统的上述特点使它特别适应负荷变化剧烈、前进、倒退、制动频繁的行走机械，以及速度要求严格控制的作业机械，因此，对行走机械有着特别的意义。矿用防爆无轨胶轮车在矿山环境下工作条件苛刻，要求经常正反向行走，制动频繁，负载经常变化，因此确定其行走驱动液压传动装置的泵和马达采用闭式回路方式。l 定量、变量系统定量系统采用的液压泵为定量齿轮泵、叶片泵或者固定斜盘的柱塞泵，当发动机转速一定时，流量也一定，而压力是根据工作循环中需要克服的最大阻力确定的液压系统的压力取决于外负载，因此，其泵的特性硬，负荷小时不能提高作业速度，功率得不到充分利用。为满足作业要求，定量系统的发动机功率要根据最大外负载和作业速度来确定。定量系统中泵的成本低，速度平稳，简单可靠，价格低廉，耐冲击性能好，油液冷却充分但效率较低。采用变量泵或变量马达的液压系统为变量系统，系统效率高，调速范围大，能输出恒定的转矩或功率，且不需要很大的油箱。变量系统具有以下特点：（1）作业速度与作业力之间可以自动调节，变量泵在变量范围内功率基本保持恒定，随着外负载的变化，液压泵的输出流量相应地变化，外负载小时，可以减小作业力，增大流量，以增大作业速度，提高生产率，外负载大时，可以增大作业力，降低作业速度，克服大负载。（2）液压泵经常在满负荷状态工作，发动机功率利用比较充分。（3）变量系统元件较复杂，成本也高，油液发热较大。基于变量系统的以上特点，现代工程车辆的液压驱动系统普遍采用变量系统，从而实现恒功率或恒转矩控制，提高作业效率。矿用防爆无轨胶轮车要求运输效率要高，发动机功率应得到充分发挥，因此选用变量系统。l 容积调速系统、节流调速系统和容积节流调速系统节流调速是在系统中安装节流阀，通过节流阀对进入执行元件的流量连续调节而实现无级调速，按节流阀安装位置的不同有进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速以及以上三种任意组合的复合调速。容积调速是用变量泵供油，通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度的。这种回路中，液压泵输出的油液直接进入执行元件，没有溢流损失和节流损失，而且工作压力随负载变化，因此效率较高，发热少，能量利用合理。容积节流调速是利用压力补偿使变量泵供油、用流量控制元件确定进入执行元件的流量来调节其速度，并使变量泵的输出油量自动与执行元件所需流量相适应。这种调速回路没有溢流损失，效率较高，速度稳定性好。防爆无轨胶轮车要求产热少且外负载变化大，调速范围大，故选用容积调速系统。行走机械的容积调速系统有变量泵-定量马达调速系统、定量泵-变量马达调速系统和变量泵-变量马达调速系统，下面分别作以介绍。1变量泵-定量马达调速系统这种系统中，液压泵转速和液压马达排量都是恒量，改变液压泵排量可使马达转速和输出功率随之成比例地变化。马达输出转矩和回路的工作压力都由负载转矩决定，不因调速而发生变化，因而常被叫做恒转矩调速系统，另外，由于泵和马达的泄露不容忽视，这种系统的速度刚性要受负载变化影响。当回路中泵和马达都能双向作用时，马达可以实现平稳反向。变量泵-定量马达调速系统的工作特性如图3.2所示。图3.2 变量泵-定量马达调速系统工作特性2定量泵-变量马达调速系统该系统液压泵转速和排量都是恒量，通过改变液压马达排量变化实现输出转速和转矩变化的，转速与排量成正比，转矩与排量成反比。马达的输出功率和回路工作压力都由负载功率决定，不因调速而发生变化，常被叫做恒功率调速系统。这种系统调速范围较变量泵-定量马达调速系统小，适用于具有恒功率负载特性的行走机构上，可使原动机保持在恒功率高效率点下工作，从而最大限度地利用原动机的功率。定量泵-变量马达调速系统的工作特性如图3.3所示。图3.3 定量泵-变量马达调速系统工作特性3变量泵-变量马达调速系统这种系统的工作特性是上述两种系统工作特性的综合，回路的调速范围很大，是泵调速范围和马达调速范围的乘积。该调速系统中变量泵和变量马达可单独并先后进行调节，一般分两步进行，先是改变泵的调节参数，再改变马达的调节参数，具体过程为：一般情况是启动前先将变量马达的调节参数斜盘倾角固定到最大值，然后将变量泵的调节参数斜盘倾角调到零位，启动后将泵的斜盘倾角由最小值逐渐调到最大值，完成变量泵-定量马达调速过程，把它固定下来，然后再将马达的斜盘倾角由最大值往小调，达到进一步扩大调速范围的目的，其工作特性与定量泵-变量马达调速相同。变量泵-变量马达调速系统的工作特性如图3.4所示。图3.3 变量泵-变量马达调速系统工作特性这种调速系统的工作特性对一般机械负载要求很适应，因为大部分机械在低速时要求有较大的扭矩，而再高速时扭矩可以相应地减小，变量泵-变量马达调速系统适用于系统中大功率的液压装置，特别适用于系统中有两个或多个液压马达要求共用一个液压泵又能独立进行调速的场合。3.4.2 液压驱动系统传动方案本车全液压驱动，其动力传递采用分置式结构，发动机经分动箱带动左、右变量泵，驱动左、右液压马达，动力传至轮边直接驱动车轮使车辆行走。其动力传递路线如图3.4所示： 35 液压传动系统的设计计算3.5.1 确定液压系统的工作压力液压系统的工作压力是指液压系统正常运行时所能克服的外载荷的最高限定压力。在实际工作过程中，系统压力是随着载荷大小的不同而变化的。液压系统的工作压力是根据车辆机械的技术要求，经济效果和目前液压技术所能达到的水平来确定。在外负荷已定的情况下，系统压力选得越高，各液压元件的几何尺寸就越小，使结构紧凑，重量轻。特别是对大型运输机械来说，选取较高的工作压力更为重要，压力的选择还要考虑制造密封等因素，压力太高，密封要求也该，制造维修困难。现在工程车辆机械所用的工作压力大致有：1中压：压力为1020MPa，常用于农用机械、小型工程机械、建筑机械、液压凿岩机等的压力等级。2高压：压力为2032MPa，常用于液压机、大中型挖掘机、重型机械和起重运输机械等。3超高压：压力超过32MPa。根据国家系列标准值，本车选用驱动液压系统的工作压力为=20MPa。3.5.2 液压传动参数及性能的计算为设计车辆用液压传动系，必须根据车辆要求的最大驱动力与最大行驶速度进行液压传动参数的确定。1需要牵引力（运行工况）对于行走运输车辆，其载荷力矩主要是来自驱动轮的阻力矩。防爆无轨胶轮车最大载重量为5t，车辆自重为8t，最高速度为=32km/h，低速运行时最大爬坡度为>14°由公式（3-4）可得，依照最大爬坡度要求，低速运行时的牵引力，即最大牵引力：=（5+8）×1000×9.8×（sin14°+0.02cos14°）= 33293 N式中：车辆滚动阻力系数，取0.02 爬坡角，=14°高速运行时的要求的最大牵引力：=（5+8）×1000×9.8×（sin0°+0.02cos0°）= 2548N式中：=0°2驱动功率车辆低速运行爬坡度为14°时要求的牵引力是最大的，此时，对车辆速度无特别要求，只要能爬上坡即可。现在取最大爬坡时的车辆速度为3.6 km/h，此速度为车辆的最小速度，即=3.6km/h。因此低速运行时的车辆牵引功率为 = = = 41.6kW 式中为传动效率，取0.8最高速度运行时,车辆牵引功率为： = = 28.3 kW 由以上计算知，要满足车辆在高速运行时的要求，须取 = 42 kW。3变换范围变换范围是根据车辆要求的最大参数决定的，其计算公式为： （3-6）式中： 单位为m/s，单位为W液压系统效率 机械传动效率当3时，由变量泵单独变换；当3时，由变量泵-变量马达变换。总的变换范围分为变量泵的变换范围和变量马达的变换范围， （3-7）由式（3-6）可以算得变换范围= 9.78式中：取0.8，取0.9可见，总的变换范围 3，需要用变量泵-变量马达系统变换，故所选方案合理。变量泵和变量马达的变换范围分别为：=3.124液压泵和液压马达的参数计算矿用防爆无轨胶轮车用轮边马达直接驱动，要求马达输出大转矩，同时实现无级变速。液压马达的基本参数主要是排量和转速，所选择的液压马达必