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大型礦用自卸車靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
專業(yè)：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 姓名：
指導(dǎo)教師：
[摘要]：大型礦用自卸車是現(xiàn)代礦山企業(yè)重要的運(yùn)輸工具之一，目前普遍使用的是大型電動(dòng)輪自卸車，已暴露出其體積龐大、重量大、故障率高等缺點(diǎn)。由于靜液壓傳動(dòng)具有工作平穩(wěn)、沖擊小、重量輕、無級(jí)調(diào)速及調(diào)速范圍大、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、在惡劣工作條件下相對(duì)電傳動(dòng)性能更可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速，已受到車輛傳動(dòng)領(lǐng)域的廣泛重視。在分析了礦用電動(dòng)輪自卸車電動(dòng)輪傳動(dòng)型式、工作條件及負(fù)載變化后，參考由湘潭電機(jī)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的108t電動(dòng)輪自卸車，結(jié)合靜液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了大型礦用自卸車的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)是由四個(gè)液壓馬達(dá)輸出扭矩驅(qū)動(dòng)車輛的四輪驅(qū)動(dòng)型式，采用雙泵供油的閉式變量系統(tǒng)；鑒于轉(zhuǎn)向和舉傾不同時(shí)發(fā)生，在設(shè)計(jì)中采用舉傾時(shí)雙泵合流的供油方式，從而充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)功率，減少了能量損耗；同時(shí)還對(duì)大型礦用自卸車的制動(dòng)性能進(jìn)行了分析，能夠滿足其制動(dòng)要求。
關(guān)鍵詞：礦用自卸車；電動(dòng)輪自卸車；靜液壓傳動(dòng)
Abstract：The heavy duty mineral Self-Dumping Truck is one of the important transport means in modern mine enterprise. The heavy duty Electric - Wheeled Self - Dumping Truck is widespread at present. But it has huge size, heavy weight, high failure and so on. Because the hydrostatic transmission device works steadily and is easily to realize the automation and is of small impact, light weight, large variable speed range and enabled to step-less speed and under the bad working conditions, the hydrostatic transmission device is of more reliable performance than electrical transmission device. It develops rapidly in recent years. It has been valued by more and more people in vehicle transmission. By analyzing the Electric-wheel drive forms, working conditions and variation of load of the mineral Electric - Wheeled Self-Dumping Truck, this paper designs the hydrostatic driving system of the heavy duty mineral Self-Dumping Truck using hydrostatic merits, refer to the 108t Electric-Wheeled self - Dumping Truck which produced by the Xiangtan Electric Manufacturing Corporation LTD. The Truck is four-wheel-drive vehicle type. There are four hydraulic motors output torque to drive vehicle. The hydraulic system which supplied flow and pressure by double-pumps is closed variable system. Due to the turning and dumping occur at different time, two pumps merge their flow to supply system when dumping. This means makes full use of engine power and reduces energy loss. Braking performance of the heavy duty mineral Self-Dumping Truck is also analyzed in this paper and it is meet the requirements of its braking.
Keywords: The mineral Self-Dumping Truck, The Electric - Wheeled Self - Dumping Truck, Hydrostatic transmission
1．緒論
1．1大型礦用電動(dòng)輪自卸車的現(xiàn)狀及發(fā)展
自1963年研制出第一臺(tái)裝載質(zhì)量為77t電動(dòng)輪自卸車以來，重型礦用電動(dòng)輪自卸車已發(fā)展成熟。目前重型礦用電動(dòng)輪自卸車驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式都是采用交-直流傳動(dòng)，
1．2 現(xiàn)代液壓技術(shù)的發(fā)展
液壓技術(shù)是現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，各國(guó)對(duì)液壓工業(yè)的發(fā)展都很重視。為滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)液壓技術(shù)也將獲得飛速發(fā)展，在各個(gè)工業(yè)部門中的應(yīng)用越來越廣泛。
1．3 大型礦用自卸車用靜液壓驅(qū)動(dòng)的可行性與優(yōu)越性
靜液壓傳動(dòng)裝置以液壓泵和液壓馬達(dá)為主組成，附加變量控制單元和傳動(dòng)元件，成為一種無級(jí)變速的傳動(dòng)裝置。靜液壓傳動(dòng)與電動(dòng)輪自卸車上采用的電傳動(dòng)相比，有很多優(yōu)點(diǎn)，車輛合理運(yùn)用靜液壓驅(qū)動(dòng)，能提高生產(chǎn)效率，節(jié)省能量消耗，使機(jī)器品質(zhì)上升到一個(gè)新的臺(tái)階。
1．4 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)
通過對(duì)湘潭電機(jī)廠生產(chǎn)的108t大型自卸車相關(guān)參數(shù)的分析，將其驅(qū)動(dòng)型式改為靜液壓驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)出靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和舉升系統(tǒng)并驗(yàn)算其性能。
2．主要技術(shù)參數(shù)及對(duì)液壓系統(tǒng)的要求
2．1 主要技術(shù)參數(shù)
最大載重量：108t 車輛自重：85t
車廂重量：19t 最高行駛速度：50km/h
最大爬坡度：17% 卸料舉升時(shí)間：≤ 20 s
輪邊減速器傳動(dòng)比：27～35
液壓系統(tǒng)壓力：行走系統(tǒng)：≤ 33MPa；舉升系統(tǒng)：≤ 25MPa；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：≤ 20MPa
2．2 主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求
重型礦用自卸車在礦山條件下工作，工作條件比較惡劣，而且主機(jī)經(jīng)常處于經(jīng)常處于起制動(dòng)狀態(tài)，外負(fù)載和沖擊很大，同時(shí)，希望自卸車的生產(chǎn)率盡可能大。
3．靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3．1 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的型式及方案確定
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有容積調(diào)速系統(tǒng)和功率分流液壓調(diào)速系統(tǒng)，大型礦用自卸車用容積調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)不同的分類方法，液壓系統(tǒng)型式主要有：開式和閉式系統(tǒng)，定量和變量系統(tǒng)，容積調(diào)速、節(jié)流調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)等。大型礦用自卸車由于環(huán)境、負(fù)載、自身性能等的要求，選用閉式變量容積調(diào)速系統(tǒng)。
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案有三種，一是用定量液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，二是用一組變量液壓馬達(dá)，，三是全部采用變量泵和變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。大型礦用自卸車要求高速大扭矩，變速范圍大，用變量泵和變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方案。
3．2 行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的主要參數(shù)
決定驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)性能的主要技術(shù)參數(shù)有：行駛驅(qū)動(dòng)功率、牽引力、車速、最大爬坡度等。
3．3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
本節(jié)通過一系列計(jì)算確定液壓傳動(dòng)和車輛數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的曲線，從而確定車輛在其整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的特性。
3．4 擬定驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)工作原理圖
擬定的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖如圖3.1所示。
圖3.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖
4．液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4．1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本要求及轉(zhuǎn)向方式
車輛利用轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來改變其行駛方向或保持直線行駛，應(yīng)能保持直線行駛的穩(wěn)定性并能靈活地改變行駛方向。輪式車輛轉(zhuǎn)向方式主要有偏轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向、鉸接轉(zhuǎn)向和滑移轉(zhuǎn)向。大型礦用自卸車采用偏轉(zhuǎn)前輪的轉(zhuǎn)向方式。
4．2 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的選擇
輪式車輛液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合起來有兩種形式：液壓助力轉(zhuǎn)向和全液壓轉(zhuǎn)向。大型礦用自卸車速度不高于50km/h，要求系統(tǒng)布置方便，安裝適應(yīng)性好等，選用全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
4．3 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是確定轉(zhuǎn)向阻力矩、轉(zhuǎn)向油缸、轉(zhuǎn)向器以及油泵參數(shù)。
4．4 擬定液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖
擬定的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖如圖4.1所示。該系統(tǒng)由油泵1、轉(zhuǎn)向器3、油缸4等組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向器的時(shí)，油液經(jīng)轉(zhuǎn)向器進(jìn)入油缸，在油缸活塞上產(chǎn)生足夠的壓力使車輛轉(zhuǎn)向，當(dāng)壓力超過系統(tǒng)壓力時(shí)，油液經(jīng)溢流閥直接回油箱，轉(zhuǎn)向器里的雙向緩沖閥使轉(zhuǎn)向平穩(wěn)。
圖4.1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理圖
5．液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5．1 舉傾系統(tǒng)的限速措施
重型運(yùn)輸機(jī)械產(chǎn)生重力超速現(xiàn)象，需有限速措施。一般有三種方法來防止重力超速：1．靠換向閥節(jié)流；2．使用單向節(jié)流閥；3．使用平衡閥（限速閥）。大型礦用自卸車不要求長(zhǎng)時(shí)間鎖緊定位，對(duì)鎖緊和限速要求不太嚴(yán)，選用單向節(jié)流閥的限速措施。
5．2 液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
液壓舉傾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是計(jì)算了傾卸油缸行程、內(nèi)徑、容積以及舉升油泵參數(shù)等。
5．3 擬定液壓舉傾系統(tǒng)工作原理圖
舉升液壓系統(tǒng)工作原理如圖5.1所示。液壓系統(tǒng)主要由油泵1、舉升分配閥2、下降速度控制閥3、舉升速度控制閥4和液壓缸5組成。油泵將輸出的油直接供給舉升分配閥2，回油通過串聯(lián)在油路上的回油濾清器流回油箱。舉升分配閥內(nèi)置溢流閥，保證系統(tǒng)壓力。
圖5.1 舉升液壓系統(tǒng)工作原理圖
6． 制動(dòng)性能分析
大型礦用自卸車采用全液壓盤式制動(dòng)，前輪制動(dòng)盤為單盤三卡鉗，后輪為雙盤雙卡鉗。本章主要分析了其制動(dòng)力矩和制動(dòng)力、前后輪附著力及滾動(dòng)阻力以及制動(dòng)加速度和制動(dòng)距離，通過計(jì)算，車輛制動(dòng)距離小于規(guī)定的18m，滿足性能要求。
7．系統(tǒng)總成
大型礦用自卸車轉(zhuǎn)向和舉升不同時(shí)進(jìn)行，若用兩個(gè)液壓泵分別供油，那始終有一個(gè)液壓泵處于卸荷狀態(tài)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率浪費(fèi)，為充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，轉(zhuǎn)向舉升采用組合油路供油。最終總成的液壓系統(tǒng)如圖7.1所示。
圖7.1 大型礦用自卸車靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
系統(tǒng)總成后，根據(jù)前面的計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)元件進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)。
8．液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算
完成了系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)計(jì)算部分之后，還對(duì)系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱溫升及液壓沖擊進(jìn)行了驗(yàn)算，以便使所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)更加可靠和完善。
結(jié)論：工程機(jī)械液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電傳動(dòng)系統(tǒng)一樣，是工程機(jī)械整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的一種重要的傳動(dòng)系統(tǒng)之一。由于靜液壓傳動(dòng)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、工作平穩(wěn)沖擊小、無級(jí)調(diào)速及調(diào)速范圍大、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速，已受到車輛傳動(dòng)領(lǐng)域的廣泛重視。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)湘潭電機(jī)廠生產(chǎn)的108t電動(dòng)輪自卸車驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向和舉升系統(tǒng)作了很大改進(jìn)。通過對(duì)原自卸車電動(dòng)輪傳動(dòng)型式、工作條件以及負(fù)載變化的分析，本設(shè)計(jì)對(duì)其驅(qū)動(dòng)型式由電傳動(dòng)系統(tǒng)改為靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，另為還對(duì)其轉(zhuǎn)向和舉升液壓系統(tǒng)作了一定的改進(jìn)，分析了其制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)性能，對(duì)其液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行了驗(yàn)算?？梢缘玫饺缦陆Y(jié)論：
1．靜液壓傳動(dòng)相對(duì)電傳動(dòng)在惡劣環(huán)境下有可靠性更高，調(diào)速性能更好的優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)裝置采用閉式變量系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)車輛的無級(jí)調(diào)速，在車輛低速工作時(shí)效率較高，對(duì)能量的利用率高，能很好地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
2．轉(zhuǎn)向和舉升系統(tǒng)采用舉升時(shí)雙泵合流的方式，從而充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高作業(yè)效率。
3．制動(dòng)用全液壓盤式制動(dòng)器，熱穩(wěn)定性好，作用滯后時(shí)間較短，結(jié)構(gòu)緊湊，效率較高，能夠很好地滿足大型礦用自卸車制動(dòng)要求。
大型礦用自卸車采用靜液壓驅(qū)動(dòng)有很大的發(fā)展前景，但目前大型礦用自卸車采用靜液壓驅(qū)動(dòng)尚述空白，本次設(shè)計(jì)只是作為一種嘗試和訓(xùn)練。由于作者水平有限，缺乏設(shè)計(jì)和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)肯定有不足和缺陷，懇請(qǐng)老師指正。
致謝：在一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師許焰老師的悉心指導(dǎo)。許老師淵博的知識(shí)、巧妙的思維、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給我留下了深刻的印象，使我在知識(shí)的應(yīng)用方面得到提高。許老師在自己工作很忙的情況下，堅(jiān)持每周五指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，與我們來共同分析問題，討論問題，給予我們很大的幫助，在許老師的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)任務(wù)才能順利完成。對(duì)許老師的辛勤指導(dǎo)，我表示深深的感謝！
在本次設(shè)計(jì)中，與本組的幾位同學(xué)在一起討論問題，他們給了我很大的幫助，從中獲益非淺，我與我同寢室的同學(xué)討論、交流設(shè)計(jì)心得，使我在設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步開闊思路，對(duì)此，也表示誠(chéng)摯的謝意！
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