混凝土攪拌運(yùn)輸車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、<p>　　混凝土攪拌運(yùn)輸車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　摘要 當(dāng)前,液壓技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高速，高壓，大功率，高效率，低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項(xiàng)要求方面取得了重大進(jìn)展，在完善比例控制伺服控制，數(shù)字控制等技術(shù)上也有許多成就。此外，液壓系統(tǒng)和液壓元件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化以及微機(jī)控制等開發(fā)性控制方面有很大發(fā)展。液壓系統(tǒng)是混凝土攪拌運(yùn)輸車上車部分核心工作部件，其性能直接決定著整車的工作性

2、能，它的正常運(yùn)行是攪拌車良好技術(shù)狀況的一個(gè)重要標(biāo)志。因此，作好液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與合理使用維護(hù)顯得尤為重要，本文著重分析攪拌車的液壓系統(tǒng)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng) 使用維護(hù) 故障排除 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　1液壓系統(tǒng)的工作原理 </p><p>　　圖1是典型閉式液

3、壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成圖，它是由雙向（伺服）變量柱塞液壓泵、定量 </p><p>　　1、變量泵 2、定量馬達(dá) 3、油箱 4、閘閥（可選用） 5、濾油器 6、補(bǔ)油吸油管路 7、泵馬達(dá)聯(lián)接管路 8、高壓管路 9、冷卻器 10、冷卻器旁通閥 11、回油管路 12、油箱注油口及空氣過濾器 </p><p><b>　　圖1 </b></p><p>　　柱

4、塞液壓馬達(dá)以及油箱、冷卻器、濾油器、膠管等輔件組成。實(shí)際使用中，一般將圖1中的3、4、9、10號(hào)件集成一個(gè)整體，有利于安裝。動(dòng)力通過底盤取力器傳送給液壓泵-液壓馬達(dá)-減速機(jī)-攪拌筒，使攪拌筒實(shí)現(xiàn)裝料、攪動(dòng)、卸料等功能。這個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓-機(jī)械混合式驅(qū)動(dòng)裝置，液壓系統(tǒng)是中間環(huán)節(jié)，其工作原理見圖2。液壓系統(tǒng)是一個(gè)閉式液壓系統(tǒng)，采用了手動(dòng)伺服變量柱塞泵1（以下簡(jiǎn)稱主泵）容積式無級(jí)調(diào)速。系統(tǒng)除了為完成工作所必須的主回路2（由主泵1和定量柱塞液壓

5、馬達(dá)5組成）外，還有與主泵1同軸設(shè)置并裝成一體的輔助泵（齒輪泵）和由它組成的輔助低壓補(bǔ)油吸油回路8以及冷卻回油管路7等。輔助泵一路通過兩個(gè)單向閥向主回路低壓區(qū)補(bǔ)油；一路經(jīng)排量控制閥與調(diào)節(jié)主泵斜盤傾角的伺服液壓缸相通，組成液壓泵的伺服變量機(jī)構(gòu)油路；還有一路是經(jīng)集成閥塊4中的梭形閥、低壓溢流閥進(jìn)入主泵和定量柱塞液壓馬達(dá)（以下簡(jiǎn)稱馬達(dá)）殼體，經(jīng)回油管路7及冷卻器12回油箱11，對(duì)工作中的主泵和馬達(dá)進(jìn)行潤滑和冷卻保護(hù)。 </p>

6、<p>　　1、手動(dòng)伺服變量柱塞泵 2、主回路（高壓管路） 3、泵馬達(dá)聯(lián)接管路 4、集成閥塊 5、定量柱塞馬達(dá) 6、主油路測(cè)壓表 7、回油管路 8、補(bǔ)油吸油回路 9、真空表 10、濾油器 11、油箱 12、冷卻器 </p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　為實(shí)現(xiàn)攪拌筒變速和換向等功能，在主回路中設(shè)置手動(dòng)變量控制閥。它是主泵斜盤伺服液壓

7、缸的隨動(dòng)閥，與主泵斜盤配合控制其排油量，它與主泵做成一體。工作中，可根據(jù)攪拌筒的不同工況操作此控制閥的手柄，實(shí)現(xiàn)攪拌筒的速度和轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)。此閥的操作手柄從中間位置向左、右的操作方向和幅度，相應(yīng)控制主泵的斜盤方位和傾擺角度，決定主泵的排油方向和排油流量，從而通過馬達(dá)的轉(zhuǎn)換控制攪拌筒的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。因?qū)匐S動(dòng)控制，主泵流量的變化是連續(xù)的，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)攪拌筒的無級(jí)調(diào)速。但為方便準(zhǔn)確掌握不同工況時(shí)攪拌筒需要的轉(zhuǎn)速，一般在控制操作面板上相應(yīng)注明加料、攪

8、拌-攪動(dòng)-停止-卸料四個(gè)位置，以示手柄應(yīng)該操作的幅度。 </p><p>　　2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及液壓元件的選取 </p><p>　　2.1設(shè)計(jì)及選取液壓元件的依據(jù) </p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定驅(qū)動(dòng)減速機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)力矩，再計(jì)算液壓系統(tǒng)的工作壓力及液壓泵、馬達(dá)的排量，選取適當(dāng)型號(hào)的產(chǎn)品。 </p><p>　　根據(jù)相關(guān)資料，直

9、徑為2200-2300mm的標(biāo)準(zhǔn)攪拌筒驅(qū)動(dòng)扭矩與攪拌筒容量的關(guān)系比值為最大值，并已考慮長時(shí)間行駛后（混凝土沉積）攪拌筒啟動(dòng)時(shí)的峰值。 </p><p>　　減速機(jī)速比i因選用的產(chǎn)品不同區(qū)別很大，大約都在100-160之間。 </p><p>　　圖中的拌筒驅(qū)動(dòng)扭矩是選取馬達(dá)的依據(jù)。根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳遞的流程情況，驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)滿足如下條件： </p><p>　　1)

10、液壓馬達(dá)的輸出扭矩M馬達(dá)×i≥拌筒驅(qū)動(dòng)扭矩T。 </p><p>　　2) 液壓馬達(dá)的輸入流量Q馬達(dá)=液壓泵的輸出流量Q泵。 </p><p>　　3) 液壓泵的輸入功率P泵＞液壓馬達(dá)輸出功率P馬達(dá)。 </p><p>　　4) 汽車底盤取力器輸出功率≥P泵。 </p><p>　　5) 汽車底盤取力器輸出扭矩≥液壓泵的輸入扭矩M泵

11、。 </p><p>　　攪拌筒最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1500～1600 r/min時(shí)，攪拌筒最高轉(zhuǎn)速應(yīng)不超過16 r/min。若超出此轉(zhuǎn)速，因攪拌筒本身的同心度及載荷的不均勻，易對(duì)攪拌筒的支撐元件減速機(jī)及托輪造成損壞。 </p><p>　　2.2液壓馬達(dá)功率P馬達(dá)、輸出轉(zhuǎn)速n及輸出扭矩M馬達(dá)的計(jì)算 </p><p>　　液壓系統(tǒng)的輸出扭矩、輸出功率與負(fù)載

12、有關(guān)，現(xiàn)以攪拌筒所需最大扭矩來計(jì)算馬達(dá)的輸出扭矩及功率，以選取馬達(dá)的排量與工作壓力。根據(jù)前面介紹馬達(dá)形式為柱塞馬達(dá)，其相應(yīng)的計(jì)算公式如下： </p><p>　　輸出扭矩M馬達(dá)=（VM×△p×ηmh）/（20×π）(Nm) </p><p>　　輸出功率P馬達(dá)=(Q馬達(dá)×△p×ηt)/600 (kW) </p><p&g

13、t;　　輸出轉(zhuǎn)速n =(Q馬達(dá)×1000×ηv)/ Vg （r/min） </p><p>　　VM—液壓馬達(dá)最大排量（ml/r） </p><p>　　Q馬達(dá)—液壓馬達(dá)的輸入流量 (L/min)，與液壓泵的輸出流量相等 </p><p>　　△p—壓差（高壓－低壓）(bar)，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，因?yàn)榍€中攪拌筒所需驅(qū)動(dòng)扭矩為最大值，所以此處壓差選取

14、馬達(dá)最高工作壓力－低壓。 </p><p>　　n —液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速 (r/min) </p><p>　　ηv—液壓馬達(dá)的容積效率（查閱液壓馬達(dá)的相應(yīng)參數(shù)表，一般選0.95） </p><p>　　ηmh—液壓馬達(dá)機(jī)械效率（一般選0.95） </p><p>　　ηt—液壓馬達(dá)的總效率（查閱液壓馬達(dá)的相應(yīng)參數(shù)表，一般選0.9） <

15、/p><p><b>　　判定依據(jù)： </b></p><p><b>　　M馬達(dá)≥T/i； </b></p><p>　　n≤攪拌筒最高轉(zhuǎn)速×i。 </p><p>　　2.3液壓泵輸入功率P泵、輸出流量Q及輸入扭矩M泵的計(jì)算 </p><p>　　根據(jù)前面介紹的液壓

16、泵形式為雙向（伺服）變量柱塞液壓泵，其相應(yīng)計(jì)算公式如下： </p><p>　　輸入扭矩 M泵=(Vg×△p)/（20×π×ηph） (Nm) </p><p>　　輸出流量Q泵 =( Vg×n×ηv)/ 1000 （L/min） </p><p>　　輸入功率P泵=(Q泵×△p)/（600×ηt

17、） (kW) </p><p>　　Vg—液壓泵最大排量（ml/r） </p><p>　　Q泵—液壓泵的輸出流量 (L/min) </p><p>　　△p—壓差（高壓－低壓）(bar)，此處壓差選取液壓泵最高工作壓力－低壓。 </p><p>　　n—液壓泵的輸入轉(zhuǎn)速 (r/min)，即底盤取力器輸出轉(zhuǎn)速。 </p><

18、;p>　　ηv—液壓泵的容積效率（查閱液壓泵的相應(yīng)參數(shù)表，一般選0.95） </p><p>　　ηph—液壓泵機(jī)械效率（一般選0.95） </p><p>　　ηt—液壓泵的總效率（查閱液壓泵的相應(yīng)參數(shù)表，一般選0.9） </p><p><b>　　判定依據(jù)： </b></p><p><b>　　P

19、泵＞P馬達(dá)； </b></p><p>　　汽車底盤取力器輸出功率≥P泵； </p><p>　　汽車底盤取力器輸出扭矩≥M泵。 </p><p>　　2.4液壓元件的選取 </p><p>　　液壓系統(tǒng)在攪拌車整個(gè)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性作用，屬于關(guān)鍵的配套裝置之一，因此，選取合適的液壓元件具有非常重要的意義。如果液壓元件，無論是液壓泵

20、還是馬達(dá)在運(yùn)輸混凝土途中出現(xiàn)故障，混凝土又不能及時(shí)被清理出來，從而凝固在攪拌筒中，后果將非常嚴(yán)重，極有可能給使用者造成重大經(jīng)濟(jì)損失。所以，選取液壓泵、馬達(dá)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面內(nèi)容： </p><p>　　1) 液壓泵、馬達(dá)應(yīng)有較高的可靠性，這一點(diǎn)是重中之重。 </p><p>　　2) 選取的液壓泵、馬達(dá)的排量、額定壓力應(yīng)有適當(dāng)余量，使液壓系統(tǒng)處在一個(gè)相對(duì)合理的壓力下工作，不僅可以避免

21、工作中產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致系統(tǒng)溫度過高對(duì)系統(tǒng)工作效率的影響，也并可避免過高壓力對(duì)元件的損壞。 </p><p>　　3) 可能的情況下，選取恒速變量液壓泵。這種泵與普通泵的不同之處是在手動(dòng)伺服變量泵基礎(chǔ)上增設(shè)了手動(dòng)液控閥和單向溢流節(jié)流裝置。當(dāng)控制手柄處在恒速位置，該泵能在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速時(shí)輸出恒定流量，以保證馬達(dá)在進(jìn)料旋向恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。使用這種泵的優(yōu)點(diǎn)：一是可減少發(fā)動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速對(duì)攪拌筒轉(zhuǎn)速影響的油耗，節(jié)約能源；二是攪拌筒

22、的恒速轉(zhuǎn)動(dòng)有利于保持混凝土的勻質(zhì)性。 </p><p>　　冷卻器應(yīng)能滿足液壓系統(tǒng)散熱要求。有冷卻風(fēng)扇的散熱器，應(yīng)安裝溫度控制傳感器及開關(guān)，以自動(dòng)控制風(fēng)扇開啟，延長風(fēng)扇使用壽命。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　【1】陳宜通·混凝土機(jī)械[第一版]·北京:中國建材工業(yè)出版社· 2

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