液壓傳動技術(shù)在工程機械行走驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展

1、液壓傳動技術(shù)在工程機械行走驅(qū)動系統(tǒng)中地應(yīng)用與發(fā)展1、概述行走驅(qū)動系統(tǒng)是工程機械地重要組成部分與工作系統(tǒng)相比，行走驅(qū)動系統(tǒng)不僅需要傳輸更大地功率，要求器件具有更高地效率和更長地壽命，還希望在變速調(diào)速、差 速、改變輸出軸旋轉(zhuǎn)方向及反向傳輸動力等方面具有良好地能力于是，采用何種傳動方式，如何更好地滿足各種工程機械行走驅(qū)動地需要，一直是工程機械行業(yè)所要面對地課 題尤其是近年來，隨著我國交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進程地快速發(fā)展，建筑施工和資源開發(fā)規(guī)模不斷擴大，工程機械在市場需求大大增強地同時，更面臨著作業(yè)環(huán)境更為苛 刻、工況條件更為復雜等所帶來地挑戰(zhàn)，也進一步推動著對其行走驅(qū)動系統(tǒng)地深入研究這里試圖從技術(shù)

2、構(gòu)成及性能特征等角度對液壓傳動技術(shù)在工程機械行走驅(qū)動系 統(tǒng)地發(fā)展及其規(guī)律進行探討 2、基于單一技術(shù)地傳動方式工程機械行走系統(tǒng)最初主要采用機械傳動和液力機械傳動（全液壓挖掘機除外）方式現(xiàn)在，液壓和電力傳動地傳動方式也出現(xiàn)在工程機械行走驅(qū)動裝置中，充分表明了科學技術(shù)發(fā)展對這一領(lǐng)域地巨大推動作用 2.1機械傳動純機械傳動地發(fā)動機平均負荷系數(shù)低，因此一般只能進行有級變速，并且布局方式受到限制.但由于其具有在穩(wěn)態(tài)傳動效率高和制造成本低方面地優(yōu)勢，在調(diào)速范圍比較小地通用客貨汽車和對經(jīng)濟性要求苛刻、作業(yè)速度恒定地農(nóng)用拖拉機領(lǐng)域迄今仍然占據(jù) 著霸主地位22液力傳動液力傳動用變矩器取代了機械傳動中地離合器，具有

3、分段無級調(diào)速能力它地突出優(yōu)點是具有接近于雙曲線地輸出扭矩-轉(zhuǎn)速特性，配合后置地動力換擋式機械變速器能夠自動匹配負荷并防止動力傳動裝置過載變矩器地功率密度很大而負荷應(yīng)力卻較低，大批生產(chǎn)成本也不高等特點使它得以廣泛應(yīng)用于大中型鏟土運土機械、起重運輸機械領(lǐng)域 和汽車、坦克等高速車輛中.但其特性匹配及布局方式受限制，變矩范圍較小，動力制動能力差，不適合用于要求速度穩(wěn)定地場合23液壓傳動與機械傳動相比液壓傳動更容易實現(xiàn)其運動參數(shù) （流量）和動力參數(shù)（壓力）地控制，而液壓傳動較之液力傳動具有良好地低速負荷特性由于具有傳遞效率高， 可進行恒功率輸出控制，功率利用充分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，輸出轉(zhuǎn)速無級調(diào)速，可正、反

4、向運轉(zhuǎn)， 速度剛性大，動作實現(xiàn)容易等突出優(yōu)點，液壓傳動在工程機械中得到了廣泛地應(yīng)用幾乎所有工程機械裝備都能見到液壓技術(shù)地蹤跡，其中不少已成為主要地傳動和控制方式極限負荷調(diào)節(jié)閉式回路，發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制地恒壓，恒功率組合調(diào)節(jié)地變量系統(tǒng)開發(fā)，給 液壓傳動應(yīng)用于工程機械行走系提供了廣闊地發(fā)展前景與純機械和液力傳動相比，液壓傳動地主要優(yōu)點是其調(diào)節(jié)地便捷性和布局地靈活 性，可根據(jù)工程機械地形態(tài)和工況地需要，把發(fā)動機、驅(qū)動輪、工作機構(gòu)等各部件分別 布置在合理地部位，發(fā)動機在任一調(diào)度轉(zhuǎn)速下工作，傳動系統(tǒng)都能發(fā)揮出較大地牽引力，而且傳動系統(tǒng)在很寬地輸出轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)仍能保持較高地效率，并能方便地獲得各種優(yōu)化 地動力傳

5、動特性，以適應(yīng)各種作業(yè)地負荷狀態(tài)在車速較高地行走機械中所采用地帶閉式 油路地行走液壓驅(qū)動裝置能無級調(diào)速，使車輛柔和起步、迅速變速和無沖擊地變換行駛 方向?qū)υ谧鳂I(yè)中需要頻繁起動和變速、經(jīng)常穿梭行駛地車輛來說這一性能十分寶貴但與開式回路相比，閉式回路地設(shè)計、安裝調(diào)試以及維護都有較高地難度和技術(shù)要求借助電子技術(shù)與液壓技術(shù)地結(jié)合，可以很方便地實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)地各種調(diào)節(jié)和控制而計算機控制地引入和各類傳感元件地應(yīng)用，更極大地擴展了液壓元件地工作范圍通過傳感器監(jiān)測工程車輛各種狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過計算機運算輸出控制目標指令，使車輛在 整個工作范圍內(nèi)實現(xiàn)自動化控制，機器地燃料經(jīng)濟性、動力性、作業(yè)生產(chǎn)率均達到最佳 值因此

6、，采用液壓傳動可使工程機械易于實現(xiàn)智能化、節(jié)能化和環(huán)?；?，而這已成為當前和未來工程機械地發(fā)展趨勢 2.4 電力傳動電力傳動是由內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機，產(chǎn)生電能使電動機驅(qū)動車輛行走部分運動，通過電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)電動機軸地轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，具有凋速范圍廣，輸人元件（發(fā)電機）、輸出元件（電動機）、及控制裝置可分置安裝等優(yōu)點 電力傳動最早用于柴油機電動船舶和內(nèi) 燃機車領(lǐng)域，后又推廣到大噸位礦用載重汽車和某些大型工程機械上，近年來又出現(xiàn)了 柴油機電力傳動地叉車和牽引車等中小型起重運輸車輛.但基于技術(shù)和經(jīng)濟性等方面地一些原因，適用于行走機械地功率電元件還遠沒有像固定設(shè)備用地那樣普及，電力傳動 對于大多數(shù)行走機械還僅是

7、“未來地技術(shù)”.3、發(fā)展中地復合傳動技術(shù)從前面地分析可以看出，應(yīng)用于工程機械行走驅(qū)動系統(tǒng)中地基于單一技術(shù)地傳動 方式構(gòu)成簡單、傳動可靠，適用于某些特定地場合和領(lǐng)域 而在大多數(shù)地實際應(yīng)用中， 這 些傳動技術(shù)往往不是孤立存在地，彼此之間都存在著相互地滲透和結(jié)合，如液力、液壓 和電力地傳動裝置中都或多或少地包含有機械傳動環(huán)節(jié)，而新型地機械和液力傳動裝置 中也設(shè)置了電氣和液壓控制系統(tǒng) 換句話說，采用有針對性地復合集成地方式，可以充分發(fā)揮各種傳動方式各自地優(yōu)勢，揚長避短，從而獲得最佳地綜合效益值得注意地是，兼有調(diào)節(jié)與布局靈活性及高功率密度地液壓傳動裝置在其中充當著重要角色3.1液壓與機械和液力傳動地復合

8、串聯(lián)方式串聯(lián)方式是最為簡單和常見地復合方式，是在液壓馬達或液壓變速器地輸出端和驅(qū)動橋之間設(shè)置機械式變速器以擴大調(diào)速地高效區(qū)，實現(xiàn)分段地無級變速目前已廣泛用于裝載機、聯(lián)合收獲機和某些特種車輛上對其地發(fā)展是將可在行進間變換傳動比地動力換擋行星變速器直接安裝在驅(qū)動輪內(nèi)，實現(xiàn)了大變速比地輪邊液壓驅(qū)動，因而取消了驅(qū) 動橋，更便于布局.(2) 并聯(lián)方式即為通常所稱地“液壓機械功率分流傳動”，可理解為一種將液壓與機械裝置 “并聯(lián)”分別傳輸功率流地傳動系統(tǒng)，也就是是利用多自由度地行星差速器把發(fā)動機輸 出地功率分成液壓地和機械地兩股“功率流”，借助液壓功率流地可控性，使這兩股功 率流在重新匯合時可無級調(diào)節(jié)總地輸

9、出轉(zhuǎn)速.這種方式將液壓傳動地無級調(diào)速性能好和機械傳動地穩(wěn)態(tài)效率高這兩方面地優(yōu)點結(jié)合起來，得到一個既有無級變速性能，又有較 高效率和較寬高效區(qū)地變速裝置.按其結(jié)構(gòu)，這種復合式傳動裝置可分為兩類：第一類為利用行星齒輪差速器分流地外分流式，其中常見地分流傳動機構(gòu)又可分為輸入分流式和輸出分流式兩種基本形式； 第二類為利用液壓泵或馬達轉(zhuǎn)子與外殼間地差速運動分流地內(nèi)分流式日本小松公司開發(fā)地這種復合方式地液壓傳動變速器，已經(jīng)應(yīng)用在裝載機、推土機等工程機械上.德國Fendt拖拉機生產(chǎn)地采用 Vario型無級變速器裝備地農(nóng)用拖拉機， 到2003年總銷量超過了 30000臺.由此可以看出，這種新型地傳動裝置已日益

10、成為大中功率液力傳動和動力換檔變 速器地有力競爭者.(3) 分時方式對于作業(yè)速度和非作業(yè)狀態(tài)下轉(zhuǎn)移空駛速度相差懸殊地專用車輛，采用傳統(tǒng)機械變速器用于高速行駛、附加液壓傳動裝置用于低速作業(yè)地方式能很好地滿足這兩種工況 地矛盾要求.機械一一液壓分時驅(qū)動地方式在此類車輛上地應(yīng)用已很普遍，這一技術(shù)也已被應(yīng)用于飛機除冰車和田間移栽機等需要“爬行速度”地車輛和機具上(4) 分位方式把液壓馬達直接安裝在車輪內(nèi)地“輪邊液壓驅(qū)動裝置”是一種輔助液壓驅(qū)動裝置，可以解決工程機械需要提高牽引性能，但又無法采用全輪驅(qū)動方式，難以布置傳統(tǒng) 地機械傳動裝置地問題液壓傳動地無級調(diào)速性能使以不同方式傳動地驅(qū)動輪之間能協(xié) 調(diào)同步

11、，這在某種意義上也可視為一種功率分流傳動：動力機地功率被分配到幾組驅(qū)動 輪上，經(jīng)地面耦合后產(chǎn)生推動車輛運動地牽引力目前，許多工程機械制造廠商將這一技術(shù)用于具有部分自走驅(qū)動能力地，諸如自走式平地機和鏟運機這樣地工程機械上3.2液壓與電力傳動地復合由于現(xiàn)代技術(shù)地發(fā)展，電子技術(shù)在信號處理地能力和速度方面占有很大地優(yōu)勢，而液壓與電力傳動在各自功率元件地特性方面各有所長.因此，除了現(xiàn)在已普遍存在地“電子神經(jīng)+液壓肌肉”這種模式外，兩者在功率流地復合傳輸方面也有許多成功地實例，女口：由變頻或直流調(diào)速電機和高效、低脈動地定量液壓泵構(gòu)成地可變流量液壓油源，用集成安裝地電動泵-液壓缸或低速大扭矩液壓馬達構(gòu)成地電

12、動液壓執(zhí)行單元，以及混 合動力工業(yè)車輛地驅(qū)動系統(tǒng)等 .3.3二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)二次調(diào)節(jié)靜液傳動技術(shù)是通過對液壓元件所進行地調(diào)節(jié)來實現(xiàn)液壓能與機械能互相轉(zhuǎn)換一般來說，它地實現(xiàn)是以壓力耦聯(lián)系統(tǒng)為基礎(chǔ)地， 在一次元件（泵）及二次元件 （馬達）間采用定壓力偶合方式， 依靠實時調(diào)節(jié)馬達排量來平衡負荷扭矩 目前，對二次調(diào) 節(jié)靜液傳動技術(shù)進行研究地出發(fā)點是對傳動過程進行能量地回收和能量地重新利用，從宏觀地角度對靜液傳動總體結(jié)構(gòu)進行合理地配置以及改善其靜液傳動系統(tǒng)地控制特性為了使不具備雙向無級變量能力地液壓馬達和往復運動地液壓缸也能在二次調(diào) 節(jié)系統(tǒng)地恒壓網(wǎng)絡(luò)中運行，出現(xiàn)了利用二次調(diào)節(jié)技術(shù)地“液壓變壓器”，它

13、類似于電力 變壓器用來匹配用戶對系統(tǒng)壓力和流量地不同需求，從而實現(xiàn)液壓系統(tǒng)地功率匹配二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)與傳統(tǒng)靜液傳動系統(tǒng)相比，其優(yōu)點是更便于控制， 能在四個象限中工作，可在不轉(zhuǎn)變能量形式情況下回收能量，進行能量地存儲，利用液壓蓄能 器加速可大大提高加速功率，且系統(tǒng)中無壓力峰值， 由于一次元件和二次元件分開安裝，可通過一個泵站給多個液壓動力元件提供油源，減少了冷卻費用，設(shè)備地制造成本降低，系統(tǒng)效率高二次調(diào)節(jié)靜液傳動與電力傳動相比，具有閉環(huán)控制動態(tài)響應(yīng)快、功率密度高、重量輕、安裝空間小等優(yōu)點由于二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，使它在很多領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用國外已將其成功應(yīng)用于造船工業(yè)、 鋼鐵工業(yè)、大型試驗臺、車輛傳動等領(lǐng)域奔馳汽車公司 已將二次調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于無人駕駛運輸系統(tǒng)中地行駛驅(qū)動4、結(jié)束語自20世紀90年代以來，工程機械進入了一個新地發(fā)展時期，新技術(shù)地廣泛應(yīng)用