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摘要:液壓傳動(dòng)技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用型技術(shù),它主要是借助于液壓驅(qū)動(dòng)的方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的傳遞和輸送,它以受壓流體為主要的傳動(dòng)介質(zhì),并在系統(tǒng)回路的組合之下,實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的自動(dòng)化控制。在這項(xiàng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)技術(shù)之中,可以實(shí)現(xiàn)較小的力向較大的力的轉(zhuǎn)換,更好地實(shí)現(xiàn)接卸驅(qū)動(dòng)應(yīng)用,因而普及應(yīng)用于我國公路工程的大型機(jī)械行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之中,并以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)性能,更好地實(shí)現(xiàn)復(fù)合傳動(dòng)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:液壓傳動(dòng)技術(shù);公路工程;機(jī)械;驅(qū)動(dòng);應(yīng)用
液壓傳動(dòng)技術(shù)具有較大的功率傳遞性能,它可以應(yīng)用于功率質(zhì)量比大、高動(dòng)態(tài)的響應(yīng)場(chǎng)合之中,不僅安裝簡(jiǎn)便,而且容易操控,具有故障率低、便于維修的優(yōu)勢(shì)特征。在我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下,液壓傳動(dòng)技術(shù)成為了工程機(jī)械中的重要驅(qū)動(dòng)技術(shù),它實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)向先進(jìn)制造技術(shù)的突破,成為了高新技術(shù)的重要載體和組成內(nèi)容,為公路工程的建設(shè)提供了極為強(qiáng)勁的支撐。
1液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程概述
液壓傳動(dòng)技術(shù)隨著其自身的發(fā)展,應(yīng)用不斷寬泛,根據(jù)液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程,我們可以將其劃分為以下四個(gè)發(fā)展階段:
1.1初期應(yīng)用階段(20世紀(jì)40~50年代)。
在這個(gè)階段之中,液壓傳動(dòng)技術(shù)還處于摸索的初期階段,人們嘗試性地將簡(jiǎn)單的液壓元件和液壓系統(tǒng),安裝并應(yīng)用于工程機(jī)械之中,在初始階段之中,這些液壓元件和液壓系統(tǒng)的應(yīng)用還處于較低的水平,系統(tǒng)作業(yè)時(shí)的壓力還較低,無法實(shí)現(xiàn)大功率的傳送,通常工作壓力為2~7MPa。
1.2快速提升階段(20世紀(jì)60、70年代)。
在這個(gè)發(fā)展階段中,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)獲得了高速的發(fā)展和提升,在這個(gè)發(fā)展進(jìn)程中,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力不斷提升和增強(qiáng),其輸送的功率密度也呈大幅度的上升態(tài)勢(shì),同時(shí),液壓傳動(dòng)元件的重量也逐漸下降,產(chǎn)生了較好的應(yīng)用性能。在這個(gè)發(fā)展前提下,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)逐漸推廣運(yùn)用,由工程機(jī)械作業(yè)拓展到各個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的模塊之中,如:轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等,在這些液壓傳動(dòng)系統(tǒng)不斷延伸的態(tài)勢(shì)下,我國又開發(fā)研制出全新的公路工程機(jī)械——全液壓挖掘機(jī)、全液壓叉車等。
1.3可靠性提升階段(20世紀(jì)80年代)。
在這個(gè)發(fā)展階段之中,鑒于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工程機(jī)械中的作業(yè)環(huán)境考慮,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)需要承受塵埃、強(qiáng)烈振動(dòng)、高溫、冰凍天氣的影響和干擾,這就對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作性能提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)和要求。同時(shí),液壓元件在作業(yè)的過程中,由于要經(jīng)常處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)和高壓的環(huán)境之中,難免引發(fā)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的意外故障。因而,在將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于工程機(jī)械的應(yīng)用中,將液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性提升作為了研究重點(diǎn),通過提升液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性,更好地降低工程機(jī)械的系統(tǒng)污染,提升作業(yè)效率。
1.4電液控制應(yīng)用階段。
在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和微電子技術(shù)的普及應(yīng)用背景下,工程機(jī)械的液壓傳動(dòng)裝置的現(xiàn)代控制理論正在向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化。人們逐漸將工程機(jī)械的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相鏈接,通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制,如:液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的變量泵系統(tǒng),高速開關(guān)閥、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字閥等,同時(shí),在液壓傳動(dòng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相聯(lián)結(jié)的過程中,還開發(fā)出了新型的智能型液壓挖掘機(jī)、混凝土泵車等公路工程機(jī)械機(jī)型,極大地提升了液壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度。
2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成,主要包括以下內(nèi)容:
2.1液壓動(dòng)力原件。
在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力原件裝置之中,主要是指液壓泵,它通過將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能,從而實(shí)現(xiàn)壓力油的輸送和供給。液壓泵主要由齒輪泵、葉片泵、柱塞泵構(gòu)成。其中:齒輪泵是在其密閉的空間之內(nèi),由兩個(gè)及其以上的齒輪相互嚙合,導(dǎo)致動(dòng)力空間內(nèi)部的容積發(fā)生改變,從而實(shí)現(xiàn)液體的傳送。葉片泵則是借助于葉輪的旋轉(zhuǎn)作用,將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為水能、動(dòng)能、壓能等,使液體在離心力的作用下,相互緊貼。柱塞泵則是在泵缸體之內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方式,使泵內(nèi)的空間容積獲得改變,從而不斷吸入和排除液體,使泵內(nèi)的壓力不斷增高。
2.2液壓執(zhí)行元件。
它是在壓力油的驅(qū)動(dòng)之下,提供轉(zhuǎn)矩和速度,并將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。它的主要內(nèi)部元件為液壓馬達(dá)和液壓缸。其中:液壓馬達(dá)的功能在于通過自身不斷的旋轉(zhuǎn),而實(shí)現(xiàn)液壓能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。它具有體積小、重量輕的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。液壓缸的性能在于通過擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式,實(shí)現(xiàn)由液壓能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。
2.3液壓控制調(diào)節(jié)元件。
實(shí)現(xiàn)對(duì)油液流動(dòng)方向、壓力、流量的有效控制,促使液壓執(zhí)行元件有效做功。主要是指各種液壓閥類零件,它與電磁配壓閥組合使用,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管路系統(tǒng)的有效遠(yuǎn)程控制。
2.4液壓輔助元件。
這主要是指液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的油箱、油管和濾油器等,它們可以對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生一定的影響。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在工程機(jī)械中的應(yīng)用,具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),也有一定的劣勢(shì),具體可以分析如下:a.應(yīng)用優(yōu)勢(shì):(1)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的體積較小、重量較輕、慣性力較小,可以在遭受意外沖擊的時(shí)候,產(chǎn)生較小的沖擊力。(2)可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速,實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的平穩(wěn)、自動(dòng)化調(diào)節(jié)。(3)在電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下,可以進(jìn)行直線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)作業(yè),也可以較好地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。(4)液壓泵和液壓馬達(dá)在油管的連接之下,可以較好地進(jìn)行空間的合理分布和應(yīng)用。(5)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的元件以油液為工作介質(zhì),可以在工作中時(shí)常處于潤滑的狀態(tài),受到磨損的幾率較小,因而使用壽命較長(zhǎng)。b.應(yīng)用劣勢(shì):(1)需要有較高的維護(hù)技術(shù),并需要確保液壓傳動(dòng)油液的清潔與安全。(2)液壓元件具有較高的精度要求,因而其制造成本相對(duì)較高。(3)液壓系統(tǒng)中的元件工藝技術(shù)相對(duì)較高,需要有較高的維護(hù)水平。(4)以油液為工作介質(zhì),容易引發(fā)工程施工中的安全隱患。
3公路工程機(jī)械中的傳動(dòng)方式比較分析
3.1機(jī)械傳動(dòng)
純機(jī)械傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式具有一定的局限性,通常是在有級(jí)變速的條件下運(yùn)行,具有較低的負(fù)荷。然而,這種傳動(dòng)方式可以獲得較為平穩(wěn)、高效的傳動(dòng)效率,而且生產(chǎn)制造的成本較低,因而,在對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求較為嚴(yán)格、調(diào)速范圍較小的客車和貨車而言,這種機(jī)械傳動(dòng)的方式還是應(yīng)用極其普遍的。
3.2液力傳動(dòng)
在這種傳動(dòng)模式之下,機(jī)械傳動(dòng)的離合器被變矩器所替代,實(shí)現(xiàn)分段的無級(jí)調(diào)速,它依靠其獨(dú)特的趨近于雙曲線的輸出扭矩———轉(zhuǎn)速特性,可以較好地應(yīng)用于大中型的公路工程機(jī)械之中。同時(shí),這種液力傳動(dòng)的方式還具有極大密度的功率、較低的負(fù)荷應(yīng)力,可以實(shí)現(xiàn)后置動(dòng)力換擋式的變速器自動(dòng)匹配負(fù)荷,因而,還可以有效地預(yù)防動(dòng)力傳動(dòng)裝置過載。但是,這種傳動(dòng)方式也有其局限性,它的變矩范圍較小,制動(dòng)能力較差,不適宜應(yīng)用于穩(wěn)態(tài)速度的工程機(jī)械領(lǐng)域。
3.3液壓傳動(dòng)
這種傳動(dòng)方式可以通過其恒功率輸出控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的流量及壓力的控制。同時(shí),它還可以實(shí)現(xiàn)極為充分的功率利用,可以在無級(jí)調(diào)速的狀態(tài)下,實(shí)現(xiàn)自如的正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)??梢?,液壓傳動(dòng)技術(shù)中的速度剛性大的優(yōu)勢(shì)使其應(yīng)用不斷寬泛,在不斷實(shí)踐研究的過程中,液壓傳動(dòng)方式具有更為先進(jìn)的傳動(dòng)和控制方式,如:極限負(fù)荷調(diào)節(jié)閉式回路;轉(zhuǎn)速控制下的恒定壓力狀態(tài);恒功率組合調(diào)節(jié)的變量等。
4液壓傳動(dòng)技術(shù)在公路工程機(jī)械中的應(yīng)用
4.1液壓傳動(dòng)與機(jī)械和液力傳動(dòng)的復(fù)合傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用
4.1.1串聯(lián)傳動(dòng)方式。這是在液壓馬達(dá)或變速器的輸出端與驅(qū)動(dòng)橋之間的部位,增添機(jī)械式變速器,這種串聯(lián)的復(fù)合傳動(dòng)方式可以達(dá)到調(diào)速拓寬的高效率。
4.1.2并聯(lián)傳動(dòng)方式。也即“液壓機(jī)械功率分流傳動(dòng)”方式,在這種方式下,液壓和機(jī)械分成了不同的“功率流”,借助于多自由度的行星差速器,可以將這兩個(gè)不同的“功率流”加以重組,在可控的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)總成的輸出轉(zhuǎn)速。具有無級(jí)調(diào)速性能優(yōu)化、穩(wěn)態(tài)傳動(dòng)效率高的綜合性特點(diǎn)。
4.1.3分時(shí)傳動(dòng)方式。這是利用機(jī)械傳動(dòng)方式下的高速行駛以及液壓傳動(dòng)方式下的低速作業(yè),可以更好地滿足特殊施工工況作業(yè)狀態(tài)下的專用車輛。
4.1.4分位傳動(dòng)方式。將液壓馬達(dá)直接安裝在車輪之內(nèi),形成輔助式的液壓驅(qū)動(dòng)裝置,它可以利用液壓傳動(dòng)的無級(jí)調(diào)速性能,實(shí)現(xiàn)各種傳動(dòng)方式下的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。
4.2液壓傳動(dòng)與電力傳動(dòng)的復(fù)合應(yīng)用
現(xiàn)代電子信息技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,在電子信息技術(shù)應(yīng)用之下,可以快速高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理,從而快速調(diào)節(jié)運(yùn)行速度。在液壓傳動(dòng)的無級(jí)調(diào)速性能與電力傳動(dòng)的信息高效處理性能復(fù)合應(yīng)用的狀態(tài)下,可以更好地發(fā)揮其功效。
4.3二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用
這是以對(duì)液壓元件的調(diào)節(jié)為前提,以壓力耦聯(lián)系統(tǒng)為基礎(chǔ),在定壓力耦合的狀態(tài)下,通過對(duì)馬達(dá)的調(diào)節(jié)以平衡負(fù)荷扭矩,實(shí)現(xiàn)液壓能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。這是基于傳動(dòng)狀態(tài)下能量的回收及再利用的原理,進(jìn)行傳動(dòng)總體、合理的配置,從而有效地改善靜液傳動(dòng)的控制效能。
結(jié)束語
隨著公路工程機(jī)械的智能化和機(jī)電一體化的快速推進(jìn),液壓傳動(dòng)技術(shù)和元件不斷先進(jìn),在公路工程機(jī)械中的行走驅(qū)動(dòng)作用也日益提升,發(fā)揮出日益重要的功能。
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作者:劉振東 單位:江蘇省邳州市公路管理站