公路工程機(jī)械中液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用
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摘要：液壓傳動技術(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)動的方式，實現(xiàn)對能量的傳遞和輸送，它以受壓流體為主要的傳動介質(zhì)，并在系統(tǒng)回路的組合之下，實現(xiàn)機(jī)械裝置的自動化控制。在這項機(jī)械驅(qū)動技術(shù)之中，可以實現(xiàn)較小的力向較大的力的轉(zhuǎn)換，更好地實現(xiàn)接卸驅(qū)動應(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)動系統(tǒng)之中，并以其獨(dú)特的優(yōu)勢性能，更好地實現(xiàn)復(fù)合傳動技術(shù)的實踐應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：液壓傳動技術(shù)；公路工程；機(jī)械；驅(qū)動；應(yīng)用
液壓傳動技術(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、高動態(tài)的響應(yīng)場合之中，不僅安裝簡便，而且容易操控，具有故障率低、便于維修的優(yōu)勢特征。在我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時代背景下，液壓傳動技術(shù)成為了工程機(jī)械中的重要驅(qū)動技術(shù)，它實現(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。
液壓傳動技術(shù)隨著其自身的發(fā)展，應(yīng)用不斷寬泛，根據(jù)液壓傳動技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程，我們可以將其劃分為以下四個發(fā)展階段：
1.1初期應(yīng)用階段（20世紀(jì)40～50年代）。
在這個階段之中，液壓傳動技術(shù)還處于摸索的初期階段，人們嘗試性地將簡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)時的壓力還較低，無法實現(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）。
在這個發(fā)展階段中，液壓傳動系統(tǒng)獲得了高速的發(fā)展和提升，在這個發(fā)展進(jìn)程中，液壓傳動系統(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，同時，液壓傳動元件的重量也逐漸下降，產(chǎn)生了較好的應(yīng)用性能。在這個發(fā)展前提下，液壓傳動系統(tǒng)逐漸推廣運(yùn)用，由工程機(jī)械作業(yè)拓展到各個機(jī)械系統(tǒng)的模塊之中，如：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等，在這些液壓傳動系統(tǒng)不斷延伸的態(tài)勢下，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）。
在這個發(fā)展階段之中，鑒于液壓傳動系統(tǒng)在工程機(jī)械中的作業(yè)環(huán)境考慮，液壓傳動系統(tǒng)需要承受塵埃、強(qiáng)烈振動、高溫、冰凍天氣的影響和干擾，這就對液壓傳動系統(tǒng)的工作性能提出了嚴(yán)峻的考驗和要求。同時，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)液壓傳動系統(tǒng)的意外故障。因而，在將液壓傳動系統(tǒng)應(yīng)用于工程機(jī)械的應(yīng)用中，將液壓傳動系統(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)械的液壓傳動系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)相鏈接，通過計算機(jī)自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對液壓傳動系統(tǒng)的控制，如：液壓傳動系統(tǒng)中的變量泵系統(tǒng)，高速開關(guān)閥、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的數(shù)字閥等，同時，在液壓傳動技術(shù)與計算機(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技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度。
2液壓傳動系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)
液壓傳動系統(tǒng)的構(gòu)成，主要包括以下內(nèi)容：
2.1液壓動力原件。
在液壓傳動系統(tǒng)的動力原件裝置之中，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)，由兩個及其以上的齒輪相互嚙合，導(dǎo)致動力空間內(nèi)部的容積發(fā)生改變，從而實現(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。液壓缸的性能在于通過擺動運(yùn)動方式，實現(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。
實現(xiàn)對油液流動方向、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，可以實現(xiàn)對管路系統(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系統(tǒng)的油箱、油管和濾油器等，它們可以對液壓傳動系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生一定的影響。液壓傳動系統(tǒng)在工程機(jī)械中的應(yīng)用，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，也有一定的劣勢，具體可以分析如下：a.應(yīng)用優(yōu)勢：（1）液壓傳動系統(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候，產(chǎn)生較小的沖擊力。（2）可以實現(xiàn)無極調(diào)速，實現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的平穩(wěn)、自動化調(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)動作業(yè)，也可以較好地實現(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）液壓傳動系統(tǒng)中的元件以油液為工作介質(zhì)，可以在工作中時常處于潤滑的狀態(tài)，受到磨損的幾率較小，因而使用壽命較長。b.應(yīng)用劣勢：（1）需要有較高的維護(hù)技術(shù)，并需要確保液壓傳動油液的清潔與安全。（2）液壓元件具有較高的精度要求，因而其制造成本相對較高。（3）液壓系統(tǒng)中的元件工藝技術(shù)相對較高，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)械中的傳動方式比較分析
3.1機(jī)械傳動
純機(jī)械傳動的驅(qū)動方式具有一定的局限性，通常是在有級變速的條件下運(yùn)行，具有較低的負(fù)荷。然而，這種傳動方式可以獲得較為平穩(wěn)、高效的傳動效率，而且生產(chǎn)制造的成本較低，因而，在對經(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)械傳動的方式還是應(yīng)用極其普遍的。
3.2液力傳動
在這種傳動模式之下，機(jī)械傳動的離合器被變矩器所替代，實現(xiàn)分段的無級調(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，這種液力傳動的方式還具有極大密度的功率、較低的負(fù)荷應(yīng)力，可以實現(xiàn)后置動力換擋式的變速器自動匹配負(fù)荷，因而，還可以有效地預(yù)防動力傳動裝置過載。但是，這種傳動方式也有其局限性，它的變矩范圍較小，制動能力較差，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
這種傳動方式可以通過其恒功率輸出控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)的流量及壓力的控制。同時，它還可以實現(xiàn)極為充分的功率利用，可以在無級調(diào)速的狀態(tài)下，實現(xiàn)自如的正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)。可見，液壓傳動技術(shù)中的速度剛性大的優(yōu)勢使其應(yīng)用不斷寬泛，在不斷實踐研究的過程中，液壓傳動方式具有更為先進(jìn)的傳動和控制方式，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液壓傳動技術(shù)在公路工程機(jī)械中的應(yīng)用
4.1液壓傳動與機(jī)械和液力傳動的復(fù)合傳動技術(shù)應(yīng)用
4.1.1串聯(lián)傳動方式。這是在液壓馬達(dá)或變速器的輸出端與驅(qū)動橋之間的部位，增添機(jī)械式變速器，這種串聯(lián)的復(fù)合傳動方式可以達(dá)到調(diào)速拓寬的高效率。
4.1.2并聯(lián)傳動方式。也即“液壓機(jī)械功率分流傳動”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，可以將這兩個不同的“功率流”加以重組，在可控的狀態(tài)下實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)總成的輸出轉(zhuǎn)速。具有無級調(diào)速性能優(yōu)化、穩(wěn)態(tài)傳動效率高的綜合性特點(diǎn)。
4.1.3分時傳動方式。這是利用機(jī)械傳動方式下的高速行駛以及液壓傳動方式下的低速作業(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)動裝置，它可以利用液壓傳動的無級調(diào)速性能，實現(xiàn)各種傳動方式下的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。
4.2液壓傳動與電力傳動的復(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，可以快速高效地實現(xiàn)對信號的處理，從而快速調(diào)節(jié)運(yùn)行速度。在液壓傳動的無級調(diào)速性能與電力傳動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)靜液傳動系統(tǒng)的應(yīng)用
這是以對液壓元件的調(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，通過對馬達(dá)的調(diào)節(jié)以平衡負(fù)荷扭矩，實現(xiàn)液壓能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。這是基于傳動狀態(tài)下能量的回收及再利用的原理，進(jìn)行傳動總體、合理的配置，從而有效地改善靜液傳動的控制效能。
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
