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2001上海PT(C展览会
技术报告会论文
工程机械静液压传动装置
吴远道
摘要:静液压传动已成为工程机械传动中一种新的传动形式,具有良好的应用前景。本文介绍
了工程机械静液压传动用的液压系统和液压元件的特点,列举了几个应用实例。
关键词:静液压传动装置,通轴泵,变量控制方式
引言
静液压传动装置是以液压泵和液压马达为主组成,附加各种変量控制单元和传动元件(减
速器或变速箱),成为一种无级变速的传动装置。它与纯机械传动和液力机械传动相比,具有
高效区宽、布局灵活、无级变速、换向方便、控制方式多样和功率利用合理等众多优点。工程
机械合理运用静液压传动装置,则能改善机构性能,提高生产效率,节省能量消耗,使机器的
品质上升到一个新的阶段。随着该项技术的发展和所用元件的完善,采用静液压传动装置的工
程机械会煎来愈多,市场前景良好。
液压泵和液压马达
-)液压泵
静液压传动装置用的液压泵是通轴型双向变量斜盘式轴向柱塞泵(以下简称通轴泵)。它
有以下几个特点:1、它是通过斜盘的摆动实现变量,与斜轴式轴向柱塞泵通过摆动缸体实现变
量相比,摆动惯量要小,因此変量灵敏度高;2、它是通轴式的,和其他工作泵可以串联组成多
联泵,省去分动箱;3、它的斜盘摆角可以为零。当静液压传动装置不工作时,可使泵的排量为
零,没有流量输出,这样可以减少空载时的功率损失和液压系统发热,降低能耗。通轴泵的变
量控制方式很多,主要有手动伺服控制、与压力有关的液压控制、与转速有关的液压控制、扭
矩控制和电控制(比例控制、二位控制)等。多功能阀也集成在泵上。国外通轴泵近几年发展
得很快,品种规格齐全,变量控制方式多样,技术指标先进,质量稳定,工作可靠。美国萨沃
森特公司90系列通轴泵、德国力士乐公司A4VG系列通轴泵和日本大金公司20系列通轴泵在国内
工程机构上已大量应用。国内通轴泵生产起步较晚,目前仅有中美合资上海萨沃液压传动有限
公司进行组装生产。天津特静液压股份有限公司、贵州501厂也小批量生产,无论从品种规格,
还是生产数量与国外先进国家相比尚有差距。
二)液压马达
静液压传动装置用的液压马达种类繁多,既有高速轴向柱塞马达,也有低速大扭矩马达。
高速轴向柱塞马达又可以分为斜轴式轴向柱塞马达和斜盘式轴向柱塞马达二种。斜轴式轴
向柱塞马达是依靠摆动缸体来完成変量,最大摆角可达到25,変量范围比较大;工作负荷变化
范围比较在原静液压传动装置,需选用变量液压马达,此时大多数选用斜轴式轴向柱塞马达。
斜盘式轴向柱塞马达斜盘的摆动范围比较小,一般最大摆角为180。它有如下优点:1、与斜轴
式轴向柱塞马达相比,外形尺寸较小,便于与減速机、制动器等组合成一体,成为"车轮马
达”。2、由于它的结构与通轴泵的结构相似,相同排量元件的零件可以通用,对使用维修带来
方便。一般负荷变化比较平稳,变速范围比较小的静液压传动装置,使用斜盘式轴向柱塞马达
较多。
低速大扭矩马达常用的有两种,一种是多作用径向柱塞马达,例如内曲线马达;另一种是
单作用径向柱塞马达,例如曲轴连杆马达和静力平衡马达。它的优点是起动效率高、低速稳定
性好、不需要中间传动装置,可直接与车轮连接。缺点是变量范围小,一般只能有级变量。目
前工程机械静液压传动装置中,用的低速大扭矩马达大多数从国外进口,主要有法国波克兰公
司的内曲线马达和日本川崎公司的“斯他法”马达等
三)液压泵和液压马达的技术发展趋势
高压化和高速化。最高工作压力已达到48Mpa;为了提高转速,要减轻重量,对零件结
构进行改进。例如采用摩擦焊柱塞结构,将柱塞做成中空形式,使柱塞重量減轻,从而减小转
动惯量,有利于转速提高。
2、对驱动单元和控制单元进行模块化设计,有利于产品系列化、通用化和标准化。
3、改进结构,加大通轴泵的变量范围。例如,德国林特公司已使斜盘最大摆角由18增加
到210
4、采用螺纹式插装伐,使结构更加紧凑,减少泄漏。
改善变量调节特性曲线和增加变量控制方式,更能满足工程机械传动发展要求
6、米用新料相新工之,降低制造成本。
7、根据域市环保要求,尽量降低噪音。
液压系统
(一)高速方案和低速方案
高速方案:就是由高速轴向柱塞马达通过变速箱,驱动桥或减速机等中间传动元件驱动车
轮。在这种方案中,不仅液压泵具有较大的变量范围,液压马达也可以有较大的变量范围。再
加上选择合理的速比和设置理想的档位,可以得到一条比较理想的功率输出特性曲线,能满足
工程机械的使用要求。其次,高速轴向柱塞马达具有较高的功率/重量比。因此,工程机械静液
压传动装置采用高速方案居多。
低速方案:低速大扭矩马达可以不需要中间传动元件直接驱动车轮,有的马达还带有制动
器,因此结构简单,使用方便。低速大扭矩马达的内泄漏量一般比高速轴向柱塞马达要大,所
以在静液压传动装置中,补油泵的排量要大ー些。由于低速马达组成的静液压传动装置,调速
范围比较窄,一般适用于速度変化不大的场合。
(二)整体式和分置式
整体式静液压传动装置是将液压泵和液压马达组合在一起,输入轴与输出轴之间有相对固
定的位置关系。一般适用于小排量的静液压驱动装置。它的优点是结构紧凑,中间不需要管路
连接,相对来说使用成本较低。缺点是:安装布局有一定的限制,一般专用性比较强。这种
布局在工程机械上应用很少。
分置式静液压传动装置是液压泵和液压马达为各自独立元件,通过管路连接组成。这样
可以有不同排量,不同变量形式的液压泵和液压马达任意组合,通过参数合理匹配,能满足主
机的各种工况要求。其次安装比较灵活,能按主机的设计要求进行布置。当然,由于用管路连
接,增加了泄漏的机率和需要对管路进行清洗过滤。分置式布局在工程机械静液压传动中占主
导地位。
(三)液压系统的调节
1、变量液压泵一定量液压马达
由于仅仅液压泵进行变量,所以静液压传动装置可调节范围为1:3左右。液压马达的转速
大小和方向的变化由变量液压泵进行控制。当液压泵为最大排量,系统压力为最高压力时,此
时输出功率达到最大值。因此,功率利用范围比较窄。
2、变量液压泵变量液压马达
由于液压泵和液压马达均可进行变量,所以静液压传动装置可调节范围扩大到1:9左右。
当液压泵处于最大排量,液压马达处于最小排量时,传动装置可以输出最高转速;当液压泵处
于最小排量,液压马达处于最大排量时,传动装置可以输出最大扭矩。这样,在发动机功率相
同的情况下,功率利用范围可以大大扩大。再考虑发动机油门调节的话,可以获得一条理想的
动力特性曲线。近年来,変量方式采用电比例控制方式的越来越多,与微电子技术相结合,实
现智能化控制,根据不同的工况,选择不同的工作模式,更有利于功率合理利用和节约能耗。
三、静液压传动装置在工程机械中的应用
(一)自动式振动压路机
自90年代起,在国外压路机中振动压路机已占主导地位,它的行走驱动系统和振动系统都
采用静液压传动。自1984年徐州工程机械厂引进了瑞典纳派克公司振动压路机技术和1986年
洛阳建筑机械厂引进了徳国宝马公司振动压路机技术后,国内振动压路机产量也日益增长,据
不完全统计,2000年振动压路机产量达到3600台左右。从市场前景来看,振动压路机需求量还
呈上升趋势。所以,静液压传动在国内振动压路机上大有用武之地。
行走静液压传动装置由液压泵、后驱动液压马达和前驱动液