矿用越野车传动系统设计

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  摘 要:矿用越野车主要用于井下人员运输,整车采用整体式车架,四轮转向减小了转弯半径,提高设备的灵活性,本车传动系统采用静液压无级变速,爬坡速度快,提高了井下人员的作业效率,是未来坡道人员运输的发展趋势。
  关键词:矿用越野车;静液压传动;湿式多盘制动器;变量泵;变量马达
  矿用越野车采用整体式车架,前、后桥采用矿用专用转向桥,四轮转向,驱动桥制动器为湿式多盘制动器,极大提高了车辆制动的可靠性、安全性,传动系统采用变量泵加变量马达静液压传动,变速范围大,为无级变速,发动机整个速度范围内变量泵和变量马达效率高,降低了燃油消耗,而且此车较传统的车辆爬坡速度快,大大缩短了车辆在井下人员运输的时间,设备运转频率高,减少矿山采购成本。
  1 牵引力计算
  已知:车重m=9000kg,G=90kN,井下最大坡度14°,按α=17°设计,加速度取a=0.2m/s2,滚动阻力系数f=0.025,地面摩擦系数f2=0.6。另外需保证10度坡爬坡速度20km/h。
  因井下车辆速度较慢迎风阻力可以忽略不计。
  2 发动机功率确定
  (1)按坡度α=17°,V=14km/h速度爬坡,ηt=0.8最大驱动力时系统的总效率,θ=0.8发动机负荷系数。
  (2)按坡度α=10°,V=20km/h速度爬坡,ηt=0.8最大驱动力时系统的总效率,θ=0.8发动机负荷系数。
  考虑转向、制动系统消耗功率约10kW。
  综上选用康明斯B系列水冷194kW发动机。
  3 变量泵、变量马达的排量选择
  1)马达排量选择:桥选用DANA,212桥,主减速比i1=2.7,轮边速比i2=6,ΔP液压系统压差,单位bar;V马达排量,单位ml;ηmh=0.95马达机械效率,ηvol =0.90马达容积效率;R=0.5m轮胎滚动半径;柱塞泵、马达一般额定压力在420bar,为保证元件寿命持续工作压力系数一般取0.6,因矿山建设最大坡度α=14°,此处计算按α=17°所以预选压力系数稍微放大一些取0.75,所以ΔP液压系统压差范围为,315bar。
  Fmax=1.59*ΔP*V*ηmh*10-5*i1*i2/R(此处按坡度α=17°)
  计算得V=196ml,根据样本选择排量210ml马达。
  反推计算压差ΔP=295bar,工作压力系数为0.7。
  如果按矿山最大建设坡度α=14°计算压差ΔP=251bar,工作压力系数为0.5958,综上马达排量选择合理。
  2)泵排量选择:变量泵加变量马达传动系统,马达排量变化时从最大变小,泵由小变大,所以泵是完全可以提供ΔP=295bar,为保证发动机使用过程不熄火,选择最大功率点扭矩,根据选择的发动机最大功率点的扭矩为757Nm@2200rpm。
  Mb=1.59*ΔP*V/100ηmh(ηmh取0.92)
  计算得V=148ml,根据泵的排量变化,所以泵排量选择比计算的要大一些,根据样本选择V=165ml。
  4 牵引曲线及泵、马达排量压力变化过程曲线
  以上1-3计算为车辆初步计算,主要为了确定发动机功率,泵、马达排量,整个变化过程比较复杂无法每个点计算,此种发动机油门控制系统目前还需依赖进口,元件厂商需要根据发动机曲线软件匹配,匹配结束后还要上试验台进行调试。
  5 结论
  目前整车已经完成测试,各项指标满足井下使用要求,已经实现销售,井下静液压传动系统服务车的诞生丰富了公司产品品种,为客户提供更多的选择余地。
  参考文献:
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  [5]王意.车辆与行走机械的静液压驱动[M].北京:化学工业出版社,2014.
  作者简介:卓义(1982-),男,安徽泗县人,本科,工程师,主要从事技术管理工作,现任安徽銅冠机械股份有限公司技术中心主任;佘千根(1976-),男,安徽铜陵县人,本科,工程师,主要从事机械设计工作,现任安徽铜冠机械股份有限公司产品开发室技术主管。
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