范廣龍 席文進(jìn)

摘 要：文章根據(jù)整車的總質(zhì)量，通過(guò)計(jì)算分析，為車輛選擇合適拉力的絞盤(pán)，并校核。

關(guān)鍵詞：計(jì)算分析;絞盤(pán);拉力;校核

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）10-174-03

The study of the vehicle?hydraulic winch system

Fan Guanglong， Xi Wenjin

（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.?Ltd， Shaanxi Xian 710200）

Abstract：?According?to the gross quality of the vehicle，?through calculation and?analysis to choose?the advisable winch for the vehicle， then checkout its pull.

Keywords： Calculation and?analysis; Winch; Pull; Checkout

CLC NO.：?U467??Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）10-174-03

1?概述

1.1?整車主要參數(shù)

整車總質(zhì)量：≯30000（kg）。

1.2?絞盤(pán)系統(tǒng)說(shuō)明

絞盤(pán)系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，其主要功用是汽車無(wú)法移動(dòng)時(shí)，借助絞盤(pán)的牽引，使汽車本身（或其他被困車輛）脫離被困區(qū)域。

2?絞盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了滿足在60%坡道能夠自救或救援（GJB 82A-2009 ?3.1.12要求），即絞盤(pán)設(shè)計(jì)最大牽引力應(yīng)為：

根據(jù)整車設(shè)計(jì)方案，絞盤(pán)布置在整車中后側(cè)，可前、后出繩，變速器取力，取力器安裝于變速器上。為滿足拉力要求鋼絲繩選用直徑20mm。由GJB 82A-2009可知，鋼絲繩長(zhǎng)度≮60m，絞盤(pán)鋼絲繩纏繞圈數(shù)在3-5層之間，考慮空間布置情況，鋼絲繩選用4層狀態(tài)。自動(dòng)收繩時(shí)，為防止亂繩，絞盤(pán)鋼絲繩的布置采用3^o原理如圖1。

2.1?液壓絞盤(pán)技術(shù)概況及工作原理

重型高機(jī)動(dòng)液壓絞盤(pán)技術(shù)概況如表1所示。

液壓絞盤(pán)的工作原理：（見(jiàn)圖2），變速器帶動(dòng)取力器，取力器帶動(dòng)油泵工作，油泵的出口高壓油首先通過(guò)組合式控制閥打開(kāi)液壓制動(dòng)器，使卷筒處于松剎狀態(tài);同時(shí)另一路壓力油進(jìn)入葉片馬達(dá)，葉片由于受到進(jìn)出口壓力差的作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，驅(qū)動(dòng)雙級(jí)行星減速器旋轉(zhuǎn)，絞盤(pán)卷筒開(kāi)始工作。

3?液壓絞盤(pán)性能計(jì)算

3.1?絞盤(pán)容繩量

第一層容繩量L₁=（D+d）?×π×Z ?????????????????（2）

第二層容繩量L₂=（D+d×3）×π×Z ????????????????（3）

第三層容繩量L₃=（D+d×5）×π×Z ????????????????（4）

第四層容繩量L₄=（D+d×7）×π×Z ????????????????（5）

總?cè)堇K量L=L₁+L₂+L₃+L₄???????????????????????（6）

D——卷筒直徑;

D——鋼絲繩直徑;

Z——纏繞圈數(shù)

L_o——卷筒寬度;

L=（4×D+16×d）×π×L_o/（1.05×d）。

根據(jù)縱梁之間距離，以及絞盤(pán)本體結(jié)構(gòu)尺寸，通過(guò)反復(fù)計(jì)算選定：D=280mm;L_o=280mm;得L=60.3m;滿足GJB 82A-2009對(duì)鋼絲繩長(zhǎng)度的要求。

3.2?絞盤(pán)扭矩

M=F×（D+d）/2=22.05kN· m ???????????????????（8）

絞盤(pán)第一層繩工作需克服扭矩。根據(jù)此參數(shù)確定絞盤(pán)其他參數(shù)，由供應(yīng)商匹配計(jì)算如下：

3.3?盤(pán)卷筒輸入扭矩

M_o=M/（i×η）=0.458kN·m ???????????????????????（9）

i——傳動(dòng)比i=51.8;

η——減速器效率η= 0.93。

3.4?鋼絲繩工作速度

第一層繩速：

V=（D+d）×π×n_m/i=6.37m/min ??????????????????（10）

n_m——馬達(dá)轉(zhuǎn)速350 r/min。

3.5?液壓馬達(dá)流量

Q_m=q_m×n/（η_v×1000）=1.21×10^-3m³/s ????????????（11）

q_m——液壓馬達(dá)排量q_m=200ml/rpm;

η_v——液壓馬達(dá)容積效率η_v=0.95。

3.6?液壓馬達(dá)扭矩

M_m=q_m×P×η_m/（2×π）= 0.487kN·m ???????????????（12）

P——液壓馬達(dá)壓力P=17MPa;

η_m——液壓馬達(dá)機(jī)械效率?η_m=0.9;

M_m>M_o;故扭矩計(jì)算合理。

3.7?齒輪泵匹配計(jì)算

由油泵實(shí)際輸出流量=馬達(dá)流量，確定油泵基本參數(shù)。齒輪油泵工作轉(zhuǎn)速按鋼絲繩額定卷繞速度6.37 m/min時(shí)計(jì)算。

n_b=n_mq_m/（q_b×η_m1×η_g×η_b）???????????????????????（13）

經(jīng)計(jì)算得到n_b=1873

q_b——油泵排量，43×10^-6m³/rpm;

η_b——油泵容積效率，η_b=0.92;

η_m1——油泵機(jī)械效率，η_b=0.92;

η_g——其它附件效率，η_g=0.98;

n_b——油泵工作轉(zhuǎn)速，r/min。

3.8?發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算

為保證油泵有足夠的流量，在取力器總速比一定的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與取力器輸出軸轉(zhuǎn)速有下述關(guān)系：

取力器速比i≥n_a/n_max=0.84;取i=0.92;

n_a——發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速n_a=2100rpm;

n_max——連續(xù)壓力下油泵最高轉(zhuǎn)速，2500rpm。

i=n_in/n_out（14）

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到n_in=1724（rpm）;

n_in——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min;

n_out——取力器輸出轉(zhuǎn)速，r/min;

即保證額定繩速的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)為1724 r/min。

3.9?取力器匹配計(jì)算

3.9.1?油泵輸入功率計(jì)算

N_i=P×Q₀×10^-3/η ?????????????????????????????（15）

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到N_i=26.5kW;

P——油泵工作壓力P=18×10⁶Pa;

η——油泵總效率=容積效率×機(jī)械效率;

η=η_ν×η_m1=0.85;

N_i——油泵輸入功率。

3.9.2?取力器最大輸出功率計(jì)算

由3.4得取力器速比i=0.92，確定取力器基本參數(shù)

N_max=M×n/（9549η）???????????????????????????（16）

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到N_max=112 kW;

M——取力器許用扭矩，M=525N·m;

N_max——取力器實(shí)際輸出功率;

由于N_max>>N_i，可知取力器具有較大的儲(chǔ)備功率。

3.10?絞盤(pán)油箱散熱計(jì)算及校核

3.10.1?散熱計(jì)算

絞盤(pán)工作時(shí)發(fā)熱的原因，主要是液壓泵和液壓馬達(dá)的功率損失;絞盤(pán)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量由系統(tǒng)中的各散熱面散發(fā)到空氣中去，其中液壓油箱各表面是最主要的散熱面。絞盤(pán)工作時(shí)溫升的驗(yàn)算是指絞盤(pán)連續(xù)工作兩個(gè)循環(huán)后，系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量和散發(fā)到空氣中的熱量平衡時(shí)，系統(tǒng)油溫不再升高，此時(shí)的油溫不超過(guò)允許值。額定工況下的參數(shù)見(jiàn)表2。

以液壓油最高使用溫度為校核目標(biāo)則有絞盤(pán)工作兩個(gè)工作循環(huán)產(chǎn)生的總熱量：

H₁=（P₁-P₂）×2t=2.45 kw.h ?????????????????????（17）

油箱內(nèi)液壓油的溫度為T₁

T₁-T₀=（H₁-H₂）/C_m（18）

油箱散熱量：

H₂=2kAt（T-T₀）???????????????????????????????（19）

通過(guò)油箱擺放位置的空間分析得油箱的外形尺寸如表3。

3.10.2?校核

液壓油箱中油液的質(zhì)量m=124kg（總?cè)莘e90%的重量）

H₂=2kAt（T-T₀）=0.44kw.h

其中A——液壓油箱的散熱面積A=1.732m²

油箱內(nèi)液壓油的溫度：T₁-T₀=（H₁-H₂）/C_m

經(jīng)過(guò)計(jì)算得T₁=78℃<80℃，所以，液壓油箱滿足絞盤(pán)使用要求。

3.11?絞盤(pán)與整車的匹配計(jì)算

汽車地面附著力F_w=205799N。

對(duì)于液壓絞盤(pán)車，駐車制動(dòng)力：F_μ=180000N。

絞盤(pán)的額定牽引力?F=151421N，可知：Fw