應(yīng) 劍

（龍工（福建）液壓有限公司，福建龍巖 364028）

0 引言

在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中，液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)憑借著傳動(dòng)效率高、控制精度強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用，并一直為該領(lǐng)域所重視。因此，在具體的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中，企業(yè)一定要加強(qiáng)對(duì)液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的研究，使其得到合理利用，提升機(jī)械設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量，滿足當(dāng)今社會(huì)的實(shí)際需求。

1 液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的原理和構(gòu)成

1.1 基本原理

為保障液壓機(jī)械控制系統(tǒng)始終處在液力平衡狀態(tài)，需要借助內(nèi)部液體的特性作輔助，其能量壓力的主要變換目標(biāo)是將與活塞尺寸匹配的壓力范圍作為基準(zhǔn)，將內(nèi)部的液體作為載波進(jìn)行控制。這個(gè)系統(tǒng)主要有三個(gè)構(gòu)成要素。

（1）執(zhí)行元件。主要構(gòu)成是執(zhí)行泵等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)壓力到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。執(zhí)行元件以液體壓力為能源，可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備換向，也可以控制液體流量，滿足所有系統(tǒng)的需求。

（2）動(dòng)力元件。為系統(tǒng)提供足夠的功率，以此滿足系統(tǒng)的操作需求。因?yàn)樵撛谝簤簷C(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中十分重要，通常需要設(shè)置齒輪泵。

（3）輔助元件。系統(tǒng)內(nèi)的管道等，用以連接執(zhí)行元件和動(dòng)力元件，只有保障這三種元件的良好合作，才能有效保障系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

1.2 系統(tǒng)組成

液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)（圖1），主要由硬件和軟件兩大部分組成：硬件部分主要有儲(chǔ)存器、微處理器、編輯器、I/O 部件以及輸出模塊，所有的硬件部分都借助總線進(jìn)行連接；軟件部分主要包括系統(tǒng)程序和用戶程序兩類，其中系統(tǒng)程序控制PLC，用戶程序按實(shí)際需求進(jìn)行程序翻譯。在軟件系統(tǒng)中，PLC 屬于核心控制部分，它有足夠的普遍性和靈活性，可通過儲(chǔ)存器內(nèi)的程序編輯來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能，在控制需求變化時(shí)，只需要改變相應(yīng)的程序就可以優(yōu)化升級(jí)，并實(shí)現(xiàn)不同對(duì)象的遠(yuǎn)程控制[1]。PLC 有非常好的可靠性和很強(qiáng)的功能，并且操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，可顯著提升系統(tǒng)抗干擾能力，將PLC 應(yīng)用到液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展提供良好的技術(shù)支撐。

圖1 控制系統(tǒng)原理

2 液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的控制關(guān)鍵

2.1 控制好運(yùn)動(dòng)零部件和配合面的粗糙度

在液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為達(dá)到良好的傳動(dòng)效果，一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容是控制好運(yùn)動(dòng)零部件和配合面的粗糙度，通常情況下將粗糙度控制在0.8 以內(nèi)（最好控制在0.2～0.4）具體加工方式是滾刮和研磨。滾刮是行業(yè)內(nèi)比較先進(jìn)的工藝，憑借其高精度、高效率和金屬表面強(qiáng)化等特性，可以將液壓密封件表面加工成鏡面效果，進(jìn)一步提升其使用壽命。但是在業(yè)內(nèi)也存在另一種理論，認(rèn)為接觸密封件的金屬表面不宜太過光滑，接觸面積內(nèi)如果存在一定凹坑可以儲(chǔ)存油液，起到潤(rùn)滑和降溫的作用，這樣可以降低液壓部件異響和爬行的概率。所以在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來確定表面粗糙度。

2.2 控制好液壓部件的清潔度

液壓部件的清潔度對(duì)液壓部件壽命有著至關(guān)重要的影響。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造中，應(yīng)該通過各種加工工藝控制好清潔度，如除銹、清洗和去毛刺等細(xì)節(jié)，才可以保障液壓部件的清潔度，延長(zhǎng)液壓部件的使用壽命。

2.3 其他注意事項(xiàng)

盡量設(shè)計(jì)圓角過渡，以保障密封件的正常裝配。嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程設(shè)計(jì)、驗(yàn)證每款密封件的參數(shù)、工作環(huán)境等，保障密封件設(shè)計(jì)方案與實(shí)際要求相符。

3 應(yīng)用分析

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)部件有行星齒輪、液壓回路和輸出軸，行星齒輪可以將功率分流，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求將其輸入到液壓路和機(jī)械路中，通過液壓路和機(jī)械路并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)功率傳遞，隨后行星齒輪將并聯(lián)功率回流，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)的共同輸出。傳動(dòng)系統(tǒng)分開式和閉式兩種：前者的運(yùn)行方式比較簡(jiǎn)單，安裝、保養(yǎng)和維修都比較方便，但是需要設(shè)置較大容量的油箱；后者有更加緊湊的結(jié)構(gòu)，只需設(shè)置很小的補(bǔ)油油泵，但液路冷熱交換能力低。

3.1 煤炭機(jī)械

煤炭機(jī)械車輛設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的調(diào)速功能時(shí)，需要綜合考慮煤炭機(jī)械設(shè)備實(shí)際的工作需求，搖臂設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)可以采用液壓馬達(dá)或油泵進(jìn)行調(diào)速，開采或牽引設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)可以采用流量或容量進(jìn)行調(diào)速，這樣可以為油泵流量和液壓馬達(dá)排量的調(diào)節(jié)提供足夠便利。

3.2 公交車

公交車采用閉式傳動(dòng)系統(tǒng)，可有效保障泵能量和液壓馬達(dá)能量之間的交換；采用開式系統(tǒng)作為公交車傳動(dòng)系統(tǒng)，可以保障一次元件的液壓儲(chǔ)能。當(dāng)今的公交車液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用閉式系統(tǒng)，因?yàn)橛刹煌膫鲃?dòng)軸實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸入與輸出，此類系統(tǒng)的功率流向分明，可有效避免混流問題[2]。

3.3 礦山裝載機(jī)

礦山裝載機(jī)械合理應(yīng)用液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，可有效控制其變速器運(yùn)行狀態(tài)和斜盤角度，組件包括變量液壓馬達(dá)、變量泵、制動(dòng)器、離合器和行星齒輪等，借助于差動(dòng)輪系，可實(shí)現(xiàn)液壓動(dòng)力和機(jī)械動(dòng)力的有效合成。礦山機(jī)械借助液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制自動(dòng)變速換擋，可以顯著提升其機(jī)械傳動(dòng)效率，降低能量消耗。通過大量的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，將液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到礦山機(jī)械設(shè)備中，可以使其燃料經(jīng)濟(jì)性提升25%左右。

3.4 履帶式車輛

液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)在拖拉機(jī)、推土機(jī)、農(nóng)業(yè)收獲機(jī)和插秧機(jī)等履帶式作業(yè)車輛中十分適用，可以讓這些機(jī)械在行駛過程中實(shí)現(xiàn)高速調(diào)速，滿足其作業(yè)速度需求，讓液壓馬達(dá)實(shí)際的輸出特征和行駛阻力之間有效匹配，改善作業(yè)機(jī)械的動(dòng)力性能。設(shè)計(jì)此類車輛傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，需要綜合考慮行星齒輪轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速、液壓馬達(dá)增速、輸出轉(zhuǎn)矩、太陽輪轉(zhuǎn)矩和輸出比等情況。

3.5 清掃車

液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)也可以應(yīng)用在清掃車的制造中，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以提升清掃車輛的工作效率，也可以降低清掃車輛的耗油量，降低廢氣排放量，提升其使用效果。

3.6 分速匯矩系統(tǒng)

液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)顯著改善車輛的傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向性能，目前主要用來控制車輛的分速匯矩系統(tǒng)。例如，DMT25 液壓機(jī)械傳動(dòng)箱屬于兩段式的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行工況主要有純液壓和液壓機(jī)械兩種，在傳動(dòng)工況下，純液壓的傳動(dòng)功率在110 kW 左右，液壓機(jī)械傳動(dòng)功率可超過184 kW。在配備VARIO CVT 液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)后，作業(yè)車輛可借助擋位的高低轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)輸模式和作業(yè)模式的自由調(diào)整，其控制系統(tǒng)中的傳動(dòng)能力均可以達(dá)到300 kW 以上。

4 結(jié)束語

在當(dāng)今的機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造領(lǐng)域中，液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，正發(fā)揮出越來越顯著的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橐簤簷C(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)性能更好、功率更大、傳動(dòng)比更高等，該系統(tǒng)不僅可以進(jìn)一步提升機(jī)械的變速換擋效果，也可以有效降低機(jī)械能耗，為當(dāng)今機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、自動(dòng)化和系列化發(fā)展奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。