毕业设计冷再生设备行走液压控制系统的设计说明书 - 图文(5)

徐州师范大学本科生毕业设计 冷再生铣刨机行走液压控制系统的设计

当发动机皮带驱动的交流发电机转速在不计皮带打滑时与发动机转速以一定比例同步。如图3.7所示取发电机的交流电作为控制信号，将其整形、计数，然后通过专门的电路，就会输出与发动机转速成正比的电信号。以发电机的转速为信号，将其变化转换成比例的电流，以此来控制电液比例泵的排量，从而达到行走速度随转子负载变化而自动调节的目的。

24V控制器泵马达作业速度牵引功率发动机转速发动机功率发电机

图3.7 引入转子负载信息的功率调节

行走速度的控制靠行走电控泵伺服线圈供电电流I的大小来调节，供电电流由控制器提供，当控制器的变量值处于任一位置时，检测出变量值输出的电流值I，由控制器控制的控制板能输出0一I之间的电流值。0一I范围内的值取决于发动机是否在最佳匹配上，如果转子工作负荷增加，则发动机转速低于额定转速，控制器输出小于I的电流值，从而减小泵的斜盘角度，降低泵的排量，最终达到降低机器行走速度的目的。反之，当转子工作负荷减小时，发动机转速高于额定转速，从而使控制电流增大，从而增大斜盘角度，增加泵的排量，提高机器的行走速度。这就实现了铣刨机的功率自动分配的目的。用控制器来实现铣刨机功率自适应的控制思想是:当铣刨机进入自动工作状态时，控制器通过设定的程序来实现速度的闭环控制功能，系统从发动机反馈过来的转速值经过控制器的处理，与预先设定在程序中的给定值进行比较，从而得出一个控制信号，在通过此信号来控制行走泵的斜盘角度。如图3.8所示。

控制器给定速度值偏差行走泵行走马达作业速度牵引功率高速脉冲计数发动机转速转速传感器

图3.8 控制器实现功率调节系统的控制原理图

但是铣刨机在实际工作中，其铣刨转子的负荷是一个不断变化的随机量，导致发动机转速也是在不断地随机变化。如果控制器每检测出一次发动机的当前转速与设定转速不等，就输出控制信号来改变泵的斜盘的话，结果机器将可能处于

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长期的不稳定状态之中，整个行走液压系统会处于不断的波动状态，液压元件液会不断的受到很大的冲击。加速液压元件的损耗过程，降低机器的性能与寿命。因此，在控制器的设计过程中，程序中的设定值必须设置成一个范围或区间值，这样系统检测出发动机的实际转速在此区间内，则系统不作响应，而是保持在以前的输出不变。

如何来匹配此参数?这要根据机器选用的发动机来定。我们知道发动机的动力性和经济性是决定机器使用性能的基础，然而发动机动力性和经济性的充分发挥和利用与机器使用过程中的负荷工况有着很大的关系。通过对发动机的扭矩外特性与目标值负荷率曲线及功率特性曲线的分析可得出(如图4.3冷再生铣刨机发动机特性曲线):将转速的设定范围定在1800转/分一2100转/分之间，铣刨机就能较好的实现控制的效果。当铣刨机工作过程中，负荷增加使发动机转速降低到1800转/分以下时，就通过控制器的调节降低输出泵伺服线圈电流的信号，使铣刨机行驶速度降低;当铣刨转子工作负荷减小，发动机转速高于2100转/分时，则通过控制器的调节，输出增大泵控制电流的控制信号从而使铣刨机行驶速度提高;当检测到发动机转速较小的波动在1800转/分一100转分之间时，则维持泵线圈控制电流不变。通过控制器的控制，能使铣刨机发动机始终处于较优的工况中。

冷再生铣刨机行走控制系统选用的数字控制系统:德国力士乐数字控制器MC6。通过该控制器能实现铣刨机行走、制动及皮带输料的控制。在铣刨机自动工作模式时，可以实现功率自适应控制，即当发动机转速下降时，控制器能够调节行走系统的功率，补偿铣刨系统功率，保证该机在最大效率和最大生产率状态下工作。

3.3 行走液压系统工作压力匹配[14][34]

液压系统的工作压力由外负荷产生。根据工程机械行走液压元件额定压力的选取原则:一般以最高标定压力Pm为基准，取为 (p，H0.5一0.6) pm比较适宜。负荷最高压力为0.8Pm左右。按这一原则既可保证元件有合理的工作寿命和可靠性，又可满足铣刨机波动载荷的工况要求。 (1)工作压力与发动机及载荷的匹配

根据“有效发挥机器的动力性和经济性并提高动力装置的可靠性与寿命”的原则，即使“满铲时的平均载荷”与液压传动装置的额定压力及发动机额定功率工况相匹配，公式如下:

MeH?p'hqb?2??bt

（3.1） 式中

MeH——发动机额定净扭矩，Nm；

i—— 发动机与液压泵之间的减速比；

?p，H——液压泵额定压差，Mpa；

qb——泵排量，ml/r；

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?bt——泵的机械效率；

可计算出铣刨机行走液压系统的工作压力，铣刨机行走液压系统选用高压轴向柱塞变量泵，其特点是压力高、效率高，便于调节和节约能源。铣刨机行走液压泵选用德国力士乐高压轴向柱塞泵A4VG系列，其公称压力pN=40Mpa，最高压力pm=45Mpa，背压pb=冷再生pa，如下表，计算如下表所示。

表3.1 工作压力与发动机及载荷的匹配

MeH（Nm）i qb ?bt ?p，H(Mpa) (Mpa) p，H1820*10% 1.2048 90 0.95 14.5 16.5 1820*10% 1.2048 125 0.95 10.4 12.4 (2)工作压力与地面附着条件匹配

为保证机器有最大的作业生产率，液压传动车辆的额定压力对应的额定牵引力匹配在行走机构的额定滑转率上，即

FPH?F?H?FXH （3.2） 式中：

FPH——液压传动装置额定压力p，H对应的牵引力，N

F?H——行走机构额定滑轮率对应的牵引力，N； FXH——满铲平均阻力，额定阻力，N；

通过对液压传动装置最高工作压力进行控制，可有效防止机器的全滑转。全

液压行走铣刨机中常选用带有采用压力截止控制方式的泵，则在达到最大压力时，泵停止供油，可以防止铣刨机全滑转的同时避免传动装置的能量消耗。(如果进一步采用行走系统与工作装置系统联合控制的方式在行走系统达到最大压力的同时，使工作装置减小切土深度，则可以自动调整牵引负荷，使机器始终处于正常工作状态并减轻驾驶员操作强度。)

铣刨机液压传动装置的最高匹配压力p，m (由溢流阀限制，不一定是元件的最高标定压力)所对应的最大牵引力应等于地面附着力，即

F，pm?F?

根据以上综合分析，由铣刨机作业工况和转场工况，作业负荷要比转场工况的负荷大多了，取系统工作压力为15—18MPa左右，考虑到转场工况的速度要求，系统工作压力取20一 24MPa左右，且系统有一定的压力储备。最高工作压力p，m取 38MPa，且液压泵带压力切断。

3.4 行走液压传动系统关键参数的设计和校核

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冷再生铣刨机行走液压系统，其液压元件要兼顾铣刨作业和运输两种工况，为了提高运输工况的行走能力，其参数往往根据功率较大的运输工况。 3.4.1机器的角功率pf [15]

机器的角功率乃是一种极限状态的描述指标，它不是通常能够获得的功率，但是它有效的综合性的反映了对传动装置规格和速比的要求，即反映了传动装置的功率容量和变换能力，是设计过程中极为重要的参数。角功率pf是最大驱动扭与最高转速的乘积，如图4一1表明了这一概念。一个实际机器的动力装置是由有限功率的动力源(发动机)与传动装置(液压传动装置)组成的，传动装置的任务就是根据外负荷的变化来调节动力源的有限功率中扭矩与转速两者的比例，使驱动扭矩与负荷扭矩相平衡。显然对于一个有限功率而言，扭矩大时则转速小，两者不可能同时达其极值，因此角功率是不可能实际实现的。但是，一个传动装置如果具备了机器要求的角功率能力，则在其扭矩和转速两参数的调节变换过程中，总能找到一个满足机器要求的最大扭矩点和另一个满足机器要求的最高转速点，并且这两个点均在传动装置所允许的工作范围内。角功率的意义正在于此:将扭矩和转速两参数匹配转换为角功率单参数匹配，使问题简化 角功率计算公式如下:

pff=Mkmaxnkmax/95 式中:

pff —机器的角功率，kW; Mkmax —驱动轮最大扭矩，Nm ;

FKmaxVTmax/3600（KW） （3.3）

nkmax — 驱动轮最高转速，r/min FKmax —最大切线牵引力，N; VTmax 一-最大理论速度，km/h。 由上式，计算冷再生铣刨机的角功率:

pff=Mkmaxnkmax/9549=FKmaxVTmax/3600=212880*5/3600=295（KW）

表 3.2 最大理论行驶速马达最大排量是最高速角功率 度 度 5Km/h 62r/min 295KW 最大切线牵引力 21660N 3.4.2液压马达的参数设计

液压马达的参数设计主要是排量qm和转速nm，使得所选的马达必须满足机

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械的牵引力及行驶速度的要求，也就是说所选择的液压马达应具有大的扭矩和合适的转速。

(1)由机器角功率计算要求的马达的角功率，公式如下:

pmj=pff/?2Z (kw) （3.4）

式中：

pmj——要求的马达角功率，KW; Z——马达数量；

?2——马达与驱动轮减速器传动效率，一般取0.95~0.97.由上面的公式得

马达的角功率

pmj=pff/?2Z=295/(0.96*4)=76.9(KW); （3.5）其中，取马达与驱动轮减速器传动效率为0.96；Z马达数量为4个。 （2） 液压马达的排量qm计算

满足机器工作要求的最小规格的马达计算如下：

（3.6） qmmax≥6000pmj/0.95p，mnmmax 式中：

p，m——液压系统最高的匹配压力，MPa;

?m——机械效率，一般为0. 95; qmmax——马达最大排量，ml/r;

nmmax——马达最最高匹配转速，对变量马达为最小排量时的最高匹配转速

nxmm；

考虑到发动机高速空转或车辆制动都会使马达转速增加等因素，且为后续的

马达极限转速校核时，减少反复计算的麻烦，建议取马达小排量下的额定转速作

nxmm为的目标值进行计算。

由公式(3.6)得最小排量规格的液压马达qm

qmmax≥6000pmj/0.95p，mnmmax=60000*76.9 /(0.95*38*5600)=23 (ml/r) 式中:

p，m— —液压系统最高的匹配压力，根据3. 2节内容取38MPa;

nmmax—— 马达最最高匹配转速，对变量马达为最小排量时的最高匹配转

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