大型推土机液压控制换挡品质分析.pdf

2 0 1 1年 1 0月 第 3 9卷 第2 0期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I C S Oe t ． 2 01 1 Vo 】 ． 3 9 N0 ． 2 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 0 ． 0 1 9 大型推土机液压控制换挡 品质分析 王 军 ，郝 长生 ，祖 炳洁 石家庄铁道大学机械工程 学院，河北石家庄 0 5 0 0 4 3 摘要大型推土机动力换挡技术是衡量推土机技术先进性的主要指标。以国产 T Y 2 2 0推土机为例，对其液压控制换挡 技术进行系统分析。结果表明该推土机液压控制换挡操纵系统已基本具备操纵简单、灵活，变速平稳、无冲击以及空挡 安全启动等综合性能。 关键词大型推土机 ；换挡品质；液压换挡 中图分 类号 U 4 6 3 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 0 0 5 2 2 Qu a l i t y An a l y s i s o f Hy d r a u l i c C o n t r o l S h i f t o f Gr a n d B u l l d o z e r WA N G J u n ， HA 0 C h a n g s h e n g ， Z U B i n g j i e S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S h i j i a z h u a n g T i e d a o U n i v e r s i t y ， S h i j i a z h u a n g He b e i 0 5 0 0 4 3 ，C h i n a Ab s t r a c t P o w e r s h i f t t e c h n o l o g y i s t h e ma i n i n d i c a t o r f o r t h e a d v a n c e d g r a n d b u l l d o z e r ．T h e h y d r a u l i c c o n t r o l s h i ft t e c h n o l o g y wa s a n a l y z e d， b y t a k e n d o me s t i c T Y 2 2 0 b u l l d o z e r a s a n e x a mp l e ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e h y d r a u l i c c o n t r o l s h i f t s y s t e m h a s b a s i c a l l y c o mp r e h e n s i v e p e r f o r ma n c e，s u c h a s e a s y t o c o n t r o l ，fl e x i b l e s h i ft，s t e a d y s p e e d c h a n g e，n o i mp a c t a n d n e u t r a l s t a r t i n s a f e t y ． Ke y wo r d s G r a n d b u l l d o z e r ； S h i ft q u a l i t y ； Hy d r a u l i c c o n t r o l s h i ft 推土机 的作业效率 、价格 和使用 成本 以及驾驶员 的操纵轻便性 ，很 大程度上取决于推土机 的传动系 统，传动系统的技术先进性成为衡量推土机技术水平 的重要指标。大型推土机 1 4 7 ． 1 k W 以上 常用于 矿山和其他使用率和生产率要求较高的场合，这些场 合希望作业效率高、操纵效率高，生产成本低 ，因此 优 先采 用 技 术 先 进 、相 对 复 杂 的 动 力 换 挡 传 动 系 统。即使传动系统价格昂贵 ，但 由于大型推土机本 身价格高 ，传动系统成本并不显突出。经过近十年 引进 技术 以 日本 小松 公 司 为 主 的 消 化 、吸 收 ， 国产大型推土机的液压控制换挡技术基本成熟 ，换 挡 品质有 了 明显 改善 ， 换 挡操纵性 能有 了很 大提高 ， 并 为进一 步开发 电脑 控制 的 电液 自动 换 挡 系统奠 定 了技术基 础 。 ． 下面以国产 T Y 2 2 0为例 ，对其液压控制换挡技 术进 行系统 阐述 。 1 T V 2 2 0液力机械传动系统结构组成 T Y 2 2 0传动系统主要由三元件单级单相液力变矩 器 、4个行星排构成 的液压动力换挡 变速箱 以及锥 齿 轮传动等部件组成 见图 1 。 整个 变速箱有 3个前进挡与 3个后退挡 ，各挡 位 液 压离合器 的组合情况如 表 1 所示 。 输入 轴 输 出轴 } 手 干 干 工 图中 ，液压离合器 由左至右分别表示 为 第一 、 第二 、第三 、第 四、第 五离合器 。 图 1 T Y 2 2 0行星轮变速箱 表 1 各挡位离合器件 的组合 收稿 日期 2 0 1 0 0 91 9 基金项 目河北省高等学校科学研究计划项 目 2 0 1 1 2 2 7 ； 河北省教育厅项 目 2 0 0 9 3 3 5 作者简介王 军 1 9 7 9 一 ，女 ，硕士研究生 ，讲师 ，主要从事工程机械设计方面的工作。Em a i l g c j x 2 0 0 5 1 2 6 ． c o m。 第 2 0期 王军 等大型推土机液压控制换挡品质分析 5 3 2 T Y 2 2 0液压控制换挡系统品质分析 T Y 2 2 0换挡操纵液压 系统 如图 2所示 。 l 一 油 泵2 一 猾 滤器3 一 抉 向网4 一 起动 安 全 网5 一 变速 阀 6 _ - 减压阀 7 --快速回位 阍 8 - - 调压阀 9 _ _ 液力变矩器 l O 一变矩器出 口压力阀 I 1 一油冷却器 l 2 一变矩器进 13 压力阀 图2 T Y 2 2 0换挡操纵液压系统示意图 油泵的压力油经精滤器滤清后流入换挡操纵阀 组 ，进入操纵 阀组 的压 力油分 成两路 一路 通过阀组 中调压 阀的油 口流向变 矩器 ；另一路则 经操 纵阀组 中 的所有控制阀，通往换挡离合器的油缸。由变矩器流 出的液压油，经油冷却器冷却后返回油箱。液力变矩 器 的工作油压分别 由进 口压力 阀 0 ． 8 7 k P a 和 出 口 压力 阀 0 ． 4 5 k P a 控制 。 液压系统的换挡操纵部分 由调压 阀、快速 回位阀、 减压 阀、变速 阀、起动安全 阀和换 向阀等 6 个 阀组成 。 这6 个阀由3层阀体组成 1 个操纵阀，组装在动力换 挡变速箱的壳体上 ，系统工作油压为 2 ． 5 M P a 。 1 调压阀与快速回位阀的联合作用 调压阀与快速回位阀的联合作用是在换挡过程中 起调压作用，实现平稳换挡。其工作原理见示意图3 。 动力换挡 变速器采用液压动力操纵 ，由于液体 的 不 可压 缩性 ，液压传 动系统刚度较大 ， 一 旦液体 充满 液压缸 ，消除结合元 件摩擦片间隙后 ，油压便会瞬时 升高 ，产生接合粗暴 、换挡 冲击 以及离合器摩擦元件 初期滑磨功率过大，温升过快容易烧损等不 良后果。 为 了克服上述缺点 ，换挡操纵油路 中设 有调压 阀 ，以 保证结合元件油压平稳上升。 1 -- 快速 回 位 阀 左 端油 口 2 一 快速 回 位 阀 右 端油 口 3 - -- 调压 阀右 端 油 口 4 _ 溢流 阀弹 簧 5 _ _ 溢流 阀 6 一通 往 变矩 器 油 口 卜 泄 油 口 8 _ _ 离合器开始 充油 口 图3 调压阀与快速回位阀联合作用示意图 该调压 阀与结合元件液压缸并联 ，为溢流 阀型调 压 阀。其调压 的基本原理是通过控制调压 阀右端油 口 3的压力平稳增加使得溢流阀弹簧4逐渐压缩，溢流 阀弹簧力平稳增加，因此溢流阀5的溢流压力平稳上 升，从而与之并联的结合元件工作油压 8平稳上升。 具体工作过程为在换挡瞬间，离合器结合元件 8开 始充油 ，快速 回位阀油 口 2 油压迅 速下降 ，快速 回位 阀迅速右移 ，快 速 回位阀左端油 口 1与调压 阀右端 油 口3相联，油压同时下降。溢流阀弹簧 4因此处于释 放状态，弹簧4右侧的滑阀相应处于左位 ，将泄油 口 7接通 ，使通往变矩器 的油部分 直接泄 回油箱 ，液 力 变矩器传递动力的能力因此而下降。当结合元件液压 缸充满和 片问间隙消除后 ，液压缸油压 8上升 ，通过 油口2至 1 、1至3的压力传递 ，压缩溢流阀弹簧 4 ， 使弹簧力逐渐增加 ，溢流压力平稳上升。当溢流阀弹 簧 4压缩到左端极限位置，结合元件压力达到系统油 压 2 ． 5 MP a 。此时通往变矩器油 口 6完全打 开 ，变矩 器恢复正常传递动力的能力。 由上 述 可 见 ，通 盂 过调压阀与快速 回位 姜 阀的联合作用可使换 挡 过程 中变 矩 器 变矩 能 力 由小 到 大 ，换 挡 离 合器 接 面 合 压力 也 由小 到 大 ，从 而 实现 换 挡 过 程 分 离 彻 底 、 结 合 平 稳。换 挡 过 程 中，离合器 接面合工 作 压力的变化见 图 4 。 换 挡 接合 时 间 图4 换挡中离合器接面合 工作压力 的变 化曲线 下转第 5 1页 第2 0期 刘永旺 等基于增压缸增压原理的钻井封井器试压装置设计 5 1 效行程为 0 ． 5 m，则 可以确定 增压缸 内小 端活塞 直径 大概为 1 1 8 m m，增 压缸 内大端 活塞 直 径大 概 为 4 3 3 m m，增压部件 的冲程及 体积 适 中，这 些参 数 的选 择 合理 ，设计 可行 。实 际设计 活 塞直 径应 该 略大 于该 值 J ． ，小端活塞 直 径取 1 2 0 m m，大端 活塞 直径 取 4 3 5 m m，即可 以实现试压 的需要 。 2 ． 3 装置的组装及操作 由于增压缸本身尺寸较小，所以安装起来相对灵 活 、简便 。可 以将其与控制 台安装 固定在一起 。通过 在吸水 口和泵人 口连接处分别装上 高压单 向阀门来控 制压力介质 清水的流向。泵人 口与封井器通过 高压管线连接 ，吸水 口与稳定供水水源连接 。通过操 作控制台换向手柄即可操作增压缸的吸水和泵入。由 前面分析计算得知 ，仅需要一次 吸人 、泵人操作基本 上就能将封井器压力增至 1 0 0 M P a 左右。如果将控制 台的控制操作改为计算机 自动操控 ，同时压力实时监 控操作也由计算机来完成 ，那么将只用一个人操作就 能完成增压和稳压全部试压过程 ，这样不仅能节省劳 动力，降低劳动强度，还能节约劳动时间。 3 装置的主要创新点 该增压装置存在以下优点 1 将气 动试 压泵或 电动试 压泵更 换为增 压缸 ， 利用液压控制台本身 自制备的高压液压源作为原始驱 动压力源 ，不用再另外购置泵站 ，节约 了购置成本 。 2 装置安装及使用方便 ，另外 由于装置本身 原理简单，部件少，易于维护及保养。 3 操作简单，可以节省劳动力，提高工作效 率 ，缩短试压工艺操作时间。用电动试压泵或气动试 压泵打压时间为 4～ 5 m i n ，利用该 原理研制的装置打 压时 间仅为 1 0～ 2 0 s 。 4 该装 置基 本上 不产 生 噪声 ，减 轻 了噪声 污 染 ，改善 了工作环境 的质量 。 4结 论及 建议 1 利用增 压缸 增压 原理 设计 的这 套试 压 打压 装置流道简单 ，加工容易，并能很好地达到增压的效 果 。 2 钻井 封 井器 打压 装置 有效 地利 用 了液压 控 制台的液压，且结构合理，性能可靠，便于维修及操 作，工作效率较高，具有较好的降噪效果。从结构及 生产特点上说 ，该机可直接替代以往使用的电动试压 泵或者气动试压泵 ，具有较好的应用前景 。 3 建议将压力实时监控操作改由计算机来完 成，这样不仅能进一步节省劳动力，且能够准确得出 封井器 的最高承压范 围。 参考文献 【 1 】张斌． 提高井控装备质量、 保证安全钻井作业[ J ] ． 石油 工业技术监督， 2 0 0 0 ， 1 6 2 1 8 2 1 ． 【 2 】陈庭根， 管志川． 钻井工程理论与技术 [ M] ． 东营 中国 石油大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 3 】雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 99 0． 【 4 】东北工学院机械零件设计手册编写组． 机械零件设计手 册 液压传动和气压传动[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 1 97 9． 【 5 】周开勤． 机械零件设计手册[ M] ． 3 版． 北京 高等教育 出版社 ， 1 9 9 0 ． 【 6 】陆敏恂， 李万莉． 液压流体力学与液压传动[ M] ． 上海 同济大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 上接 第5 3页 2 减压 阀 减压 阀是专为一挡离合器而设计 的，其出 口压力 为 1 ． 2 5 M P a ，保障起步时更加平稳 、无冲击。 3 启动安全 阀 保证 变速器不在中位时 ，发动机不能启动 ，以防 止在变速 器挂挡的情况下启动发动机 ，引起 机械意外 行走 ，产生事故 。 4 换 向阀与变速 阀 换向阀用于操作第一离合器和第二离合器的动作 使推土机换向，实现前进和倒退。 变速 阀用 于操作第 三离合 器 、第 四离合器或第五 离合器 的动作 ，获得不 同的进退 速度。 上述 6 个 阀集成为一个操纵 阀体 ，安装在变速 箱 壳体上 ，便于检查与调整。 3结束语 综上所述 ，国产大型推土机液压动力换挡技术已 具备 比较好的综合性能液力变矩器实现发动机超载 不熄火；启动安全阀实现空挡安全启动；调压阀与快 速回位阀实现变速平稳、无冲击 ；液压操纵简单、灵 活等等。尽管水平与卡特彼勒、小松 、利勃海尔等国 际制造商尚有较大差距 ，但关键技术环节 已趋 向成 熟 ，为后续 的技术 进步奠 定了基 础。 参考文献 【 1 】 焦生杰 ， 许安， 孟莉霞。 现代工程机械 自 动换挡控制系统 2 [ J ] ． 筑路机械与施工机械化， 1 9 9 7 4 2 5 2 7 ． 【 2 】 吴伶 ， 吴伶锡， 卢长吾． 车辆电液换挡实用电控系统的设 计[ J ] ． 湘潭师范学院学报 自然科学版， 2 0 0 t 3 3 8 4 2． 【 3 】 张剑慈． 液力机械变速器的液压 自动换挡系统[ J ] ． 机 床 与液压 ， 2 0 0 1 4 1 2 81 2 9 ． 【 4 】吴伶 ， 易雪梅 ， 刘玉德． 液力传动变速箱自动换挡控制策 略研究[ J ] ． 北京工商大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 5 2 2 0 2 2．