无杆飞机牵引器液压行走系统的试验分析.pdf

液 压 气 动 与 e s ／ 2 01 0年 第 3期 无杆飞机牵 引器液压行走 系统 的试 验分析 洪 曼 方宪法 王 志 种 洋 高艳雯 中国农业机械化科学研究院，北京 1 0 0 0 8 3 摘要本文简要介绍了无杆飞机牵引器的总体结构，阐述了无杆飞机牵引器液压行走系统的设计方案，详细描述了在空载、满载 工况下系统 压力 、牵引力 、行走速度 的测试 ，说 明设计的液压行走系统性 能稳定 ，能够满足牵引力 、行走速度 的要求。 关键词无杆飞机牵引器；液压行走系统；试验分析 中图分 类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 3 0 0 1 6 0 3 Te s t An a l y s i s O n t h e Hy d r a u l i c M o t i o n Co n t r o 1 S y s t e m o f a To wb a r l e s s Tr a c t o r H O NG Ma n F A N G X i a n- f a W A NG Z h i C H O N G y n G A O Y a n w e n C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l Me c h a n i z a t i o n S c i e n c e s ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e c o n f i g u r a t i o n o f a t o wb a r l e s s t r a c t o r b r i e fl y a n d e x p o u n d s t h e d e s i g n o f t h e t o w b a r | e s s t r a c t o r s h y d r a u l i c mo t i o n c o n t r o l s y s t e m．T h e t e s t s f o r t h e o i l p r e s s u r e，t r a c t i o n a n d mo v i n g v e l o c i t y i n t h e s t a t u s o f u n l o a d a n d t h e p e a k l o a d p r o v e t h e d e s i gn o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m c a n s a t i s f y t h e t r a c t i o n r e q u i r e me n t a n d mo v i n g v e l o c i t y r e q u i r e me n t ． Ke y W o r d st o wb a r l e s s t r a c t o r；h y d r a u l i c mo t i o n c o n t r o l s y s t e m ；t e s t a n a l y s i s 1 2 3 4 5 6 0 引言 无杆飞机牵引器是一种步行式飞机牵引工具 ，主 要用于短距离牵引作业 ，不需要牵引杆连接即可牵引 和顶推飞机。无杆飞机牵引器用其 自身所特有的一套 夹持举 升机构将飞机前起 落架 提升、固定 到牵引器 上 ，实施对飞机的牵引、顶推作业 ，只需一人 即可完 成移动飞机的全部作业过程。 1 无杆飞机牵引器总体结构 无杆飞机牵 引器车 身轻 、体 积小 、灵活 机动性 好 、操作简单 、安全性好。 如图 1所示 ，无杆飞机牵引器为 由一组前轮和两 个后轮组成 的三轮结构 ，前轮 由两轮平行安装组成 ， 通过立轴及操纵手柄 1 由人力扳动实现转向；两个分 置安装的后轮为驱动轮 6 ，中间为工作机构夹持 举升机构7 。车身左前部为横向放置的发动机 9 ，通过 弹性联轴器带动柱塞泵 l 0运转 ，柱塞泵 l 0后部串联 一 个齿轮泵 1 1 。柱塞泵 1 0 、齿轮泵 1 1分别为无杆飞 机牵引器的行走液压系统和工作机构液压系统提供动 力油。车身右前部放置液压油散热器 2 、手动泵 3 、液 压油箱 4及液压阀等部件 ，手动泵 3为在无动力情况 下提供动力油使无杆飞机牵引器与飞机脱离。蓄电瓶 8和燃油箱 5则分别放置在车身中部的两侧。 收稿 E t 期 2 0 0 9 -0 ％3 1 作者简介 洪曼 1 9 8 4一， 女， 硕士研究 生 ， 毕业 于北京科技 大学机 械工 程学院机械工程与 自动化专 业 ， 现 从事 液压 系统 的设 计 与控制 的科 学 研究 。 1 6 1 1 1 0 9 8 7 1 一操作手柄2一散热器3一手动泵4一液压油箱 5一燃油箱6一驱动轮7一夹持举升机构 8一蓄电瓶9一发动机l 0一柱塞泵1 1 一齿轮泵 图 1 无杆飞机牵引器结构 图 2 液压行走系统设计 低速平稳行走是无杆飞机牵引器作为牵引飞机工 具的基本要求 ，由于无杆飞机牵引器采用步行式牵引 方式 ，行走速度应在人的行走速度范围之内。 液压传动系统无级调速范 围较宽 ，能长时间在低 速大牵引力工况下工作 ，起步 、调速柔和而迅速 ，冲 击小 ，因此无杆飞机牵引器行走 系统采用液压传动形 式_ 1 J 。同时液压传动系统布局灵活方便 ，输入输出元 件可用柔性 管道连接 ，相对位 置受机械结构牵 制较 少 ，满足无杆牵引器体积小 、结构紧凑的特点 J 。 无杆飞机牵引器液压行走 系统采用变量泵定 量马达闭式系统 ，两个定量 马达采用并联 的形式。以 并联方式工作的马达轮系在原理上和功能上相 当于机 械传动系统中的差速器，当车辆需要转 向时 ，只需操 Hy d r a ul i c s Pn e u ma t i c s＆ S e a l s ／No ． 3． 2 01 0 纵转向系统 而无须分别控制每个马达 的流量 ，位于转 弯半径 内侧 的马达 因车轮阻力增大 ，压力升高而转速 下降，其流量 自动分 配到转弯外侧的驱动马达上使其 加速 ，而使车辆转向 J 。马达并联配置的弱点是 当某 一 个轮子因路面状况不佳打滑或悬空时 ，会导致整个 系统压力下 降，车辆 牵引力部分丧失_ 4 J 。但是无杆飞 机牵引器的工作场地路况 良好 ，单轮打滑或悬空的情 况极少发生 ，因此可以采用定量马达并联 的形式 ，不 需要安装差速器。 如图 2所示 ，变量柱塞泵 、液压定量马达 、冲洗 阀、液压油箱 、过滤器 、冷却器 和联接管道等构成一 闭式液压行走系统 。发动机带动变量柱塞泵工作 ，驱 动两个后轮马达实现行驶 。变量柱塞泵采用 了转速敏 感型 自动控制方式 ，根据转速的变化 自动调整泵的排 量 ，因此通过操纵手柄控制发动机油门大小就可以使 无杆飞机牵 引器 起 步、行走 和停 止 ，无需 离合 和 制 动 ；通过柱塞泵 内部 的电磁换向阀 i改变斜盘的倾斜 方 向 泵 的转 向不变 ，使泵 的进 、出油 口互换 ，成 为双向变量泵 ，从而可 以实现无杆 飞机牵引器行走 的 前进与后退 。安全阀 3和 4装在高低压油路之 间，用 以限定 回路最高工作压力 ，防止系统过载 。补液压泵 2经单 向阀 5或 6向低压油路补油 ，并 防止 空气渗 入 和空穴现象 的出现 ，促进热交换。管路 中多余 的油液 经冲洗 阀7溢出，带走 回路 中的部分热量 。而安装在 柱塞泵外的滑行 阀 8其作用是当无杆飞机牵引器抱持 飞机前轮时，马达的输 出油液通 过滑行 阀 8迅速流 回 油箱 ，实现无杆 飞机牵 引器 与飞机 之 间距离 的适度 调 节 1一电磁换向阀2一辅助泵3、4一安全阀 5、6一 单 向阀7一冲洗阀8一滑行 阀 图 2 无杆 飞机牵 引器行走液压原理 图 3 液压行走系统测试 液压行走 系统测试 主要是测试工作 系统在空 载 、 满载工况下的工 作压力。测试前 ，在无杆飞机牵引器 柱塞泵 的两个测试 口① 、② 见 图 2 安装压力传感 器 ，传感器与多通道液压 系统检测仪相连接 ，检测仪 与 P C机相连。测试 时，装在液压系统测试 口的压力 传感器分别不断地检测液压系统参数并将其转化为相 应的电信号 ，并传人多通道液压系统检测仪 ，检测仪 的两个通道并行 同步采集液压 系统的压 力信号。传感 器输入 的电信号经 由信号调理 电路转 化为数 字信号 ， 输入到数据采集卡进行数据处理。多通道液压 系统检 测仪采集的数据通过 U S B接 口连接到 P C机上 ，在 P c 机上进行显示及存储 。 无杆飞机牵引器有牵引和顶推两种操作方式 ，如 图 3所示。在空载工况下 ，这两种操作方式 由操作者 任意选择 ；在牵引飞机 的工况下 ，牵引方式用于长距 离移动飞机 ，顶推方式用于调整飞机的停放位置。 ～一 图 3操作者 两种操作方式 由于无杆飞机牵 引器为步行式牵引工具 ，因此在 设计 中要考虑操作者的行走速度 ，空载工况下无杆飞 机牵 引器 的最 高 速 度 应 不 大 于 人 的慢 跑 平 均 速 度 7 ． 2 k m ／ h，在牵引飞机工况下的最 高速度应不大于人 的正常行走平均速度 5 k m ／ h 。在进行液压行走系统压 力测试 的 同时 ，对 无杆 飞机牵 引器 行走速 度进 行测 试。操作者将无 杆飞机 牵引器 的油 门拉线 控制 到最 大 ，使无杆飞机牵引器快速 向前行驶 ，在其行进路线 中取一段 5 0 m长的直线跑道 ，用秒表进行计时。 3 ． 1 空载工况下的测试 在无杆飞机牵引器液压行走系统测试 中，操作者 以顶推方式进行操作 ，顶推操作的行走速度 比反手操 作的牵引方式行走速度大。速度测试结果为无杆飞机 牵引器在空载工况下 的最高行驶速度为 6 ． 9 k m ／ h ，满 足最高速度不大于 7 ． 2 k m ／ h的要求。无杆飞机牵 引 器行走速度的大小与柱塞泵的排量有关 ，可 以通过调 整柱塞泵的调节螺母实现增大排量 ，提高行走速度。 图 4所示为在空载工况下快速向前行走时的柱塞 泵进出油 口压力 曲线 ，柱塞泵测试 口①检测的是柱塞 泵出油 口压力 ，即为系统压力 ，柱塞泵测试 口②检测 的是柱 塞泵进 油 口压 力。系统压 力最 高压力值 达 到 8 MP a ，液压行走系统性能稳定 。 1 7 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 0年 第 3期 图 4 空载工况下柱塞泵进 出油 口压力曲线 3 ． 2满载工况下的测试 无杆飞机牵引器实际工作时夹持举升机构抱持飞 机前轮 ，飞机的前部分重量加载在无杆飞机牵引器的 后部，飞机后轮在地面上承受飞机 的后部分重量 。如 图 5所示 ，为了模拟无杆飞机牵引器牵引飞机 的工作 状态，即满载工况 ，在无杆飞机牵引器夹持举升机构 部分加载配重，相 当于飞机的前部分；为了测试无杆 飞机牵引器的牵引力 ，用钢丝绳将无杆飞机牵引器和 一 辆负荷车连接起来 ，在无杆飞机牵引器与负荷车之 间的钢丝绳上安置拉力传感器。 图 5 模拟满载工况试验装置图 图 6 满载工况 F柱塞泵进出油 口压力 曲线 满载工况下操作者以牵引方式向前行走 ，与空载 的顶推方式不同，柱塞泵测试 口②反映 的是柱塞泵出 油 口的压力 ，即为系统压力 ，柱塞泵①测试 口反映的 是柱塞泵进油口的压力。图 6所示为在满载工况下向 前快速时的柱塞泵进出油 口压力曲线 ，在满载工况下 系统压力最大值达到 3 5 M P a ，系统性能稳定。但是这 种分体式试验装置造成 了牵引行进过程中的动作不协 调 ，无杆飞机牵引器与负荷车行进方向不一致 ，动作 不同步，反映在液压行走系统压力曲线波动较大。 】 8 操作者以牵引的方式进行操作 ，行走速度测试结 果表明，无杆飞机牵 引器满载工况 行走速度可达 到 4 ． 5 k m ／ h ，与设计要求的 5 k m ／ h存在一定 的差距。主 要原因之一在于操作者 以背对无杆飞机牵引器反手操 作的方式向前行走 见图4 ，操作者不能保证无杆飞 机牵引器一直保持直线行走 ，影响了前进 的速度 ；原 因之二在于负荷车的动作与无杆飞机牵引器不协调对 行走过程影响很大。但是操作者以正常的行走速度进 行操作 ，如按照测试结果提高无杆飞机牵引器的行走 速度 ，会对操作者的行走造成影响。 如图5所示 ，拉 力传感器 用 以测量牵 引力 的大 小，但是这种测量方式的理想状态是无杆飞机牵引 器、两段钢丝绳 、拉力传感器和负荷车的纵向中心线 在同一铅垂面上。在共面的前提下，根据拉力传感器 的测量值计算出水平方向的分力 ，作为无杆飞机牵 引 器的牵引力值 。但是在实际测试过程中这种共面的状 况难以实现 ，只能将近似状态视为理想状态，此时 的 牵引力经计算为 l 1 ． 2 k N，满足无杆飞机牵引器牵引力 大于 1 0 k N的技术规格要求 。 4 结束语 无杆飞机牵 引器液 压行走系统的测试结果表 明， 无杆飞机牵引器在行走过程中液压系统性能稳定 ，各 部位能够建立起 规定 的压 力，各元件 能实现规定 的 功 能 。 无杆飞机牵引器在空载下的行走速度范围在人 的 慢跑速度范围内，操作者可以根据需要适当调整无杆 飞机牵 引器的行走速 度，可 以适 当增大柱塞 泵的排 量 ，提高行走速度 。 虽然模拟满载工况的试验装置存在一定缺陷，但 是试验过程中无杆飞机牵引器行走速度范围在人正常 行走范围内，牵引力可 以到达 1 0 k N以上 ，试验结果 表明无杆飞机牵引器液压行走系统满足设计要求。 参考文献 [ 1 ] 王志． 飞机牵引车液压行走驱动的试验分析 [ J ] ． 车辆与 动力技术 ， 2 0 0 6 4 1 31 7 ． [ 2 ] 王意． 怎样 为～ 台行走机械或车辆设计一套液压传动的行 走装置[ J ] ． 叉车技术 ， 1 9 9 8 1 5 9 ． [ 3 ] 董伟亮、 罗红霞． 液压闭式回路在工程机械行走系统中的 应用[ J ] ． 工程机械， 2 0 0 4 5 3 8 3 9 ． [ 4 ] 王谦． 独具特色的 T wI NL O C K孪生联锁液压同步回路 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