采用闭式液压系统的工程车辆传动系试验台.pdf

成为现代工程车辆传动系的重要形式。 工程车辆传动系试验台的研发思路源于液压传 动系统和机械传动系统的发展趋势和各自的技术优 势。 在液压传动与控制技术方面， 构成液压传动的液 压泵和液压马达已经可以满足高压 、大流量 的使用 要求，构成传动系统的液压控制元件在液压泵和液 压马达上进行了高度的集成， 大大简化了结构， 降低 了成本； 在开环传动为主要特征的液压传动技术和 以闭环控制为特征的电液伺服控制技术以及现代微 电子技术和计算机技术的发展与普及基础上，发展 了电液比例控制技术，成为实现微电子产品和大功 率工程控制设备之间的桥梁；液压元件 自 身的发展 和微电子控制技术相结合，使现代液压传动应用于 工程车辆传动系时可以实现精确控制、 自动控制。 在 1 传动系试验台组成 图 1为工程车辆传动系试验 台结构原理 图， 图 2为现场安装完成后的试验 台构成图。如图 1 所示 ， 传动系主要由动力系统、变量液压泵、变量液压马 达、 变速器和驱动桥及其轮胎组成， 代表了典型的轮 式工程车辆传动系方案。 当试验台系统需要加载时， 可在变速器后连接测功机进行加载，或者在驱动桥 两侧进行加载，试验台变速器与转向驱动桥之间为 法兰连接 ，测功机可以在变速器与转向驱动桥之间 连接， 但这时驱动桥不起作用； 转向驱动桥的底架是 固定不动的， 也就相当于桥壳是固定的， 驱动桥两侧 加载需要通过轮毂进行加载 ，文中的试验台架不包 含该部分内容。 - - 4 9-- 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 力 。 电动机的启动采用星三角形式 ， 也可以采用变频 装置， 实现电动机的转速和转矩控制。 电动机通过联 轴器和分动箱与液压泵连接或者直接与液压泵连 接， 给液压泵提供动力。 2 液压泵和液压马达。工程车辆传动系试验 台采用的液压泵为电液比例控制的直轴型斜盘变量 柱塞液压泵 ，液压马达为弯轴式电控变量液压马达 或者是电液比例控制液压马达。液压泵和液压马达 构成工程车辆典型的闭式液压系统。变量柱塞泵的 斜盘角度可由控制器输出的控制信号通过斜盘角度 调节杆进行无级调节 ，从而改变液压泵的排量和方 向。 液压马达 的排量由控制器输出开关信号进行大 、 小两挡调节。液压泵和液压马达的变量控制使得液 一 5 0一 或接近理想 的目标性能。 3 变速器和驱动桥。变速器采用了手动换挡 的3 挡变速器， 也可换用电液控制的动力换挡变速 器。变速器的输入端与液压马达连接 ， 输出端通过 万向节与驱动桥的中央传动连接，通过差速器、 半 轴与驱动轮胎连接。驱动桥 的形式采用了结构复杂 的转向驱动桥 ， 为研究工程车辆的转 向系统性能提 供条件。 4 其他系统。试验台系统还设计有液压转向 系统、 液压冷却系统、 液压油箱、 电子控制系统和系 统参数显示系统等。 2 试验台主要创新点 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于闭式液压系统的工程车辆传动系室内试验 台研制的主要目的是紧跟国内外最新的液压传动和 控制技术在工程车辆 工程机械 传动系的应用和发 展趋势， 通过室内的模拟试验和理论分析相结合 ， 掌 握新一代工程车辆传动系的性能，研究和解决其关 键技术， 形成相应的自主知识产权。 工程车辆传动系 室内试验台的研制过程中有多项技术创新。 2 ． 1 电液 比例控 制 的液压 泵 和液压 马 达 系统 如图 3所示 ，电液 比例控制的直轴型斜盘变量 柱塞液压泵与弯轴式电控 或者电液比例控制 变量 液压马达组成了闭式液压系统。这一方案与传统的 手动变量泵 定量马达的形式相 比较 ，有两个方面 的突出变化 一是引人 了电液比例阀控制液压泵和 液压马达的排量， 代替了手动操作控制； 其意义并不 仅仅是减轻劳动强度等一般意义下的变化，引人电 液比例控制可以实现开环条件下的自动控制、智能 化控制， 更可以实现闭环的精确控制， 是机械传动向 着自动化、 节能、 高效和环保方向发展的必要条件。 二是引人比例控制或电控的变量马达，实现了大功 率下的二次调节控制，至少相当于增加了 1 台两挡 以上的电控变速器，使得液压系统不仅实现传统意 义下的机械能一液压能一机械能的转变 ，而且进一 步优化了液压系统与动力系统、机械传动之间的性 能匹配 1 ．变量柱塞泵 2 ． 泵斜盘角度调节杆 3 ． 变量马达 4 ． 马达排量调节缸 5 ． 补油泵 图 3 变量泵一变量马达 闭式 液压系统原理 图 2 ． 2复 合变速 系统 基于闭式液压系统的工程车辆传动系试验台采 用了变量马达和变速器构成的复合变速系统来实现 车辆传动系的变速 变速增 减 转矩 驱动， 如图 4 所示。变量马达变速器的复合变速系统至少相当 于 2 台变速器进行串联连接。当马达排量为高低挡 形式， 串接变速器为简单的 2 挡或者 3 挡变速器时， 复合变速系统就成为 2 X 2 4 或者 2 X 3 6的4 挡 或 6 挡变速器。 当马达改为比例控制， 实现高中低 3 种排量切换形式时，复合变速系统就相应成为 3 2 6 或 3 3 9 挡变速器。由此可见 ， 复合变速系 统可以极大地扩展变速的挡位数 ，而与之串接的变 速器是简单的 2挡或者 3挡变速器。 图 4 变 量 马 达和 变 速 器 构 成 复 合 变 速 系统 原 理 图 一 51一 ■■■目■陶■■■■■●●曩曩 。 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 变速器可以为手动机械换挡或电液控制动力换 挡形式。当变速器采用手动机械换挡方式时， 需在液 压马达停止 相当于机械停车工况 的工况下对机械 变速器进行换挡， 但是可以在选定的同一机械挡位下 进行液压马达的高低排量切换。 采用电液控制动力换 挡方式， 可以在机器行进间进行挡位转换， 加上液压 马达的高低排量切换， 变量马达和变速器构成的复合 变速系统构成 了速度和转矩变化范围宽广的变速系 统。现代计算机控制技术和汽车工业的发展历程表 明， 变量马达和变速器的复合变速系统将成为工程车 辆一种新型的具有特殊形式和性能的 自动 变速器， 成为工程车辆传动系的重要发展模式之一。 2 ． 3 C A N 总线控 制与 L CD显 示 电液比例变量柱塞液压泵、 电控 比例控制 液 压马达排量控制和变速器的电液换挡控制等均有连 续的电流 电压 或开关量的控制问题。液压系统及 传动系统中的压力、 流量、 温度、 转速、 转矩、 位移和 控制电流等参数需要实时显示与记录。 因此， 构建满 足工程车辆使用的工程用控制器及其控制系统是室 内试验台模拟试验研究的核心内容之一。 采用 S A U E R D A N F O S S 公司生产的 M C 0 5 0型 控制器，该控制器以D S P 技术为核心， 具有强大的计 算能力和丰富的 I ／ 0资源，可以满足复杂的控制要 求并做出快速的动态响应， I P 6 7 防护等级保证其适 应恶劣的工作环境。电控操作手柄和开关按钮等将 一 5 2一 系统需要产生的输入信号输入到控制器，经控制器 处理后再输出控制信号到各控制对象 泵、 马达和变 速器的比例电磁阀或开关电磁阀 。系统中的压力、 流量 、 温度、 转速 、 转矩 和位移等性能参数可以通过 控制器的接口再输入到 D P 6 0 0型高清晰彩色 L C D 显示器实时地显示数值参数，也可以进行图形化的 编程， 实现动态的虚拟仪表显示。同时， 这些性能参 数也可以作为系统的反馈信号通过各种控制算法的 编程 ， 实现系统的闭环控制， 实现机器的速度、 温度 和位移等作业性能的精确控制。控制器的控制算法 的编程和显示器的图形显示均基于其功能强大的 P L U S I 专用图形编程软件。 由于 P L U S I 采用模块 化图形编程方法， 使得程序编写可以方便地进行， 高 效且便于快速修改。在计算机上编译好的程序经 C A N总线可方便地写入到控制器中。试验台 C A N 总线控制与 L C D显示如图 5 所示。 2 ． 4 液压 冷却 与转 向控 制 液压冷却与转向控制结构原理图如图6 所示。 冷却系统 由独立的齿轮泵经过电磁控制 阀到齿轮马 达， 齿轮马达带动冷却风扇， 对散热器的液压油进行 风冷。 冷却系统设计为独立系统， 使冷却机构可以方 便地安装在机器合适的空间位置上。冷却系统中设 置电磁控制阀，与在油箱上设置的温度传感器经控 制器编程控制，可实现根据油箱内油温变化 自动选 1 ． 发动机 2 ． 变量液压泵 3 ． 变量马达 4 ． 变速器 5 ． 驱动桥及其轮胎 6 ．L C D显示器 7 ． 信号输入装置 8 控 制器 9 ． 输出与信号反馈 1 O ． 计算机 图 5试 验 台 CAN 总 线 控 制 与 LCI 显 示 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 特别是在各种工况条件下复合变速系统的换挡特陛。 社， 1 9 9 8 ． 4 研究开发满足工程车辆性能需要的控制软 [4 ] 曾 谊晖， 刘爱荣． P Q 1 9 0 型全液压平地机 液压控制系 件 ， 进行控制策略的研究 。如研发车辆 的恒速控制 ， 统的设计【 J 】 ． 机床与液压， 2 0 0 3 3 8 3 8 5 ． 恒功率控制等控制软件； 研究控制器在工程车辆领 [ 5 ] 邓星钟． 机电 传动控龇M ] ． 武汉华中 理工 大学出 版社， 域的进一步开发， 扩大其应用范围等。 1 9 9 8 ． 5 进行闭式系统的温度控制研究；液压转向 [6 ] 温虎， 向中 几 一种新型多功能机械传动 试验台的 设 方面的结构和控制技术的研究等。 计 【 J 】 ． 机械传动， 2 0 0 4 4 5 8 6 0 ． 6 研究新型车辆传动系的传动特点、传动效 率和动力匹配等。 通信地址 上海四 平路1 2 3 9 号 2 0 0 0 9 2 4 结束语 收 稿日 期 2 0 0 7 0 一 2 基于闭式液压系统的工程车辆传动系试验台 为现代工程车辆提供 了一个先进 的试验研究平 台。 一 5 3 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m