220吨矿用自卸车液压系统动态性能分析.pdf

分类号 UDC编号 幸I 初大警 C E N T R A LS O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目 学科、专业 研究生姓名 导师姓名及 专业技术职称 衄 蕊一丝上致一 吨一 一 一 一 一 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说 明。 储繇挚n 嗍埠年卫腿日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 储虢靼翩 日期圣生年上月皇日 硕士学位论文 摘要 摘要 重型矿用电动轮自卸车是目前国内外大型露天矿山普遍采用的高效运输设 备。湘潭电机厂作为我国主要的大型设备生产厂家，在上世纪7 0 年代就成功设 计并生产了S F 3 1 9 0 41 0 8 t 电动轮自卸车，该车型满足用户的使用要求，为用户 和厂方获得了很好的社会和经济效益。随着社会经济建设的发展，该车型由予 吨位的限制，已经不能满足现代大型露天矿的要求。现阶段国内重型自卸车基 本依靠进口，给中国矿山企业的发展带来了一定的限制。国家也为此对大型设 备的制造给予了大力支持并提出了相关的优惠政策。为了更好的满足用户要求， 响应国家政策，湘潭电机厂依靠在矿山自卸车方面的独特技术优势，决定与中 南大学、湖南大学联合研发S E F 3 3 9 0 1 A C 型2 2 0 t 电动轮自卸车。 本文在分析、比较了B E L A Z 一7 5 3 0 6 型、德莱赛9 3 0 E 型、德莱赛‘7 3 0 E 型、 S F 3 1 9 0 41 0 8 t 电动轮四种型号自卸车的液压液压系统后，参与设计了国内首台 2 2 0 T 矿用自卸车的转向、举升、制动液压系统，并利用键合图结合M A T L A B 软件分别对三个液压系统进行动态仿真。第二章是对四种型号矿用自卸车的液 压系统比较分析后，对S F 3 1 9 0 42 2 0 矿用自卸车整个液压系统的设计做了简要 的介绍，同时对液压系统的工作原理做了一定的分析。第三章将对自卸车转向 液压系统进行动力学分析。为了预测自卸车转向液压系统性能及为稳定性、可 靠性分析提供一定的依据，将以转向液压系统中各个液压元件的键合图建模为 基础，根据转向系统原理图将转向系统液压元件键合图模型联接成有机的转向 液压系统键合图模型，继而利用转向液压系统键合图模型进行转向液压系统动 力学分析，对己设计系统性能进行整体性分析和评估，以优化系统、提高系统 动态性能和工作稳定性。第四章是对自卸车举升液压系统进行动力学分析。举 升液压系统动力学分析主要分为两步 1 根据举升液压系统工作原理获得简化 的系统原理图； 2 根据功率键合图理论，获得液压元件和系统的键合图，列出 系统的状态方程，并根据实际工况求解状态方程，进而得出举升液压系统的稳 定性。第五章对制动系统动力学分析主要分为两步 1 根据制动液压系统工作 T 硕士学位论文摘要 原理获得简化的系统原理图； 2 根据功率键合图理论，获得液压元件和系统的 键合图，列出系统的状态方程，并根据实际工况求解状态方程，进而得出制动 液压系统的稳定性。动力学分析结果表明转向、举升、制动液压系统动态性能 好，性能稳定，压力波动小，符合实际工作要求。 关键字矿用自卸车，液压系统，键合图，动态仿真 I I A B S T R A C T A t p r e s e n t ，H e a v ye l e c t r i cw h e e lm i n i n gd u m pt r u c ki sa ne f f i c i e n tt r a n s p o r te q u i p m e n tu s e db yo p e n - p i tM i n eE x p l o i t a t i o n ．X i a n g t a nE l e c t r i c a lM a n u f a c t u r i n gF a c t o r ya sc h i n a ’Sl e a d i n gm a n u f a c t u r e ro f l a r g ee q u i p m e n td e s i g n e da n dp r o d u c e dS F 319 0 410 8t o n sm i n i n gd u m pt r u c ki nt h e 19 7 0 s ，w h i c hb r o u g h tg o o ds o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t st ot h eu s e r sa n d v e n d o r s ．W i t ht h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y ，t h i st y p eo ft r u c kC a r ln o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fm o d e m l a r g e - s c a l eo p e n ．p i tm i n eb e c a u s eo fi t ’Sl i m i t t o n n a g e ．A tt h ep r e s e n ts t a g e ，d o m e s t i ch e a v yt r u c kb a s i c a l l yr e l i e so n i m p o r t s ，w h i c hb r o u g h tc e r t a i nl i m i tt ot h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s em i n i n g e n t e r p r i s e s ．F o rt h i sr e a s o n ，t h ec o u n t r yp e o v i d e dt h es u p p o r ta n dt h er e l e v a n tp r e f e r e n t i a lp o l i c i e sf o rt h em a n u f a c t u r eo f l a r g ee q u i p m e n t ．T om e e t t h er e q u i r e m e n to fu s e r sa n d r e s p o n dt oc o u n t r y ’Sr e l e v a n tp o l i c i e s ，X i a n g t a nE l e c t r i c a lM a n u f a c t u r i n gF a c t o r yr e l y i n go nt h eu n i q u em i n i n gd u m Pt r u c kt e c h n i c a la d v a n t a g e sd e c i d e dt oj o i n tr e s e a r c ha n dd e v e l o pS E F 3 3 9 01A C2 2 0t o n se l e c t r i cw h e e lm i n i n gd u m pt r u c kw i t hC e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t ya n dH u n a nU n i v e r s i t y ． B a s e do nt h e a n a l y s i s a n dc o m p a r i s o no nt h eH y d r a u l i cd u m p t r u c kh y d r a u l i cs y s t e mo fB E L A Z 一7 5 3 0 6 ，D r e s s e r9 3 0 Em o d e l ，D r e s s e r 7 30 E ，S F 319 0 4 10 8 t ，C h i n a ’Sf i r s t2 2 0 Tm i n i n gd u m pt r u c k s t e e r i n g ， l i f t i n g ，b r a k eh y d r a u l i cs y s t e mw a sd e s i g n e da n dt h eD y n a m i cS i m u l a t i o n o ft h et h r e e s y s t e m sw a sa n a l y z e db yt h ec o m b i n a t i o nu s eo fb o n d g r a p ha n d M A T L A Bs o f t w a r e ．I nc h a p t e rI I ，ab r i e fi n t r o d u c t i o no nt h e d e s i g no fS F 319 0 42 2 0 Tm i n i n gt r u c k ’Sh y d r a u l i cs y s t e mw a sg a v ea n d t h ew o r k i n g p r i n c i p l eo f t h et h eh y d r a u l i cs y s t e m t ow a sa n a l y z e da f t e rt h e c o m p a r i s o na n da n a l y s i so nf o u rk i n d so fm i n i n gd u m pt r u c k ．I nC h a p t e r 1 1 1 硕士学位论文 A B S T R A C T I I I ，t h ed y n a m i ca n a l y s i st h ed u m pt r u c kh y d r a u l i cs t e e r i n gs y s t e mw a s c o n d u c t e d ．T o p r e d i c t t h ed u m pt r u c kh y d r a u l i c s t e e r i n gs y s t e m p e r f o r m a n c e a n df o rt h es t a b i l i t y ，t h ei n t e g r i t ya n a l y s i sa n de v a l u a t i o no n t h es y s t e mp e r f o r m a n c ew a sa c c o m p l i s h e do nt h eb a s eo ft h eb o n dg r a p h o ft h e s t e e r i n gs y s t e m ．I nC h a p t e rI V ，t h ed y n a m i ca n a l y s i s t h ed u m p t r u c kh y d r a u l i c l i f t i n gs y s t e mw a sc o n d u c t e d ．H y d r a u l i cl i f t i n gs y s t e m d y n a m i c sa n a l y s i sW a sd i v i d e di n t ot w os t e p s 1 as i m p l i f i e ds y s t e m d i a g r a mw a so b t a i n e da c c o r d i n gt ot h eh y d r a u l i cl i f t i n gs y s t e mw o r k i n g p r i n c i p l e ； 2 B y t h eu s eo ft h e p o w e r b o n d g r a p ht h e o r y ，t h e c o m p o n e n t sa n ds y s t e m sb o n dg r a p hW a sd r e wa n ds o l v i n gt h ee q u a t i o n o fs t a t et od e t e r m i n et h es t a b i l i t yo fh y d r a u l i cl i f t i n gs y s t e m ． I n C h a p t e rV ，t h ed y n a m i ca n a l y s i s t h ed u m pt r u c kh y d r a u l i c b r a k es y s t e mw a sc o n d u c t e d ．H y d r a u l i cb r a k es y s t e md y n a m i c sa n a l y s i s w a sd i v i d e di n t ot w os t e p s 1 as i m p l i f i e ds y s t e md i a g r a mw a so b t a i n e d a c c o r d i n gt ot h eh y d r a u l i cb r a k es y s t e mw o r k i n gp r i n c i p l e ； 2 B yt h eu s e o ft h ep o w e rb o n dg r a p ht h e o r y ，t h ec o m p o n e n t sa n ds y s t e m sb o n dg r a p h w a sd r e wa n ds o l v i n gt h ee q u a t i o no fs t a t et od e t e r m i n et h es t a b i l i t y o f h y d r a u l i cb r a k es y s t e m ．K i n e t i ca n a l y s i ss h o w e dt h a t t h ed y n a m i c p e r f o r m a n c eo ft h eh y d r a u l i ct u r n i n g ，l i f t i n g ，b r a k es y s t e mi sw e l la n dt h e p r e s s u r e f l u c t u a t i o ni ss m a l l ．T h e s y s t e m m e e t st h er e q u i r e m e n t s o fp r a c t i c a lw o r k ． K E YW O R D S M i n i n gd u m pt r u c k ；H y d r a u l i cs y s t e m ；B o n d g r a p h ； D y n a m i cs i m u l a t i o n I V 硕士学位论文 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A B S T R A C T ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．V 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 国内外矿用自卸车的研发及应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1 国内研发及应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 ．2 国外研发及应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 国内外矿用自卸车的发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．1 ．1 国内发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．1 ．2 国外发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 本课题的研究背景、意义和主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．3 ．1 本课题的研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 ．3 ．2 本文的研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l O 1 ．3 ．3 本文的主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 第二章自卸车液压系统比较分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．1 举升液压系统比较分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．1 ．1 举升液压系统设计方案的比较分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．1 ．2 举升液压系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 转向液压系统比较分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．2 ．1 各车型转向系统的比较与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．2 ．2 同轴流量放大全液压转向系统的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．2 ．3 转向液压系统的设计方案及原理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 2 ．3 制动液压系统比较分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 2 ．3 ．1 制动液压系统比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 2 ．3 ．2 制动液压系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 V 硕士学位论文 目录 2 ．3 ．3 制动液压系统的原理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 第三章自卸车转向液压系统动力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 3 ．1 转向液压系统的原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 l 3 ．2 转向液压系统中液压元件键合图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 3 ．2 ．1 ．转向油缸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．2 ．2 流量放大器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 3 ．2 ．3 ．转向器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 3 ．3 转向液压系统的键合图模型及其动态数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 3 ．3 ．1 转向液压系统的键合图模型⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．．3 4 3 ．3 ．2 转向液压系统的动态数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．3 ．3 转向液压系统的状态方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 3 ．4 转向液压系统的动态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 3 ．4 ．I 转向液压系统时域分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 3 ．4 ．2 转向液压系统振型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 第四章自卸车举升液压系统动力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 4 ．1 举升液压系统的原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．2 举升液压系统中液压元件键合图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．2 ．1 双联齿轮泵⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 4 ．2 ．2 插装阀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 4 ．2 ．3 液压油缸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．3 举升液压系统的键合图模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 4 ．3 ．1 自卸车的基本参数给定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．3 ．2 键合图模型及其说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 4 ．3 ．3 举升液压系统的状态方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 4 ．4 举升液压系统的动态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 V I 硕士学位论文 目录 4 ．4 ．1 举升液压系统时域分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．4 ．2 举升液压系统振型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 第五章自卸车制动液压系动力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．1 制动液压系统的原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 制动液压系统中液压元件键合图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 5 ．3 制动液压系统的键合图模型及动态数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．3 ．1 制动系统的键合图模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．3 ．2 制动系统的动态数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 5 ．3 ．3 制动液压系统的状态方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．4 制动液压系统的动态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 5 ．4 ．1 制动液压系统时域分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 5 ．4 ．2 制动液压系统振型分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 第六章全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 5 攻读硕士学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 6 V I I 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 随着露天矿产资源开采量、开采规模的不断扩大，汽车移动运输也成为国内 外露天矿山的主要运输方式。了解我国露天矿山汽车运输的发展现状，研究其改 进途径，对提高矿山行业经济效益具有现实意义。矿用自卸车是露天矿山汽车运 输的重要设备之一，国内现有的白卸车已很难适应大规模开采的要求，这就大大 增加大型矿用白卸车的发展机遇。目前在国外露天矿山运输中，汽车运输占到 8 0 ％一9 0 ％以上，随着工业技术发展，国内矿用自卸车制造企业通过广泛采用新 材料、新技术和新工艺，其结构性能必将发生深刻的变化，这将会让国内矿用汽 车带来迅猛的发展。 1 ．1 国内外矿用自卸车的研发及应用现状 1 ．1 ．1 国内研发及应用现状 重型矿用电动轮自卸车在我国大型露天矿山的使用开始于上世纪7 0 年代中 期，目前，经过4 0 多年的市场竞争和发展后，初步形成了五大矿用汽车生产企业 北京首钢重型汽车制造股份有限公司、北京重型汽车制造厂、本溪北方机械重汽 有限责任公司、内蒙古北方重型汽车股份有限公司和湘电集团有限公司。北京首 钢重型汽车制造厂与北京科技大学合作研制了国家“十一五”规划重点项目一国 内较大吨位的S G A l 7 0t 电动轮自卸车，见图1 ．1 。 图1 1北京首钢重型汽车制造有限公司S G A l 7 0 型电动轮自卸车 该电动轮采用一缸水冷C u m m i n s K l8 0 0 E 型发动机，额定功率13 4 3 k W 。采 硕士学位论文 第一章绪论 用型号为Y F J 0 4 的交流发电机发电，以Y X Z 6 6 直流电动机作为驱动电动机，电 动机额定输出功率为5 9 0k W 。该车于2 0 0 8 年7 月正式投入工业性试验中。从试 验情况来看，S G A l 7 0t 电动轮矿车的各部位性能能够满足采场环境要求。内蒙 古北方重型汽车股份有限公司 简称北方股份 与美国T e r e x 集团旗下的U n i t - R i g 公司合作共同组建了合资公司北方采矿机械有限公司。合资双方各投资 5 0 ％，北方股份以现金形式投资25 0 0 万元，T e r e x 公司总投资25 0 0 万元，但其 中包括技术、现金和工装三部分。合资公司主要生产1 2 0 - ～3 6 0t 超大吨位的电传 动矿用自卸车，其主要部件主要依靠进口。2 0 0 6 年4 月我国首台载重1 7 2t 的 M T 3 6 0 0 型电动轮矿用自卸车在内蒙古白云鄂博铁矿点火试车一次成功，填补了 国内该型自卸车的空白，标志着北方股份公司依托国际先进技术向高科技领域又 迈出了坚实的步伐，推动了我国大型矿用自卸车的发展。 湘电集团主要生产大型和中小型工矿用电机车、大型电动轮自卸车、城市轻 轨车、城市轨道用车及军用轨道车，产品通过I S 0 9 0 0 1 质量认证。湘电集团有 限公司目前最新正在研制是S F 3 5 1 0 0 型3 0 0t 电动轮自卸车，这也是目前最大吨 位的国产自卸车。该车研制项目由湘电集团公司于2 0 0 7 年7 月正式启动，在项 目实施过程中，与湖南大学、中南大学、美国G E 公司和白俄罗斯B e l a z 公司建 立了广泛的产学研合作关系，攻克了整车的集成优化技术、交流变频技术、液压 系统研制三大技术难点，实现了关键领域的重大突破【l 卅。 对于矿用自卸车举升液压系统的研究现状，本文查阅了国内一些资料文献。 文献[ 2 3 1 论述了J Z C ．1 0 井下自卸汽车液压系统的设计工作，尤其对转向液压系 统、工作液压系统以及制动系统 包括L C B 弹簧制动器 作了周密的设计计算；着 重介绍了弹簧制动器的特点，分析了它的工作原理。采用这种最新的制动技术，井 下自卸汽车的安全性能大大提高，满足了矿山安全生产的需要。文献[ 2 4 】以举升油 缸最大油压、举升过程中油压变化及初始油压的加权和为优化目标，对连杆放大 式举升机构进行了优化设计，并开发了自卸汽车举升机构C A D 系统。文献[ 2 5 】 介绍了利用A D A M S 软件的虚拟样机技术，建立自卸车举升机构的虚拟样机模 型；并对其进行运动学仿真及优化，从而得到举升机构位置的最佳布置方案。文 2 硕士学位论文 第一章绪论 献[ 2 6 】以举升缸油压波动值为目标函数进行优化设计，使油压最大值较优化前下 降了2 4 ％。文献[ 2 7 1 利用A D A M S 软件，以S T 3 1 4 0 型自卸车为例，对前推连杆 放大式举升机构进行了参数化建模，并进行了优化设计，将最大举升力降低了 2 8 ．4 ％。文献[ 2 8 1 介绍了装有美国平台举升液压系统的几种自卸车的结构及液压 系统的配置、工作原理，并提出了液压系统的装配工艺。通过实验验证了系统的 可靠性。文献[ 2 9 1 利用A D A M S 软件，对某型号矿用自卸汽车后置直顶式液压举 升系统进行了机械一液压藕合的建模仿真，并对举升机构进行了优化。由于小吨 位自卸车举升系统流量较小，而且主控制阀只有举升、停止、迫降三种功能，液 压系统简单。 对于矿用自卸车的转向液压系统的研究现状，也查阅了一些资料文献。为了 减轻驾驶人员的劳动强度，在重型矿用自卸汽车上，几乎全部都采用全液压动力 转向，对这种全液压动力转向系统的研究显得非常重要。文献[ 3 0 1 建立起负荷传 感的全液压转向系统的静动态数学摸型，据此进行静动态特性分析和数字仿真， 着重讨论了液压转向系统由于内部结构及内摩擦引起的转向死区。文献[ 3 3 1 分析 了中位开式和中位闭式两种液压转向助力系统的能量消耗经过对四种不同工作 原理的转向系统的经济性和环境适应性的评价，指出电动中位闭式系统在节能方 面具有明显的优势，但在工程应用中仍有不少技术问题需要进一步解决。文献[ 3 4 】 建立了同轴流量放大全液压转向系统的数学模型，利用M A T L A B 进行了仿真， 并通过试验验证了仿真结果。文献[ 3 5 1 建立装载机流量放大转向系统的数学模 型，利用M A T L A B 仿真分析了控制流量、速度放大系数、液压固有频率、阻尼 比、刚度等对系统特性的影响，并进行实验分析。 1 ．1 ．2 国外研发及应用现状 1 9 3 7 年美国开启了矿用自卸车运输矿石和岩石的时代，这时的自卸车仍属 于传统的机械传动。随着矿山开采规模的不断扩大，对矿用自卸车的吨位、性能 和数量等方面都提出了更高的要求，传统的机械传动自卸车已经不能满足实际需 要。经过4 0 多年的不断发展，时至今日在大型露天矿开采中广受欢迎的大型电 动轮自卸车，国际上其主要生产国仍然主要集中在美国、日本和德国等工业发达 硕士学位论文第一章绪论 国家，其产品代表了当今国际大型电动轮自卸车的最高技术水平，国外的生产厂 商主要有日本K o m a t s u 、日本H i t a c h i 、瑞士L i e b h e r r 、 美国C a t e r p i l l a r 、美国 l e r e x 及白俄罗斯B e l a z 等几家公司。这些国外生产厂家生产的电动轮自卸车的 载重量，已从第1 台的7 7t 上升到现在最大吨位的3 6 3t ，并拥有1 0 8t 、1 2 0t 、 1 5 4t 、1 7 0t 、1 9 0t 、2 2 0 t 、2 8 0t 、3 2 7t 和3 6 3t 等多种车型，已经形成了系列化、 专业化的生产体系和完善的配套体系。 K o m a t s u 公司最大功率的电动轮自卸车是9 6 0 E 型，见图1 ．2 。该车采用G E 公司的交流驱动系统。9 6 0 E 型电动轮自卸车的动力和控制系统和9 3 0 E 4 S E 型基 本一样，发动机为1 8 缸的K o m a t s uS S D A1 8 V1 7 0 ，燃料箱容量53 0 0L ，其载 重量较9 3 0 E4 S E 型有所增加，所以轮马达更大，车架也都是全新设计。最大功 率为2 6 1 0 k W ，额定载重为3 2 7 t ，最大工作质量为5 7 6 t ，轮胎为5 6 ／8 0 R 6 3 ，最大 车速为6 4 k m ／h 。目前H i t a c h i 公司最大功率的的电动轮白卸车是E h5 0 0 0 型，车 头上仍保留有E U C L I D 标志。该车使用与S i e m e n s 联合开发的H i t a c h i 交流电驱 动系统，装备了D e t r o i tD i e s e l1 6 V 4 0 0 0 和C u m ．m i n sQ S K 6 0 ，这2 种动力配置， 最大功率均为20 1 4 k W ，峰值扭矩分别为1 09 3 0N m 和1 06 3 0N m ，使用5 3 ／8 0 R 6 3 轮胎，最大车速为6 7k m ／h ，额定载重达到2 8 6 t ，最大车辆总质量为5 2 8t 。 图卜2小松9 6 0 E 型电动轮自卸车 C a t e r p i l l a r 公司于2 0 0 8 年9 月在M i n e x p 0 2 0 0 8 矿业博览会上展出的载重为 2 1 8t 的7 9 3 F 和载重为3 1 3t 的7 9 5 F 的两款车型，其中7 9 3 F 型提供机械传动和 硕士学位论文第一章绪论 电动轮2 种车型，7 9 5 F 型只提供电动轮车型。7 9 5 F 型是C A T 公司当前最大的 电动轮车型。该车装备排量8 5L 的C A TC 1 7 5 ．1 6 柴油机，油箱的容量35 9 6L ， 使用C A T 公司自主开发的交流传动系统，C A T 公司称它要比其他公司同级别的 电传动车型成本每吨低3 ％～5 ％。L i e b h e r r 公司于1 9 9 9 年生产出T 2 8 2 型电动轮 自卸车，载重为3 2 7t 。该公司于2 0 0 4 年推出了T 2 8 2 型的升级版T 2 8 2 B 型。该 公司又于2 0 1 0 年4 月在德国B a u m a 展览会上展出T 2 8 2 C 型。该车运行时，柴 油机带动交流发电机发电，电流经过转换后，驱动位于后轮内的轮毂电动机。轮 胎使用的是米其林的5 6 ／8 0 R 6 3 或普利司通的5 9 ／8 0R 6 3 ，最大车速可达到6 4 k m ／h ，额定载重为3 6 3t 。B e l a z 公司于2 0 0 5 年推出7 5 6 0 系列，该系列是B e l a z 矿用卡车的旗舰车型，目前版本为7 5 6 0 0 型，其动力来自1 8 缸、排量7 8L 的 C u m m i n s Q S K 7 8 ．C 柴油引擎，最大功率为26 1 0k W 。该车采用K a t o 生产的功率 为25 3 6k W 的交流发电机，以S i e m e n s 公司生产的功率为l2 0 0k W 的交流电动 机作为牵引电动机提供动力，载重为3 2 0t ，最大车速为6 4k m ／h 。 目前，国外一些露天矿以扩大生产规模，提高露天矿生产能力来加快采掘工 业的发展速度。早在2 0 0 2 年之前，就已经投产或当年正在建设的年产矿石10 0 0 万t 以上的大型露天矿就有6 0 ～7 0 座，其中年产矿石40 0 0 万t 的特大型露天矿 约有2 0 座。现在世界金属露天矿约有8 0 ％- - 一9 0 ％的矿岩量采用汽车运输，其载 重吨位，在大型露天矿已普遍采用了1 5 4 - - 一1 9 0t 电动轮自卸车，在少数特大型露 天矿或在一些大型露天矿水平运输作业中还使用2 2 0 ～3 6 3t 电动轮自卸车。 在国外，举升液压系统的研究主要集中在各自卸汽车生产厂商公开的研究成 果中，但国外也有许多文献对液压转向系统进行了研究。文献【3 6 】推导了具有外 反馈的全液压转向系统的数学模型，利用M A T R I X 对其进行了仿真研究。文献 『3 7 分析了液压动力转向系统迅速转向时响应滞后的现象，建立了相应的数学 模型，该模型考虑了管路中压力波的传播及管路的粘弹性特征，通过分析，揭示 了响应滞后的机理，优化了流量阀和管路的尺寸。文献【3 8 】通过对外反馈的全液 压转向系统进行分析建模，开发了液压集成动力转向计算机辅助设计系统，利用 该辅助设计系统，可以使转向液压系统设计费用减少7 0 ％，试验费用减少5 0 ％。 第一章绪论 { ．2 国内外矿用自卸车的发展趋势 1 ．1 ．1 国内发展趋势 经过多年的技术合作、引进和吸收，国内矿用自卸车有了很大发展，主要生 产1 0 0 t 以下的机械传动的矿用自卸车和1 0 8 t 、1 5 4 t 电动轮矿用自卸车，主要厂 商有北方股份、湘潭电机、北京重型汽车厂、首钢重型车厂、本溪重型车辆厂， 其中北方股份公司主要生产T e r e x 系列产品2 0 “ - - 1 2 0 吨级矿用自卸车，主要型号 有3 3 0 3 型2 5 t 、3 3 0 5 型3 2 t 、3 3 0 7 型4 5 t 、3 3 1 0 B 型9 1 t ，最近推出了目前国内吨 位最大 1 9 0 t 的M T 3 6 0 0 型电动轮自卸车；湘潭电机主要生产1 0 8 t 、1 5 4 t 现在 正在研制2 2 0 t 电动轮自卸车；北京重型汽车厂主要生产4 0 t 以下的矿用自卸车， 并与别拉斯合作组装5 5 吨自卸车和1 3 0 电动轮矿用自卸车；北京重型汽车厂主 要以3 0 吨以下为主，最近开始试制5 5 吨；本溪重型车辆厂主要型号有B Z Q 3 3 7 1 型2 2 t 、B Z Q 3 9 5 0 型5 5 t 、B Z Q 31 4 7 0 型8 5 t 。 而对于转向系统发展，在国内还有以下几个方面发展 一、重型、轻便化；随着运输机械载重量的不断提高，转向力矩随之增大， 如大排量转向器、流量放大器转向器的出现就是为了满足这方面的要求。 二、节能化；目前，能源危机迫在眉睫，节能是解决能源危机的关键，提高 转向系统的效率己成为当前转向系统研究的一个重要方向； 三、智能化集成化；电动转向系统和电液转向系统是现在研发的主要方向， 主要用于轿车和轻型载货客车，其在结构、节能、灵活上有优于其他转向系统， 成为现在发展的主流。 四、高速、高响