张 利

山东泰丰液压股份有限公司

工程机械液压行走系统的设计及理论研究

张 利

山东泰丰液压股份有限公司

当前，随着工程建设的发展，各种机械设备得到了广泛的运用。在现代工程机械工程中，匹配控制技术的应用，液压系统是主要的技术之一，液压系统借助计算机技术和发动机技术，提高了工程机械的工作效率和节能效果。而液压行走系统能很好地满足工程机械作业时力和速度变化急剧、频繁等苛刻条件，使之获得稳定的行走、转向和变速性能，所以液压系统在工程机械行走机构中的应用日趋广泛。为之就此进行分析。

工程机械；液压行走系统；设计；理论

1. 液压行走系统的基本型式

1.1 开式和闭式系统

按油液循环方式的不同，可分为开式系统和闭式系统。

开式系统结构简单，构成灵活，但油箱体积大，油液常与空气接触，工作机构运动不平稳要在回油路上加背压以提高系统的稳定性，换向过程中会出现液压冲击和能量损失系统效率低，只是在一些小型车辆上偶尔采用带有平衡背压的开式回路。

闭式系统结构紧凑，传动平稳性好。内设补油泵，以补偿系统的泄漏并对油液冷却，同时也为控制机构和某些低压工作的辅助机构提供动力。工作机构的变速和换向通过调节泵或马达的变量机构实现，避免了在开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失系统效率较开式系统高。

1.2 高速和低速方案

按驱动轮是否直接由液压马达驱动，可分为低速和高速两种方案。

低速方案低速大扭矩液压马达直接驱动车轮。安装空间小功率损失小和机械噪声低降低了驱动轮的转动惯量，有利于提高系统的调节品质和减少冲击负荷，但马达要承受各种径向和轴向载荷。

高速方案采用高速马达，通过减速器减速来提高输出转矩，利用中间传动环节来分担径向和轴向载荷。通过选择减速比，可方便地匹配主机参数，对马达的承载要求相对较低。

1.3 功率分流液压行走系统

功率分流液压行走系统就是把行星差动轮系与液压调速装置组合起来，把发动机输入的功率流分为可无级调速的液压功率流和高效率的机械功率流，然后经汇流行星排把两路汇合起来。此项技术把液压传动的无级调速性和机械传动稳态效率高这两者的优点结合起来，因此不仅具有无级变速性能，又有较高的效率和较宽的高效区。根据小松公司有关资料，液压机械传动与液力机械相比，装载机作业量最大可提高30%，燃料经济性最大可提高25%。

在功率分流传动中，液压系统主要起调速作用，机械系统主要用来传递动力。液压传动一般用在150KW以下的场合，而功率分流液压行走系统通常为40—400KW，如果限定变速范围则有可能达到735KW。这种液压行走系统的总效率一般可达到90—95%。

2.液压行走系统的基本工作原理

本文以某小型轮式摊铺机为例，通过分析该摊铺机行走液压系统原理，介绍每种行走模式特点，阐述如何根据工况选择行走模式。

2.1 结构和原理

该摊铺机最大摊铺宽度为4.5m，最大摊铺厚度为280mm。该机共有6个行走轮，其中4个为驱动轮。

该摊铺机行驶系统采用全液压驱动，由单行走泵1驱动，通过液压差速锁2、前驱辅助阀3驱动前行走马达(7， 8 )和后主行走马达(4，9)使摊铺机行驶，如图1所示。

(1)行走泵。行走泵1采用力士乐A10VG45EP型电比例双向变量泵，该泵带有压力切断和高压溢流功能，通过给排量控制阀的电磁阀(A6 ， A7 )通电，实现摊铺机前进、后退及行驶速度控制。

(2)行走马达。前行走马达(}， s)为力士乐MCR03F400径向柱塞定量马达。后主行走马达(4， 9 )为力士乐A6VE55EZ型电控变量马达，电磁阀( A10， A11 )用以控制变量马达的变量，以实现摊铺机高速行驶挡和低速作业挡的切换。

(3)驱动控制。左、右侧行走马达的同步及差速，由差速锁2控制，差速锁2采用德国布赫MTI6DVD型调速阀。通过给液压差速锁2的电磁阀(Al)通电或断电，实现定流量分流和随机流量分流，从而实现左、右侧行走马达的同步及差速的切换。差速锁2与前驱辅助阀3的电磁阀( A2，A3，A4，A5)的通断，实现摊铺机后驱同步、后驱不同步、四驱同步、四驱前轮同步4种行走模式。

(4)被拖拽功能。前行走马达(7， 8)壳体的回油油路通过过油块6、再通过单向阀5与液压油箱连接，该摊铺机液压转向器的回油(10L/min)也通过过油块6，过油块6回液压油箱管路上的单向阀设定压力为0.2MPao 2股回油能够保证前行走马达壳体内始终有0.2MPa背压。

3.液压行走系统在工程机械上的设计及应用

3.1 装载机液压行走系统

HST装载机是全液压驱动机械，行走和工作装置可实现综合控制。目前，世界上先进国家新开发的小型装载机几乎已100%采用HST，并有向大型装载机发展的趋势。与传统的液力机械装载机相比，具有很大的优势：液压传动元件位置独立，布置方便；在全车速范围内可实现无级变速，其发动机功率利用率好，传动综合效率比到传动高，油耗较低；行走微动性能好，卸载靠近卡车需要微动性能，车可通过微动踏板，改变变量泵斜盘倾角，使车速平稳连续变化。

液压系统采用变量马达，其控制装置由前进后退梭形阀，伺服阀和变量油缸组成。

液压马达的排量由伺服油缸活塞杆位置确定，其位置由伺服阀控制。伺服阀阀芯右端受控制液压泵排量的先导油压作用，其阀芯左端受静压驱动系统油压反馈作用和弹簧力作用。伺服阀在液压泵先导油压、驱动系统油压和弹簧力作用下取得平衡，确定其位置。伺服阀芯位置确定伺服变量油缸活塞杆位置，活塞杆位置确定液压马达排量。从力平衡可知随着系统油压增加，液压马达排量增大，随着液压泵先导控制油压上升，液压马达排量下降。

液压马达排量随液压泵先导控制油压发动机转速上升而下降，当发动机在怠速状态时，液压马达排量处于最大位置，随着发动机转速上升，液压马达排量逐渐减小。

前进后退梭形阀的作用是前进后退变化时，实现高低压油路转换。

3.2 振动压路机液压行走系统

振动压路机采用液压行走系统，可实现驱动系统的无级变速，同时使换向更加轻便柔和减轻操作人员的工作强度，司机只需将发动机油门拉到最大位置，通过调节变量泵的斜盘倾角就可以很容易的设定行驶速度。

振动压路机的行走驱动系统一般由以下几部分组成：

(1)泵—马达闭式驱动油路系统：采用双向变量泵，定量或有级变量马达，与轮边减速器制成一体的车轮马达，内置弹簧制动油压放松制动器，结构紧凑。闭式回路中的马达通常并联，以保证有足够大的输出转矩驱动车轮。

(2)冷却补油限压系统：补油泵、补油压力阀、补油单向阀，洗冷却阀和限压卸载阀等组成。

(3)操纵控制系统：油泵变量操纵机构、制动操纵机构。

一般情况下，压路机用方向操纵杆制动，即静压制动，当方向操纵杆处于中位时，驱动泵的排量为零，没有油液进行主回路，压路机在惯性的作用下停车，此时制动器不工作，始终是脱开的。

当进行停车制动和紧急制动时，操纵电磁制动阀，由车轮制动器实现制动：切断电磁制动阀，补油泵的压力油不能进入制动器，制动器与油箱相通，靠弹簧压紧摩擦片实现制动。

当发动机启动，并且制动按钮不起作用的情况下，补油泵的压力油通过制动阀进入制动器，顶开弹簧，脱开摩擦片，压路机可以正常行走。

结束语

采用液压行走系统的工程机械，在操纵、控制、布局、功率利用率等各个方面，其性能都是一个巨大的飞跃。为此，我们需要提高工程机械液压行走系统设计的水平，使其能够更好的促进工程建设的发展。

[1]雷晶涛，朱毅.工程机械行走系统液压元件的参数选择与动力匹配[J].建设机械技术与管理，2015，01：81-83.

[2]陈建华，曹金娟.工程机械车辆制动系统中液压系统的设计研究[J].液压与气动，2012，02：109-111.

[3]高立龙，王新晴，蒋文峰.基于ARM的工程机械液压系统故障检测仪的设计[J].起重运输机械，2012，09：16-19.