静液压驱动在装载机上的应用
厦门厦工机械股份有限公司
黄松
摘要：静液压传动技术在国外的工程机械上得到广泛的应用,文章介绍了静液压驱动系统的特点，以及静液压驱动系统在厦工XG904等机型上的应用。
做了一些静态参数的匹配分析，静液压系统与动力机匹配的关系，包括驱动系统压力与整机驱动力的关系，驱动闭式回路流量与车速的关系，各项参数匹配。
关键词：迷你装载机静液压驱动静态匹配DA控制
随着小型多功能机械（compact machine）的发展，静液压传动技术因其独特的优势，越来越得到广泛的应用。
厦工作为国内装载机专业的生产厂家，首先使用静液压驱动技术在装载机上应用，并且已经形成批量生产。
代表机型有XG3090，XG904,XG902。
在同行中备受好评。
图一：XG904整机
1.静液压系统构成与特点。
静液压传动系统HST(Hydraulic Static Transmission)
是指由液压泵、液压马达，补油泵和控制元件(液压阀) 组成的闭式回路,辅以调节控制装置等组成的一种无级变速传动系统,有传动比连续、传递动力平稳、操纵方便等特点。
静液压传动装置是以液压泵和液压马达为主组成,附加各种变量控制单元和传动元件(减速器或变速箱) ,成为一种无级变速的传动装置。
它与纯机械传动和液力机械传动相比,具有高效区宽、布局灵活、无级变速、换向方便、控制方式多样和功率利用合理等众多优点。
工程机械合理运用静液压传动装置,则能改善机器性能,提高生产效率,节省能量消耗,使机器的品质上升到一个新的
阶段。
静液压传动的四种基本形式组合：
根据静液压传动中排量是否可调可以分为4种系统组合方式：定量泵-定量马达，定量泵-变量马达，变量泵-定量马达，和变量泵-变量马达。
根据XG904整机的特点，我公司选择了变量泵-变量马达的组合方式。
图二：静液压系统原件构成
图三：系统原理图
2.匹配关系
2.1静液压系统与发动机的匹配
发动机与HST 液压泵相连,研究发动机与HST 的匹配即研究发动与液压泵之间的匹配。
因为发动机功率Pe 的函数为
Pe = TeNe/ 9549. 30
式中, Te 为发动机转速为Ne 时的转矩。
若不考虑功率损失, HST 液压泵的输出功率Pp,
其公式为
Pp =PpQp/60=PpqpNp/60000
式中，P p 为泵的出口压力,MPa ;
Qp 为泵的出口流量,L/ min;
qp 为泵的排量,ml/ r ;
Np 为泵的转速, r/ min。
对于静液压驱动装载机来说，在工作时需要驱动和工作联合作业，因此实现发动机与泵的匹配,因符合以下两个方面的要求
A．在满足最大驱动力功率的情况下，为了使工作系统具有一定的工作能力，应使Pe >=Pp ,
B．发动机转矩与泵的转矩相等即Te = Tp ,
由于XG904整机的布置方式如图所示：
图四：整机传动系统布置图
因此发动机的转速Ne = Np ,所以发动机与泵的匹配关系式可表示为
Pp =ppqpNp/60000=TeNe/9549. 30= 20.69KW<Pe=24.5KW
因此,当外负载发生变化时引起系统压力Pp 变化时,通过DA阀调节变量泵的排量qp 使泵的吸收转矩保持不变,控制发动机转速的变化,就实现了泵与发动机之间的功率匹配。
图五：柴油机特性曲线
图六：动力系统与静液压驱动系统布置实物图
图七：计算结果
从上图可以看出，整机可以爬山70%以上的坡度，整机最大车速达到18Km/h以上，基本满足整机要求。
匹配合理。
2.2静液压系统与传动系统的匹配。
2.2.1车速匹配
由整机系统布置图可知，静液压驱动泵和马达之间的流量连续性方程，Qp=Qm
Qp=Np*qp
Qm=Nm*qm
Nm= Np*qp/ qm
车轮转速Nw=Nm/i
车速V=Nw*Rw
A．当马达处于高速档时：V=18.45Km/h
B．当马达处于低速档时：V=7.24Km/h
式中：Qp——泵流量
Qm——马达流量
Nm——马达转速
2.2.2 驱动力的匹配
马达输出扭矩Tm=qm*Pp
车轮的扭矩：Tw=Tm*i
整机驱动力为F=Tw*R=16.6KN
图八：整机基本参数计算
通过以上计算,符合以下整机要求的参数，
•发动机：403D-15
额定功率/转速：24.4kW/2400rpm
最大扭矩/转速：96Nm/1800rpm
•整机操作质量：2160kg
•最大驱动力：16.6KN
•车速：
I档：7km/h II档：18km/h
图九：整机传动系统实物布置图
3.静液压传动与传统的液力机械传动相比,具有以下优点:
(1) 可以实现无级变速,换向方便;
(2) 当发动机在任一调度转速下工作,传动系统都能发挥出较大的牵引力;
(3) 传动系统能在很宽的输出转速范围内保持较高的效率;
(4) 行走功率和作业装置功率可以合理匹配,使发动机功率充分利用; (5) 液压泵
和液压马达位置布置比较灵活,有条件使发动机采用横向布置,缩短了装载机的纵向长度,改善了司机的视野;
(6) 液压泵和液压马达都可采用电比例变量控制,考虑到微机技术的飞速发展,使二者很好的结合,实现智能化控制;
(7) 据有关资料介绍,与液力机械传动相比,装载机作业率可以提高30 % ,燃油消耗可降低25 %。
轮式装载机行走驱动负荷变化较大,它的静液压传动装置都由变量泵和变量马达组成闭式回路。
而液压泵的变量控制方式为与转速有关的液压控制（XG904的DA控制）。
这种变量方式使装载机具有变矩器的功能,并有以下几个特点: (1) 它的控制泵与发动机直接相连变量机构中没有控制伐,当发动机转速发生变化时,控制泵输出流量随之变化,这样由于通过控制内节流处的流量发生变化,导致节流前后压差的变化,而造成控制压力的变化。
转速提高—控制压力增大—排量变大; (2) 当行走驱动系统工作压力升高,引起发动机转速下降时,此时控制压力下降,使泵的排量减少,此时泵的输入扭矩和发动机转速重新恢复到设定值; (3) 控制阀与发动机的油门控制杆联动,当发动机的油门加大,则控制阀内的节流开度也加大,可以获得不同驱动转速下的控制曲线,这些控制曲线是相互平行的。
一旦工况发生变化,使转速变化值尽可能地小; (4) 可以在发动机转速调定的情况下,改变控制
阀内节流开度的大小,从而增、减控制压力,来调整行驶速度。
4 结论
上述的对XG904静液压驱动系统分析与计算表明,静液压闭式传动系统的输入功率对系统的输出特性有很大影响,但是在选择发动机和传动系统时又不能盲目增大功率,应先分析车辆走行阻力分布特点,明确车辆的加速要求,然后选择合理的闭式传动系统输出特性,由此来确定发动机的功率和整机系统的匹配才是合理的。
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