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1、第十讲 摊铺机液压系统设计设计摊铺机液压系统就是根据摊铺机的工作要求，合理地选择和设计液压元件，并将它们有机地组合在一起，使之完成一定的工作循环。摊铺机是边行走边作业的路面施工机械。在摊铺作业中，行走、刮板输料、螺旋输料、振捣、振动、辅助等等系统的职能不但内容多而且还一起动作，因而马达、油缸等执行元件不但数量多而且还相互关联。所以，摊铺机液压系统属于多泵多回路复合液压传动系统。按执行的功能分，摊铺机液压系统包括行走液压系统、刮板输料液压系统、螺旋输料液压系统、振捣液压系统、振动液压系统及辅助液压系统。各部分液压系统既能独立地传递动力、完成各自的动作，又能通过控制系统相互关联、协调，达到对执行元
2、件运动参数的准确控制。多泵多回路复合液压传动系统，实施的方法多是在发动机之后采用分动箱进行动力（功率）分流，小型摊铺机可以在发动机上直接安装通轴多联泵进行动力（功率）分流。1 设计步骤1.1 明确摊铺机总体及各系统的设计要求进行摊铺机液压系统设计，首先应明确摊铺机总体及各系统（总成）的设计要求。具体讲就是将总体方案设计和总成方案设计时所确定的摊铺机的整机性能、技术参数、职能匹配及控制方法中的有关部分作为液压系统设计的目的或指标，从而使摊铺机能准确地完成职能动作和精确地控制运动参数。（1）摊铺机整机的设计要求主要包括：发动机。生产率。操纵方法。可靠性。智能化。控制方法。（2）行走系统的设计要求主
3、要包括：摊铺作业时使用低速档，最大速度不超过16m/min为宜；空机行驶时使用高速档，履带式摊铺机最大速度选择3km/h左右为宜，轮胎式摊铺机最大速度不超过20km/h为宜。摊铺速度恒速控制的方法，是控制马达转速还是控制发动机转速，或是不进行控制。左右履带（轮胎）差速、差力的方式，轮胎式摊铺机前后桥差速、差力的方式。调速方式，是电控变量还是手动变量。（3）刮板输料系统的设计要求主要包括：刮板输料系统的生产率，其值等于摊铺机整机的生产率。刮板链的数量，是单排刮板链还是双排刮板链，或是不设置刮板链。输料量的控制方法，是开关控制还是比例控制。刮板链的速度，开关控制不超过20m/min为宜，比例控制不
4、超过28m/min为宜。（4）螺旋输料系统的设计要求主要包括：螺旋输料系统的生产率（略小于刮板输料系统的生产率）。双螺旋。输料量的控制方法，是开关控制还是比例控制。螺旋的转速，摊铺宽度712m的摊铺机在80130r/min为宜。（5）振捣系统的设计要求主要包括：熨平装置的形式，是机械加宽熨平装置还是液压伸缩熨平装置。振捣频率，不超过25Hz（1500r/min）为宜。调速方式，是电控变量还是手动变量。（6）振动系统的设计要求主要包括：熨平装置的形式，是机械加宽熨平装置还是液压伸缩熨平装置。振动频率，在5565Hz范围内为宜。调速方式，是电控变量还是手动变量。（7）辅助系统的设计要求主要包括：转
5、向方式，是差速转向还是偏转前轮转向。熨平装置的功能（状态），有浮动、提升、下降、锁住、增压、减压、延时、防爬升、防下沉、防压痕等等，设计时选择，但至少要有前四种功能。液压系统防污染措施。液压油冷却方法。明确了这些设计要求，就能正确地确定各系统的传动方案（传动路线）和液压系统的型式，为液压系统设计打下基础。1.2 确定各系统的传动方案传动方案是从传动系统的动力源到传动系统的执行元件之间动力传递的路线。它是机械传动路线和液压传动路线有理有序的链接。确定传动方案是摊铺机总体方案设计和总成方案设计的重要内容，是液压系统设计的基础。下面介绍几个摊铺机典型的传动方案：（1）轮胎式摊铺机行走系统传动方案发动
6、机联轴器分动箱变量泵变量马达换档变速箱左链传动或左万向节传动左轮胎右链传动或右万向节传动右轮胎（2）履带式摊铺机行走系统传动方案发动机联轴器分动箱左变量泵左双速马达左减速器或左链传动左履带右变量泵右双速马达右减速器或右链传动右履带（3）螺旋系统传动方案发动机联轴器分动箱左变量泵或左定量泵左变量马达或左定量马达左减速器左链传动左螺旋右变量泵或右定量泵右变量马达或右定量马达右减速器右链传动右螺旋（4）机械加宽熨平装置摊铺机振捣系统传动方案发动机联轴器分动箱变量泵或定量泵定量马达带传动或链传动万向节振捣器传动方案确定的过程，同时也是液压系统型式确定的过程。两者确定后，就能进行液压执行元件（马达和油缸
7、）的载荷及速度的计算。1.3 确定液压系统的型式液压系统由液压基本回路组成。基本回路由液压元件组成。压力控制回路用来控制系统的工作压力，以满足执行元件对力或力矩的要求，防止系统过载及减少能量损耗。摊铺机常用的压力控制回路有溢流阀调压回路、溢流阀保压回路、溢流阀卸荷回路、换向阀卸荷回路、蓄能器缓冲补油回路。速度控制回路用来控制执行元件的速度，控制方式有阀控制和泵（或马达）控制。摊铺机常用的速度控制回路有变量泵调速回路、变量马达调速回路、双速马达调速回路、调速阀调速回路、机械同步回路、分流阀同步回路、单稳阀限速回路。方向控制回路用来对油路进行接通、切断或改变方向，控制方式有阀控制、泵控制和执行元件
8、控制。摊铺机常用的方向控制回路有换向阀换向回路、双向变量泵换向回路、液压锁锁紧回路、换向阀浮动回路。液压系统的型式按油液循环方式的不同，可分为开式系统和闭式系统。开式系统的优点是：结构简单；散热好；背压消耗功率少；油液过滤条件好；维修方便；对油液过滤精度要求一般不严格。缺点是：不易无级调速；油液中易进入空气；换向冲击大；元件分散；不易实现机电液一体化；元件使用转速低；不易连续控制。闭式系统的优点是：元件集成化；无级调速；操纵方便；油液中不易进入空气；元件使用转速高；易实现机电液一体化；易连续控制。缺点是：结构复杂；散热差；背压消耗功率大；过滤条件差；维修复杂；对油液过滤精度要求高。摊铺机的液压
9、系统比较复杂，设计时应根据设计要求选择合适的系统。一般大型摊铺机以闭式系统为主，开式系统为辅；小型摊铺机以开式系统为主，闭式系统为辅。下面介绍几个摊铺机典型的液压系统：（1）行走液压系统。对于履带式摊铺机，行走液压系统采用双泵双回路(左变量泵左双速马达、右变量泵右双速马达) 闭式液压系统。对于轮胎式摊铺机，行走液压系统采用单泵单回路(单变量泵单变量马达) 闭式液压系统或单泵双回路(单变量泵双变量马达) 闭式液压系统均可。小型或后桥驱动的轮胎式摊铺机通常选用前者，大中型或前后桥驱动的轮胎式摊铺机选用后者为宜。（2）刮板输料液压系统。采用单泵单回路(单定量泵单定量马达) 开式液压系统或单泵单回路(
10、单变量泵单定量马达) 闭式液压系统均可。小型摊铺机通常选用前者，大型摊铺机通常选用后者。（3）振动液压系统。对于机械加宽熨平装置摊铺机，采用单泵单回路(单定量泵单定量马达) 开式液压系统或单泵单回路(单变量泵单定量马达) 闭式液压系统均可。小型摊铺机通常选用前者，大型摊铺机通常选用后者。对于液压伸缩熨平装置摊铺机，采用单泵双回路(单定量泵双串连定量马达) 开式液压系统。1.4 确定液压执行元件的载荷及速度液压执行元件指的是马达和油缸，它们是将液体压力能转换成机械能的元件。摊铺机上的油缸基本上都是直接承受载荷的，载荷（推拉力）大小及速度（包括行程）的计算比较简单。而马达则是通过机械传动（如齿轮传
11、动、链传动、带传动等）承受载荷的。因此，需要根据设计要求和传动方案，经过计算才能明确马达的载荷及速度。马达的载荷既是马达的阻力矩（或驱动力矩），计算公式在各个系统设计中已经介绍过，不再赘述。马达的速度既是马达的设计转速。马达阻力矩（或驱动力矩）及设计转速是选择马达的重要依据。油缸推拉力及速度（包括行程）是选择油缸的重要依据。1.5 确定液压元件 液压系统由液压元件有机的组合而构成。液压元件包括动力元件（油泵）、执行元件（马达、油缸）、控制元件（各类压力、方向、流量控制阀）、辅助元件（管道、油箱、滤油器、冷却器、蓄能器、压力表等）四大部分。液压元件选定的是否合理得当，直接影响着液压系统的完善程度
12、和可靠性。液压元件的确定，考虑的因素很多，要考虑油泵和马达的特性（如压力、转速、效率、排量、控制等）、油泵和马达的匹配、发动机和油泵的匹配、传动方案中机械传动元件和液压元件的匹配、系统之间的相互关联、系统传动效率、系统热平衡、系统防污染、总体布置、操纵方法、成本、维修、标准化等等。所以，液压元件的确定，必须综合考虑，反复验算。下面重点介绍如何确定马达和油泵。（1）确定马达马达的确定分四步进行：第一步，确定马达的类型。马达的类型是在摊铺机总体方案设计和总成方案设计时确定的，主要考虑的因素是变量方式、控制方式、压力等级、转速范围、系统型式（闭式或开式）等。摊铺机的行走马达通常选用斜轴式（或斜盘式）
13、轴向柱塞变量马达，刮板马达通常选用摆线马达，螺旋马达通常选用斜轴式轴向柱塞定量马达或径向柱塞大扭矩定量马达，振捣和振动马达通常选用斜轴式轴向柱塞定量马达或齿轮马达。第二步，计算马达的设计转速。按照设计要求中对传动系统的执行元件所确定的速度(如摊铺速度、行走速度、刮板速度、螺旋转速、振捣频率、振动频率等)和传动方案中初定的机械传动元件(如减速器、链传动、带传动等)的速比计算马达的设计转速。为了提高可靠性和延长使用寿命，马达的设计转速应当不大于其额定转速的85。第三步，计算马达的工作压力。液压系统的压力由载荷产生。马达的阻力矩（或驱动力矩）计算出来以后，按照传动方案中确定的马达类型初定马达的排量，
14、然后计算马达的压力差P。马达压力差P用下式表示： P= （MPa） （81）式中，MZ一个马达承受的载荷，即阻力矩（或驱动力矩），Nm；q 马达的排量，ml/r；m马达的机械效率；i从马达到传动系统的执行元件之间各种传动元件（如减速器、链传动、带传动等）的总速比；i从马达到传动系统的执行元件之间各种传动元件（如减速器、链传动、带传动、万向节、支撑等）的总效率。由公式（81）可知，马达压力差与其排量成反比。马达压力差加上背压就是马达的工作压力，或称系统压力。在计算马达压力差时，马达的阻力矩（或驱动力矩）是由摊铺机在标准工况下作业时的连续载荷（平均载荷）产生的。因此，马达的工作压力也就是连续工作压
15、力（平均工作压力）。为了提高可靠性和延长使用寿命，马达的工作压力应当不大于其额定压力（或公称压力）的75（履带式摊铺机行走系统应是45），但也不能偏小。如果马达的工作压力偏高，必须重新选择大排量的马达，或者调大减速器、链传动、带传动的速比，进行调整设计。如果减速器、链传动或带传动的速比被改变，还必须重新计算马达的设计转速。重新计算后的马达设计转速同样不得大于其额定转速的85。第四步，确定马达在高效率区工作。马达的工作压力和设计转速确定以后，查寻马达的特性曲线图，看看马达是否在高效率（总效率和容积效率）区工作。还应查寻一下，一旦马达的工作压力和实际转速发生波动变化时，是否会偏离高效率区。如果马达的工作状况偏离了高效率区，应当调整设计。但是，马达的最终确定，还要待考虑与油泵的匹配关系以后与油泵的确定一起完成。（2）确定油泵油泵的确定分四步进行：第一步，确定油泵的类型。油泵的类型也是在摊铺机总体方案设计和总成方案设计时确定的，主要考虑的因素是
