560 k W全液壓推土機行駛驅動系統方案設計

張媛媛，王媛媛

(1.山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073；2.長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

0 前言

推土機是一種鏟土運輸機械，能夠挖掘平地，排棄巖土。經常應用于礦山開采、平整土地和建筑場地。隨著我國經濟的快速發展，大型的工程越來越需要大馬力工程機械的參與，以降低勞動強度，提高工作效率[1]。目前，推土機的傳動方式有機械、液力機械、全液壓和混合動力傳動等方式[2-6]。機械式和液力機械式推土機工作效率高，但是操作復雜，不夠靈活，污染環境。混合動力推土機污染小但是技術不成熟，價格昂貴。全液壓傳動系統是利用工作介質的壓力傳遞能量、靠壓力做功的系統，這種傳動方式一般采用泵和馬達組合在一起驅動履帶，無極變速，操作靈活，容易實現動力轉向和原地中心轉向，可以滿足推土機各種作業工況的要求。比較成熟的全液壓推土機主要是小馬力的推土機，大馬力的推土機的理論和實踐都不夠成熟。大馬力推土機的核心是行駛驅動系統的結構。

本研究首先介紹大馬力推土機的行駛驅動系統的基本要求，然后介紹幾種常用的驅動系統，最后提出560 kW全液壓推土機的行駛驅動系統的方案。

1 560 k W全液壓推土機液壓行駛驅動系統的基本要求

大馬力推土機由于作業環境復雜，負載較大。因此，大功率全液壓推土機行駛驅動系統應滿足以下要求：

1）推土機行駛過程中能夠實現無極變速，靈活轉向，控制起來容易。

2）推土機在作業過程中遇到大負載能夠自適應調整速度，發動機不熄火。

3）液壓系統匹配合理，可靠性高，占據空間小。

4）整機動力性、經濟型好。

2 液壓行駛驅動系統的方案設計

針對全液壓推土機液壓系統的要求，本研究介紹了三種液壓驅動系統的傳遞路線和優缺點，最終選擇560 kW全液壓推土機的液壓驅動系統。

2.1 單泵單馬達系統驅動方案

單泵單馬達液壓行駛驅動系統動力傳遞路線如圖1所示：

圖1 單泵單馬達液壓行駛驅動系統動力傳遞路線

從圖1中可以看出，發動機驅動變量泵，變量泵驅動變量馬達，動力經過驅動橋傳遞到兩側減速平衡箱體，再到驅動輪。

該系統對應的液壓驅動系統單邊回路如圖2所示。從圖2可以看出，推土機的行駛速度可以通過調節泵的排量大小調節，排量大行駛速度快，排量小行駛速度慢，比例電磁閥的作用是可以通過換向來改變馬達的轉向，馬達的轉向不同可以實現推土機前進后退，兩邊馬達轉速相等實現直線行駛，兩邊轉速差可以實現原地轉向、大半徑轉向。該方案的優點是結構簡單，制造成本低；缺點是換檔的切換困難。這種方案適合小功率的推土機。因此，單泵單馬達液壓行駛系統驅動方案適用于變速范圍小的小型推土機。

圖2 單泵單馬達液壓行駛驅動系統回路

2.2 單泵多馬達系統驅動方案

除了單泵單馬達系統，在壓力機、裝載機、推土機、攤鋪機還有采用單泵多馬達系統驅動方案。下面主要以單泵多馬達系統的單泵雙馬達系統為例來介紹。單泵雙馬達液壓行駛系統的傳遞路線如圖3所示。從圖3可以看出，發動機驅動變量液壓泵，變量泵驅動左右兩邊的液壓馬達，液壓馬達分別驅動左右兩邊的減速機構。變量泵的排量控制左右兩邊馬達的轉速，左右兩邊轉速相等實現前后行走，轉速差可以實現推土機的轉向。

圖3 單泵雙馬達液壓行駛驅動系統傳遞路線

圖4是單泵雙馬達液壓行駛驅動系統的系統回路。從圖4可以看出，液壓系統增加了安全溢流閥，安全溢流閥可以用來調節系統的最高工作壓力，工作壓力過大，安全溢流閥打開。該方案的優點是左右兩邊的速度分別采用兩個馬達，控制比較靈活；缺點是兩邊轉速控制的不同步，推土機容易出現跑偏。

圖4 單泵雙馬達液壓行駛驅動系統回路

2.3 雙泵雙馬達系統驅動方案

山推工程機械股份有限公司2010年推出的100馬力的全液壓推土機采用雙泵雙馬達驅動方式，其動力傳遞路線如圖5所示。

圖5 雙泵雙馬達行駛驅動系統動力傳遞路線

由圖5可以看出，履帶兩邊采用獨立驅動方式，發動機的動力經過分動箱給兩邊的驅動系統，兩邊的結構一樣，液壓泵驅動液壓馬達，液壓馬達的轉速經過減速機構變速，控制兩邊的速度差可以實現前進后退和轉向。

圖6是行駛驅動系統的液壓回路。

圖6 雙泵雙馬達行駛驅動系統回路圖

從圖6可以看出，履帶兩側的速度分別采用控制兩邊的泵的排量，泵的排量控制馬達的轉速，泵的轉速大小決定了前后兩側履帶的速度，轉速相等可以實現直線行走，形成轉速差推土機可以實現轉向。該方案的優點是兩邊泵和馬達獨立可以分別控制，轉向靈活；缺點是兩邊的馬達同步性不好保證，控制不好容易跑偏。該方案適用于小馬力液壓推土機。

2.4 560 k W推土機行駛驅動系統方案確定

560 kW推土機屬于大馬力推土機，采用前面的方案液壓部件的功率大，尺寸過大，不利于空間布置。因此，可以采用多泵多馬達行駛驅動系統。根據匹配計算，560 kW采用四泵四馬達行駛驅動系統。圖7是四泵四馬達行駛驅動系統動力傳遞路線。從圖7可以看出，發動機驅動兩側的兩個驅動泵，兩個泵驅動單側的兩個馬達，兩個馬達的轉速合成輸出給單邊的減速器。

圖7 560 kW全液壓推土機液壓行駛驅動系統動力傳遞路線

圖8是560 kW液壓推土機四泵四馬達液壓行駛驅動系統原理圖。從圖8可以看出，左右兩邊的結構對稱。兩個泵的排量合并提供給兩個馬達，兩個馬達的轉速和扭矩合成后提供給履帶。兩側馬達的轉速大小決定速度大小。控制四個馬達的轉速和轉向可以實現前進后退轉向[7]。該方案設置有安全閥可以調整系統壓力。補油泵可以補充油液，降低油液溫度。該方案的優點是空間尺寸小，輸出的扭矩大。

圖8 560 kW全液壓推土機四泵四馬達液壓行駛驅動系統原理圖

3 結論

綜上所述，可以得出以下結論：

1）560 kW全液壓推土機作業工況復雜，行駛驅動要求液壓系統可靠，控制系統不復雜，整機要求動力性、經濟性好。

2）本研究介紹了單泵單馬達的全液壓推土機液壓行駛驅動系統、單泵雙馬達全液壓推土機液壓行駛驅動系統、雙泵雙馬達全液壓推土機液壓行駛驅動系統的動力傳遞路線以及液壓系統結構。

3）通過對比，對560 kW全液壓推土機液壓行駛驅動系統選定了四泵四馬達的液壓行駛驅動系統方案，繪制了大功率全液壓推土機液壓行駛驅動系統原理圖。