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傳統的工程車輛的行走裝置採用機械式傳動或液力機械式傳動。機械式傳動方式具有傳動效率高、傳動精度高等優點,但換擋和調速不方便,難以實現智能控制。液力機械傳動方式是在機械傳動方式的基礎上引入了液力變矩器,液力變矩器具有傳動比與負載自適應、傳動柔和等優點,但液力變矩器的高效率區域非常狹窄,低速穩定性差,對於行駛速度較低及需要頻繁啟動、制動和換向的工程車輛來講,總傳動效率低,造成系統發熱大、可操作性差,駕駛員勞動強度高。
靜液壓傳動具有微動性好,速度剛度大,傳動效率高,易於進行啟動、制動、換向操作,且易於實現電液複合控制的優點。近幾年,隨著液壓工業的發展,液壓元件的可靠性不斷提高,成本不斷降低,國內外相繼出現了全液壓驅動的工程機械,如全液壓推土機、全液壓平地機、全液壓叉車、全液壓起重機和全液壓挖掘機等。
靜液壓驅動技術的優點是相對於機械傳動和液力機械傳動而言的液壓傳動的優點集中於動力傳動方面,而在智能控制方面,電子控制方式具有成本低、控制性能好、易於調節等優點。
在工程車輛實現全液壓化以後,如何引入電子控制方式,使液壓傳動與電子控制相結合,充分發揮液壓和電子的優點,實現工程車輛行走驅動的智能化,這是當前和今後一段時期內國內外工程車輛的發展趨勢。
目前,工程車輛行走驅動系統的傳動方式包括機械傳動、液力機械傳動、液壓傳動和電機驅動等方式,每種傳動方式都具有各自的優缺點。
機械傳動
機械傳動是指發動機的動力經過離合器、變速箱、萬向節、傳動軸、驅動橋、輪邊減速器最終驅動車輪轉動,使整車行駛的傳動方式,由於只需克服運動幅的摩擦阻力,其速度損失很小,所以具有傳動效率高、傳動精度高、傳動可靠等優點。但速度調節主要依靠變速箱換擋,調速慣性很大,響應速度不高,如果由駕駛員操作變速箱換擋,工程機械液壓控制新技術則很難掌握最佳換擋時間,同時 増加了駕駛員的勞動強度:如果採用智能換擋變速箱,成本大幅增加。由於以上缺點,目前工程車輛很少採用單純的機械傳動方式。
齒輪傳動箱
液力機械傳動
液力機械傳動是在機械傳動方式的基礎上增加了液力變矩器。液力變矩器是一種靠液力的動量傳遞動力的變速裝置。液力變矩器的輸出轉速能夠對負載轉矩自適應,當外負載增加時,輸出轉矩自動增加,輸出轉速自動降低,即液力變速器的傳動比是隨負載的變化而變化的,所以液力機械傳動方式改善了驅動系統的操作性能,降低了駕駛員的操作強度,使車輛在起步、加速、制動等過程中更加柔和可控,這種性能對於頻繁起步、停車、加速、制動的工程車輛具有重大意義。液力機械傳動的缺點是速度剛度小、傳動效率低。由於液力變矩器的扭矩自適應特性,當外部負載增加時,車輛速度自動降低,這在某些要求恆速行走的工程機械上是不允許的。另外,液力變矩器的高效率區域非常窄,在大部分的轉速範圍內效率都很低,這對於頻繁起步、加速、制動的工程車輛是個大問題。而汽車、轎車等高速車輛的啟動制動時間佔總行駛時間的比例很小,所以液力變矩器的效率對能耗的影響不大,液力變矩器因此在高速車輛上得到了廣泛應用並具有很大的優勢。
液力變矩器
液壓傳動
液壓傳動是近幾年才廣泛應用的一種傳動方式,發動機的功率經過液壓泵、液壓閥、液壓電動機最終驅動車輪行駛。液壓傳動按系統形式分為開式系統和閉式系統。開式系統由單向液壓泵、主控制閥和雙向液壓電動機組成,液壓油繹過液壓泵、主控制閥、液壓電動機做功後回到液壓油箱,其具有速度調節性好、散熱性好等優點。閉式系統由雙向液壓泵、雙向液壓電動機和輔助液壓閥組成,液壓油經過液壓泵、液壓電動機做功後再次進入液壓泵,其具有壓力高、結構緊湊、傳動平穩等優點。
液壓傳動與機械傳動、液力機械傳動相比,具有佈置靈活、可操作性好、便於實現智能控制等優點。近幾年來,隨著液壓技術的發展,液壓元件的性能不斷提高,價格不斷降低,液壓傳動的缺點逐漸縮小甚至消失,液壓傳動系統在工程車輛和特種機械上應用日漸廣泛,先後出現了全液壓推土機、全液壓平地機、全液壓起重機、全液壓挖掘機、全液壓壓路機、全液壓攤鋪機和全液壓鑽機等機械。
液壓管路
眾所周知,機器一般由五大部分組成:原動機部分;傳動系統;執行部分;控制系統;輔助系統,例如潤滑、顯示、照明等系統。如圖1所示。
現代工程機械越來越廣泛地使用液壓傳動,這是因為液壓傳動有諸多優點。
(1)在同等功率下,液壓裝置的體積小、質量輕、結構緊湊。例如液壓電動機的體積和質量只是同等功率電動機的12%左右。
(2)液壓裝置工作比較平穩。由於質量輕、慣性小、反應快,液壓裝置易於實現快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率 在實現往復迴轉運動時可達550次/min,實現往復直線運動時可達1000次/min。
(3)液壓裝置能在較大範圍內實現無級調速(調速範圍可達2000)它還可以在運行的過程中進行調速。
(4)液壓傳動易於實現自動化。這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易於進行調節或控制。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結合起來使用時,整個傳動裝置能實現很複雜的順 工程機械液壓控制新技術序動作,接受遠程控制。近年來,液壓傳動和微電子技術密切結合,得以在儘可能小的空間內傳遞出儘可能大的功率並加以精確控制。
(5)液壓裝置易於實現過載保護。液壓缸和液壓電動機能長期在失速狀態下工作而不會過載,這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑,使用壽命較長。
(6)由於液壓元件已實現了標準化、系列化和通用化,故液壓系統的設計、製造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。
(7)用液壓傳動來實現直線運動遠比機械傳動簡單。但液壓傳動不能保證嚴格的傳動比,能量損失較大,對油溫變化較敏感,製造精度要求高,成本較高。
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