混凝土攪拌運(yùn)輸車傳動系統(tǒng)減速機(jī)液壓泵馬達(dá)選型分析

時間：2018-11-20作者：深圳市龍崗區(qū)海鳴宇汽配商行瀏覽：512

 本文介紹了攪拌車用減速機(jī)及液壓泵、馬達(dá)的選型匹配，從理論及經(jīng)濟(jì)性的角度分析了常用的匹配方法，為市場上攪拌車選用減速機(jī)及液壓泵、馬達(dá)提供理論參考。
攪拌車的工作原理
混凝土攪拌運(yùn)輸車是一種運(yùn)輸混凝土的**車輛，其動力源于底盤發(fā)動機(jī)。通過攪拌車底盤發(fā)動機(jī)取力口取力，經(jīng)傳動軸將發(fā)動機(jī)動力傳遞給液壓油泵，產(chǎn)生高壓液壓油。液壓油驅(qū)動液壓馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)行星齒輪減速機(jī)產(chǎn)生很大的扭矩，驅(qū)動攪拌筒轉(zhuǎn)動。如圖1。
                           

1-傳動軸，2-液壓油泵，3-散熱器，4-攪拌筒，5-減速機(jī)，6-液壓馬達(dá)
圖1 攪拌車動力傳動圖
    在液壓系統(tǒng)的選型上，目前廣泛采用閉式變量泵-定量馬達(dá)無級調(diào)速液壓系統(tǒng)，各類液壓閥均組成集成塊分別裝在液壓泵和液壓馬達(dá)上，如圖2。它是通過控制桿操縱帶位置反饋的伺服閥來驅(qū)動變量缸，從而實(shí)現(xiàn)油泵雙向無級變量，通過減速機(jī)驅(qū)動攪拌筒正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的。對于小容量攪拌運(yùn)輸車，早期對其調(diào)速精度要求不高時，不少廠家采用開式液壓系統(tǒng)，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但攪拌筒較大轉(zhuǎn)速與行駛時轉(zhuǎn)速差異較大，使用開式系統(tǒng)功率損失大，系統(tǒng)發(fā)熱高且調(diào)速范圍小。

減速機(jī)的選取
由于減速機(jī)直接驅(qū)動攪拌筒的轉(zhuǎn)動，攪拌筒的安裝大多與水平面有一個向上的傾角，所以選取減速機(jī)時較直接的考量參數(shù)就是扭矩及軸向力。早期德國力士樂公司在攪拌車上做了大量實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，綜合減速機(jī)的各種工況、效率及壽命，罐體直徑φ2300mm時，罐體旋轉(zhuǎn)時所需減速機(jī)的扭矩6000 N·m / m3，一般選取時，減速機(jī)所能提供的扭矩大小為選取的**參數(shù)，14方量以上攪拌車可以在此參數(shù)上適當(dāng)減小，但較小一般不應(yīng)小于5000N·m / m3。攪拌車的方量越大，所需要的扭矩也就越大，由于攪拌筒是傾斜安裝的，其重力在水平方向的分力也越大，對減速機(jī)的水平?jīng)_擊力也越大，所以一般減速機(jī)對攪拌筒的安裝角度都作了限制。由于整機(jī)外形尺寸有一定限制，攪拌筒一般方量越大，直徑越大，轉(zhuǎn)動時的線速度也越大，為了控制攪拌筒的線速度，增加安全性，所以大方量攪拌車用減速機(jī)速比一般也較大。
液壓泵、液壓馬達(dá)的選取
液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，這兩個參數(shù)是選擇液壓元件的主要依據(jù)。GB/T 26408《混凝土攪拌運(yùn)輸車》規(guī)定，攪拌筒設(shè)計(jì)較高轉(zhuǎn)速不得大于16r/min，在設(shè)計(jì)選型時可按較高轉(zhuǎn)速確定，以10m3為例，驅(qū)動攪拌筒以16r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動所需減速機(jī)扭矩為60000 N·m/ m3，如果選定減速機(jī)速比為130，則需要馬達(dá)輸出的較大扭矩為：
T馬達(dá)= M罐/i =60000/130=461.5 N·m
根據(jù)一般情況下液壓馬達(dá)輸出軸的較大扭矩并綜合考慮系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性、安全性條件，較大工作壓力一般可選350bar。
由T馬達(dá)=Vq馬達(dá)×△P×ηm/20π可知馬達(dá)的排量
Vq=T馬達(dá)×20π/（△P×ηm）
式中T馬達(dá)—馬達(dá)輸出的較大扭矩，N·m
Vq馬達(dá)—馬達(dá)的較大排量，ml/r
△P—馬達(dá)進(jìn)出油口壓力差，即所選的系統(tǒng)壓力，bar
ηm—馬達(dá)的機(jī)械效率，取0.95
所以有Vq馬達(dá)=T馬達(dá)×20π/（△P×ηm）
=461.5×20×3.14/（350×0.95）
=87.2ml/r
由于是閉式回路，變量液壓泵的較大工作壓力由負(fù)載的性質(zhì)決定，根據(jù)扭矩計(jì)算液壓泵排量，公式如下：
△P泵=△P+ P損
式中，△P—液壓系統(tǒng)的較大工作壓力，一般取350bar
      P損—液壓泵的出口到液壓馬達(dá)的進(jìn)口之間的沿程損失和局部損失之和，一般可取5bar
△P泵—液壓泵的較大工作壓力，bar
所以，液壓泵的較大工作壓力為：
△P泵=△P+ P損=350+5=355bar
由T泵=Vq泵×△P泵/（20π×ηmh）可知液壓泵的排量
Vq泵=T泵×20π×ηmh /△P泵
式中T泵—液壓泵輸入的較大扭矩，N·m
Vq泵—液壓泵的較大排量，ml/r
△P泵—液壓泵進(jìn)出油口壓力差，bar
ηm—機(jī)械-液壓的效率，取0.95
所以有Vq泵=T泵×20π×ηmh /△P泵
=461.5×20×3.14×0.95/355
=77.6ml/r
根據(jù)流量計(jì)算液壓泵排量，馬達(dá)的較大轉(zhuǎn)速n馬達(dá)不應(yīng)小于攪拌筒較大轉(zhuǎn)速與減速機(jī)速比的乘積，即
16×130=2080rpm
攪拌筒轉(zhuǎn)速16r/min時馬達(dá)的輸入流量：
    Q馬達(dá)=Vq馬達(dá)×n /（1000×ηv）
式中Q馬達(dá)—馬達(dá)輸入的較大流量，L/min
    Vq馬達(dá)—馬達(dá)的較大排量，ml/r
ηv—馬達(dá)的容積效率，取0.95
n馬達(dá)—馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，rpm
所以有Q馬達(dá)=Vq馬達(dá)×n /（1000×ηv）
=87.2×2080/（1000×0.95）
=190.9L/min
液壓泵的流量Q泵=KQ馬達(dá)
式中K—系統(tǒng)泄漏系數(shù)，取K=1.1
所以有Q泵=KQ馬達(dá)
              =1.1×190.9
          =210 L/min
液壓泵通過傳動軸直接連接到發(fā)動機(jī)取力口，其轉(zhuǎn)速可以默認(rèn)為與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相同。從各通用底盤發(fā)動機(jī)功率及扭矩曲線可知，速度越大功率越大，但**過一定速度后扭矩下降很快，所以一般控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不**過2500 rpm，泵的轉(zhuǎn)速也為2500 rpm。
泵的排量Vq泵=Q泵×1000/2500=84 ml/r
從以上計(jì)算方式可以看出，泵、馬達(dá)的排量有一定差異，而在實(shí)際使用中一般選取同樣排量的泵馬達(dá)，即使考慮回路功率損失，泵、馬達(dá)排量差異一般以不**過10ml/r為宜。
為了保證閉式回路的正常工作，必須在回路中增加的控制系統(tǒng)不同生產(chǎn)商有不同的控制方式，所以一般選擇同一品牌的泵馬達(dá)進(jìn)行匹配。只有雙方有合作的生產(chǎn)商才可以互相搭配。
4 經(jīng)濟(jì)匹配
從以上可以看出，泵、馬達(dá)、減速機(jī)的選型是一個復(fù)雜的匹配過程。當(dāng)方量一定時，驅(qū)動攪拌筒所需的扭矩也就確定了，減速機(jī)的型號基本也就確定了，如果想降低泵馬達(dá)的排量，勢必需要增大系統(tǒng)壓力。而在液壓元件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，壓力上升到一定的數(shù)值后繼續(xù)升高，其密封方式及工藝手段都需要很大的不同，生產(chǎn)成本大幅提高，考慮到價格因素，所以匹配不同攪拌筒方量時選擇泵馬達(dá)都是從改變排量的角度考慮。
在8m3以下減速機(jī)的匹配時，并不僅僅只是考慮扭矩的問題，同時還需考慮攪拌筒安裝角度過大造成的軸向力問題，傾角越大，軸向力越大，所以市面上的8m3攪拌車多選用60000N·m等級而非48000N·m等級的減速機(jī)?？紤]到安全性、價格、壽命等問題，10m3以上可以套用6000 N·m / m3的原則選取，而8m3以下應(yīng)該更多的考量軸向力以及匹配相應(yīng)泵馬達(dá)時產(chǎn)生的價格問題。表1為常用三大件匹配規(guī)格。
表1 常用三大件匹配規(guī)格

結(jié)    論
攪拌運(yùn)輸車液壓傳動系統(tǒng)的選型是一個除了以技術(shù)參數(shù)為主要依據(jù)的過程外，還是一個綜合考量的過程，一般方量大，減速機(jī)扭矩大，速比也相對大些，泵馬達(dá)的排量也相對增大。減速機(jī)由于扭矩變化后重量變化較大，不同型號的減速機(jī)價格差異較大，所以各生產(chǎn)商的產(chǎn)品型譜還較完善，但泵馬達(dá)產(chǎn)品由于小排量產(chǎn)品同大排量產(chǎn)品生產(chǎn)工藝基本一致，僅僅在重量上有輕微區(qū)分，很多生產(chǎn)商出于市場經(jīng)濟(jì)性考慮，大多采用生產(chǎn)量較大的大排量產(chǎn)品所替代，總成本反而比生產(chǎn)少量的小排量產(chǎn)品還要降低。所以市場上很多小方量攪拌車用泵馬達(dá)雖然從理論上可以用小排量產(chǎn)品，但使用時大多與大方量攪拌車相同。再加上小方量車用減速機(jī)為降低制造成本，一般速比偏小，比如匹配6 m3時，由于減速機(jī)速比也較小，計(jì)算下來的泵馬達(dá)的排量在系統(tǒng)壓力350bar前提下與匹配10m3相差不多。所以，攪拌運(yùn)輸車用傳動件的選型原則應(yīng)是在首先滿足技術(shù)性能的前提下以使用經(jīng)濟(jì)性為良好目標(biāo)的


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