混凝土搅拌运输车液压系统的设计计算

孙红源

摘要 当前,液压技术在实现高速，高压，大功率，高效率，低噪音、经久耐用、高度集成化等各项要求方面取得了重大进展，在完善比例控制伺服控制，数字控制等技术上也有许多成就。此外，液压系统和液压元件的计算机辅助设计，计算机仿真优化以及微机控制等开发性控制方面有很大发展。液压系统是混凝土搅拌运输车上车部分核心工作部件，其性能直接决定着整车的工作性能，它的正常运行是搅拌车良好技术状况的一个重要标志。因此，作好液压系统的设计计算与合理使用维护显得尤为重要，本文着重分析搅拌车的液压系统。

关键词：液压系统 使用维护 故障排除

中图分类号：TV331文献标识码： A

1液压系统的工作原理

图1是典型闭式液压传动系统组成图，它是由双向（伺服）变量柱塞液压泵、定量

1、变量泵 2、定量马达 3、油箱 4、闸阀（可选用） 5、滤油器 6、补油吸油管路 7、泵马达联接管路 8、高压管路 9、冷却器 10、冷却器旁通阀 11、回油管路 12、油箱注油口及空气过滤器

图1

柱塞液压马达以及油箱、冷却器、滤油器、胶管等辅件组成。实际使用中，一般将图1中的3、4、9、10号件集成一个整体，有利于安装。动力通过底盘取力器传送给液压泵-液压马达-减速机-搅拌筒，使搅拌筒实现装料、搅动、卸料等功能。这个传动系统是液压-机械混合式驱动装置，液压系统是中间环节，其工作原理见图2。液压系统是一个闭式液压系统，采用了手动伺服变量柱塞泵1（以下简称主泵）容积式无级调速。系统除了为完成工作所必须的主回路2（由主泵1和定量柱塞液压马达5组成）外，还有与主泵1同轴设置并装成一体的辅助泵（齿轮泵）和由它组成的辅助低压补油吸油回路8以及冷却回油管路7等。辅助泵一路通过两个单向阀向主回路低压区补油；一路经排量控制阀与调节主泵斜盘倾角的伺服液压缸相通，组成液压泵的伺服变量机构油路；还有一路是经集成阀块4中的梭形阀、低压溢流阀进入主泵和定量柱塞液压马达（以下简称马达）壳体，经回油管路7及冷却器12回油箱11，对工作中的主泵和马达进行润滑和冷却保护。

1、手动伺服变量柱塞泵 2、主回路（高压管路） 3、泵马达联接管路 4、集成阀块 5、定量柱塞马达 6、主油路测压表 7、回油管路 8、补油吸油回路 9、真空表 10、滤油器 11、油箱 12、冷却器

图2

为实现搅拌筒变速和换向等功能，在主回路中设置手动变量控制阀。它是主泵斜盘伺服液压缸的随动阀，与主泵斜盘配合控制其排油量，它与主泵做成一体。工作中，可根据搅拌筒的不同工况操作此控制阀的手柄，实现搅拌筒的速度和转向调节。此阀的操作手柄从中间位置向左、右的操作方向和幅度，相应控制主泵的斜盘方位和倾摆角度，决定主泵的排油方向和排油流量，从而通过马达的转换控制搅拌筒的转向和转速。因属随动控制，主泵流量的变化是连续的，从而可实现对搅拌筒的无级调速。但为方便准确掌握不同工况时搅拌筒需要的转速，一般在控制操作面板上相应注明加料、搅拌-搅动-停止-卸料四个位置，以示手柄应该操作的幅度。

2 液压系统的设计计算及液压元件的选取

2.1设计及选取液压元件的依据

根据设计要求，确定驱动减速机所需的驱动力矩，再计算液压系统的工作压力及液压泵、马达的排量，选取适当型号的产品。

根据相关资料，直径为2200-2300mm的标准搅拌筒驱动扭矩与搅拌筒容量的关系比值为最大值，并已考虑长时间行驶后（混凝土沉积）搅拌筒启动时的峰值。

减速机速比i因选用的产品不同区别很大，大约都在100-160之间。

图中的拌筒驱动扭矩是选取马达的依据。根据传动系统动力传递的流程情况，驱动装置应满足如下条件：

1) 液压马达的输出扭矩M马达×i≥拌筒驱动扭矩T。

2) 液压马达的输入流量Q马达=液压泵的输出流量Q泵。

3) 液压泵的输入功率P泵＞液压马达输出功率P马达。

4) 汽车底盘取力器输出功率≥P泵。

5) 汽车底盘取力器输出扭矩≥液压泵的输入扭矩M泵。

搅拌筒最高转速的设定。当发动机转速在1500～1600 r/min时，搅拌筒最高转速应不超过16 r/min。若超出此转速，因搅拌筒本身的同心度及载荷的不均匀，易对搅拌筒的支撑元件减速机及托轮造成损坏。

2.2液压马达功率P马达、输出转速n及输出扭矩M马达的计算

液压系统的输出扭矩、输出功率与负载有关，现以搅拌筒所需最大扭矩来计算马达的输出扭矩及功率，以选取马达的排量与工作压力。根据前面介绍马达形式为柱塞马达，其相应的计算公式如下：

输出扭矩M马达=（VM×△p×ηmh）/（20×π）(Nm)

输出功率P马达=(Q马达×△p×ηt)/600 (kW)

输出转速n =(Q马达×1000×ηv)/ Vg （r/min）

VM—液压马达最大排量（ml/r）

Q马达—液压马达的输入流量 (L/min)，与液压泵的输出流量相等

△p—压差（高压－低压）(bar)，在设计计算时，因为曲线中搅拌筒所需驱动扭矩为最大值，所以此处压差选取马达最高工作压力－低压。

n —液压马达的输出转速 (r/min)

ηv—液压马达的容积效率（查阅液压马达的相应参数表，一般选0.95）

ηmh—液压马达机械效率（一般选0.95）

ηt—液压马达的总效率（查阅液压马达的相应参数表，一般选0.9）

判定依据：

M马达≥T/i；

n≤搅拌筒最高转速×i。

2.3液压泵输入功率P泵、输出流量Q及输入扭矩M泵的计算

根据前面介绍的液压泵形式为双向（伺服）变量柱塞液压泵，其相应计算公式如下：

输入扭矩 M泵=(Vg×△p)/（20×π×ηph） (Nm)

输出流量Q泵 =( Vg×n×ηv)/ 1000 （L/min）

输入功率P泵=(Q泵×△p)/（600×ηt） (kW)

Vg—液压泵最大排量（ml/r）

Q泵—液压泵的输出流量 (L/min)

△p—压差（高压－低压）(bar)，此处压差选取液压泵最高工作压力－低压。

n—液压泵的输入转速 (r/min)，即底盘取力器输出转速。

ηv—液压泵的容积效率（查阅液压泵的相应参数表，一般选0.95）

ηph—液压泵机械效率（一般选0.95）

ηt—液压泵的总效率（查阅液压泵的相应参数表，一般选0.9）

判定依据：

P泵＞P马达；

汽车底盘取力器输出功率≥P泵；

汽车底盘取力器输出扭矩≥M泵。

2.4液压元件的选取

液压系统在搅拌车整个系统中起着关键性作用，属于关键的配套装置之一，因此，选取合适的液压元件具有非常重要的意义。如果液压元件，无论是液压泵还是马达在运输混凝土途中出现故障，混凝土又不能及时被清理出来，从而凝固在搅拌筒中，后果将非常严重，极有可能给使用者造成重大经济损失。所以，选取液压泵、马达时应重点考虑以下几个方面内容：

1) 液压泵、马达应有较高的可靠性，这一点是重中之重。

2) 选取的液压泵、马达的排量、额定压力应有适当余量，使液压系统处在一个相对合理的压力下工作，不仅可以避免工作中产生的热量导致系统温度过高对系统工作效率的影响，也并可避免过高压力对元件的损坏。

3) 可能的情况下，选取恒速变量液压泵。这种泵与普通泵的不同之处是在手动伺服变量泵基础上增设了手动液控阀和单向溢流节流装置。当控制手柄处在恒速位置，该泵能在发动机的不同转速时输出恒定流量，以保证马达在进料旋向恒速转动。使用这种泵的优点：一是可减少发动机的不同转速对搅拌筒转速影响的油耗，节约能源；二是搅拌筒的恒速转动有利于保持混凝土的匀质性。

冷却器应能满足液压系统散热要求。有冷却风扇的散热器，应安装温度控制传感器及开关，以自动控制风扇开启，延长风扇使用寿命。

参考文献

【1】陈宜通·混凝土机械[第一版]·北京:中国建材工业出版社· 2002

【2】常晨曦·混凝土搅拌输送车旋转无力故障的排除·工程机械与维修·2004·（9）

【3】张国龙·砼搅拌输送车应急排除·建设机械化·1998·（4）

【4】寇蔚,杨立;热测量中误差的影响因素分析[J];红外技术;2001年03期

【5】齐文娟;发射率对红外测温精度的影响[D];长春理工大学;2006年