公路工程機械中液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用
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摘要：液壓傳動技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用型技術(shù)，它主要是借助于液壓驅(qū)動的方式，實現(xiàn)對能量的傳遞和輸送，它以受壓流體為主要的傳動介質(zhì)，并在系統(tǒng)回路的組合之下，實現(xiàn)機械裝置的自動化控制。在這項機械驅(qū)動技術(shù)之中，可以實現(xiàn)較小的力向較大的力的轉(zhuǎn)換，更好地實現(xiàn)接卸驅(qū)動應(yīng)用，因而普及應(yīng)用于我國公路工程的大型機械行走驅(qū)動系統(tǒng)之中，并以其獨特的優(yōu)勢性能，更好地實現(xiàn)復(fù)合傳動技術(shù)的實踐應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：液壓傳動技術(shù)；公路工程；機械；驅(qū)動；應(yīng)用
液壓傳動技術(shù)具有較大的功率傳遞性能，它可以應(yīng)用于功率質(zhì)量比大、高動態(tài)的響應(yīng)場合之中，不僅安裝簡便，而且容易操控，具有故障率低、便于維修的優(yōu)勢特征。在我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展的時代背景下，液壓傳動技術(shù)成為了工程機械中的重要驅(qū)動技術(shù)，它實現(xiàn)了由傳統(tǒng)機械制造技術(shù)向先進制造技術(shù)的突破，成為了高新技術(shù)的重要載體和組成內(nèi)容，為公路工程的建設(shè)提供了極為強勁的支撐。
液壓傳動技術(shù)隨著其自身的發(fā)展，應(yīng)用不斷寬泛，根據(jù)液壓傳動技術(shù)發(fā)展的進程，我們可以將其劃分為以下四個發(fā)展階段：
1.1初期應(yīng)用階段（20世紀40～50年代）。
在這個階段之中，液壓傳動技術(shù)還處于摸索的初期階段，人們嘗試性地將簡單的液壓元件和液壓系統(tǒng)，安裝并應(yīng)用于工程機械之中，在初始階段之中，這些液壓元件和液壓系統(tǒng)的應(yīng)用還處于較低的水平，系統(tǒng)作業(yè)時的壓力還較低，無法實現(xiàn)大功率的傳送，通常工作壓力為2～7MPa。
1.2快速提升階段（20世紀60、70年代）。
在這個發(fā)展階段中，液壓傳動系統(tǒng)獲得了高速的發(fā)展和提升，在這個發(fā)展進程中，液壓傳動系統(tǒng)的壓力不斷提升和增強，其輸送的功率密度也呈大幅度的上升態(tài)勢，同時，液壓傳動元件的重量也逐漸下降，產(chǎn)生了較好的應(yīng)用性能。在這個發(fā)展前提下，液壓傳動系統(tǒng)逐漸推廣運用，由工程機械作業(yè)拓展到各個機械系統(tǒng)的模塊之中，如：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等，在這些液壓傳動系統(tǒng)不斷延伸的態(tài)勢下，我國又開發(fā)研制出全新的公路工程機械——全液壓挖掘機、全液壓叉車等。
1.3可靠性提升階段（20世紀80年代）。
在這個發(fā)展階段之中，鑒于液壓傳動系統(tǒng)在工程機械中的作業(yè)環(huán)境考慮，液壓傳動系統(tǒng)需要承受塵埃、強烈振動、高溫、冰凍天氣的影響和干擾，這就對液壓傳動系統(tǒng)的工作性能提出了嚴峻的考驗和要求。同時，液壓元件在作業(yè)的過程中，由于要經(jīng)常處于高速運轉(zhuǎn)和高壓的環(huán)境之中，難免引發(fā)液壓傳動系統(tǒng)的意外故障。因而，在將液壓傳動系統(tǒng)應(yīng)用于工程機械的應(yīng)用中，將液壓傳動系統(tǒng)的可靠性提升作為了研究重點，通過提升液壓傳動系統(tǒng)的可靠性，更好地降低工程機械的系統(tǒng)污染，提升作業(yè)效率。
1.4電液控制應(yīng)用階段。
在現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和微電子技術(shù)的普及應(yīng)用背景下，工程機械的液壓傳動裝置的現(xiàn)代控制理論正在向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化。人們逐漸將工程機械的液壓傳動系統(tǒng)與計算機技術(shù)相鏈接，通過計算機自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對液壓傳動系統(tǒng)的控制，如：液壓傳動系統(tǒng)中的變量泵系統(tǒng)，高速開關(guān)閥、步進電機驅(qū)動的數(shù)字閥等，同時，在液壓傳動技術(shù)與計算機技術(shù)相聯(lián)結(jié)的過程中，還開發(fā)出了新型的智能型液壓挖掘機、混凝土泵車等公路工程機械機型，極大地提升了液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度。
2液壓傳動系統(tǒng)的構(gòu)成及特點
液壓傳動系統(tǒng)的構(gòu)成，主要包括以下內(nèi)容：
2.1液壓動力原件。
在液壓傳動系統(tǒng)的動力原件裝置之中，主要是指液壓泵，它通過將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，從而實現(xiàn)壓力油的輸送和供給。液壓泵主要由齒輪泵、葉片泵、柱塞泵構(gòu)成。其中：齒輪泵是在其密閉的空間之內(nèi)，由兩個及其以上的齒輪相互嚙合，導(dǎo)致動力空間內(nèi)部的容積發(fā)生改變，從而實現(xiàn)液體的傳送。葉片泵則是借助于葉輪的旋轉(zhuǎn)作用，將機械能轉(zhuǎn)換為水能、動能、壓能等，使液體在離心力的作用下，相互緊貼。柱塞泵則是在泵缸體之內(nèi)的往復(fù)運動方式，使泵內(nèi)的空間容積獲得改變，從而不斷吸入和排除液體，使泵內(nèi)的壓力不斷增高。
2.2液壓執(zhí)行元件。
它是在壓力油的驅(qū)動之下，提供轉(zhuǎn)矩和速度，并將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能。它的主要內(nèi)部元件為液壓馬達和液壓缸。其中：液壓馬達的功能在于通過自身不斷的旋轉(zhuǎn)，而實現(xiàn)液壓能向機械能的轉(zhuǎn)變。它具有體積小、重量輕的應(yīng)用優(yōu)勢。液壓缸的性能在于通過擺動運動方式，實現(xiàn)由液壓能向機械能的轉(zhuǎn)變。
2.3液壓控制調(diào)節(jié)元件。
實現(xiàn)對油液流動方向、壓力、流量的有效控制，促使液壓執(zhí)行元件有效做功。主要是指各種液壓閥類零件，它與電磁配壓閥組合使用，可以實現(xiàn)對管路系統(tǒng)的有效遠程控制。
2.4液壓輔助元件。
這主要是指液壓傳動系統(tǒng)的油箱、油管和濾油器等，它們可以對液壓傳動系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生一定的影響。液壓傳動系統(tǒng)在工程機械中的應(yīng)用，具有其獨特的優(yōu)勢，也有一定的劣勢，具體可以分析如下：a.應(yīng)用優(yōu)勢：（1）液壓傳動系統(tǒng)的體積較小、重量較輕、慣性力較小，可以在遭受意外沖擊的時候，產(chǎn)生較小的沖擊力。（2）可以實現(xiàn)無極調(diào)速，實現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的平穩(wěn)、自動化調(diào)節(jié)。（3）在電機旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，可以進行直線的往復(fù)運動作業(yè)，也可以較好地實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。（4）液壓泵和液壓馬達在油管的連接之下，可以較好地進行空間的合理分布和應(yīng)用。（5）液壓傳動系統(tǒng)中的元件以油液為工作介質(zhì)，可以在工作中時常處于潤滑的狀態(tài)，受到磨損的幾率較小，因而使用壽命較長。b.應(yīng)用劣勢：（1）需要有較高的維護技術(shù)，并需要確保液壓傳動油液的清潔與安全。（2）液壓元件具有較高的精度要求，因而其制造成本相對較高。（3）液壓系統(tǒng)中的元件工藝技術(shù)相對較高，需要有較高的維護水平。（4）以油液為工作介質(zhì)，容易引發(fā)工程施工中的安全隱患。
3公路工程機械中的傳動方式比較分析
3.1機械傳動
純機械傳動的驅(qū)動方式具有一定的局限性，通常是在有級變速的條件下運行，具有較低的負荷。然而，這種傳動方式可以獲得較為平穩(wěn)、高效的傳動效率，而且生產(chǎn)制造的成本較低，因而，在對經(jīng)濟性要求較為嚴格、調(diào)速范圍較小的客車和貨車而言，這種機械傳動的方式還是應(yīng)用極其普遍的。
3.2液力傳動
在這種傳動模式之下，機械傳動的離合器被變矩器所替代，實現(xiàn)分段的無級調(diào)速，它依靠其獨特的趨近于雙曲線的輸出扭矩———轉(zhuǎn)速特性，可以較好地應(yīng)用于大中型的公路工程機械之中。同時，這種液力傳動的方式還具有極大密度的功率、較低的負荷應(yīng)力，可以實現(xiàn)后置動力換擋式的變速器自動匹配負荷，因而，還可以有效地預(yù)防動力傳動裝置過載。但是，這種傳動方式也有其局限性，它的變矩范圍較小，制動能力較差，不適宜應(yīng)用于穩(wěn)態(tài)速度的工程機械領(lǐng)域。
3.3液壓傳動
這種傳動方式可以通過其恒功率輸出控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)的流量及壓力的控制。同時，它還可以實現(xiàn)極為充分的功率利用，可以在無級調(diào)速的狀態(tài)下，實現(xiàn)自如的正、反向運轉(zhuǎn)。可見，液壓傳動技術(shù)中的速度剛性大的優(yōu)勢使其應(yīng)用不斷寬泛，在不斷實踐研究的過程中，液壓傳動方式具有更為先進的傳動和控制方式，如：極限負荷調(diào)節(jié)閉式回路；轉(zhuǎn)速控制下的恒定壓力狀態(tài)；恒功率組合調(diào)節(jié)的變量等。
4液壓傳動技術(shù)在公路工程機械中的應(yīng)用
4.1液壓傳動與機械和液力傳動的復(fù)合傳動技術(shù)應(yīng)用
4.1.1串聯(lián)傳動方式。這是在液壓馬達或變速器的輸出端與驅(qū)動橋之間的部位，增添機械式變速器，這種串聯(lián)的復(fù)合傳動方式可以達到調(diào)速拓寬的高效率。
4.1.2并聯(lián)傳動方式。也即“液壓機械功率分流傳動”方式，在這種方式下，液壓和機械分成了不同的“功率流”，借助于多自由度的行星差速器，可以將這兩個不同的“功率流”加以重組，在可控的狀態(tài)下實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)總成的輸出轉(zhuǎn)速。具有無級調(diào)速性能優(yōu)化、穩(wěn)態(tài)傳動效率高的綜合性特點。
4.1.3分時傳動方式。這是利用機械傳動方式下的高速行駛以及液壓傳動方式下的低速作業(yè)，可以更好地滿足特殊施工工況作業(yè)狀態(tài)下的專用車輛。
4.1.4分位傳動方式。將液壓馬達直接安裝在車輪之內(nèi)，形成輔助式的液壓驅(qū)動裝置，它可以利用液壓傳動的無級調(diào)速性能，實現(xiàn)各種傳動方式下的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。
4.2液壓傳動與電力傳動的復(fù)合應(yīng)用
現(xiàn)代電子信息技術(shù)獲得了突飛猛進的發(fā)展，在電子信息技術(shù)應(yīng)用之下，可以快速高效地實現(xiàn)對信號的處理，從而快速調(diào)節(jié)運行速度。在液壓傳動的無級調(diào)速性能與電力傳動的信息高效處理性能復(fù)合應(yīng)用的狀態(tài)下，可以更好地發(fā)揮其功效。
4.3二次調(diào)節(jié)靜液傳動系統(tǒng)的應(yīng)用
這是以對液壓元件的調(diào)節(jié)為前提，以壓力耦聯(lián)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在定壓力耦合的狀態(tài)下，通過對馬達的調(diào)節(jié)以平衡負荷扭矩，實現(xiàn)液壓能和機械能的轉(zhuǎn)換。這是基于傳動狀態(tài)下能量的回收及再利用的原理，進行傳動總體、合理的配置，從而有效地改善靜液傳動的控制效能。
結(jié)束語
隨著公路工程機械的智能化和機電一體化的快速推進，液壓傳動技術(shù)和元件不斷先進，在公路工程機械中的行走驅(qū)動作用也日益提升，發(fā)揮出日益重要的功能。
參考文獻
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作者：劉振東 單位：江蘇省邳州市公路管理站
