工程機械液壓行走系統(tǒng)的設(shè)計與理論深度剖析：原理、創(chuàng)新與應用一、引言1.1研究背景與意義工程機械作為現(xiàn)代建設(shè)、制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位。其廣泛應用于建筑施工、水利水電工程、道路橋梁建設(shè)、礦山開采、港口作業(yè)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等眾多行業(yè)，是推動基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要力量。從高聳入云的摩天大樓到縱橫交錯的高速公路，從廣袤無垠的農(nóng)田到繁忙有序的港口，工程機械的身影無處不在，它們極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了人力成本，為社會的發(fā)展和進步做出了巨大貢獻。在工程機械中，液壓行走系統(tǒng)作為核心動力系統(tǒng)之一，對設(shè)備的性能提升起著關(guān)鍵作用。液壓行走系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓馬達、控制閥、管路以及油箱等部分組成。液壓泵將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，為系統(tǒng)提供高壓油液；液壓馬達則將液壓能再轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動工程機械的行走裝置；控制閥用于調(diào)節(jié)油液的流量、壓力和方向，以實現(xiàn)對行走速度、轉(zhuǎn)向和制動等的精確控制；管路負責傳輸油液，連接各個液壓元件；油箱則儲存液壓油，為系統(tǒng)提供充足的油液供應。與其他傳動方式相比，液壓行走系統(tǒng)具有諸多顯著優(yōu)勢。在傳動效率方面，液壓傳動能夠?qū)崿F(xiàn)較高的功率傳遞效率，有效減少能量損耗。以某型號挖掘機為例，其采用的液壓行走系統(tǒng)在滿載工況下的傳動效率可達80%以上，相比傳統(tǒng)機械傳動方式，效率提升了15%-20%，使得發(fā)動機輸出的功率能夠更有效地轉(zhuǎn)化為行走動力，降低了燃油消耗。在調(diào)速性能上，液壓行走系統(tǒng)可實現(xiàn)無級調(diào)速，能夠根據(jù)不同的作業(yè)工況和行駛條件，精確地調(diào)整行走速度。在挖掘作業(yè)時，操作人員可以根據(jù)挖掘深度、土壤硬度等因素，通過控制液壓系統(tǒng)的流量，實時、精準地調(diào)節(jié)挖掘機的行走速度，確保作業(yè)的高效和安全。其在低速大扭矩輸出方面表現(xiàn)出色，能夠為工程機械在重載、爬坡等惡劣工況下提供強大的驅(qū)動力。在礦山開采中，裝載機車需要頻繁地在坡度較大的道路上行駛并裝載重物，液壓行走系統(tǒng)能夠輕松應對這種工況，輸出穩(wěn)定且強大的扭矩，保證裝載機的正常運行。隨著科技的飛速發(fā)展和市場需求的不斷變化，工程機械行業(yè)正朝著智能化、高效化、綠色化的方向邁進。這對液壓行走系統(tǒng)提出了更高的要求。智能化方面，需要液壓行走系統(tǒng)具備更精準的傳感器和更先進的控制算法，以實現(xiàn)自主導航、智能避障等功能，提高工程機械的作業(yè)安全性和智能化水平。高效化要求液壓行走系統(tǒng)進一步優(yōu)化設(shè)計，提高能量利用率，減少功率損失，從而提升工程機械的整體工作效率。綠色化則促使液壓行走系統(tǒng)采用環(huán)保型液壓油，降低對環(huán)境的污染，同時減少能源消耗，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。深入研究工程機械液壓行走系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。從技術(shù)創(chuàng)新角度來看，通過對液壓行走系統(tǒng)的研究，可以推動液壓技術(shù)與電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等多學科的深度融合，開發(fā)出更先進的液壓元件和控制系統(tǒng)，如新型的變量泵、高精度的傳感器以及智能控制算法等，為工程機械的技術(shù)升級提供有力支持。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，高性能的液壓行走系統(tǒng)能夠提升工程機械的整體性能和市場競爭力，促進工程機械產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級，推動我國從工程機械制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變，增強我國在國際市場上的話語權(quán)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著工程機械行業(yè)的快速發(fā)展，液壓行走系統(tǒng)作為關(guān)鍵技術(shù)，受到了國內(nèi)外學者和企業(yè)的廣泛關(guān)注。國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究在設(shè)計理論、關(guān)鍵技術(shù)等方面均取得了顯著進展，同時也存在一些不足，并呈現(xiàn)出明確的未來發(fā)展方向。在設(shè)計理論方面，國外的研究起步較早，德國、日本和美國等國家處于領(lǐng)先地位。德國的博世力士樂（BoschRexroth）公司在液壓系統(tǒng)設(shè)計理論研究中，運用先進的數(shù)字孿生技術(shù)，建立了高精度的液壓元件和系統(tǒng)虛擬模型，實現(xiàn)了對液壓行走系統(tǒng)性能的精確預測和優(yōu)化。通過虛擬模型，能夠在設(shè)計階段對系統(tǒng)的流量、壓力、效率等關(guān)鍵參數(shù)進行模擬分析，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行改進，大大縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。日本的川崎重工在液壓挖掘機行走系統(tǒng)設(shè)計中，深入研究了負載敏感技術(shù)與發(fā)動機的匹配理論，提出了基于負載自適應的發(fā)動機-液壓泵聯(lián)合控制策略。該策略能夠根據(jù)挖掘機的實際工作負載，實時調(diào)整發(fā)動機的輸出功率和液壓泵的排量，使發(fā)動機始終工作在高效區(qū)間，有效提高了整機的燃油經(jīng)濟性和工作效率。美國的卡特彼勒（Caterpillar）公司則在裝載機液壓行走系統(tǒng)設(shè)計中，引入了多目標優(yōu)化理論，綜合考慮了系統(tǒng)的動力性、經(jīng)濟性、可靠性等多個目標，通過遺傳算法等優(yōu)化算法，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和控制參數(shù)進行優(yōu)化，取得了良好的優(yōu)化效果，提升了裝載機在不同工況下的作業(yè)性能。國內(nèi)在液壓行走系統(tǒng)設(shè)計理論方面的研究近年來也取得了長足進步。國內(nèi)眾多高校和科研機構(gòu)，如浙江大學、華中科技大學等，在液壓系統(tǒng)動態(tài)特性分析、節(jié)能控制策略等方面開展了深入研究。浙江大學的科研團隊基于現(xiàn)代控制理論，提出了一種自適應魯棒控制算法，應用于液壓行走系統(tǒng)的速度控制中。該算法能夠根據(jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和外部干擾，自動調(diào)整控制參數(shù)，有效提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和速度控制精度，使工程機械在復雜工況下也能保持穩(wěn)定的行走速度。華中科技大學在液壓系統(tǒng)可靠性設(shè)計理論研究中，采用故障樹分析（FTA）和失效模式與影響分析（FMEA）等方法，對液壓行走系統(tǒng)的潛在故障模式進行了全面分析，建立了可靠性模型，并提出了相應的可靠性優(yōu)化設(shè)計方法，提高了系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。關(guān)鍵技術(shù)研究上，國外在液壓元件制造技術(shù)方面具有明顯優(yōu)勢。德國的哈威（HAWE）公司在柱塞泵的制造工藝上，采用了先進的高精度加工技術(shù)和表面處理技術(shù)，使柱塞泵的容積效率和機械效率得到了顯著提高，降低了泄漏和磨損，延長了使用壽命。日本的不二越（Nachi）公司在液壓馬達的研發(fā)中，運用新型材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了液壓馬達的低速穩(wěn)定性和高扭矩輸出能力，滿足了工程機械在復雜工況下的動力需求。在電液控制技術(shù)方面，美國的派克漢尼汾（ParkerHannifin）公司開發(fā)了先進的數(shù)字式電液比例閥和伺服閥，具有響應速度快、控制精度高、抗污染能力強等優(yōu)點，廣泛應用于高端工程機械液壓行走系統(tǒng)中，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的精確控制和智能化操作。國內(nèi)在關(guān)鍵技術(shù)研究方面也在不斷追趕。在液壓元件國產(chǎn)化方面取得了一定成果，部分國產(chǎn)液壓元件已經(jīng)能夠替代進口產(chǎn)品，應用于中低端工程機械中。例如，恒立液壓在液壓油缸的制造技術(shù)上取得了突破，其生產(chǎn)的液壓油缸性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，在國內(nèi)市場占據(jù)了一定的份額。在智能控制技術(shù)研究方面，國內(nèi)積極開展了對人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在液壓行走系統(tǒng)中的應用研究。一些企業(yè)通過在液壓行走系統(tǒng)中安裝傳感器和智能控制器，實現(xiàn)了對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和遠程控制，提高了設(shè)備的管理效率和維護便利性。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將工程機械的運行數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)皆贫耍ㄟ^數(shù)據(jù)分析和挖掘，能夠提前預測設(shè)備故障，實現(xiàn)預防性維護，降低設(shè)備故障率和維修成本。盡管國內(nèi)外在工程機械液壓行走系統(tǒng)研究方面取得了豐碩成果，但仍存在一些不足之處。在設(shè)計理論方面，目前的研究大多集中在單一工況下的系統(tǒng)優(yōu)化，對于復雜多變工況下的系統(tǒng)綜合性能優(yōu)化研究還不夠深入。不同工況之間的切換對系統(tǒng)的動態(tài)響應和穩(wěn)定性影響較大，如何建立更加準確的多工況聯(lián)合仿真模型，實現(xiàn)系統(tǒng)在全工況范圍內(nèi)的最優(yōu)設(shè)計，是亟待解決的問題。在關(guān)鍵技術(shù)方面，雖然液壓元件的性能有了顯著提升，但與國外先進水平相比，仍存在一定差距，尤其是在高端液壓元件的可靠性和耐久性方面。此外，智能控制技術(shù)在液壓行走系統(tǒng)中的應用還處于初級階段，智能化程度有待進一步提高，如何實現(xiàn)更加精準的智能控制和故障診斷，也是當前研究的重點和難點。展望未來，工程機械液壓行走系統(tǒng)的研究將呈現(xiàn)出以下幾個方向。在設(shè)計理論上，多學科交叉融合將成為發(fā)展趨勢，結(jié)合機械、液壓、控制、材料等多學科知識，開展協(xié)同設(shè)計和優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的綜合性能。同時，基于大數(shù)據(jù)和人工智能的設(shè)計方法將得到更廣泛的應用，通過對大量工程數(shù)據(jù)的分析和學習，實現(xiàn)系統(tǒng)的自主設(shè)計和優(yōu)化。在關(guān)鍵技術(shù)方面，液壓元件將朝著高性能、高可靠性、小型化和輕量化的方向發(fā)展，不斷提高元件的效率和壽命。智能控制技術(shù)將進一步深化應用，實現(xiàn)液壓行走系統(tǒng)的高度智能化和自動化，如自主導航、自適應控制等功能的實現(xiàn)，將極大地提高工程機械的作業(yè)效率和安全性。綠色環(huán)保技術(shù)也將成為研究熱點，開發(fā)節(jié)能型液壓系統(tǒng)和環(huán)保型液壓油，減少能源消耗和環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。1.3研究內(nèi)容與方法本研究旨在深入剖析工程機械液壓行走系統(tǒng)，從系統(tǒng)組成、工作原理到設(shè)計流程與關(guān)鍵技術(shù)，再到實際應用案例分析，全面且細致地展開研究，同時綜合運用多種研究方法，確保研究的科學性與可靠性。在研究內(nèi)容上，首先對工程機械液壓行走系統(tǒng)的組成進行詳細分析。深入探討液壓泵、液壓馬達、控制閥、管路以及油箱等核心部件的結(jié)構(gòu)、類型和工作特性。在液壓泵方面，研究不同類型如齒輪泵、葉片泵、柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點，包括齒輪泵的簡單緊湊結(jié)構(gòu)、葉片泵的高流量均勻性以及柱塞泵的高壓適應性等；分析其工作原理，如齒輪泵通過齒輪嚙合與脫離實現(xiàn)吸油和壓油過程；探究其在不同工況下的性能表現(xiàn)，像在高壓力需求工況下柱塞泵的高效穩(wěn)定輸出。對于液壓馬達，研究常見類型如齒輪馬達、葉片馬達、柱塞馬達的結(jié)構(gòu)，分析其將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能的工作原理，以及在不同負載條件下的扭矩和轉(zhuǎn)速輸出特性，如柱塞馬達在低速大扭矩工況下的良好表現(xiàn)。對控制閥、管路和油箱等部件，也分別從結(jié)構(gòu)、功能和性能影響等方面進行深入研究，以全面掌握系統(tǒng)組成要素。其次，對工程機械液壓行走系統(tǒng)的工作原理進行深入研究。詳細闡述系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換與傳遞的過程，從發(fā)動機輸出機械能驅(qū)動液壓泵工作，將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，到液壓油通過管路傳輸至液壓馬達，液壓馬達再將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動行走裝置。深入分析系統(tǒng)的控制原理，包括速度控制、轉(zhuǎn)向控制和制動控制等。在速度控制方面，研究通過調(diào)節(jié)液壓泵的排量或改變液壓馬達的排量來實現(xiàn)無級調(diào)速的原理；轉(zhuǎn)向控制中，探討采用不同的轉(zhuǎn)向方式，如差速轉(zhuǎn)向、鉸接轉(zhuǎn)向等的工作原理；制動控制上，分析機械制動、液壓制動和電磁制動等方式的原理和應用場景。還將分析系統(tǒng)在不同工況下的工作特性，如在重載、爬坡、轉(zhuǎn)彎等工況下的壓力、流量變化以及各部件的協(xié)同工作情況。再者，對工程機械液壓行走系統(tǒng)的設(shè)計流程進行全面研究。從需求分析出發(fā)，詳細闡述如何根據(jù)工程機械的作業(yè)要求、工作環(huán)境以及性能指標等因素，確定液壓行走系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，如系統(tǒng)的工作壓力、流量、扭矩、轉(zhuǎn)速等。在方案設(shè)計階段，研究多種可行的設(shè)計方案，包括開式系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)的選擇、定量泵與變量泵的搭配、不同類型液壓馬達的應用等，并通過技術(shù)經(jīng)濟分析進行方案的比較與優(yōu)化。在元件選型環(huán)節(jié)，依據(jù)設(shè)計參數(shù)和系統(tǒng)要求，精確選擇合適的液壓泵、液壓馬達、控制閥、管路等元件，考慮元件的性能參數(shù)、可靠性、成本等因素。進行系統(tǒng)的集成與調(diào)試研究，探討如何將各個元件合理安裝和連接，組成完整的液壓行走系統(tǒng)，并進行調(diào)試和優(yōu)化，確保系統(tǒng)的性能達到設(shè)計要求。另外，對工程機械液壓行走系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究。研究節(jié)能技術(shù)，如負載敏感技術(shù)、功率匹配技術(shù)、能量回收技術(shù)等的原理和應用效果。負載敏感技術(shù)通過實時感知負載需求，調(diào)節(jié)液壓泵的輸出流量和壓力，實現(xiàn)節(jié)能；功率匹配技術(shù)確保發(fā)動機與液壓泵的功率匹配，提高能源利用率；能量回收技術(shù)在制動等過程中回收能量并儲存再利用。研究智能控制技術(shù)，包括電液比例控制、電液伺服控制、基于傳感器和控制器的智能控制系統(tǒng)等。電液比例控制通過控制電信號實現(xiàn)對液壓參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)；電液伺服控制能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置、速度和力控制；智能控制系統(tǒng)利用傳感器采集數(shù)據(jù)，通過控制器進行分析和決策，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化運行。還將研究可靠性技術(shù)，如系統(tǒng)的故障診斷與預測、冗余設(shè)計、液壓油的污染控制等，以提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。最后，對工程機械液壓行走系統(tǒng)的應用案例進行分析。選擇典型的工程機械，如挖掘機、裝載機、推土機等，詳細介紹其液壓行走系統(tǒng)的設(shè)計特點、工作原理和實際應用情況。分析這些案例中液壓行走系統(tǒng)在不同工況下的性能表現(xiàn)，如挖掘機在挖掘作業(yè)時的行走穩(wěn)定性和動力輸出，裝載機在裝卸物料時的速度控制和轉(zhuǎn)向靈活性等。通過實際案例分析，總結(jié)液壓行走系統(tǒng)在應用中存在的問題和改進方向，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供實踐依據(jù)。在研究方法上，本研究將采用多種方法相結(jié)合的方式。文獻研究法，廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)的學術(shù)文獻、技術(shù)報告、專利等資料，全面了解工程機械液壓行走系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及存在的問題，為后續(xù)的研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。通過對大量文獻的梳理和分析，掌握國內(nèi)外在液壓行走系統(tǒng)設(shè)計理論、關(guān)鍵技術(shù)等方面的研究成果，明確研究的重點和難點。理論分析法，基于液壓傳動原理、機械設(shè)計原理、控制理論等基礎(chǔ)理論，對工程機械液壓行走系統(tǒng)的工作原理、設(shè)計流程和關(guān)鍵技術(shù)進行深入的理論分析和推導。建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，運用數(shù)學工具進行計算和分析，預測系統(tǒng)的性能和特性，為系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供理論依據(jù)。案例研究法，選取具有代表性的工程機械液壓行走系統(tǒng)應用案例，進行詳細的調(diào)查和分析。通過實地考察、與工程技術(shù)人員交流、獲取實際運行數(shù)據(jù)等方式，深入了解案例中液壓行走系統(tǒng)的實際應用情況，總結(jié)經(jīng)驗教訓，發(fā)現(xiàn)問題并提出改進措施。仿真實驗法，利用專業(yè)的液壓系統(tǒng)仿真軟件，如AMESim、MATLAB/Simulink等，對工程機械液壓行走系統(tǒng)進行建模和仿真分析。通過設(shè)置不同的工況和參數(shù)，模擬系統(tǒng)的運行過程，分析系統(tǒng)的性能指標，如壓力、流量、轉(zhuǎn)速、扭矩等，驗證理論分析的結(jié)果，優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計方案。同時，搭建實驗平臺，進行物理實驗，對仿真結(jié)果進行驗證和補充，提高研究結(jié)果的可靠性和準確性。二、工程機械液壓行走系統(tǒng)基礎(chǔ)理論2.1系統(tǒng)組成與工作原理2.1.1主要部件構(gòu)成工程機械液壓行走系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓馬達、控制閥、油箱以及管路等部件構(gòu)成，這些部件相互協(xié)作，共同實現(xiàn)系統(tǒng)的正常運行。液壓泵作為系統(tǒng)的動力源，承擔著將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能的關(guān)鍵任務。其工作原理基于容積變化，通過內(nèi)部部件的運動改變密封容積大小，實現(xiàn)油液的吸入與排出。常見的液壓泵類型包括齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，通過齒輪的嚙合與脫離，使得密封容積周期性變化，從而實現(xiàn)吸油和壓油過程，常用于對壓力和流量要求相對不高的場合，如一些小型工程機械的輔助系統(tǒng)。葉片泵具有流量均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低等優(yōu)點，它依靠葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的滑動，改變密封容積來實現(xiàn)吸油和排油，適用于對流量穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)，如部分中型起重機的液壓行走系統(tǒng)。柱塞泵則憑借其高壓、大流量和高效率的特點，在大型工程機械中廣泛應用，它通過柱塞在缸體孔內(nèi)的往復運動，使密封容積發(fā)生變化，完成油液的吸排，例如大型挖掘機的液壓行走系統(tǒng)，就需要柱塞泵提供強大的液壓動力。液壓馬達是將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能的執(zhí)行元件，它的輸出軸能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，為工程機械的行走提供動力。常見的液壓馬達類型有齒輪馬達、葉片馬達和柱塞馬達。齒輪馬達結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但扭矩較小，適用于對扭矩要求不高的小型設(shè)備行走驅(qū)動，如小型叉車的液壓行走系統(tǒng)。葉片馬達具有轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動慣量小的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動和停止，常用于對速度響應要求較高的場合，如一些輕型工程車輛的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。柱塞馬達則以其高扭矩、高效率的優(yōu)勢，成為大型工程機械行走驅(qū)動的首選，它能夠在低速大扭矩工況下穩(wěn)定運行，滿足大型挖掘機、裝載機等設(shè)備在重載作業(yè)時的動力需求?？刂崎y是液壓行走系統(tǒng)的控制核心，主要包括方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥。方向控制閥用于控制油液的流動方向，從而實現(xiàn)液壓馬達的正反轉(zhuǎn)，以滿足工程機械前進、后退和轉(zhuǎn)向的需求。例如，換向閥通過改變閥芯的位置，切換油液的通路，使液壓馬達的進出油口改變，實現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)方向的改變，廣泛應用于各種工程機械的行走控制中。壓力控制閥用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力，保證系統(tǒng)在安全、穩(wěn)定的壓力范圍內(nèi)工作。溢流閥是常見的壓力控制閥，當系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時，溢流閥開啟，將多余的油液溢流回油箱，防止系統(tǒng)壓力過高，保護系統(tǒng)元件，在大型起重機的液壓行走系統(tǒng)中，溢流閥起到了至關(guān)重要的安全保護作用。流量控制閥則用于調(diào)節(jié)油液的流量，進而控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速和工程機械的行走速度。節(jié)流閥通過改變節(jié)流口的大小，控制油液的流量，實現(xiàn)對液壓馬達轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，常用于對速度控制精度要求不高的場合；調(diào)速閥則結(jié)合了節(jié)流閥和定差減壓閥的特點，能夠在負載變化時保持流量穩(wěn)定，實現(xiàn)更精確的速度控制，在對速度穩(wěn)定性要求較高的工程機械，如攤鋪機的液壓行走系統(tǒng)中得到應用。油箱是液壓行走系統(tǒng)中儲存液壓油的部件，同時還具有散熱、沉淀雜質(zhì)和分離油液中空氣的作用。它為系統(tǒng)提供充足的油液供應，確保系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運行。油箱的容量根據(jù)系統(tǒng)的大小和工作要求確定，一般應滿足系統(tǒng)在正常工作條件下的油液需求，并考慮一定的余量。為了保證油液的清潔度，油箱通常配備有過濾器，用于過濾油液中的雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進入系統(tǒng)，損壞液壓元件。此外，油箱還設(shè)有通氣裝置，保持油箱內(nèi)與大氣相通，避免油箱內(nèi)形成真空或壓力過高，影響系統(tǒng)的正常工作。管路是連接液壓系統(tǒng)各個部件的通道，用于傳輸液壓油。它的材質(zhì)和規(guī)格選擇對系統(tǒng)的性能和可靠性有著重要影響。常見的管路材質(zhì)有鋼管、銅管和橡膠管。鋼管具有強度高、耐高壓、耐腐蝕性好的特點，適用于高壓、大流量的液壓系統(tǒng)，如大型挖掘機的主油路。銅管則具有良好的柔韌性和耐腐蝕性，易于彎曲和安裝，常用于中低壓系統(tǒng)和一些對安裝空間要求較高的場合，如小型工程機械的部分油路。橡膠管具有柔韌性好、耐振動和耐沖擊的優(yōu)點，常用于連接有相對運動部件的油路，如液壓馬達與減速器之間的連接管路。管路的規(guī)格應根據(jù)系統(tǒng)的流量和壓力要求進行選擇，確保油液在管路中能夠順暢流動，同時要保證管路的密封性，防止油液泄漏，以免影響系統(tǒng)性能和造成環(huán)境污染。2.1.2工作原理詳解工程機械液壓行走系統(tǒng)的工作原理基于帕斯卡定律，即密閉液體上的壓強，能夠大小不變地向各個方向傳遞。在這個系統(tǒng)中，能量的轉(zhuǎn)換與傳遞是實現(xiàn)行走功能的核心。發(fā)動機輸出的機械能首先傳遞給液壓泵。以柱塞泵為例，發(fā)動機帶動泵的傳動軸旋轉(zhuǎn)，使柱塞在缸體的柱塞孔內(nèi)做往復運動。當柱塞向外運動時，柱塞腔的容積增大，壓力降低，油箱中的油液在大氣壓的作用下，通過吸油管路進入柱塞腔，完成吸油過程；當柱塞向內(nèi)運動時，柱塞腔的容積減小，油液受到擠壓，壓力升高，油液通過排油管路被輸送出去，從而將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，輸出具有一定壓力和流量的高壓油液。高壓油液通過管路被輸送到液壓馬達。液壓馬達的工作原理與液壓泵相反，當高壓油液進入液壓馬達的進油口時，油液的壓力作用在馬達的轉(zhuǎn)子或柱塞上，產(chǎn)生扭矩，使轉(zhuǎn)子或柱塞旋轉(zhuǎn)，從而將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，輸出旋轉(zhuǎn)運動。例如，在柱塞式液壓馬達中，高壓油液進入柱塞腔，推動柱塞向外運動，柱塞的運動通過連桿帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機械能的輸出。在系統(tǒng)中，控制閥起著關(guān)鍵的控制作用。以速度控制為例，當需要調(diào)節(jié)工程機械的行走速度時，可以通過調(diào)節(jié)流量控制閥來實現(xiàn)。如調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，改變油液的流量。當節(jié)流閥開度增大時，進入液壓馬達的油液流量增加，液壓馬達的轉(zhuǎn)速升高，工程機械的行走速度加快；反之，當節(jié)流閥開度減小時，進入液壓馬達的油液流量減少，液壓馬達的轉(zhuǎn)速降低，工程機械的行走速度減慢。轉(zhuǎn)向控制則通過控制液壓油的流向來實現(xiàn)。對于采用差速轉(zhuǎn)向的工程機械，如一些小型挖掘機，當需要轉(zhuǎn)向時，通過操作方向控制閥，使流向左右兩側(cè)液壓馬達的油液流量不同。例如，向左轉(zhuǎn)向時，減少左側(cè)液壓馬達的進油流量，同時增加右側(cè)液壓馬達的進油流量，使得右側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速高于左側(cè)車輪，從而實現(xiàn)向左轉(zhuǎn)向。對于采用鉸接轉(zhuǎn)向的工程機械，如裝載機，通過控制鉸接部位的液壓缸的伸縮，改變前后車架的相對角度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。此時，方向控制閥控制油液流向鉸接液壓缸，推動活塞運動，使車架發(fā)生偏轉(zhuǎn)。制動控制也是系統(tǒng)的重要功能之一。當需要制動時，通過控制制動閥，使液壓馬達的進油口與回油口相通，液壓馬達失去動力，同時利用機械制動裝置或液壓制動裝置對車輪進行制動。機械制動通常采用制動器，通過摩擦力使車輪停止轉(zhuǎn)動；液壓制動則利用液壓油的壓力推動制動活塞，使制動片壓緊車輪，實現(xiàn)制動。在一些大型工程機械中，還會采用電磁制動等方式，通過電磁力實現(xiàn)制動，提高制動的可靠性和響應速度。以挖掘機為例，其液壓行走系統(tǒng)在實際工作中充分體現(xiàn)了上述工作原理。在正常行走時，發(fā)動機驅(qū)動液壓泵工作，液壓泵輸出的高壓油液分別輸送到左右兩側(cè)的液壓馬達。通過操作駕駛室中的行走操縱桿，控制方向控制閥的閥芯位置，改變油液的流向，實現(xiàn)挖掘機的前進、后退和轉(zhuǎn)向。當需要加速或減速時，通過調(diào)節(jié)流量控制閥，改變進入液壓馬達的油液流量，從而調(diào)整液壓馬達的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)行走速度的控制。在遇到需要爬坡等重載工況時，系統(tǒng)會根據(jù)負載情況自動調(diào)節(jié)液壓泵的輸出壓力和流量，以提供足夠的動力。當需要制動時，操作制動閥，使液壓馬達停止工作，并啟動制動裝置，使挖掘機平穩(wěn)停車。在整個工作過程中，液壓行走系統(tǒng)的各個部件緊密配合，實現(xiàn)了挖掘機高效、靈活的行走功能。2.2系統(tǒng)分類與特點2.2.1開式系統(tǒng)開式系統(tǒng)是工程機械液壓行走系統(tǒng)中較為常見的一種類型。在開式系統(tǒng)中，液壓泵從油箱吸油，經(jīng)過換向閥等控制閥組后，將高壓油液輸送至液壓馬達，驅(qū)動工作機構(gòu)實現(xiàn)行走功能。完成工作后的油液，經(jīng)換向閥再流回油箱。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對簡單，各部件之間的連接關(guān)系較為清晰，易于理解和維護。以某小型裝載機的開式液壓行走系統(tǒng)為例，液壓泵通過吸油管路從油箱中吸取液壓油，然后將其加壓后輸送到換向閥。當操作人員操作操縱桿時，換向閥切換油路，使高壓油液進入液壓馬達，驅(qū)動裝載機的車輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)前進、后退和轉(zhuǎn)向等動作。工作完畢的油液則通過換向閥的回油通道流回油箱，完成一個工作循環(huán)。開式系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點。由于系統(tǒng)工作完的油液回油箱，油箱能夠發(fā)揮散熱和沉淀雜質(zhì)的重要作用。液壓油在工作過程中會吸收系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，回到油箱后，通過油箱的大面積散熱表面，能夠?qū)崃可l(fā)到周圍環(huán)境中，從而有效控制油液溫度，保證系統(tǒng)的正常工作溫度范圍。油箱還能使油液中的雜質(zhì)沉淀下來，避免雜質(zhì)進入系統(tǒng)，對液壓元件造成磨損和損壞，延長液壓元件的使用壽命。開式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低。相比于一些復雜的閉式系統(tǒng)，開式系統(tǒng)不需要配備復雜的補油和散熱裝置，減少了系統(tǒng)的硬件成本。其控制原理和操作也相對簡單，對于操作人員的技術(shù)要求較低，降低了使用和維護的難度。在一些小型工程機械中，如小型挖掘機、小型裝載機等，開式系統(tǒng)因其成本優(yōu)勢和簡單易維護的特點而得到廣泛應用。開式系統(tǒng)也存在一些不足之處。由于油液常與空氣接觸，使空氣易于滲入系統(tǒng)，這會導致系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性受到影響?；烊胗鸵褐械目諝庠趬毫ψ兓瘯r會產(chǎn)生氣泡，這些氣泡在高壓區(qū)會破裂，形成氣蝕現(xiàn)象，對液壓元件造成損壞，同時也會引起系統(tǒng)的振動和噪聲，降低系統(tǒng)的工作效率和可靠性。為了防止空氣滲入和保證系統(tǒng)的正常工作，開式系統(tǒng)通常需要在回油路上設(shè)置背壓閥。背壓閥的作用是在回油管路中產(chǎn)生一定的壓力，阻止空氣進入系統(tǒng)。然而，背壓閥的設(shè)置會引起附加的能量損失，因為油液通過背壓閥時需要克服一定的阻力，這會使系統(tǒng)的油溫升高，進一步影響系統(tǒng)的性能和效率。在開式系統(tǒng)中，工作機構(gòu)的換向借助于換向閥實現(xiàn)。當換向閥換向時，除了會產(chǎn)生液壓沖擊外，運動部件的慣性能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使液壓油的溫度升高。在挖掘機快速轉(zhuǎn)向時，換向閥突然切換油路，液壓油的流動方向急劇改變，會產(chǎn)生較大的液壓沖擊，對系統(tǒng)管路和元件造成沖擊，同時運動部件的慣性也會使系統(tǒng)產(chǎn)生額外的能量損耗，轉(zhuǎn)化為熱能使油溫升高。2.2.2閉式系統(tǒng)閉式系統(tǒng)在工程機械液壓行走系統(tǒng)中也占據(jù)著重要地位，其具有獨特的結(jié)構(gòu)和工作原理。在閉式系統(tǒng)中，液壓泵的進油管直接與執(zhí)行元件（通常為液壓馬達）的回油管相連，工作液體在系統(tǒng)的管路中進行封閉循環(huán)。以某大型起重機的閉式液壓行走系統(tǒng)為例，液壓泵輸出的高壓油液直接進入液壓馬達，驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)，從而帶動起重機的行走機構(gòu)。液壓馬達排出的油液則直接返回液壓泵的進油口，形成一個封閉的循環(huán)回路。在這個過程中，工作液體始終在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，不與外界油箱相通。閉式系統(tǒng)的變速和換向方式與開式系統(tǒng)不同，它主要靠調(diào)節(jié)泵或馬達的變量機構(gòu)來實現(xiàn)。通過改變泵的排量，可以控制進入液壓馬達的油液流量，從而實現(xiàn)液壓馬達轉(zhuǎn)速的變化，達到調(diào)速的目的。當需要改變行走方向時，通過調(diào)節(jié)泵的斜盤角度，改變油液的流動方向，進而實現(xiàn)液壓馬達的反轉(zhuǎn)，完成換向操作。這種通過調(diào)節(jié)變量機構(gòu)實現(xiàn)變速和換向的方式，避免了開式系統(tǒng)中換向閥換向時所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失，使系統(tǒng)的工作更加平穩(wěn)、高效。在起重機進行起吊作業(yè)時，需要根據(jù)不同的工況精確調(diào)整行走速度和方向，閉式系統(tǒng)能夠通過精準調(diào)節(jié)變量機構(gòu)，實現(xiàn)平穩(wěn)的速度變化和無沖擊的換向，確保作業(yè)的安全和高效。閉式系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。由于其結(jié)構(gòu)較為緊湊，工作液體在封閉的管路中循環(huán)，與空氣接觸機會較少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動的平穩(wěn)性好。在一些對工作平穩(wěn)性要求較高的工程機械中，如攤鋪機，閉式系統(tǒng)能夠保證其在作業(yè)過程中行走平穩(wěn)，從而保證攤鋪路面的平整度。閉式系統(tǒng)在制動時有功率回收的效果。當工程機械需要制動時，液壓馬達會處于泵的工況，將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，使系統(tǒng)高壓腔的高壓油液通過特定的裝置回收能量，儲存起來供后續(xù)使用，提高了能源利用率，降低了能耗。閉式系統(tǒng)也存在一定的局限性。由于閉式系統(tǒng)工作完的油液不回油箱，油液的散熱和過濾條件較開式系統(tǒng)差。為了補償系統(tǒng)中的泄漏，通常需要一個小容量的補液泵進行補油和散熱，這增加了系統(tǒng)的復雜性和成本。補液泵需要定期維護和保養(yǎng)，以確保其正常工作，否則會影響系統(tǒng)的正常運行。閉式系統(tǒng)的設(shè)計、安裝調(diào)試以及維護都有較高的難度和技術(shù)要求。對系統(tǒng)的密封性要求極高，一旦出現(xiàn)泄漏，會影響系統(tǒng)的正常工作，甚至導致系統(tǒng)故障。在安裝調(diào)試過程中，需要專業(yè)的技術(shù)人員進行操作，確保各個部件的安裝位置和連接方式正確無誤，以保證系統(tǒng)的性能和可靠性。2.3相關(guān)基礎(chǔ)理論2.3.1液壓傳動原理液壓傳動的基本原理是基于帕斯卡原理，即加在密閉液體任一部分的壓強，必然按其原來的大小，由液體向各個方向傳遞。在工程機械液壓行走系統(tǒng)中，帕斯卡原理得到了充分的應用。液壓泵作為系統(tǒng)的動力源，通過其內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)，如柱塞泵中的柱塞在缸體孔內(nèi)的往復運動，使密封容積發(fā)生變化。當密封容積增大時，壓力降低，油液在大氣壓的作用下被吸入泵腔；當密封容積減小時，壓力升高，油液被排出泵腔，從而將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，輸出具有一定壓力的油液。這種基于帕斯卡原理的液壓泵工作方式，為整個液壓行走系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的動力來源。在系統(tǒng)的能量傳遞過程中，帕斯卡原理同樣起著關(guān)鍵作用。液壓油通過管路將液壓泵輸出的壓力能傳遞到液壓馬達。液壓馬達內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如柱塞式液壓馬達中的柱塞，在高壓油液的作用下，受到均勻的壓強，從而產(chǎn)生向外的推力。這些推力通過連桿等機械結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩，實現(xiàn)了液壓能向機械能的轉(zhuǎn)換，驅(qū)動工程機械的行走裝置運轉(zhuǎn)。在這個過程中，帕斯卡原理保證了油液壓力在系統(tǒng)中的均勻傳遞，使得液壓馬達能夠穩(wěn)定、高效地工作。以挖掘機的液壓行走系統(tǒng)為例，當挖掘機需要行走時，液壓泵將發(fā)動機輸出的機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，輸出高壓油液。這些高壓油液通過管路被輸送到左右兩側(cè)的液壓馬達。根據(jù)帕斯卡原理，液壓油在管路和液壓馬達內(nèi)均勻傳遞壓力，使得液壓馬達的柱塞受到相同的壓強，從而產(chǎn)生足夠的扭矩驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。在挖掘機轉(zhuǎn)彎時，通過控制左右兩側(cè)液壓馬達的進油流量和壓力，利用帕斯卡原理實現(xiàn)兩側(cè)車輪不同的轉(zhuǎn)速，進而完成轉(zhuǎn)向動作。在挖掘機爬坡等重載工況下，液壓泵輸出更高壓力的油液，根據(jù)帕斯卡原理，這些高壓油液在液壓馬達內(nèi)產(chǎn)生更大的推力，轉(zhuǎn)化為更大的扭矩，以滿足爬坡所需的動力要求。2.3.2流量與壓力控制理論流量與壓力控制是工程機械液壓行走系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)的性能有著至關(guān)重要的影響。流量控制直接關(guān)系到系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)，通過控制進入液壓馬達的油液流量，可以精確地調(diào)節(jié)液壓馬達的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)工程機械行走速度的控制。在挖掘機進行挖掘作業(yè)時，需要根據(jù)挖掘的深度、土壤的硬度等工況，實時調(diào)節(jié)行走速度，以保證挖掘作業(yè)的高效進行。通過調(diào)節(jié)流量控制閥，如節(jié)流閥或調(diào)速閥的開度，可以改變進入液壓馬達的油液流量，進而實現(xiàn)對挖掘機行走速度的精確控制。壓力控制則主要用于確保系統(tǒng)的安全運行和滿足不同工況下的動力需求。系統(tǒng)中設(shè)置的溢流閥，當系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時，溢流閥開啟，將多余的油液溢流回油箱，防止系統(tǒng)壓力過高，保護系統(tǒng)中的液壓元件不被損壞。在裝載機進行裝載作業(yè)時，當遇到較大的阻力，導致系統(tǒng)壓力升高時，溢流閥會及時開啟，限制系統(tǒng)壓力，避免液壓泵、液壓馬達等元件因過載而損壞。系統(tǒng)還可以根據(jù)不同的工況，通過壓力控制閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力，以提供足夠的動力。在推土機進行推土作業(yè)時，需要較大的推力，此時通過調(diào)節(jié)壓力控制閥，提高系統(tǒng)的工作壓力，使液壓馬達輸出更大的扭矩，滿足推土作業(yè)的動力需求。常用的流量控制方法包括節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速是通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，改變油液流經(jīng)節(jié)流口的阻力，從而控制流量。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但能量損失較大，效率較低，常用于對速度穩(wěn)定性要求不高、功率較小的場合，如小型工程機械的一些輔助系統(tǒng)。容積調(diào)速是通過改變液壓泵或液壓馬達的排量來調(diào)節(jié)流量，這種方法效率高、發(fā)熱少，但變量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，常用于對效率要求較高、功率較大的場合，如大型挖掘機的液壓行走系統(tǒng)。容積節(jié)流調(diào)速則結(jié)合了節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速的優(yōu)點，通過變量泵和節(jié)流閥的配合使用，實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，這種方法在保證一定效率的同時，也能較好地滿足系統(tǒng)對速度穩(wěn)定性的要求，適用于一些對性能要求較高的工程機械，如攤鋪機的液壓行走系統(tǒng)。常見的壓力控制方法有溢流控制、減壓控制和順序控制。溢流控制通過溢流閥實現(xiàn)，如前文所述，用于限制系統(tǒng)的最高壓力，保護系統(tǒng)安全。減壓控制通過減壓閥實現(xiàn)，它可以將系統(tǒng)的高壓油液減壓后，輸出穩(wěn)定的低壓油液，為系統(tǒng)中需要低壓的部分提供動力，如某些工程機械的控制油路，就需要通過減壓閥將主油路的高壓油液減壓后使用。順序控制則通過順序閥實現(xiàn)，它根據(jù)系統(tǒng)中壓力的變化，按照預定的順序控制各執(zhí)行元件的動作，在一些需要多個執(zhí)行元件按特定順序工作的工程機械中，如起重機的起升、變幅和回轉(zhuǎn)等動作的控制，順序閥起到了重要的作用。三、液壓行走系統(tǒng)設(shè)計流程與要點3.1設(shè)計需求分析3.1.1工程機械工況分析不同類型的工程機械在作業(yè)環(huán)境和工況特點上存在顯著差異，這些差異對液壓行走系統(tǒng)的設(shè)計提出了特定要求。挖掘機作為一種常見的工程機械，廣泛應用于建筑施工、礦山開采等領(lǐng)域。在挖掘工況下，挖掘機需要頻繁地進行挖掘、回轉(zhuǎn)和卸料等動作，液壓行走系統(tǒng)要能夠提供穩(wěn)定的動力支持，以保證挖掘作業(yè)的高效進行。挖掘時，挖掘臂會承受巨大的阻力，這就要求液壓行走系統(tǒng)能夠根據(jù)挖掘阻力的變化，自動調(diào)整液壓泵的輸出壓力和流量，確保挖掘動作的順利完成。在裝卸工況中，挖掘機需要將挖掘的物料裝載到運輸車輛上，此時液壓行走系統(tǒng)需要具備良好的速度控制和轉(zhuǎn)向性能，以便精確地將物料放置到指定位置。在狹小的施工場地內(nèi)，挖掘機需要頻繁地進行小半徑轉(zhuǎn)向，液壓行走系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向靈活性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，否則可能會導致施工效率低下，甚至發(fā)生安全事故。裝載機主要用于物料的鏟裝和短距離運輸，其作業(yè)工況具有重載、頻繁啟停和轉(zhuǎn)向等特點。在鏟裝物料時，裝載機的鏟斗會承受很大的沖擊力，液壓行走系統(tǒng)需要能夠迅速響應，提供足夠的扭矩，以克服物料的阻力，完成鏟裝動作。裝載機在運輸物料過程中，需要根據(jù)路況和作業(yè)要求，頻繁地啟停和轉(zhuǎn)向。在堆滿物料的施工現(xiàn)場，道路條件復雜，裝載機需要隨時停車避讓其他設(shè)備，或者轉(zhuǎn)向駛向不同的卸料點，這就要求液壓行走系統(tǒng)的制動和轉(zhuǎn)向控制要靈敏可靠，以確保作業(yè)的安全和高效。推土機常用于土地平整、推土和松土等作業(yè)，其工作特點是需要在較大的阻力下持續(xù)穩(wěn)定地工作。在推土作業(yè)時，推土機的推土板會與土壤產(chǎn)生強烈的摩擦力，液壓行走系統(tǒng)需要提供強大的推力，以推動推土機前進，這就要求液壓泵能夠輸出足夠高的壓力和流量，以滿足推土作業(yè)的動力需求。在松土作業(yè)中，松土器需要深入土壤，破碎堅硬的土層，液壓行走系統(tǒng)需要根據(jù)土壤的硬度和阻力，精確地控制松土器的下降深度和工作力度，以保證松土效果。壓路機主要用于道路施工中的壓實作業(yè)，其作業(yè)工況對液壓行走系統(tǒng)的平穩(wěn)性和速度控制精度要求較高。在壓實過程中，壓路機需要保持勻速行駛，以確保路面壓實的均勻性。液壓行走系統(tǒng)需要能夠精確地控制壓路機的行駛速度，避免速度波動對壓實質(zhì)量產(chǎn)生影響。壓路機在轉(zhuǎn)向時，需要保證轉(zhuǎn)向的平穩(wěn)性，避免出現(xiàn)急轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不靈活的情況，否則會導致路面壓實不均勻，影響道路的使用壽命。在斜坡上進行壓實作業(yè)時，液壓行走系統(tǒng)還需要具備良好的爬坡能力和穩(wěn)定性，以確保壓路機能夠安全、高效地完成作業(yè)。3.1.2性能指標確定明確工程機械液壓行走系統(tǒng)需滿足的性能指標是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這些指標直接影響系統(tǒng)的工作性能和可靠性。速度性能是液壓行走系統(tǒng)的重要指標之一，它直接關(guān)系到工程機械的作業(yè)效率。對于不同類型的工程機械，其速度要求各不相同。挖掘機在作業(yè)時，行駛速度通常在0-5km/h之間，以滿足其在施工現(xiàn)場的靈活移動和精確操作需求；裝載機在短距離運輸物料時，行駛速度一般在10-30km/h左右，以提高運輸效率；而壓路機在壓實作業(yè)時，行駛速度則需要嚴格控制在一定范圍內(nèi)，如2-6km/h，以保證壓實質(zhì)量的均勻性。液壓行走系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍和精度也至關(guān)重要。系統(tǒng)應具備無級調(diào)速功能，能夠根據(jù)作業(yè)工況的變化，實時、精確地調(diào)節(jié)速度。在挖掘機進行精細挖掘作業(yè)時，需要能夠精確地控制行走速度，以確保挖掘的準確性；在裝載機進行裝卸作業(yè)時，也需要根據(jù)物料的裝卸情況，靈活地調(diào)整速度。扭矩性能是液壓行走系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵指標，它決定了工程機械在不同工況下的動力輸出能力。在重載工況下，如挖掘機進行挖掘硬土或巖石、裝載機鏟裝大塊物料、推土機推運大量土方時，液壓行走系統(tǒng)需要輸出較大的扭矩，以克服巨大的阻力，保證工程機械的正常作業(yè)。不同類型的工程機械在不同工況下所需的扭矩大小差異較大，因此在設(shè)計液壓行走系統(tǒng)時，需要根據(jù)具體的作業(yè)要求，精確計算所需的扭矩，并選擇合適的液壓馬達和液壓泵，以確保系統(tǒng)能夠提供足夠的扭矩輸出。效率性能是衡量液壓行走系統(tǒng)能源利用效率的重要指標。高效的液壓行走系統(tǒng)能夠降低能源消耗，減少運行成本，同時也符合節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢。在系統(tǒng)設(shè)計中，應采用先進的節(jié)能技術(shù)，如負載敏感技術(shù)、功率匹配技術(shù)等，以提高系統(tǒng)的效率。負載敏感技術(shù)能夠根據(jù)負載的變化，實時調(diào)整液壓泵的輸出流量和壓力，使系統(tǒng)在不同工況下都能保持較高的效率；功率匹配技術(shù)則通過優(yōu)化發(fā)動機與液壓泵的匹配關(guān)系，使發(fā)動機的輸出功率能夠得到充分利用，避免能量的浪費。可靠性和穩(wěn)定性是液壓行走系統(tǒng)正常運行的重要保障。工程機械通常在惡劣的工作環(huán)境下運行，如高溫、高濕、多塵、振動等，這對液壓行走系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提出了嚴峻挑戰(zhàn)。系統(tǒng)應具備良好的密封性能，防止液壓油泄漏，避免因泄漏導致的系統(tǒng)故障；應具有可靠的散熱措施，保證系統(tǒng)在長時間運行過程中油溫在正常范圍內(nèi)，防止油溫過高對系統(tǒng)性能和壽命造成影響。系統(tǒng)還應具備一定的抗干擾能力，能夠在復雜的工作環(huán)境下穩(wěn)定運行，減少故障發(fā)生的概率，提高工程機械的作業(yè)可靠性和連續(xù)性。3.2關(guān)鍵部件選型與計算3.2.1液壓泵選型液壓泵作為液壓行走系統(tǒng)的動力源，其選型至關(guān)重要。選型時需綜合考慮系統(tǒng)的流量和壓力需求，以及不同類型液壓泵的特點。在流量需求計算方面，以某型號裝載機為例，其在滿載工況下，行駛速度為15km/h，車輪直徑為1m，傳動系統(tǒng)效率為0.9。根據(jù)公式Q=\frac{v\times\pi\timesd^2\timesn}{4\times\eta}（其中Q為流量，v為行駛速度，d為車輪直徑，n為車輪轉(zhuǎn)速，\eta為傳動系統(tǒng)效率），可計算出系統(tǒng)所需的流量。首先計算車輪轉(zhuǎn)速n=\frac{v}{\pi\timesd}=\frac{15\times1000}{60\times\pi\times1}\approx79.6r/min，代入公式可得Q=\frac{15\times\pi\times1^2\times79.6}{4\times0.9}\approx1047L/min。在壓力需求計算上，假設(shè)該裝載機在爬坡時，坡度為30°，整機質(zhì)量為10t，滾動阻力系數(shù)為0.05，根據(jù)公式P=\frac{F\timesv}{\eta\timesQ}（其中P為壓力，F(xiàn)為牽引力，v為行駛速度，\eta為系統(tǒng)總效率，Q為流量），先計算牽引力F=G\times(\sin\alpha+f)（其中G為整機重力，\alpha為坡度角，f為滾動阻力系數(shù)），G=mg=10\times1000\times9.8=98000N，F(xiàn)=98000\times(\sin30°+0.05)=53900N，假設(shè)系統(tǒng)總效率為0.8，代入公式可得P=\frac{53900\times\frac{15}{3.6}}{0.8\times1047}\approx26.3MPa。常見的液壓泵類型有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但其流量脈動較大，噪音較高，一般適用于對流量和壓力要求不高的場合，如小型工程機械的輔助系統(tǒng)。葉片泵流量較均勻，噪音較低，但抗污染能力相對較弱，常用于中低壓系統(tǒng)，如一些中型起重機的液壓行走系統(tǒng)。柱塞泵則具有壓力高、流量大、效率高的優(yōu)點，能夠滿足大型工程機械在重載工況下的高壓力和大流量需求，如大型挖掘機的液壓行走系統(tǒng)通常選用柱塞泵作為動力源。綜合考慮該裝載機的流量和壓力需求，以及工作環(huán)境和可靠性要求，選用柱塞泵較為合適。在具體選型時，還需參考泵的額定流量、額定壓力、轉(zhuǎn)速范圍、容積效率、機械效率等參數(shù)。例如，可選用某型號柱塞泵，其額定流量為1200L/min，額定壓力為31.5MPa，轉(zhuǎn)速范圍為1500-2000r/min，容積效率大于95%，機械效率大于90%，能夠滿足該裝載機液壓行走系統(tǒng)的工作要求。同時，還需考慮泵的品牌、質(zhì)量、售后服務等因素，選擇質(zhì)量可靠、信譽良好的產(chǎn)品，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和維護便利性。3.2.2液壓馬達選型液壓馬達作為將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能的執(zhí)行元件，其選型需根據(jù)負載和轉(zhuǎn)速要求，精確計算排量、扭矩等參數(shù)。負載扭矩的計算是選型的關(guān)鍵步驟之一。以某型號挖掘機為例，其在挖掘硬土時，斗齒的切削力為50kN，斗桿的長度為2m，斗齒到回轉(zhuǎn)中心的距離為3m，假設(shè)傳動效率為0.9。根據(jù)公式T=F\timesL\times\eta（其中T為負載扭矩，F(xiàn)為切削力，L為力臂，\eta為傳動效率），力臂L=3\sin\theta（假設(shè)挖掘時斗桿與地面夾角\theta=45°），L=3\sin45°\approx2.12m，可得負載扭矩T=50000\times2.12\times0.9\approx95400N·m。轉(zhuǎn)速要求則需根據(jù)挖掘機的作業(yè)速度來確定。假設(shè)挖掘機在作業(yè)時的最大行駛速度為5km/h，驅(qū)動輪直徑為0.8m，根據(jù)公式n=\frac{v}{\pi\timesd}（其中n為轉(zhuǎn)速，v為行駛速度，d為驅(qū)動輪直徑），可得轉(zhuǎn)速n=\frac{5\times1000}{60\times\pi\times0.8}\approx33.2r/min。根據(jù)負載扭矩和轉(zhuǎn)速要求，可計算液壓馬達的排量。假設(shè)系統(tǒng)工作壓力為30MPa，機械效率為0.9，根據(jù)公式q=\frac{2\piT}{\Deltap\times\eta_{m}}（其中q為排量，T為負載扭矩，\Deltap為工作壓差，\eta_{m}為機械效率），可得排量q=\frac{2\pi\times95400}{30\times10^6\times0.9}\approx0.0022m3/r。常見的液壓馬達類型有齒輪馬達、葉片馬達和柱塞馬達。齒輪馬達結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但扭矩較小，轉(zhuǎn)速較高，適用于對扭矩要求不高、轉(zhuǎn)速要求較高的場合，如小型叉車的液壓行走系統(tǒng)。葉片馬達具有轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動慣量小的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動和停止，常用于對速度響應要求較高的場合，如一些輕型工程車輛的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。柱塞馬達則以其高扭矩、高效率的優(yōu)勢，適用于大型工程機械的行走驅(qū)動，能夠滿足挖掘機在挖掘硬土等重載工況下的大扭矩需求。綜合考慮該挖掘機的負載和轉(zhuǎn)速要求，選用柱塞馬達較為合適。在具體選型時，需選擇額定扭矩大于計算負載扭矩、額定轉(zhuǎn)速滿足作業(yè)速度要求、排量與計算排量相近的液壓馬達。例如，可選用某型號柱塞馬達，其額定扭矩為100000N?m，額定轉(zhuǎn)速為40r/min，排量為0.0025m3/r，能夠滿足該挖掘機液壓行走系統(tǒng)的工作要求。同時，還需考慮馬達的密封性、耐久性、抗沖擊能力等因素，確保其在惡劣的工作環(huán)境下能夠穩(wěn)定可靠地運行。3.2.3其他部件選擇控制閥作為液壓行走系統(tǒng)的控制核心，其選型需綜合考慮系統(tǒng)的控制要求、工作壓力、流量等因素。方向控制閥用于控制油液的流動方向，實現(xiàn)液壓馬達的正反轉(zhuǎn)，常見的有換向閥、單向閥等。在選擇換向閥時，需根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量，確定其額定壓力和額定流量，同時要考慮其換向精度、響應速度等性能指標。對于工作壓力為30MPa、流量為1000L/min的液壓行走系統(tǒng)，可選用額定壓力為35MPa、額定流量為1200L/min的電磁換向閥，以確保其能夠滿足系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)快速、準確的換向操作。壓力控制閥用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力，常見的有溢流閥、減壓閥、順序閥等。溢流閥主要用于限制系統(tǒng)的最高壓力，保護系統(tǒng)元件安全，其設(shè)定壓力應略高于系統(tǒng)的工作壓力。減壓閥則用于將系統(tǒng)的高壓油液減壓后，輸出穩(wěn)定的低壓油液，供系統(tǒng)中需要低壓的部分使用，其出口壓力應根據(jù)實際需求進行設(shè)定。在某工程機械的液壓行走系統(tǒng)中，為了保護系統(tǒng)在異常情況下不超壓，選用了設(shè)定壓力為32MPa的溢流閥；同時，為了給控制油路提供穩(wěn)定的低壓油液，選用了出口壓力為5MPa的減壓閥。流量控制閥用于調(diào)節(jié)油液的流量，實現(xiàn)對液壓馬達轉(zhuǎn)速的控制，常見的有節(jié)流閥、調(diào)速閥等。節(jié)流閥通過改變節(jié)流口的大小來控制油液流量，結(jié)構(gòu)簡單，但流量穩(wěn)定性較差；調(diào)速閥則結(jié)合了節(jié)流閥和定差減壓閥的特點，能夠在負載變化時保持流量穩(wěn)定，實現(xiàn)更精確的速度控制。在對速度控制精度要求較高的工程機械液壓行走系統(tǒng)中，如攤鋪機，通常選用調(diào)速閥來控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速，以保證作業(yè)的平整度和穩(wěn)定性。油管的選擇需考慮系統(tǒng)的工作壓力、流量、安裝空間等因素。常見的油管材質(zhì)有鋼管、銅管和橡膠管。鋼管具有強度高、耐高壓、耐腐蝕性好的特點，適用于高壓、大流量的液壓系統(tǒng)，如大型挖掘機的主油路。在選擇鋼管時，需根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量，確定其管徑和壁厚，以確保其能夠承受系統(tǒng)的壓力，并且油液在管內(nèi)的流速符合要求。對于工作壓力為30MPa、流量為1000L/min的液壓系統(tǒng)，可選用管徑為50mm、壁厚為5mm的無縫鋼管。銅管具有良好的柔韌性和耐腐蝕性，易于彎曲和安裝，常用于中低壓系統(tǒng)和一些對安裝空間要求較高的場合，如小型工程機械的部分油路。橡膠管具有柔韌性好、耐振動和耐沖擊的優(yōu)點，常用于連接有相對運動部件的油路，如液壓馬達與減速器之間的連接管路。在選擇橡膠管時，需注意其耐壓等級和耐油性能，以確保其能夠滿足系統(tǒng)的工作要求。油箱的選擇主要考慮其容量、結(jié)構(gòu)和散熱性能。油箱的容量應根據(jù)系統(tǒng)的大小和工作要求確定，一般應滿足系統(tǒng)在正常工作條件下的油液需求，并考慮一定的余量。通常，油箱的容量可根據(jù)系統(tǒng)中液壓泵的流量來確定，一般為液壓泵每分鐘流量的3-5倍。對于流量為1000L/min的液壓泵，可選用容量為3000-5000L的油箱。油箱的結(jié)構(gòu)應合理設(shè)計，以保證油液的清潔度和散熱效果。油箱內(nèi)應設(shè)置隔板，將吸油區(qū)和回油區(qū)分開，避免回油直接進入吸油區(qū)，同時有助于雜質(zhì)沉淀和空氣分離。油箱還應配備過濾器，用于過濾油液中的雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進入系統(tǒng)，損壞液壓元件。為了提高油箱的散熱性能，可在油箱表面設(shè)置散熱片，或采用風冷、水冷等輔助散熱方式。在一些大型工程機械的液壓行走系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)發(fā)熱量較大，還會采用專門的冷卻器來降低油溫，保證系統(tǒng)的正常運行。3.3系統(tǒng)原理圖設(shè)計3.3.1基本回路設(shè)計換向回路在工程機械液壓行走系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，其主要功能是控制液壓油的流向，從而實現(xiàn)液壓馬達的正反轉(zhuǎn)，以滿足工程機械前進、后退和轉(zhuǎn)向的需求。常見的換向回路采用換向閥來實現(xiàn)換向功能。電磁換向閥是一種常用的換向閥，它通過電磁力驅(qū)動閥芯移動，改變油液的通路。在某型號裝載機的液壓行走系統(tǒng)中，電磁換向閥安裝在液壓泵與液壓馬達之間的管路中。當電磁換向閥的電磁鐵通電時，閥芯移動，使液壓油進入液壓馬達的不同油口，從而實現(xiàn)液壓馬達的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進而控制裝載機的前進或后退。手動換向閥則通過手動操作來改變閥芯位置，實現(xiàn)換向。在一些小型工程機械中，由于操作頻率較低，對自動化程度要求不高，常采用手動換向閥。手動換向閥結(jié)構(gòu)簡單、成本低，操作人員可以根據(jù)實際需要靈活地控制換向。調(diào)速回路是控制工程機械行走速度的重要組成部分，其工作原理是通過調(diào)節(jié)進入液壓馬達的油液流量，來實現(xiàn)對液壓馬達轉(zhuǎn)速的控制，從而調(diào)節(jié)工程機械的行走速度。常見的調(diào)速方法有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速和容積節(jié)流調(diào)速。節(jié)流調(diào)速回路通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，改變油液流經(jīng)節(jié)流口的阻力，從而控制流量。在某小型挖掘機的液壓行走系統(tǒng)中，采用了節(jié)流調(diào)速回路。節(jié)流閥安裝在液壓泵與液壓馬達之間的油路上，當節(jié)流閥開度增大時，進入液壓馬達的油液流量增加，液壓馬達轉(zhuǎn)速升高，挖掘機行走速度加快；反之，當節(jié)流閥開度減小時，進入液壓馬達的油液流量減少，液壓馬達轉(zhuǎn)速降低，挖掘機行走速度減慢。這種調(diào)速方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但能量損失較大，效率較低，常用于對速度穩(wěn)定性要求不高、功率較小的場合。容積調(diào)速回路通過改變液壓泵或液壓馬達的排量來調(diào)節(jié)流量。在大型裝載機的液壓行走系統(tǒng)中，常采用容積調(diào)速回路。通過調(diào)節(jié)變量泵的排量，可實現(xiàn)對進入液壓馬達油液流量的精確控制，從而實現(xiàn)對裝載機行走速度的無級調(diào)節(jié)。當裝載機需要快速行駛時，增大變量泵的排量，使進入液壓馬達的油液流量增加，液壓馬達轉(zhuǎn)速升高，裝載機行走速度加快；當裝載機需要緩慢行駛或進行精細作業(yè)時，減小變量泵的排量，使進入液壓馬達的油液流量減少，液壓馬達轉(zhuǎn)速降低，裝載機行走速度減慢。容積調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱少等優(yōu)點，但變量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)復雜，成本較高，常用于對效率要求較高、功率較大的場合。容積節(jié)流調(diào)速回路結(jié)合了節(jié)流調(diào)速和容積調(diào)速的優(yōu)點，通過變量泵和節(jié)流閥的配合使用，實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。在攤鋪機的液壓行走系統(tǒng)中，采用了容積節(jié)流調(diào)速回路。變量泵根據(jù)負載需求提供大致的流量，節(jié)流閥則對流量進行微調(diào)，以保證在負載變化時，進入液壓馬達的油液流量穩(wěn)定，從而實現(xiàn)對攤鋪機行走速度的精確控制，保證攤鋪作業(yè)的平整度和穩(wěn)定性。這種調(diào)速方法在保證一定效率的同時，也能較好地滿足系統(tǒng)對速度穩(wěn)定性的要求。平衡回路的主要作用是在工程機械停止運動或在斜坡上作業(yè)時，防止因重力作用導致執(zhí)行元件（如液壓馬達驅(qū)動的行走裝置）自行下滑，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。常見的平衡回路采用平衡閥來實現(xiàn)平衡功能。在某型號起重機的液壓行走系統(tǒng)中，平衡閥安裝在液壓馬達的回油路上。當起重機在斜坡上作業(yè)時，由于重力的作用，液壓馬達有自行下滑的趨勢，此時平衡閥的控制口感受到液壓馬達進油口的壓力變化，通過內(nèi)部的閥芯動作，調(diào)節(jié)回油口的開度，使回油產(chǎn)生一定的背壓，與重力產(chǎn)生的作用力相平衡，從而防止液壓馬達自行下滑。當起重機需要行走時，液壓泵輸出的高壓油液克服平衡閥的背壓，推動液壓馬達正常運轉(zhuǎn)。單向順序閥也可用于平衡回路，它由單向閥和順序閥組合而成。單向閥允許油液正向流動，順序閥則在系統(tǒng)壓力達到一定值時開啟，控制油液的反向流動。在一些小型工程機械的液壓行走系統(tǒng)中，采用單向順序閥組成的平衡回路，當工程機械停止運動時，順序閥關(guān)閉，防止油液倒流，從而保持執(zhí)行元件的位置；當工程機械需要運動時，液壓泵輸出的高壓油液打開單向閥，使油液正常流動，驅(qū)動執(zhí)行元件工作。3.3.2完整系統(tǒng)圖繪制在繪制工程機械液壓行走系統(tǒng)的完整系統(tǒng)原理圖時，需要將各個基本回路有機地整合在一起，形成一個完整、高效的系統(tǒng)。以某大型挖掘機的液壓行走系統(tǒng)為例，系統(tǒng)原理圖中主要包括液壓泵、液壓馬達、各種控制閥（如換向閥、溢流閥、節(jié)流閥、平衡閥等）、油箱以及連接這些部件的管路。液壓泵作為系統(tǒng)的動力源，通常采用柱塞泵，其將發(fā)動機輸出的機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，輸出高壓油液。在系統(tǒng)原理圖中，液壓泵的符號用一個帶有箭頭的圓圈表示，箭頭方向表示油液的輸出方向。液壓泵通過吸油管路從油箱中吸取液壓油，吸油管路通常用較粗的線條表示，以確保足夠的油液流量。液壓馬達是將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能的執(zhí)行元件，用于驅(qū)動挖掘機的行走裝置。在系統(tǒng)原理圖中，液壓馬達的符號用一個帶有箭頭的圓圈表示，箭頭方向表示輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向。液壓馬達的進油口和回油口分別與換向閥的相應油口相連，通過換向閥控制油液的流向，實現(xiàn)液壓馬達的正反轉(zhuǎn)，從而控制挖掘機的前進、后退和轉(zhuǎn)向。換向閥是控制油液流向的關(guān)鍵部件，采用電磁換向閥或手動換向閥。在系統(tǒng)原理圖中，換向閥的符號用一個方框表示，方框內(nèi)的箭頭表示閥芯的不同位置和油液的通路。當電磁換向閥的電磁鐵通電時，閥芯移動，切換油液的通路，使液壓油進入液壓馬達的不同油口，實現(xiàn)液壓馬達的換向。溢流閥用于限制系統(tǒng)的最高壓力，保護系統(tǒng)元件安全。在系統(tǒng)原理圖中，溢流閥的符號用一個帶有三角形的圓圈表示，三角形指向油液的流動方向。當系統(tǒng)壓力超過溢流閥的設(shè)定壓力時，溢流閥開啟，將多余的油液溢流回油箱，防止系統(tǒng)壓力過高。節(jié)流閥用于調(diào)節(jié)油液的流量，實現(xiàn)對液壓馬達轉(zhuǎn)速的控制。在系統(tǒng)原理圖中，節(jié)流閥的符號用一個帶有箭頭的細線條表示，箭頭方向表示油液的流動方向。通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，可以改變進入液壓馬達的油液流量，從而調(diào)節(jié)液壓馬達的轉(zhuǎn)速，控制挖掘機的行走速度。平衡閥用于防止液壓馬達在停止運動或在斜坡上作業(yè)時自行下滑。在系統(tǒng)原理圖中，平衡閥的符號用一個帶有控制口的方框表示，控制口與液壓馬達的進油口相連。當液壓馬達有自行下滑的趨勢時，平衡閥的控制口感受到壓力變化，通過內(nèi)部閥芯動作，調(diào)節(jié)回油口的開度，產(chǎn)生一定的背壓，與重力相平衡，防止液壓馬達下滑。油箱用于儲存液壓油，同時起到散熱、沉淀雜質(zhì)和分離油液中空氣的作用。在系統(tǒng)原理圖中，油箱的符號用一個長方形表示。油箱通過吸油管路與液壓泵相連，為液壓泵提供油液；通過回油管路與換向閥、溢流閥等部件相連，接收系統(tǒng)工作后的回油。連接各個部件的管路在系統(tǒng)原理圖中用線條表示，不同類型的管路可以用不同粗細或顏色的線條區(qū)分，以便于識別。在繪制系統(tǒng)原理圖時，還需要標注各個部件的型號、規(guī)格和參數(shù)，如液壓泵的額定壓力、額定流量，液壓馬達的額定扭矩、額定轉(zhuǎn)速，控制閥的額定壓力、額定流量等。這些參數(shù)對于系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維護都具有重要意義。通過清晰、準確地繪制完整系統(tǒng)原理圖，并標注相關(guān)部件和參數(shù)，可以為工程機械液壓行走系統(tǒng)的設(shè)計、分析和優(yōu)化提供重要依據(jù)，確保系統(tǒng)的正常運行和性能的實現(xiàn)。3.4系統(tǒng)性能驗算3.4.1壓力損失計算在工程機械液壓行走系統(tǒng)中，壓力損失主要來源于管路和閥件，準確計算這些壓力損失對于評估系統(tǒng)性能至關(guān)重要。管路壓力損失包括沿程壓力損失和局部壓力損失。沿程壓力損失是由于油液在管路中流動時與管壁的摩擦而產(chǎn)生的，其計算公式為\Deltap_{f}=\lambda\frac{l}gozdgah\frac{\rhov^{2}}{2}，其中\(zhòng)Deltap_{f}為沿程壓力損失，\lambda為沿程阻力系數(shù)，l為管路長度，d為管路內(nèi)徑，\rho為油液密度，v為油液流速。以某裝載機液壓行走系統(tǒng)為例，其主油路管路長度l=10m，內(nèi)徑d=50mm，油液密度\rho=850kg/m^{3}，流速v=5m/s，假設(shè)沿程阻力系數(shù)\lambda=0.03，則沿程壓力損失\Deltap_{f}=0.03\times\frac{10}{0.05}\times\frac{850\times5^{2}}{2}=63750Pa=0.06375MPa。局部壓力損失是由于管路中的彎頭、接頭、閥門等局部裝置使油液流速和方向發(fā)生變化而產(chǎn)生的，計算公式為\Deltap_{j}=\zeta\frac{\rhov^{2}}{2}，其中\(zhòng)Deltap_{j}為局部壓力損失，\zeta為局部阻力系數(shù)。在該裝載機系統(tǒng)中，設(shè)有一個90°彎頭，其局部阻力系數(shù)\zeta=0.75，則該彎頭處的局部壓力損失\Deltap_{j}=0.75\times\frac{850\times5^{2}}{2}=79687.5Pa=0.0796875MPa。閥件的壓力損失與閥的類型、開度以及通過的流量等因素有關(guān)。不同類型的閥件壓力損失特性各不相同。換向閥在換向時，由于油液流動方向的急劇改變，會產(chǎn)生較大的壓力損失。節(jié)流閥在調(diào)節(jié)流量時，通過改變節(jié)流口的大小來控制油液流量，節(jié)流口處的液流收縮和擴張會導致壓力損失。溢流閥在系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時開啟溢流，其壓力損失主要與溢流流量和閥的結(jié)構(gòu)有關(guān)。對于某型號電磁換向閥，在額定流量為1000L/min時，其壓力損失為0.5MPa；某節(jié)流閥在開度為50%，流量為500L/min時，壓力損失為0.3MPa。壓力損失對系統(tǒng)性能有著多方面的影響。過大的壓力損失會導致系統(tǒng)的工作壓力下降，使液壓馬達的輸出扭矩減小，影響工程機械的動力性能。在挖掘機進行挖掘作業(yè)時，如果壓力損失過大，液壓馬達無法輸出足夠的扭矩，會導致挖掘動作緩慢，甚至無法正常挖掘。壓力損失還會使系統(tǒng)的能量損失增加，轉(zhuǎn)化為熱能，導致油溫升高。油溫過高會使油液的粘度下降，增加泄漏，進一步降低系統(tǒng)的效率和性能，同時還會加速油液的老化和變質(zhì)，縮短油液的使用壽命。在裝載機長時間工作時，若壓力損失導致油溫過高，可能會使密封件老化變形，引起油液泄漏，影響系統(tǒng)的正常運行。因此，在系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試過程中，應盡量減小壓力損失，優(yōu)化管路布局和閥件選型，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。3.4.2效率分析工程機械液壓行走系統(tǒng)的效率分析涵蓋了系統(tǒng)各部件以及整體的效率評估，這對于系統(tǒng)的優(yōu)化和性能提升具有重要意義。液壓泵作為系統(tǒng)的動力源，其效率包括容積效率和機械效率。容積效率\eta_{v}主要取決于泵的密封性能和內(nèi)部泄漏情況，計算公式為\eta_{v}=\frac{Q_{實際}}{Q_{理論}}，其中Q_{實際}為泵的實際輸出流量，Q_{理論}為泵的理論流量。某柱塞泵的理論流量為1200L/min，由于內(nèi)部泄漏等原因，實際輸出流量為1140L/min，則其容積效率\eta_{v}=\frac{1140}{1200}=0.95。機械效率\eta_{m}則與泵的機械結(jié)構(gòu)、摩擦等因素有關(guān)，計算公式為\eta_{m}=\frac{P_{輸出}}{P_{輸入}}，其中P_{輸出}為泵的輸出功率，P_{輸入}為泵的輸入功率。若該柱塞泵的輸入功率為500kW，輸出功率為460kW，則其機械效率\eta_{m}=\frac{460}{500}=0.92。泵的總效率\eta_{泵}=\eta_{v}\times\eta_{m}=0.95\times0.92=0.874。液壓馬達的效率同樣包括容積效率和機械效率。容積效率\eta_{vM}反映了馬達內(nèi)部泄漏對效率的影響，計算公式為\eta_{vM}=\frac{Q_{輸入}-Q_{泄漏}}{Q_{輸入}}，其中Q_{輸入}為進入馬達的實際流量，Q_{泄漏}為馬達的泄漏流量。某柱塞式液壓馬達，進入的實際流量為1000L/min，泄漏流量為30L/min，則其容積效率\eta_{vM}=\frac{1000-30}{1000}=0.97。機械效率\eta_{mM}與馬達的機械結(jié)構(gòu)、摩擦等因素有關(guān)，計算公式為\eta_{mM}=\frac{T_{輸出}}{T_{理論}}，其中T_{輸出}為馬達的實際輸出扭矩，T_{理論}為馬達的理論扭矩。若該液壓馬達的理論扭矩為100000N?m，實際輸出扭矩為93000N?m，則其機械效率\eta_{mM}=\frac{93000}{100000}=0.93。馬達的總效率\eta_{馬達}=\eta_{vM}\times\eta_{mM}=0.97\times0.93=0.9021。系統(tǒng)的整體效率受到各部件效率以及管路損失等多種因素的綜合影響。系統(tǒng)的總效率\eta_{總}=\frac{P_{輸出總}}{P_{輸入總}}，其中P_{輸出總}為系統(tǒng)輸出的總功率，即液壓馬達輸出的功率；P_{輸入總}為系統(tǒng)輸入的總功率，即液壓泵輸入的功率。假設(shè)液壓泵輸入功率為500kW，液壓馬達輸出功率為400kW，考慮到管路等其他損失，系統(tǒng)的總效率\eta_{總}=\frac{400}{500}=0.8。為提高系統(tǒng)效率，可采取多種有效措施。在節(jié)能技術(shù)應用方面，采用負載敏感技術(shù)，能夠使液壓泵的輸出流量和壓力與負載需求實時匹配，減少溢流損失，提高系統(tǒng)效率。在某挖掘機液壓行走系統(tǒng)中應用負載敏感技術(shù)后，系統(tǒng)效率提高了10%-15%。采用功率匹配技術(shù)，優(yōu)化發(fā)動機與液壓泵的匹配關(guān)系，使發(fā)動機的輸出功率得到充分利用，避免能量浪費。合理設(shè)計管路，減小管路的沿程阻力和局部阻力，降低壓力損失，也能有效提高系統(tǒng)效率。選用低阻力的管路材料，優(yōu)化管路的走向和布局，減少彎頭和接頭的數(shù)量，可降低管路壓力損失，從而提高系統(tǒng)的整體效率。定期維護和保養(yǎng)系統(tǒng)，確保各部件的良好工作狀態(tài)，也是提高系統(tǒng)效率的重要保障。及時更換磨損的密封件，清洗過濾器，保證油液的清潔度，可減少泄漏和摩擦損失，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。3.4.3發(fā)熱與溫升計算在工程機械液壓行走系統(tǒng)的運行過程中，發(fā)熱與溫升是不可忽視的重要因素，它們對系統(tǒng)的性能和可靠性有著顯著影響，因此需要進行精確計算并采取有效的散熱和溫控措施。系統(tǒng)的發(fā)熱主要來源于能量損失，這些能量損失包括液壓泵和液壓馬達的機械損失、容積損失，以及管路和閥件的壓力損失等。這些損失的能量最終都轉(zhuǎn)化為熱能，使系統(tǒng)油溫升高。液壓泵在工作時，由于機械摩擦和內(nèi)部泄漏，會產(chǎn)生一定的能量損失。機械摩擦損失是由于泵的運動部件之間的摩擦而產(chǎn)生的，如柱塞與缸體之間、配流盤與缸體之間的摩擦等。容積損失則是由于泵的內(nèi)部泄漏導致實際輸出流量小于理論流量而產(chǎn)生的能量損失。管路和閥件的壓力損失也是發(fā)熱的重要來源，油液在管路中流動時與管壁的摩擦以及通過閥件時的節(jié)流作用都會導致能量損失，進而轉(zhuǎn)化為熱能。系統(tǒng)發(fā)熱功率的計算可以通過各部件的能量損失來確定。假設(shè)某工程機械液壓行走系統(tǒng)中，液壓泵的輸入功率為P_{泵入}=500kW，總效率為\eta_{泵}=0.85，則液壓泵的發(fā)熱功率P_{泵熱}=P_{泵入}(1-\eta_{泵})=500\times(1-0.85)=75kW。液壓馬達的輸入功率為P_{馬達入}=450kW，總效率為\eta_{馬達}=0.88，則液壓馬達的發(fā)熱功率P_{馬達熱}=P_{馬達入}(1-\eta_{馬達})=450\times(1-0.88)=54kW。管路和閥件的壓力損失導致的發(fā)熱功率可通過壓力損失和流量來計算，假設(shè)管路和閥件的總壓力損失為\Deltap=2MPa，系統(tǒng)流量為Q=800L/min，則管路和閥件的發(fā)熱功率P_{管路閥件熱}=\Deltap\timesQ/60=2\times10^{6}\times\frac{800}{60\times1000}\approx26.7kW。系統(tǒng)的總發(fā)熱功率P_{總熱}=P_{泵熱}+P_{馬達熱}+P_{管路閥件熱}=75+54+26.7=155.7kW。油溫升高會對系統(tǒng)產(chǎn)生諸多不良影響。油溫過高會使油液的粘度下降，導致泄漏增加，系統(tǒng)的容積效率降低，進而影響系統(tǒng)的性能和工作精度。在挖掘機的液壓行走系統(tǒng)中，油溫過高可能導致液壓馬達的輸出扭矩不穩(wěn)定，影響挖掘作業(yè)的效率和質(zhì)量。油溫過高還會加速油液的氧化和變質(zhì)，縮短油液的使用壽命，增加維護成本。高溫下油液中的添加劑會分解失效，使油液的潤滑性能和抗磨損性能下降，加速液壓元件的磨損，降低系統(tǒng)的可靠性。油溫過高還可能使密封件老化、變形，導致密封性能下降，引起油液泄漏，進一步影響系統(tǒng)的正常運行。為了控制油溫升高，需要采取有效的散熱和溫控措施。在散熱措施方面，可加大油箱的散熱面積，如在油箱表面設(shè)置散熱片，增加油箱與空氣的接觸面積，提高散熱效率。對于一些大型工程機械的液壓行走系統(tǒng)，還可以采用風冷或水冷的方式進行強制散熱。風冷是通過風扇將空氣吹過散熱器，帶走熱量；水冷則是利用水作為冷卻介質(zhì)，通過熱交換器將油液的熱量傳遞給冷卻水，從而降低油溫。在某大型裝載機的液壓行走系統(tǒng)中，采用了水冷散熱器，在工作過程中，油溫能夠穩(wěn)定控制在合理范圍內(nèi)，保證了系統(tǒng)的正常運行。還可以通過溫控元件來實現(xiàn)油溫的精確控制。安裝溫度傳感器實時監(jiān)測油溫，當油溫超過設(shè)定的上限值時，溫控元件自動啟動散熱裝置，如開啟風扇或水泵，加強散熱；當油溫低于設(shè)定的下限值時，可采取加熱措施，如使用電加熱器，確保油液在適宜的溫度范圍內(nèi)工作。在一些高端工程機械的液壓行走系統(tǒng)中，采用了智能化的溫控系統(tǒng)，能夠根據(jù)油溫的變化自動調(diào)節(jié)散熱和加熱功率，實現(xiàn)油溫的精準控制，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。四、液壓行走系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)4.1變量控制技術(shù)4.1.1泵的變量控制泵的變量控制在工程機械液壓行走系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它能夠根據(jù)系統(tǒng)的實際需求，靈活地調(diào)節(jié)泵的輸出流量和壓力，從而提高系統(tǒng)的效率和性能。常見的變量控制方式包括恒功率控制、恒壓力控制和負載敏感控制，它們各自具有獨特的工作原理和應用效果。恒功率控制是一種常見的變量控制方式，其工作原理基于功率恒定的原則。在恒功率控制中，泵的輸出功率保持恒定，即泵的壓力與流量的乘積為常數(shù)。當系統(tǒng)的負載增加，壓力升高時，泵的流量會相應減?。环粗?，當負載減小，壓力降低時，泵的流量會增大。這種控制方式的優(yōu)點在于能夠根據(jù)負載的變化自動調(diào)節(jié)泵的輸出，使發(fā)動機的功率得到充分利用，避免了能量的浪費。在挖掘機進行挖掘作業(yè)時，當遇到堅硬的巖石等大負載工況時，系統(tǒng)壓力升高，泵的流量自動減小，以保證發(fā)動機不會過載；而在挖掘較軟的土壤等小負載工況時，系統(tǒng)壓力降低，泵的流量增大，提高了作業(yè)效率。根據(jù)相關(guān)研究和實際應用數(shù)據(jù)，采用恒功率控制的液壓行走系統(tǒng)，在不同工況下的平均能源利用率相比非恒功率控制的系統(tǒng)提高了15%-20%，有效降低了能耗。恒壓力控制則是使泵的輸出壓力保持恒定。當系統(tǒng)壓力達到設(shè)定值時，泵的排量會自動調(diào)整，以維持壓力不變。這種控制方式適用于對壓力穩(wěn)定性要求較高的工況，如起重機在起吊重物時，需要保持穩(wěn)定的壓力來確保重物的平穩(wěn)起升和下降。在某型號起重機的液壓行走系統(tǒng)中，采用恒壓力控制后，在起吊過程中壓力波動控制在±0.5MPa以內(nèi)，保證了起吊作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。負載敏感控制是一種較為先進的變量控制技術(shù)，它能夠?qū)崟r感知負載的需求，并根據(jù)負載的變化調(diào)節(jié)泵的輸出流量和壓力。負載敏感控制的核心是通過負載敏感閥來實現(xiàn)的，負載敏感閥能夠檢測負載的壓力變化，并將負載壓力信號反饋給泵的變量機構(gòu)，使泵的輸出壓力始終略高于負載壓力，且輸出流量與負載需求相匹配。這種控制方式能夠最大限度地減少溢流損失，提高系統(tǒng)的效率。在裝載機的液壓行走系統(tǒng)中應用負載敏感控制技術(shù)后，系統(tǒng)的溢流損失減少了30%-40%，系統(tǒng)效率顯著提高。同時，負載敏感控制還能使系統(tǒng)的響應速度更快，動作更加靈敏，提高了工程機械的操作性能。不同的變量控制方式在不同的工程機械液壓行走系統(tǒng)中有著廣泛的應用。恒功率控制適用于負載變化較大的工況，如挖掘機、裝載機等；恒壓力控制適用于對壓力穩(wěn)定性要求高的場合，如起重機、液壓機等；負載敏感控制則在對節(jié)能和響應速度要求較高的工程機械中得到了越來越多的應用，如新型的智能工程機械。在實際應用中，還可以根據(jù)具體的工況和需求，將多種變量控制方式結(jié)合使用，以實現(xiàn)系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。例如，在一些大型挖掘機中，采用恒功率控制和負載敏感控制相結(jié)合的方式，既能保證發(fā)動機功率的有效利用，又能實現(xiàn)對負載變化的快速響應，進一步提高了系統(tǒng)的性能和節(jié)能效果。4.1.2馬達的變量控制馬達的變量控制在工程機械液壓行走系統(tǒng)中同樣具有重要意義，它能夠根據(jù)系統(tǒng)的運行需求，靈活調(diào)整馬達的輸出特性，從而提升系統(tǒng)的整體性能。馬達變量控制的原理主要基于改變馬達的排量來實現(xiàn)對輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。以常見的柱塞式液壓馬達為例，通過改變斜盤的傾斜角度，可以改變柱塞在缸體中的行程，進而改變馬達的排量。當斜盤傾斜角度增大時，柱塞行程增加，馬達排量增大，在相同的輸入流量下，輸出扭矩增大，轉(zhuǎn)速降低；反之，當斜盤傾斜角度減小時，柱塞行程減小，馬達排量減小，輸出扭矩減小，轉(zhuǎn)速升高。這種通過改變排量來調(diào)節(jié)輸出特性的方式，使馬達能夠適應不同的工況需求。在工