5t越野集装箱叉车传动系统分析

王 勇,薛耀锋,任小芳

(总后建筑工程研究所,陕西 西安 710032)

5t越野集装箱叉车是1种特种装卸搬运车辆,主要用于野外环境、凸凹不平路面区域装卸搬运5t以下集装箱和大件笨重物资.

越野叉车与普通叉车[1]主要区别在于:动力强劲,牵引力大,爬坡能力强,全轮驱动,传动方式多选择静液压传动,采用低压宽基充气轮胎,越野花纹,门架工作机构具有左右调平功能,接近角、离去角、纵向通过角及最小离地间隙大,稳定性好,机动性强,越野叉车的上述特点决定了使用范围的广阔.

5t越野集装箱叉车除具备越野叉车特点外,货叉荷载中心距为 1250mm(一般越野叉车为600mm),具有装卸搬运5t以下集装箱和大件物资的能力.行走系统采用先进的静液压传动,分低速、高速两挡,低速作业状态四轮驱动,高速转场行驶时两轮驱动,避免寄生功率的产生而磨损轮胎,从操作舒适性和转向灵活性方面考虑,整车采用铰接车架转向[2],野外作业能力强,牵引力大,适合应用于突发事件物资的装卸搬运.

1 行走静液压传动系统原理[3]

5t越野集装箱叉车行走传动系统在设计上充分考虑野外复杂路况条件下的行驶要求,选择静液压传动主要基于以下考虑:

(1)静液压传动系统具有传递功率大、过载保护能力强、控制方式灵活,易于实现自动控制,可在4象限内连续无级调速的优点.

(2)布局灵活方便,输入输出元件间可用柔性管道连接,相对位置受机械结构牵制较少.

(3)微动特性优异,操纵舒适方便,能使叉车起步、变速、换向和停车柔和,并能使发动机经常处于经济工况区运行,有利于提高工作效率和操作舒适性.

图1 行走液压传动原理图Fig.1 Hydrostatic travel drive principle

(4)从最高车速直到完全静止均可利用动力——传动装置本身实现可控制的制动,制动扭矩与驱动扭矩相当,且此种制动不引起部件磨耗,必要时还可贮存系统吸收的功能.

静液压传动系统的这些特点十分适合野外环境作业的、速度和行驶方向变化频繁的5t越野集装箱叉车应用.

现阶段,基于上述考虑,民用工程机械产品的行走系统也开始逐步采用具有操作舒适、灵活的静液压传动.

5t越野集装箱叉车行走液压传动原理图如图1所示.

2 行走静液压传动系统关键组件

2.1 变量马达选型计算

2.1.1 最大行驶阻力计算

已知叉车满载荷为G=16677 N,按爬坡25°时计算最大行驶阻力G1,如图2所示.

图2 计算模型图Fig.2 Model diagram

滚动阻力(这里滚动阻力系数 f取0.033)为

最大行驶阻力为

2.1.2 马达最大输出扭矩

式中:R为行走半径,R=0.64 m;iI为工作挡传动比,根据设计经验定为70;ηm为马达传动效率,ηm=ηpV ηmVηmm ηmp=0.797,ηpV为泵容积效率 ,ηpV=0.96;ηmV为马达容积效率 ,ηmV=0.96,ηmm为马达机械效率 ,ηmm=0.93;ηmp为泵机械效率 ,ηmp=0.93.

2.1.3 马达最大排量

式中:Vmmax为马达最大排量,ml·r-1;Δp为行走液压系统压差,5t越野集装箱叉车设定系统压差为36 MPa.

2.2 变量泵选型计算

根据性能指标要求,最高行驶速度为v=35 km·h-1,马达最高输出转速为

式中:iⅡ为行驶传动比,根据设计经验定为20.泵最大排量为

式中:nmmax为马达最高输出转速,r·min-1;Vmmin为马达最小排量,取Vmmin=70 ml·r-1;ne为发动机转速,取 ne=2400 r·min1.

2.3 牵引力计算

5t越野集装箱叉车工作挡主要为了满足叉车在恶劣路况下的作业需要,在此挡位上叉车具有最大牵引力,行驶挡主要满足叉车在良好路面行驶需要.

由式(3)可知最大行驶阻力为

满载最小行驶阻力为

确定各挡牵引力:工作挡最大牵引力≥75391 N,最小牵引力＞5498 N.因此,可以确定,5t越野集装箱叉车满载最大牵引力为75391 N.

2.4 主要液压组件选型

根据以上匹配计算结果,并考虑到可用资源情况,对主要液压组件泵、马达选型如下:

(1)变量马达选用型号:HMV165-02H1,其主要性能参数:最大排量为165 ml·r-1;最小排量下最高工作转速为3500 r·min-1;最小排量下短时最高工作转速为 3900 r·min-1;连续输出扭矩为657 N·m;最大输出扭矩为1104 N·m.

(2)变量泵选用型号:HPV105-02RHE1A.其性能参数:实际排量为105 ml·r-1;最高连续转速为2900 r·min-1;额定压力为420 MPa;最大输入扭矩为670 N·m.

3 计算选型结果与实际检测结果比较

通过上述计算选型,在行走静液压传动系统主要组件泵、马达型号确定后,可以反向计算校核整车最大行驶速度、满载爬坡度、满载最大挂钩牵引力等传动系统参数.

这里采取实际检测校核的办法进行结果比较,从上述选型计算及性能指标要求可知:5t越野集装箱叉车满载最大牵引力为75391 N,满载爬坡度为25°,叉车最大行驶速度为35 km·h-1.

上述3项匹配参数的理论计算或估算值在国家工程机械质量监督检验中心进行的整车性能检测时与实测参数做了对比.见表1.由表1可看出:实际检测值都达到或超过理论计算或性能指标估算值,满足整车行走系统设计要求.

表1 理论计算与实测值对比表Tab.1 Theoretical and experimental comparison

4 结论

5t越野集装箱叉车行走传动系统采用静液压传动是车辆设计本身的使用场合和使用目的决定的,根据传动系统设计路线所选用的变量泵和变量马达型号参数满足实际需要,在选定变量泵与变量马达的前提下,反向计算整车传动系统主要参数,并通过实际检测进行验证,所采用的设计思路符合整车传动系统设计要求和性能指标要求.

[1]陆植.叉车设计[M].北京:机械工业出版社,1991.LU Zhi.Forklift truck design[M].Beijing:China Machine Press,2005.

[2]诸文农.底盘设计[M].北京:机械工业出版社,1981.ZHU Wennong.Chassis design[M].Beijing:China Machine Press,1981.

[3]马永辉,徐宝富,刘绍华.工程机械液压系统设计计算[M].北京:机械工业出版社,1985.M A Yonghui,XU Baofu,LIU Shaohua.Hy draulic system design and calculation[M].Beijing:China Machine Press,1985.

[4]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:机械工业出版社,2000.LEI Tianjue.New hydraulic engineering handbook[M].Beijing:China Machine Press,2000.

[5]李壮云.液压元件与系统[M].第2版.北京:机械工业出版社,2005.LI Zhuangyun.Hydraulic components and systems[M].2nd ed.Beijing:China Machine Press,2005.