混凝土攪拌運(yùn)輸車選型力士樂油泵傳動(dòng)系統(tǒng)分析

混凝土攪拌運(yùn)輸車選型很重要，要經(jīng)得起高強(qiáng)度的工作環(huán)境，而力士樂油泵的特點(diǎn)就是精密度高，質(zhì)量好很適合在這樣的運(yùn)輸環(huán)境下達(dá)到要求，深圳內(nèi)田液壓經(jīng)過多方論證之后，得到了以下結(jié)果：

本文介紹了攪拌車用減速機(jī)及力士樂液壓泵、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)輸混凝土的專用車輛，其動(dòng)力源于底盤發(fā)動(dòng)機(jī)。通過攪拌車底盤發(fā)動(dòng)機(jī)取力口取力，經(jīng)傳動(dòng)軸將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給液壓油泵，產(chǎn)生高壓液壓油。液壓油驅(qū)動(dòng)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(dòng)攪拌筒轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1。

1-傳動(dòng)軸，2-力士樂液壓油泵，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(dòng)力傳動(dòng)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(jí)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(dòng)變量缸，從而實(shí)現(xiàn)油泵雙向無級(jí)變量，通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌筒正反轉(zhuǎn)及調(diào)速的。對(duì)于小容量攪拌運(yùn)輸車，早期對(duì)其調(diào)速精度要求不高時(shí)，不少廠家采用開式液壓系統(tǒng)，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但攪拌筒最大轉(zhuǎn)速與行駛時(shí)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(dòng)攪拌筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌筒的安裝大多與水平面有一個(gè)向上的傾角，所以選取減速機(jī)時(shí)最直接的考量參數(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(shí)，罐體旋轉(zhuǎn)時(shí)所需減速機(jī)的扭矩6000 N·m / m3，一般選取時(shí)，減速機(jī)所能提供的扭矩大小為選取的第一參數(shù)，14方量以上攪拌車可以在此參數(shù)上適當(dāng)減小，但最小一般不應(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(duì)減速機(jī)的水平?jīng)_擊力也越大，所以一般減速機(jī)對(duì)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(dòng)時(shí)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。

力士樂液壓泵、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(gè)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)最高轉(zhuǎn)速不得大于16r/min，在設(shè)計(jì)選型時(shí)可按最高轉(zhuǎn)速確定，以10m3為例，驅(qū)動(dòng)攪拌筒以16r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)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)輸出的最大扭矩為：

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)輸出軸的最大扭矩并綜合考慮系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性、安全性條件，最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)輸出的最大扭矩，N·m

Vq馬達(dá)—馬達(dá)的最大排量，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，變量液壓泵的最大工作壓力由負(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)的最大工作壓力，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—液壓泵的最大工作壓力，bar

所以，液壓泵的最大工作壓力為：

△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—液壓泵輸入的最大扭矩，N·m

Vq泵—液壓泵的最大排量，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)的最大轉(zhuǎn)速n馬達(dá)不應(yīng)小于攪拌筒最大轉(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(shí)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)輸入的最大流量，L/min

    Vq馬達(dá)—馬達(dá)的最大排量，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
力士樂液壓泵通過傳動(dòng)軸直接連接到發(fā)動(dòng)機(jī)取力口，其轉(zhuǎn)速可以默認(rèn)為與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。從各通用底盤發(fā)動(dòng)機(jī)功率及扭矩曲線可知，速度越大功率越大，但超過一定速度后扭矩下降很快，所以一般控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不超過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)排量差異一般以不超過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，力士樂泵、馬達(dá)、減速機(jī)的選型是一個(gè)復(fù)雜的匹配過程。當(dāng)方量一定時(shí)，驅(qū)動(dòng)攪拌筒所需的扭矩也就確定了，減速機(jī)的型號(hào)基本也就確定了，如果想降低泵馬達(dá)的排量，勢(shì)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(jià)格因素，所以匹配不同攪拌筒方量時(shí)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(shí)，并不僅僅只是考慮扭矩的問題，同時(shí)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(jí)而非48000N·m等級(jí)的減速機(jī)。考慮到安全性、價(jià)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(shí)產(chǎn)生的價(jià)格問題。表1為常用三大件匹配規(guī)格。