多功能清雪车液压控制系统特性研究
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摘要
本文研究的除雪机械是以ZL50装载机为底盘改进的多功能清雪车,主要的除雪方式是旋切式除雪,安装的属具有集雪设备、抛雪设备、吹雪设备和滚扫设备。
清雪车作业时不同属具的功率要求不同。本文主要研究液压控制系统,按照不同属具的功率要求合理分配发动机功率。功率分配的方案是采用齿轮式流量分配器分配流量,采用液压变压器控制压力,使液压马达的入口流量和压力不同来实现功率分配。流量和压力分别控制的方法分配功率理论上可以实现无功率损耗,各个属具分配的功率互相不受影响。研究结果表明,合理分配发动机功率能够提高多功能清雪车的整机性能和除雪作业效率,对多功能清雪车的广泛应用有着重要的现实意义。
The snow-removing machine in our country is mostly a modification from truck,bulldozer and construction machine, etc. Just in the winter the snow-removingmachine carrys on snow removing works, mosr of time it does these works, such assprinkling water, cleaning up and various pavement maintenance and so on. Installingon the same chassis with different features to adapt to different operationalrequirements can greatly improve the efficiency of the power machinery. Powerallocation of different snow removing equipment is one of the problem ,which isneeded to be resolved.
Multi-functional snow plough which this paper studies is the modification ofZL50 loader. The main cleaning snow method is rotary cutting. This paper mainlystudies hydraulic control system of snow plough,and the main fuction is to realizepower allocation of oil pump of snow plough. Controling flow and pressure areadopted to realize the power allocation. The element of flow distribution is gear flowdivider, and the element of control pressure is hydraulic transformer.Hydraulic controlsystem is the refinement of the existing syetem and it is an easy way to improve theperformance of the multi-functional snow plough and the efficiency of the desnowingworks. In our daily life,it is significant to do research and prompt the multi-functionalsnow plough.
Gear flow divider is composed of gear groups of coaxial rigid connection. Thispaper determins the displacement in accordance with the structural characteristics ofgear flow divider, and analyzs its characteristics of flow distribution. Establishing thesimulation model by using hydraulic simulation software. The results shows that theflow gear divider does a good job about the distribution. This paper dose a research onthe movement of the plunger of hydraulic transformer, analyzes the displacement ofeach slot and transformation ratio of hydraulic transformer. Pressure control can beachieved through the changes of the angle of port plate. Then the relevant parametersin accordance with the requirements of the hydraulic control system is determined and calculated. The analysis of power distribution of the whole system shows that powerdistribution is reasonable and can meet the operational requirements.
The work is as follow:
(1)The function、composition、parameters and operational requirements ofhydraulic control system is expatiated. A comparing analysis on the existing powerdistribution program of hydraulic control system,a new system is designed to realizethe power distribution.
(2)Displacement of gear groups is determined through structural analysis of thecharacteristics and working principle. Characteristics of flow distribution is analyzedby use of hydraulic simulation software.
(3)Each slot displacement formula is derived by researching on the movement ofthe plunger of hydraulic transformer. And the transformation ratio of hydraulictransformer is derived by use of energy conservation law. Establishing cooperationsimulation model and simulation the features, During the simulation,MATLAB/simulink S-function is used to realise the slot control and the characteristicsis analyzed. The results show the prewwure can be controlled by changing the angle.
(4)Mathematical model of hydraulic control system of snow plough can bebuilded. The various parameters of system are calculated and determined. Powerdistribution of hydraulic control system and the speed, torque, flow and pressure ofmotor are analyzed by means of physics simulation model system.
(5)Power distribution is more reasonable by optimizing the parameters ofhydraulic control system of multi-function snow plough. The total power consumptionof engine is minimum,which at the same time meets the operating requirements.
(6) Finally, this paper summarizes the full text of articles and prospects the futurework.
清雪车作业时不同属具的功率要求不同。本文主要研究液压控制系统,按照不同属具的功率要求合理分配发动机功率。功率分配的方案是采用齿轮式流量分配器分配流量,采用液压变压器控制压力,使液压马达的入口流量和压力不同来实现功率分配。流量和压力分别控制的方法分配功率理论上可以实现无功率损耗,各个属具分配的功率互相不受影响。研究结果表明,合理分配发动机功率能够提高多功能清雪车的整机性能和除雪作业效率,对多功能清雪车的广泛应用有着重要的现实意义。
The snow-removing machine in our country is mostly a modification from truck,bulldozer and construction machine, etc. Just in the winter the snow-removingmachine carrys on snow removing works, mosr of time it does these works, such assprinkling water, cleaning up and various pavement maintenance and so on. Installingon the same chassis with different features to adapt to different operationalrequirements can greatly improve the efficiency of the power machinery. Powerallocation of different snow removing equipment is one of the problem ,which isneeded to be resolved.
Multi-functional snow plough which this paper studies is the modification ofZL50 loader. The main cleaning snow method is rotary cutting. This paper mainlystudies hydraulic control system of snow plough,and the main fuction is to realizepower allocation of oil pump of snow plough. Controling flow and pressure areadopted to realize the power allocation. The element of flow distribution is gear flowdivider, and the element of control pressure is hydraulic transformer.Hydraulic controlsystem is the refinement of the existing syetem and it is an easy way to improve theperformance of the multi-functional snow plough and the efficiency of the desnowingworks. In our daily life,it is significant to do research and prompt the multi-functionalsnow plough.
Gear flow divider is composed of gear groups of coaxial rigid connection. Thispaper determins the displacement in accordance with the structural characteristics ofgear flow divider, and analyzs its characteristics of flow distribution. Establishing thesimulation model by using hydraulic simulation software. The results shows that theflow gear divider does a good job about the distribution. This paper dose a research onthe movement of the plunger of hydraulic transformer, analyzes the displacement ofeach slot and transformation ratio of hydraulic transformer. Pressure control can beachieved through the changes of the angle of port plate. Then the relevant parametersin accordance with the requirements of the hydraulic control system is determined and calculated. The analysis of power distribution of the whole system shows that powerdistribution is reasonable and can meet the operational requirements.
The work is as follow:
(1)The function、composition、parameters and operational requirements ofhydraulic control system is expatiated. A comparing analysis on the existing powerdistribution program of hydraulic control system,a new system is designed to realizethe power distribution.
(2)Displacement of gear groups is determined through structural analysis of thecharacteristics and working principle. Characteristics of flow distribution is analyzedby use of hydraulic simulation software.
(3)Each slot displacement formula is derived by researching on the movement ofthe plunger of hydraulic transformer. And the transformation ratio of hydraulictransformer is derived by use of energy conservation law. Establishing cooperationsimulation model and simulation the features, During the simulation,MATLAB/simulink S-function is used to realise the slot control and the characteristicsis analyzed. The results show the prewwure can be controlled by changing the angle.
(4)Mathematical model of hydraulic control system of snow plough can bebuilded. The various parameters of system are calculated and determined. Powerdistribution of hydraulic control system and the speed, torque, flow and pressure ofmotor are analyzed by means of physics simulation model system.
(5)Power distribution is more reasonable by optimizing the parameters ofhydraulic control system of multi-function snow plough. The total power consumptionof engine is minimum,which at the same time meets the operating requirements.
(6) Finally, this paper summarizes the full text of articles and prospects the futurework.
引文
[1]齐晓杰，郝晨声，毕凤阳等.城市道路机械式清除冰雪机械研究与探讨[J].黑龙江工学院学报，2002（6）：23～26
[2]田晋跃.国外道路除雪机械技术发展概况[J].专用汽车，2001（4）：43～44
[3]徐海芝.JX－1400扫雪机的设计及应用[J].散装水泥，2005（2）：35
[4] Anon.Small-sized rotary snow-removing equipment[J]. Stroitel'nye i Dorozhnye Mashiny，2005（1）：19
[5] Rannev, A.V. Komatsu snow-removal loaders[J]. Stroitel'nye i Dorozhnye Mashiny，2004（7）：25～27
[6] Dronov V.G.Small-sized snow-clearing machines to clean yard[J].Stroitel'nye i DorozhnyeMashiny，2004（3）：10～17
[7] Anon.Development trends of Japanese rotary snow ploughs[J]. Stroitel'nye i DorozhnyeMashiny，2005（2）：32～33
[8] Rannev A.V. Japanese rotary snow ploughs[J]. Stroitel'nye i Dorozhnye Mashiny，2004（5）：22～25
[9]凌波，朱志坚.多功能道路清雪机的液机联合传动[J].液压与气动，2003（10）：43～44（Russian），1993（2）：36～37
[10] Glatman V.I. Snow removal machinery improvement[J].Tyazheloe Mashinostroenie
[11] Ingar Saltvik，Anne C Elster，Henrik R Nagel. Parallel Methods for Real-Time Visualizationof Snow[J]. Springer-Verlag，2007（4699）：218～227
[12]辛健成.在德国使用的大功率多功能除雪车[J].商用汽车杂志，2005（1）66～67
[13] Ravani Bahram，Gabibulayev Magomed，Lasky TA. A snowplowing resistance model for usein vehicle dynamic modeling[J]. Mechanics Based Design of Structures and Machines，2005（33v，3－4n）：359～372
[14]胡天明，王东胜，吴永喜.俄罗斯3_403型清雪车性能分析森林工程，1997（3:）45～46
[15]王久安.丹麦依波克S3500型除雪车的性能特点[J].筑路机械与施工机械化，2006（11:）8～9
[16] Anon.COUNTY USES DUMP TRUCK AS SNOW PLOW[J]. Better Roads，1986（56v，6n）：40
[17] Fukushi Kenichi，Narita Yoshihiro. Study on function and failure analysis of snow meltingmachines[J]. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers，2002（68v，11n）：3447～3455
[18]李都厚，张娟楠.一种新型的多功能型除雪机械[J].工程机械，2005（12）：73～76
[19]彭南兴.中标ZLJ5160TCX型多功能除雪车[J].建设机械技术与管理，2006（03）：83～84
[20]倪军，刘忠山.试论道路机械化除雪的最佳方案与保障[J].商用汽车杂志，2006（10）：80～82
[21]白占元，李正.AD5200TCS多功能除雪车[J].筑路机械与施工机械化, 2008（10）：31～32
[22]张建国.多功能清雪车前雪铲仿真分析与改进研究[D].长春：吉林大学,2006：3～5
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[27] Olson Walter W，Kempainen Alan，Milacic Dusan，etc.Dynamic modeling of forces onsnowplow equipped trucks[J]. SAE Special Publications，1997（973193）：49～55
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[39]王月行.拖式混凝土泵发动机－泵功率匹配控制系统研究[D].长春：吉林大学，2005
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[41]由相波，陈绍聪.复合作业型工程机械恒功率控制[J].路面机械与施工技术，2007（7）：28～30
[42]陈宁.功率匹配斜盘式轴向柱塞变量泵的计算机动态仿真研究[D].兰州：甘肃工业大学，1999
[43]吕振明，赵迎赤，单德勤.LFQ3型齿轮式流量分配器主要零件的设计计算[J].煤炭技术，1998，（4）：5～8
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[46]陈义昌，汪建一.齿轮式液压分流器的结构特点与精度分析[J].煤矿机械，1987（3）：24～31
[47] Anon. Decompression check valve, compensated flow divider introduced[J]. Diesel ProgressInternational Edition，2001（20v，5n）：30
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[54]董宏林，姜继海，吴盛林.液压变压器的原理及其在二次调节系统中的应用[J].液压与气动，2001（11）：30～32
[55]欧阳小平，徐兵，杨华勇.液压变压器及其在液压系统中的节能应用[J].农业机械学报，2003（4）：100～104
[56]欧阳小平.液压变压器研究[D].杭州：浙江大学，2005
[57]欧阳小平，徐兵，杨华勇等.液压变压器在液压电梯系统中的节能应用[J].中国机械工程，2003（19）：1660～1662
[58]卢红影，姜继海，于庆涛等.液压变压器的特性分析[J].液压与气动，2005（8）：12～14
[59]欧阳小平，徐兵，杨华勇等.液压变压器输出压力特性研究[J].中国机械工程，2006，（23）：2492～2494
[60]徐兵，马吉恩，杨华勇.液压变压器瞬时流量特性分析[J].机械工程学报，2007（11）：44～49
[61]徐兵，欧阳小平，杨华勇等.液压变压器排量特性[J].机械工程学报，2006（增刊）：89～92
[62]周瑞艳，卢红影，刘宇辉.液压变压器变压原理的理论分析与仿真研究[J].机床与液压，2007（1）：103～106
[63]欧阳小平，徐兵，杨华勇.拓宽液压变压器调压范围的新方法[J].机械工程学报，2004（9）：28～32
[64]施阳，严卫生，李俊等.MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK[M].西北工业大学出版社，西安：1997.6
[65] Liu Shu-Dao，Dong Zhu-Rong. MATLAB computer simulation and experiment of the startingdynamic characteristic of the hydraulic motor with low speed and high torque[J]. Journal ofSouth China University of Technology，2002（30v，4n）：29
[66] Lynn Alfred，Smid Edzko，Eshraghi Moji. Modeling hydraulic regenerative hybrid vehiclesusing AMESim and Matlab/Simulink[J]. Proceedings of SPIE - The International Society forOptical Engineering，2005（5805）：24～40
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