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越野起重机和全地面起重机的液力传动系统


专题 综述

越野起重机和全地面起重机的液力传动系统
波兰建筑机械研究所 (P I B )   玛哈尼夫斯基 安德烈采耶  M              波鲁哈 弗洛德采米尔兹
  编者按: 为执行中波科技合作项目计划, 波兰建筑机构研究所 ( P I B ) 所长玛哈尼夫斯基先生率领 M 五人代表团于1997年1月24 31日访问了中国, 代表团考察了建设部北京建筑机械综合研究所和中国建 ~ 筑科学研究院建筑机械化研究所, 参观了有关工厂, 中波双方进行了科技合作项目的洽谈, 决定今后加 强在建筑机械领域内的合作与交流, 并签署了会谈纪要, 初步确定了合作项目。 本文是玛哈尼夫斯基所 长根据合作计划为本刊撰写的论文。

1 越野起重机和全地面起重机 60年代中期, 新的地区, 特别是远离现有经

济和工业中心或者远离道路的地区, 如阿拉斯 加、 西伯利亚、 非洲等地工业化过程开始发展, 改进现有的起重设备, 如塔式起重机和汽车起 重机, 就变得十分迫切 ( 修建专用的进出通道或 铁路路基等准备工作花费很大) 。 履带起重机不能满足这些新要求。 它们能 够越野行驶, 但他们行驶速度太低 ( 5~ 10km
h ) , 安装过程又费时费钱。

装在越野底盘上新设计的起重机适合在没有 进出道路的建筑工地间行驶。这种起重机是在轮 式土方机械动力传动的基础上发展起来的。
70 年代, 这些机械在美国和亚洲市场处于

支配地位。 它们有很多优点, 但是移动速度低, 桥负荷超过道路规范规定的允许值。 这是严重 的缺点。 当变换建设工地时, 常常要使用桥负荷 较低的平板拖车。 技术上的继续进步, 特别是在动力传动、 悬 挂系统、 自动控制这些领域的进步, 满足了市场 的需求, 形成了最新的移动式起重机系列即全 地面起重机发展的基础。
2 世界上移动式起重机领域技术发展的方向 80 年代开始, 在世界市场出现了移动式起

行驶无任何限制 ( 最大速度 70km h 或更大) , 也具有越野起重机的特点, 即可在没有进出道 路或无路面的野外建设工地行驶。 图1 中, 开始阶段的特点: 低水平的工业化 对移动式起重机要求不高; 主要在永久性工程 中应用; 采用简单的汽车起重机技术、 并使用越 野起重机。 成长阶段的特点: 工业化程度提高, 对移动 式起重机的要求增长; 在建筑及工业部门起重 机的使用增长; 越野起重机的应用增长, 使用全 地面起重机。 成熟阶段的特点: 高度工业化对移动式起 重机提出更高的要求; 由专业的租赁公司支持, 移动式起重机普遍使用; 主要应用 50t 以下的 新型越野起重机, 功率较大的全地面起重机应 用增长。 深入阶段的特点: 高度工业化对移动式起 重机提出各种不同的要求; 租赁公司主宰市场; 在中小功率范围内, 由大量生产的全地面起重 机代替越野起重机。

重机的新设计, 它们是全地面起重机, 既具有汽 车起重机的特点, 即可带支腿, 不带支腿 ( 支承 在轮胎上) 而有完全的起重能力, 可以在公路上

图1 移动式起重机技术发展趋势的市场模型
T C —塔式起重机 R T —越野起重机 A T —全地面起重机

资料来源:M IT I: 罗兰 贝格和派特纳研究报告

3 波兰移动式起重机科研及制造情况 25
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《建筑机械》 1997年第8期 ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

波兰移动式起重机整个科研及制造工作在 建筑机械工业学院与其它科研机构、 大学中心 及制造厂合作下进行。
1960 年末, 波兰建筑机械研究所设计并制 造了起重能力为 25t 和 40t 的第一台移动式液 压起重机, 它有伸缩臂架, 安装在特制的汽车底 盘上。 1970 年中期开始成批生产。 接着为63t 起 重机。 当全地面起重机在世界市场上出现时, 波

矩。
5 越野起重机的液力传动

越野起重机为路面外工作而设计, 它有简 化的液力传动系统, 可得到高驱动力。 行驶速度 在40 45km h 之间。 ~ 越野起重机动力传动的设计, 与轮式装载 机非常类似。 液力变矩器为单级式, 一般地说, 是单相式。 它很少用带自由轮的两级变矩器。 变 矩器的变矩比平均值高达 id = 218 310, 变矩 ~ 器的最高效率为 Γ ax ≥0185。 m 都有可锁住的差速器。 动系统 也能越野行驶。
5161后驱动 转向桥

兰建筑机械研究所开始在起重机为 30t, 50t, 70t 和90t 的一批机械上进行科研及设计工作。 起重能力为 30t 和 50t 的起重机已完成制 造工作—— 制造了一批样机, 成功地通过了台 架试验和工业试验。 现在准备投入批量生产。 这些机械与其它世界著名厂商生产的机器 在技术与工作参数以及结构设计上相当, 它们 的特点是: —底盘带液力变矩器及液压动力换档变速 箱, 这种液力传动系统使起重机可以最高速度 沿公路行驶, 还可以越野行驶; —动力传动到所有驱动 转向桥上, 可以获 得全轮转向或蟹行转向。 所有的桥都有纵向和 横向差速锁; —所有的桥都用柔性悬挂, 使越野行使比 较容易。 在桥梁下或隧道内行驶, 需要时, 有可 能减低机器的高度; —底盘的转向行驶系统, 既可从驾驶室操 纵, 也可从起重操纵室内操纵; —可选择使用底盘动力驱动部分的自动控 制。
80 年代末, 格尔戈夫建筑机械厂开始制造 20t 越野起重机 D T Z20201。 波兰建筑机械研究 4 起重机液力传动系统的优点 26

用液压操纵的动力换档变速箱是手动换档

中最常用的。 有四个前进档和四个倒档。 传动比 范围 k = 615 715。 ~ 起重机的两个转向 驱动桥 完善的装备使机器具有下述较高的性能: —带自由轮的液力变矩器, 转子可锁住; —变速箱具有全范围的变速比 ( 速比6) ; 径轮胎, 所有的桥都用柔性悬挂;
图2 D UT- 0502全地面起重机动力传动简图
N = 198kW  21液力变矩器 PH 223753 31变

6  起重量30t 和50t 的全地面起重机的液力传

全地面起重机有更完善的动力传动装置。 沿好的路面它能高速行驶 ( 最大70 80km h ) , ~

—轮边行星减速的驱动转向桥, 安装大直

所设计的动力装置, 用在起重机底盘的传动系 统上。 越野起重机和全地面起重机典型的动力传 动系统由内燃机、 液力变矩器、 动力换档变速箱 及带轮边行星减速的驱动桥组成。 应用变矩器可以使起重机根据当时出现的 运动阻力, 自行调节行驶速度和驱动力, 驱动桥 的传动取决于轮胎与地面接触的垂直力和扭

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11发动机 SW T 11 335 2 在每分钟 2200 转时

速箱 SBW 2200163 41前驱动 转向桥

—动力传动的自动控制系统。

的部件由波兰建筑机械研究所设计并在波兰制 造。   单级二相带自由轮的变矩器 PH 223753, 转 子可锁住。 变矩器直接装在发动机法兰上。 变矩 器的外轴可移动。 在好的道路路面上行驶, 将变 矩器转子锁住, 可使变矩器不起作用。 它属于传 递能力大, 可透性较小 P = 114 的一类变矩器。 它既能利用最大扭矩, 也能利用发动机的最大 功率。 变矩比较小 idm ax = 213。 在变矩器功能范 围内, 最大效率 Γ ax p = 0185。 而在离合器功能 m 范围内 Γ ax s = 0192。 m 它有 6 个前 SB 32200163 变速箱是定轴式。 示。
图3 离合器接合过程
(a ) 没有调制   ( b) 调制

“软换档调制” 的问题。 以前在波兰变速箱中所 用的离合器, 其特点是接合过程很快, 大约0105 ~ 011s。 当平稳行驶时, 这数值显得高了。 结果, 显著地减低了所有动力传动系统部件的寿命。 离合器结合过程中主要差别可用下面的图形表   采用控制系统或用调制接合的离合器, 可 以去掉上述的缺点。 这种情况下, 调制取决于活 塞下面油压增加过程的控制及产生的力矩数 值。 力矩是时间的函数。 目前采用两种基本的调制方式: —在控制系统外面完成。 德莱赛 (D resser )

进档, 3 个倒档。 速比范围 k = 915。 所有齿轮都 是常啮合式。 排档由两个离合器控制—方向离 ( 前进 P 1, P 2, 倒退 W ) 及齿轮离合器 S1, 合器 S2和 S3。 设计变速箱时主要的技术困难之一是解决

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DU T 20502 起重机底盘动力传动系统组成

克拉克 (C la rk ) , 采夫 ( ZF ) 等公司用这种方式。 —在离合器本身内部完成。 其中, 专门制造 (Bo rg W a rner ) 公司采用此 离合器的博格沃纳 方式。 制。 对温度、 质量和油的污染不太敏感。 能够经 受控制系统的不精确度。 在起重量30t 和50t 的全地面起重机中, 所 有的桥都是驱动 转向桥。 每个桥最大负载12t。 30t 起重机的桥有一级最终传动。 采用格里森 弧齿啮合的一对锥齿轮及锥齿轮的差速器, 机 构可用机械锁住。 桥的轮毂内有行星减速器。 轮 毂上装有大的鼓形制动器及大型轮胎 ( 16100— 25 ) 的轮辋。 起重机的桥有两级最终传动。 50t 采用一对圆柱齿轮输入, 一对格里森弧齿啮合 的锥齿轮驱动。 圆柱齿轮使动力通过后桥传到 相邻的一个后桥。 其它部件与前桥同。 在公路上行驶时, 这两种起重机前桥的动 力靠变速箱内的齿形离合器脱开。 任选世界上先进制造商生产的动力传动装置, 如: 寇明斯 ( 美国) 的内燃机, 采夫 ( 德国) 的液力 变矩器和变速箱, 洛克威尔国际公司 ( 美国) 的 驱动桥。
DU T 20300 和 DU T 20500 全地面起重机可
图4 底盘柔性悬挂系统

桥悬挂的柔性系统, 如下图所示, 设计用于 2 桥和3 桥重型车辆包括全地面起重机。 最大桥 负荷12t, 行驶速度达70km h。

  这系统能够:

下面行驶; —有适宜于坡度上工作的可能性;

SB 200163 和 SW 14411 变速箱采用内部调

—行驶时轮子负荷相等; —在不同位置锁住悬挂系统; —减低车辆高度, 最大 100mm , 能在桥梁

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—在自动或独立循环中, 卸除系统负载, 找 平; —获得系统找平信息。 该系统是波兰建筑机械研究所 (P I B ) 设 M 计的。 30t 和 50t 全地面起重机液力传动系统的 控制由一个自动系统来实现。 自动系统基于微 机技术, 从司机、 发动机、 液力变矩器和变速箱 中收集信号, 自动控制系统能从效率的观点 ( 燃 油消耗) 优化动力传动系统的工作, 获得最好的 机器性能 ( 加速性) , 监视各个传动部件的工作 状况。 底盘传动自动控制系统由执行模块组成。 方框图见图5。

  —空载时间能够校正紧急工作状态; —对每一排档, 在任何 ik ” “ 下选择, 正确地 选择变矩器极限变矩比数值及行驶速度; —动力传动系统在正常 ( 经济) 和最大性能 ( 加速) 两种强度范围下工作; —超过极限状态后, 如很快 ( 紧急) 地停止 系统工作, 则发出信号。 该装置满足关于监视系统的已知要求。 7   起 重 能 力 70t (D UT- 0701 起 重 机 ) 和 90t (D UT- 0901起重机) 起重机的动力传动 波兰建筑机械研究所 (P I B ) 完成了采用 M 进口部件的 DU T 20701 和 DU T 20901 样机制造 的文件资料。 起重机用曼 (M AN ) 和梅萨德斯 根据用户的要求, 也可采用进口部件。 角时的安全。
作者地址: 辽宁省沈阳市沈河区大南街282号 邮政编码: 110015 收稿日期: 1996112130

奔驰发动机, 用采夫和阿里逊公司的液力变矩 器及变速箱, 用斯泰尔的分动箱, 洛克威尔的 桥。 所有的功率都在220kW 以下。 8 总结 作为波兰建筑机械研究所完成的科研成 果, 越野起重机和全地面起重机的设计和生产 已在波兰展开。 起重能力30t 和50t 起重机的动 力传动系统采用了我们自己设计的部件, 包括: 液力变矩器、 动力换档变速箱、 驱动桥、 动力传 动自动控制系统、 桥的柔性悬挂系统。
参 考 文 献 玛哈尼夫斯基 A 、 波鲁哈 W 、 维莱辛斯基 M 、 科莱克 M : 1991—1994 研究报告; 1994—1996 在莫斯 科、 奥德赛和北京国际座谈会上的报告 M T 1  罗兰特 博格和派特纳研究报告, 柏林, 1994 徐慎初译  

图5 底盘传动自动控制系统方框图

  系统工作采用的规则, 考虑了下列几点: —只有操纵杆处于 0” , 才能启动行驶 “ 位时 发动机; —两种传动选择: 工作和行驶; —只有变矩器的锁住离合器脱开, 才能将 排档进入给定的下一档;

( 上接第3页)

卷筒低速级液压夹钳盘式制动器, 可确保臂架 无下坠的危险。 RCS 双电机调速方式使带载变 幅平稳可靠。

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71变幅机构采用电机高速级盘式制动器和

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81设有防臂架反弹后倾装置, 保证在大仰


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