液压无级变速传动系统在轮式挖掘机上的仿真及应用

　　液压变速系统是指通过改变泵和马达排量或采取节流控制流量的方式来调节马达转速的系统.液压传动变速系统中泵与马达有四种匹配方式:第一是定量泵和定量马达组合,马达转速随泵输入转速线性变化,泵转速恒定时,可用节流调速;第二是变量泵和定量马达组合,马达的转速与泵的流量成正比,马达输出转矩与转速成反比,马达输出功率与转速成正比,变量机构可通过零点实现换向,多用于闭式回路;第三是定量泵和变量马达组合,马达转速与马达排量成反比,由于泵流量不变,马达输出转矩与其转速成反比,而且马达排量过小时不能正常工作,多用于开式回路;第四是变量泵和变量马达组合,马达排量设置可实现无级调速,马达输出转速与输入流量成正比,而与马达的排量成反比,马达输出转矩随马达进、出口压差增大及马达排量变大而增加,这种匹配方式调节范围宽,可满足高转速和大转矩的要求.

　　轮式挖掘机行走系统必须满足高速度和大驱动力的使用要求,变量泵和变量马达匹配是轮式挖掘机的行走液压系统的最佳方案.工地间转移用高速挡,缩短转移时间;在工地用低挡,发挥大的驱动力.设计轮式挖掘机行走系统液压元件必须经多次匹配计算,才能确定较好的方案,工作量大而繁琐.需建立仿真模型对其变量泵、变量马达的排量匹配进行优化,以达到设计最优且缩短设计周期的目的.

　　1 液压无级变速系统工作原理

　　液压无级变速系统用于轮式车辆行走系统,主要由变量泵、变量马达和阀组成,根据行走阻力大小的变化,自动变化速度.

　　其中变量泵的恒功率曲线如图1所示.横坐标为压力p,纵坐标为流量Q.在直线ap0之间压力升高,流量不变;p0pmax曲线为变量泵恒功率段.p0点是恒功率压力起调点,即压力升到p0点时,随着压力的再升高,泵的流量减少;pmax点为压力终点,即为系统的额定压力点,系统的额定输出功率在ap0pmax曲线下方变化,绝不超过ap0pmax曲线以外.p3点为控制变量马达的压力点.

　　变量马达压力控制排量变化曲线如图2所示,p₁为压力控制起点,不同的马达控制起点p₁值不同.Δp是压力增量,即随着Δp的增大,马达排量从0增大到最大.q₁是马达工作排量起始点;p₃是马达排量开始变化时的控制压力,p₃的确定与压力控制起点p₁、压力增量Δp和排量比B有关.如A6VM80马达的最大排量为80 mL.r^-1,最小工作排量为40 mL.r^-1,则排量比B为0.5.压力控制起点p₁为23 MPa,压力增量Δp为5 MPa,在马达压力控制曲线上排量比0.5对应的纵坐标压力p₃为25.5 MPa.即当压力小于等于p₃时,马达以q₁排量工作,当压力大于p₃时,马达随压力的升高排量变大,直到最大排量80 mL.r^-1.