TQ160 型全液压推土机行走系统压力与牵引力关系

２
ｐｍ ＝－ ２Ｅ－ ０５Ｆｑ ＋０．１８２ ２Ｆｑ ＋５．６０２ ９
（ １）
式中： ｐｍ — ——液压系统压力（ ＭＰａ） Ｆｑ — ——全液压推土机的挂钩牵引力（ ｋＮ） 为了方便说明问题， 此处我们引入驱动端机械
效率的概念。
ｐｍ
＝
２!Ｍｍ ｑｍ
＝ !Ｆｑ ｒ ｑｍ ｉ
３
×１０
（ ２）
"ｑ
＝
Ｆｑ ＦＴ
根据 ＴＱ１６０ 全液压推土机的参数， 按照转矩压
力公式（ ２） 可以计算出， 在不考虑机械损失（ 即假设
液压马达和减速机的传动效率均为 １００％） 和地面阻
力的情况下， 牵引力与压力之间的关系如式 ４ 所示。
ｐｍ＝０．１７ＦＴ
（ ４）
所以可以得出全液压推土机驱动端的传动机械
效率为 ９３．３％， 此值是经 ＴＱ１６０ 全液压推土机现场
入控制环节， 可以通过液压泵和液压马达排量的调 节， 使推土机始终工作在最佳速度， 以便更好地实现 恒功率控制。
３ 结论
土机的设计过程中， 可以依据此值进行液压系统的 压力匹配和液压马达加减速器的选型， 液压元件的 寿命可以得到保证， 能够充分发挥液压马达的驱动 能力， 经济性好。
本文通过 ＴＱ１６０ 全液压推土机现场试验， 对所 测试验数据进行数学分析， 得出以下结论：
样机试验在三一重工试验场经过平整的红粘土 场地上进行， 图 ２ 所示为牵引试验现场照片。
试验过程中发动机控制手柄始终保持最大位置 不变， 根据试验需要， 设定推土机挡位。先空载行走， 记录所测得的相关数据， 然后给试验样机逐渐加载， 直至样机不能拖动负载为止， 记录所测得的相关数 据。数据采集使用 ＤＥＷＥＴＲＯＮ 公司的 ＤＥＷＥ－ ４０１０ 动态信号分析仪， 试验所得样机的牵引力波形如图 ３ 所示， 行走液压系统压力信号波形如图 ４ 所示。
１８．６６
９．３６
１９．９８
９．２４
１９．７４
９．７１
３
７１．３４
１８．０
４２．２０
１２．６４
４９．０２
１４．４６
４２．６６
１３．７７
４
９２．７４
２２．３
９３．７８
２２．５４
１１０．２０
２５．８０
１０９．９２
２５．８０
５
１２８．１４
２８．４
１１９．３８
２７．１７
１２６．９６
２８．７９
１２１．１０
２７．７２
试验得出的， 亦可作为其它全液压推土机的设计参
考。从图 ５ 中还可以看出 ＴＱ１６０ 全液压推土机在空
载情况下， 液压系统压力为 ５．６０ ＭＰａ， 即推土机驱动
其自身单边需要 ５．６０ ＭＰａ 的压力。通过计算， 地面
滚 动 阻 力 为 ３６．５ ｋＮ， 为 机 重 的 １９．３％， 将 该 参 数 引
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ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅ ａｎｄ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐ－
试 验
研 究
· !
图 ２ 样机牵引试验现场
图 ３ Ⅴ挡牵引试验牵引力实采信号（ １９．９８ ｋＮ， 参见表 １）
图 ４ Ⅴ挡牵引试验液压系统压力实采信号（９．２４ ＭＰａ， 参见表 １）
力可以看出， 与传统机械式或液力机械式推土机一 样， 牵引试验过程中， 全液压推土机的牵引力也是 １ 个变化值， 随着牵引力的变化， 液压系统的压力亦处 于不断变化中。通过求期望值的方法， 分别求出各种 负荷工况下的牵引力期望值以及与之相对应的液压
工程机械
第 ３８ 卷 ２００７ 年 ６ 月
试
表 １ ＴＱ１６０ 全液压推土机试验数据记录表
验
挡位
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
研
参数
牵引力
压力
牵引力
压力
牵引力
压力
牵引力
压力
究
单位
（ ｋＮ）
（ ＭＰａ）
（ ｋＮ）
（ ＭＰａ）
（ ｋＮ）
（ ＭＰａ）
（ ｋＮ）
（ ＭＰａ）
１
０
５．２９
０
５．４４
０
５．８０
０
６．２０
２
１９．３６
８．００
出 版 社 ，２００２． ［３］ 顾 海 荣 ． 基 于 ＡＭＥＳＩＭ 的 全 液 压 推 土 机 行 走 驱 动 系
统仿真［Ｊ］． 筑路机械与施工机械化， ２００５（１）． ［４］ 易 小 刚 ． 全 液 压 推 土 机 关 键 技 术 参 数 研 究 ［Ｊ］． 中 国 公
路 学 报 ，２００４（２）． ［５］ 伍 红 ， 张 天 琦．全 液 压 推 土 机 性 能 试 验 方 法 研 究 ［Ｊ］． 工
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图 ５ ＴＱ１６０ 全液压推土机牵引力和压力特性曲线
第 ３８ 卷 ２００７ 年 ６ 月
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Ｄｅ ｓ ｉｇｎ ａ ｎｄ Ｃａ ｌｃｕｌａ ｔｉｏｎ
设 计
轮式装载机前车架结构载荷
计
算
计算、有限元分析与优化设计
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广西大学机械工程学院 陈树勋 梁光明 李会勋
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关键词： 装载机 前车架 工作载荷求解 有限元分析 优化设计 导重法
前车架是轮式装载机的重要部件， 是支撑工作 装置的基础结构， 在作业和行走过程中承受工作装 置传来的力和力矩。装载机的作业工况复杂多变， 工 况考虑得是否周全， 各工况下前车架载荷计算是否 正确对前车架结构分析和优化设计的成败具有至关
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关键词： 全液压推土机 行走系统 压力 牵引力
行走系统压力和牵引力是全液压推土机液压系 统设计匹配过程中需要研究的重要参数， 其大小直 接影响全液压推土机的性能。以往的设计， 受条件所 限， 通常根据经验值选取液压马达、减速器和驱动轮 的机械效率以及地面滚动阻力系数等， 通过理论分 析与计算得出行走系统压力与牵引力之间的关系， 运用到实际系统的设计中。由于实际工况与理论之 间存在一定的偏差， 因此很容易导致设计出的系统 不能达到预期的效果。本文借助试验手段， 对全液压 推土机行走系统压力与牵引力之间的关系进行研 究， 旨在提高机器性能。
（ １） ＴＱ１６０ 全液压推土机牵引力与压力之间的
２
数学关系可以用 ｐｍ＝－ ２Ｅ－ ０５Ｆｑ ＋０．１８２ ２Ｆｑ ＋５．６０２ ９ 表 示。
（ ２） 在额定压力 ２４ ＭＰａ 的情况下， ＴＱ１６０ 全液 压推土机可以获得 １０１．２ ｋＮ 的牵引力， 为样机质量 的 ５６．４％。ＴＱ１６０ 属于中小功率级推土机， 主要用于 填方、搬运作业， 负荷变化小， 可以通过加大铲刀、减 小传动比等方法提高额定工作压力， 提高生产率。
６
１６１．８４
３４．６
１６２．３０
３５．０６
１４８．３６
３２．９０
１５０．７６
３３．２５
７
１５２．１４
３２．００
１５０．３６
２９．７２
１６３．６６
３５．３４
１６９．３０
３５．９０
据为左右两侧行走系统压力的平均值） 。
由于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ挡液压马达的排量相等， 所以
将这 ４ 个挡位的牵引力和液压系统压力数据集中处
系统压力期望值， 对其进行分析。评价推土机最重要 的指标之一是作业工况下的性能， 这种性能对应于 全液压推土机的液压马达全排量工况。ＴＱ１６０ 全液 压推土机的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ挡， 液压马达均处于最大排 量状态， 试验数据处理结果如表 １ 所示（ 表中压力数
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Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
（ ３） 文 章 引 入 了 驱 动 端 机 械 效 率 的 概 念 。 ＴＱ１６０ 全液压推土机液压马达加减速器组合在作业 工况下的驱动端机械效率约为 ９３．３％， 在全液压推
参考文献 ［１］ 顾 海 荣 ． １６０ 马 力 全 液 压 推 土 机 匹 配 参 数 研 究 ［Ｄ］． 西
安： 长安大学， ２００５． ［２］ 姚 怀 新 ， 陈 波．工 程 机 械 底 盘 理 论 ［Ｍ］．北 京 ： 人 民 交 通
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#
摘 要： 对装载机前车架进行有限元分析与优化的关键是准确无误地确定其工作载荷。根据前车架与 工作装置的静定连接关系， 提出一种等效结构法， 高效可靠地计算了各工况前车架承受的载荷。而后对前 车 架 结 构 进 行 有 限 元 分 析 ， 得 出 了 １５ 种 工 况 下 的 变 形 和 应 力 分 布 ， 其 特 点 是 ： 车 架 上 半 部 应 力 和 变 形 较 大， 复合应力最大点 出 现 在 如 下 部 位 ： 两 侧 翼 箱 与 后 背 板 交 接 处 、前 额 板 与 翼 箱 内 部 侧 板 交 接 处 和 后 车 架 铰接处； 偏载工况最大复合应力较对应的正载工况增大百分之二十左右。最后再通过采用导重法进行结构 优 化 ， 使 所 有 工 况 最 大 复 合 应 力 从 ３９９ ＭＰａ 下 降 到 ２１８ ＭＰａ， 结 构 总 质 量 下 降 １１．４５％， 圆 满 完 成 了 厂 方 提 出的优化设计降重 ５ ％ 以上的要求。
２ 试验数据处理与分析
从图 ３ 实采牵引力信号和图 ４ 实采液压系统压
１．变量泵 ２．单向阀 ３、１０．安全阀 ４．补油溢流阀 ５．梭阀 ６．溢流阀 ７．变量马达 ８．滤油器 ９．补油泵 １１．油箱 图 １ 全液压推土机行驶液压系统单边回路
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第 ３８ 卷 ２００７ 年 ６ 月
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Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
摘 要 ： 通 过 ＴＱ１６０ 型 全 液 压 推 土 机 的 现 场 试 验 ， 对 全 液 压 推 土 机 牵 引 力 、行 走 系 统 压 力 进 行 实 际 测 量。介绍了全液压推土机进行牵引试验的方法， 论述了试验数据的处理与分析过程。分析结果表明： 液压系 统的压力随着牵引力的增加， 其变化表现为直线关系。建立了两者之间的数学表达式， 同时还引入了驱动端 效率的概念。在全液压推土机的设计过程中， 可以依据该效率值进行液压系统的压力匹配和液压马达与减 速机的选型， 以便延长液压元件的使用寿命， 充分发挥液压马达的驱动能力。
理， 能够综合反映全液压推土机作业工况下的平均
性能。通过数据拟和， 得出 ＴＱ１６０ 全液压推土机液
压马达全排量工况下的牵引力和压力特性曲线， 如
图 ５ 所示。
从图 ５ 可以看出， 液压系统压力随着外负载的
增加， 其变化表现为直线关系（ 二次项系数非常小，
其原因为马达排量不变） ， 见式（ １） 。
１ 全液压推土机牵引试验
牵引试验是推土机性能试验的主要项目， 也是 全液压推土机行走液压系统特性研究的重要手段， 它能够真实地反映全液压推土机的作业工况。本文
选用某厂生产的 ＴＱ１６０ 型全液压推土机进行试验。 样机质量 １９．３ ｔ， 驱动轮半径 ０．４３５ ｍ， 液压马达排量 为 １０７ ｍＬ／ｒ， 液压马达到驱动轮的传动比为 ７５．５３。 样机行驶液压系统单边回路如图 １ 所示。
程 机 械 ，２００３（５）．
通信地址： 湖南省长沙市韶山南路 ６３５ 号 湖南交 通 职 业 技
术学院教务处（ ４１０００４）
（收稿日期：２００７－ ０１－ ２５）
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Ｃｏｎｓｔｒ ｕｃｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒ ｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｖｏｌ． ３８ Ｎｏ． ６
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｉｎ Ｅｎｇｌｉｓｈ
重要的作用。目前企业技术人员多采用人工计算方 法计算前车架载荷， 容易出错， 因此研究前车架载荷 的高效可靠自动计算方法具有十分重要的意义。笔 者应某企业之约， 对前车架的变形和应力分布进行 分析。根据前车架与工作装置的静定连接关系， 提出
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（ ３）
式中： Ｍｍ — ——液压马达驱动转矩（ Ｎ·ｍ） ｑｍ — ——液压马达排量（ ｍＬ／ｒ） ｒ— ——履带驱动轮半径（ ｍ）
ｉ— ——减速机速比
ｈｑ— ——驱动端机械效率 Ｆｑ— ——挂钩牵引力（ ｋＮ） ＦＴ— ——不考虑机械效率损失和地面阻力， 依据 转矩压力公式（ ２） 计算出的理论牵引力（ ｋＮ）
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Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
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试 验
研 ＴＱ１６０ 型全液压推土机行走系统压力与牵引力关系
究
ห้องสมุดไป่ตู้
湖南交通职业技术学院 长安大学道路施工技术与装备教育部重点试验室
单新周 顾海荣 王永奇
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通过计算地面滚动阻力为365kn为机重的193将该参数引参数牵引力压力牵引力压力牵引力压力牵引力压力单位knmpaknmpaknmpaknmpa193680018669361998924197497171341804220126449021446426613779274223937822541102025801099225801281428411938271712696287912110277216184346162303506148363290150763325152143200150362972163663534169303590tq160全液压推土机牵引力和压力特性曲线36designandcalculation第38卷2007年6月工程机械前车架是轮式装载机的重要部件是支撑工作装置的基础结构在作业和行走过程中承受工作装置传来的力和力矩