全液压驱动形式除雪车液压校核计算

《装备制造技术》2017年第10期
冬季降雪对交通、生产、
生活影响很大，然而我国对除雪机械的开发、生产较晚，产品较国外除雪配置单一落后[1]，国外机场用的除雪车配置一般有不同
型式与规格的推雪板、中置滚刷、撒布机、前置滚刷、抛雪机、破冰机等除雪器具，且均为快速换装形式。

然而我国对除雪机械的开发始终为机械传动形式的二类底盘上加装推雪、扫雪、吹雪等系列设备进行改装，由于二类底盘的局限性，即只有前轮转向，后桥驱动，没有四轮转向全轮驱动功能，
除雪时候抓地力不足，转弯半径小不适合操作，同时没有足够多的扭矩大的液压取力口用于安装大扭矩液压泵，机械传
动的底盘附件过多，没有足够的空间，在添加以上设备时候，始终不能很好的实现各项除雪功能[2]。

1全液压驱动形式除雪车设计
一种全新设计的液压驱动形式的专用除雪车底
盘能很好的解决以上问题，因为采用全液压驱动，在设计时就需考虑如何根据使用工况匹配好驱动部分，
因此本文就某一液压驱动车辆的功能参数为例，提出一种液压驱动校核计算的方法。

该全液压底盘为单发动机形式，取消传统机械传动系，减少了机械传动部分给底盘提供了足够的空间布置系列除雪设备。

其布置形式为：前推铲、中吹风、中滚刷、后撒布[3]，如图1所示为多功能除雪车。

2液压回路
底盘采用4轮4驱转向，在发动机后部接分动
器，分动器连接行走的液压泵，通过液压泵驱动液压马达给前后桥提供驱动力，可以实现车辆四驱，
加强了在雪地行驶抓地力和稳定性，图2为发动机驱动液压泵，液压泵驱动液压马达的闭式系统的液压回路图。

全液压驱动形式除雪车液压校核计算
李旭俊
（中国重汽集团柳州运力科迪亚克机械有限责任公司，广西柳州545112）
摘要：介绍一种机场常用的多功能除雪车，该车行走驱动采用全液压驱动全驱形式，通过液压系统来实现车辆推雪、扫雪、吹雪的多种功能。

本文阐述了如何通过计算方法校核选型驱动行驶的液压泵及对应的液压马达，要求校核后的各项性能满足设计要求，能正常、稳定工作。

关键词：多功能除雪车；全液压驱动；校核计算中图分类号：U418.32
文献标识码：A
文章编号：1672-545X （2017）10-0035-03
收稿日期：2017-07-26
作者简介：李旭俊（1979-），男，瑶族，广西宜州人，高级工程师，硕士，从事专用汽车设计与开发。

图1多功能除雪车
1.推雪铲
2.二类底盘
3.液压泵
4.吹风系统
5.滚刷
6.撒布罐
7.撒布机
8.液压马达
1
2
3
8
4
5
8
6
7
图2驱动原理图
液压马达
液压泵
发动机
35
Equipment Manufacturing Technology No.10，2017
3推铲推力计算
推铲依靠铲体自重使铲刃与路面紧密接触，利用除雪车前进的动力与速度将浮雪清离路面，并沿推铲抛向侧面。

因此，推铲本身的质量、铲体与路面的摩擦系数、铲刃与路面的夹角、铲刃形状、铲体水平摆角、除雪作业宽度、除雪作业速度、浮雪密度、浮雪厚度等因素都与雪阻力计算密切相关。

同时，浮雪的平均抗剪应力亦对雪阻力计算产生一定影响，但由于其值相对较小，计算时通常忽略不计[4]。

推铲推雪时依靠车体的前进动力将路面积雪清离路面，并使积雪沿铲体向一侧滑移而到达道路边沿。

同时雪铲曲面的设计为渐开线等螺距螺旋面[5]，积雪将沿着推雪铲一侧排出，而不会积累到雪铲顶部。

以某一车型为例，在计算具体推力时，雪的密度以g/cm3为单位。

雪的密度变化范围很大，新下的松软雪的密度为0.04~0.1g/cm3，融雪时雪的密度可达0.6 ~0.7g/cm3，雪的平均密度为0.2~0.25g/cm3，折中取0.4g/cm3，推铲宽度6m，按推雪最小角度20°，则
最大推雪阻力：F p=VρηS×0.2
F p=29673×0.4×12×0.2=2849N
滚刷滚动反力计算，ηb按聚丙烯与路面摩擦系数最大取0.4，则
F b=
G bηb
F b=1000×0.4=400N
4车辆行驶阻力计算
除雪车在平直道路上行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力以及来自空气的空气阻力（风阻）。

同时如果在坡道上行驶时，必须克服坡道阻力；在加速行驶过程中需克服加速阻力[6]；在推雪作业时候还有推雪阻力。

因此车辆行驶过程中所受的阻力计算如下：
车辆驱动力—行驶阻力平衡公式如式（1）：
F t=∑F=F f+F w+F i+F j+F p+F b（1）
上式中，F t为驱动力；F f为滚动阻力；F w为空气阻力；F i为坡度阻力；F j为加速度阻力；F p为推雪阻力。

滚动阻力可视为车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比，或单位汽车重力所需之推力，滚动阻力计算公式如式（2）。

F f=Gf cosα（2）
上式中，G为除雪车整备质量，取满载除雪剂20000kg；f为滚动阻力系数；p为爬坡度。

空气阻力是汽车在空气介质中行驶，汽车相对于空气运动时空气作用力在行驶方向形成的分力，空气阻力与汽车速度的平方成正比，车速越快阻力越大。

如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，则会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。

本文中空气阻力计算公式为F w=C D AV
2
a
21.15，按机场逆向风工作，最大允许相对速度50km/h计算，则F w=1×9.25×50×50/21.15=1093N
在这里按混凝土，最大滚动阻力系数取0.02计算。

考虑到实际工作时除雪车不会快速加速且行驶速度较慢，因此忽略加速阻力，但是可能存在强风作业状况，取最大逆风速度50km/h.因此牵引力的计算公式如式3.
∑F=Gf cosα+Gf sinα+F p+F b+F w（3）由上式可知爬坡角α越大，∑F越大。

考虑机场跑道一般不允许有纵向坡度，为考虑极限工况，因此将α取值10°，则：
∑F=0.02×20000×9.8×cos10°+20000×9.8×sin10°+2849+400+1093
∑F=3860+34035+2849+400+1093 =42237N
5驱动负载转矩计算
车辆为双轴四轮四驱动形式，每个车桥有两个车轮，此时单桥2个轮有效切线牵引力为总牵引力的一般，因此，F ks=0.5∑F=0.5×42237=21118.5N.
机械传动常用驱动效率η=0.98.
驱动负载转矩（N·m）计算公式如式4.
M k=F ks r d/η（4）上式中，r d为驱动轮半径（驱动轮节圆直径1270 mm）；M k为驱动负载转矩（N·m），则
M k=21118.5×1270×10-3
2×0.98=13684N·m 马达负载转矩（N·m）计算公式如式5.
T l=M k i MηM i NηN（5）上式中，i M为减速器传动比（2.6∶1）；ηM为减速器表1各种路面的滚动阻力系数[6]
良好的沥青或
混凝土路面
一般沥青或混
凝土路面压紧的雪道结冰路面
0.010~0.0180.018~0.0200.030~0.0500.015~0.030
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《装备制造技术》2017年第10期
Checking Calculation the Hydraulic Motor Pressure of the All
Wheel Hydrostatic Drive of Snow Removal Vehicle
LI Xu-jun
（Sinotruk Liuzhou Yunli Kodiak Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545112，China ）
Abstract ：An snow removal vehicle for the airport were instructed in the paper ，all wheel hydrostatic drive was designed in the chassis ，and be drive by hydrostatic motor ，the vehicle with multiple functions such as pushing
snow ，sweeping snow ，blowing snow.The method of checking calculation the hydraulic motor pressure was show in this paper.
Key words ：multifunctional snow removal vehicle ；all wheel hydrostatic drive ；checking calculation
传动效率（0.98）；i N 为车桥传动比（8.88∶1）；ηN 为车桥
传动效率（0.98），则
T l =1368422.2
=616N ·m
6马达工作压力计算
液压马达的工作压力跟负载有关，流量与排量
和转速有关。

选择马达一是要选择其额定压力大于或等于工作压力，因此需要计算核准的液压马达工
作压力（MPa ），计算公式如式（6）：P m =2πT l ηm q m
+P r （6）
上式中，P r 为补油压力（MPa ）；q m 为工况排量；ηm
为马达的效率，这里取最小值0.9，则
P m =2π×6160.9×105
+0.2=41MPa
经过计算选取马达参数：
最大排量为105cm 3/r ，额定压力为25MPa ，最高额定压力为42MPa ，最高压力为50MPa.
7结束语
在除雪车满载20t ，逆风相对速度50km/h ，推
雪2849kg ，10°坡跑道满负荷工作时，马达的工作
压力为41MPa ，小于马达的最高额定压力。

在实际工作中除雪车不可能在逆向风速作业速度50km/h 长时间在10°坡道上作业，
因此选用105cc 排量的泵是符合该液压系统工作能力的，但不建议长时间满负荷工作。

经过以上计算方法计算除雪车在平地起伏度3°左右，满负荷工作情况下，行走时马达的工作压力为18MPa ，小于额定压力25MPa.因此该液压系统满足
设计要求。

参考文献：
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[3]姚继蔚，
孙宽.路面除雪机械现状及发展趋势[J].建筑机
械，2013（11）：68-73.
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[6]黄金松，许洪国.基于道路试验的汽车滚动阻力和空气阻力系数计算方法和研究[J].交通信息安全，2009，27（1）：75-78.
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