液压动力性能计算设计计算书.docx
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液压动力性能计算设计计算书
编号：
题目：
运架机液压动力性能计算
页数：
计算者：
审核者：
日期：
重要计算结果或修订意见
1、主要技术参数（计算条件）
1.发动机,共2台,功率2×450KW,转速2100rpm。
闭式泵用两套250+250串联泵。
2.变量马达:
车体共16轴，其中6个为主动轴，用24个变量马达51C80-1-A驱动,每个马达最大排量80ml/r,最小排量28ml/r。
3.架梁机自重600吨,载重900吨。
4.爬坡能力：
5.GFT60轮边减速机速比：
i=105.5
6.驱动轮驱动半径：
重载时：
0.778m
空载时：
0.870m
7.驱动扭矩如下表：
负载总阻力（kN）
负载总扭矩（kN.m）
马达数×排量=总排量（ml/r）
电控档位
平道重载
375
292
16×80+8×28=1504
Ⅱ
平道空载
150
131
24×28=672
Ⅲ
1.5%坡道重载
600
467
24×80=1920
Ⅰ
1.5%坡道空载
240
209
16×80+8×28=1504
Ⅱ
2%坡道重载
675
525
24×80=1920
Ⅰ
2%坡道空载
270
235
16×80+8×28=1504
Ⅱ
4％坡道重载
975
759
24×80=1920
Ⅰ
4％坡道空载
390
339
16×80+8×28=1504
Ⅱ
8.根据压力降额匹配的原则闭式系统额定压力PH=（0.5～0.6）Pm（Pm为元件峰值压力），既可保证元件有合理的工作寿命，又可满足运梁车波动的载荷工况的要求；由于运梁车起动加速阶段速度较低，液压元件效率较低，运梁车制动时所需扭矩较大并考虑到液压冲击对液压密封带来的影响，所以系统调定切断压力33MPa、溢流阀开启压力35MPa。
9.其它开式回路参数计算请参阅各相关执行部件计算书。
2、计算依据
2.1引用的标准和规范：
《京沪高速铁路运架设备研制技术条件》铁道部高速办函[2003]23号
液压系统通用技术条件GB/T3766
液压气动系统及元件公称压力系列GB2346
液压缸气动系统及元件缸内径及活塞杆外径系列GB/T2348
液压气动图形符号GB/T786.1
液压泵站油箱公称容量系列JB/T7938
2.2参考文献：
1）哈尔滨工业大学曾祥荣、叶文柄、吴沛荣主编液压传动国防工业出版社1980
2）浙江大学林建亚、华中工学院何存兴主编液压元件机械工业出版社1988
3）雷天觉新编液压工程手册北京理工大学出版社2000
4）萨奥-丹佛斯-大金公司静液压驱动产品综合样本
5）博世力士乐（中国）有限公司减速机样本
6）北京华德液压工业集团有限公司液压阀样本
7）四川长江液压件有限公司多路换向阀、工程液压缸样本
8）姚怀新行走机械液压传动与控制人民交通出版社2002
3、闭式行走液压系统计算
3.1重载平道上计算（马达排量16×80+8×28=1504）
油泵理论最大供油量:
Q=4×250×2100/1000=2100l/min
油泵实际最大供油量:
Q1=2100×0.95=1995l/min
油泵实际最大供油量时马达实际转速：
nm=1000Q1·ηv/vg=1000×1995×0.95/1504=1260rpm。
轮胎转速：
n1=nm/i=1260/105.5=11.94rpm
走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.778×11.94×60/1000=3.5km/h
发动机功率计算：
1.马达需要输出扭矩：
80ml/r马达扭矩分配系数：
28ml/r马达扭矩分配系数：
1个80ml/r马达需要输出扭矩：
（减速机效率η=0.9）
1个28ml/r马达需要输出扭矩：
2.马达压差 ΔP（取ηmb=0.9）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）
80ml/r马达压差:
ΔP1=2π×163/（80×0.9）=14.2MPa
28ml/r马达压差:
ΔP2=2π×57/（28×0.9）=14.2MPa
4.发动机走行功率（设管路损失1.0Mpa，则泵压差P=15.2Mpa，分动箱与泵的效率为η=0.98×0.92=0.9）
N总＝Ｐ·Ｑ/η,P=15.2MPa,Q=2100l/min
N总=15.2×2100/（60×0.9）=591KW
3.2重载1.5％坡道上计算（马达排量24×80=1920ml/r）
1.马达需要输出扭矩：
1个80ml/r马达需要输出扭矩：
（减速机效率η=0.9）
2.马达压差ΔP（取ηmb=0.9）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）=2π×204.9/（80×0.9）=17.9MPa
考虑到整车在走行同时有转向、补油泵、散热等功率消耗，另加194KW辅助功率，选定发动机功率447×2=894KW，按闭式系统走行功率700KW进行工况匹配。
3.油泵能提供的供油量Q（由于泵在部分排量时效率降低取分动箱与泵的效率为η=0.98×0.9=0.88）
据：
Ｎ＝Ｐ·Ｑ／η， Ｐ＝18.9MPa,η=0.88,N=700KW
得：
Q=60·N·η/P=60×700×0.88/18.9=1955L/min
所以在此工况下要减小（司机手柄回拉）泵的排量，否则柴油机功率不够。
排量比Br=1955/2100=0.93
4.马达转速
nm=1000Q·ηv/24vg
=1000×1955×0.95/（24×80）=967rpm。
5.轮胎转速：
n1=nm/i=967/105.5=9.17rpm
6.走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.778×9.17×60/1000=2.69km/h
3.3重载2％坡道上计算（马达排量24×80=1920ml/r）
1.马达需要输出扭矩：
1个80ml/r马达需要输出扭矩：
（减速机效率η=0.9）
2.马达压差ΔP（取ηmb=0.9）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）=2π×230.4/（80×0.9）=20.1MPa
考虑到整车在走行同时有转向、补油泵、散热等功率消耗，另加194KW辅助功率，选定发动机功率447×2=894KW，按闭式系统走行功率700KW进行工况匹配。
3.油泵能提供的供油量Q（由于泵在部分排量时效率降低取分动箱与泵的效率为η=0.98×0.9=0.88）
据：
Ｎ＝Ｐ·Ｑ／η， Ｐ＝21.1MPa,η=0.88,N=700KW
得：
Q=60·N·η/P=60×700×0.88/21.1=1751L/min
所以在此工况下要减小（司机手柄回拉）泵的排量，否则柴油机功率不够。
排量比Br=1751/2100=0.83
4.马达转速
nm=1000Q·ηv/24vg
=1000×1751×0.95/（24×80）=866rpm。
5.轮胎转速：
n1=nm/i=866/105.5=8.21rpm
6.走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.778×8.21×60/1000=2.41km/h
3.4重载4％坡道上计算（马达排量22×80=1760，泵减小排量工作）
1.一个马达需要的最大扭矩（减速机效率η=0.9）
2.马达压差ΔP（取ηmb=0.9）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）=2π×333.1/（80×0.9）=29.1MPa
3.油泵能提供的供油量Q（由于泵在部分排量时效率降低取分动箱与泵的效率为η=0.98×0.9=0.88）
据：
Ｎ＝Ｐ·Ｑ／η， Ｐ＝30.1MPa,η=0.88,N=720KW
得：
Q=60·N·η/P=60×700×0.88/30.1=1227l/min
所以在此工况下要减小（司机手柄回拉）泵的排量，否则柴油机功率不够。
排量比Br=1227/2100=0.58
4.马达转速
nm=1000Q·ηv/24vg
=1000×1227×0.95/（24×80）=607rpm。
5.轮胎转速：
n1=nm/i=607/105.5=5.75rpm
6.走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.778×5.95×60/1000=1.74km/h
3.5空载平道上计算（马达排量24×28=672）
1．一个马达需要的最大扭矩（减速机效率η=0.9）
2.马达压差ΔP（马达在小排量时效率较低取ηmb=0.8）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）=2π×57.5/（28×0.8）=16.1MPa
3.马达转速：
nm=1000Q1·ηv/28vg=1000×1995×0.95/（24×28）=2820rpm
4.轮胎转速：
n1=nm/I=2820/105.5=26.7rpm
5.走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.87×26.7×60/1000=8.75km/h
6.发动机理论功率：
据：
Ｎ＝Ｐ·Ｑ／η， Ｐ＝18.6MPa,η=0.9，
N＝Ｐ·Ｑ／η=16.1×2100/（60×0.9）=626KW
3.6空载1.5%坡道上计算（马达排量16×80+8×28=1504）
1.1个80ml/r马达需要输出扭矩：
（减速机效率η=0.9）
1个28ml/r马达需要输出扭矩：
2.马达压差ΔP（取ηmb=0.9）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）=2π×117/（80×0.9）=10.2Mpa
4.马达转速
nm=1000Q1·ηv/1504=1000×1995×0.95/1504=1260rpm
5.轮胎转速：
n1=nm/i=1260/105.5=11.9rpm
6.走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.87×11.9×60/1000=3.9km/h
7.发动机理论功率：
据：
Ｎ＝Ｐ·Ｑ／η， Ｐ＝11.2MPa,η=0.9,
N＝Ｐ·Ｑ／η=11.2×2100/（60×0.9）=435KW
3.7空载2%坡道上计算（马达排量16×80+8×28=1504）
1.1个80ml/r马达需要输出扭矩：
（减速机效率η=0.9）
1个28ml/r马达需要输出扭矩：
2.马达压差ΔP（取ηmb=0.9）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）=2π×132/（80×0.9）=11.5Mpa
4.马达转速
nm=1000Q1·ηv/1504=1000×1995×0.95/1504=1260rpm
5.轮胎转速：
n1=nm/i=1260/105.5=11.9rpm
6.走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.87×11.9×60/1000=3.9km/h
7.发动机理论功率：
据：
Ｎ＝Ｐ·Ｑ／η， Ｐ＝12.5MPa,η=0.9,
N＝Ｐ·Ｑ／η=12.5×2100/（60×0.9）=489KW
3.8空载4%坡道上计算（马达排量16×80+8×28=1504）
1.1个80ml/r马达需要输出扭矩：
（减速机效率η=0.9）
1个28ml/r马达需要输出扭矩：
2.马达压差ΔP（取ηmb=0.9）
据：
ΔP·Q·ηmb=ΔP·nm·qv·ηmb=2π·nm·T
得：
ΔP＝2π·T/（qv·ηmb）=2π×190/（80×0.9）=16.5Mpa
4.马达转速
nm=1000Q1·ηv/1504=1000×1995×0.95/1504=1260rpm
5.轮胎转速：
n1=nm/i=1260/105.5=11.9rpm
6.走行速度：
V=2πrn1·60/1000=2π×0.87×11.9×60/1000=3.9km/h
7.发动机理论功率：
据：
Ｎ＝Ｐ·Ｑ／η， Ｐ＝17.5MPa,η=0.9,
N＝Ｐ·Ｑ／η=17.5×2100/（60×0.9）=680KW
3.11计算结果
泵压差
MPa
系统压力
MPa
泵最大排量qmax（ml/r）
马达排量
ml/r
马达转速rpm
走行速度
km/h
走行理论功率
KW
选用功率
KW
重载平道
15.2
17.7
250
16×80
+8×28
1260
3.5
591
894
空载平道
17.1
19.6
250
24×28
2820
8.75
626
重载1.5%坡道
19.9
22.4
250×0.93
24×80
967
2.69
700
空载1.5%坡道
10.2
12.7
250
8×80
+14×28
1260
3.9
435
重载2%坡道
21.1
23.6
250×0.83
24×80
866
2.41
700
空载2%坡道
12.5
15
250
8×80
+14×28
1260
3.9
489
重载4%坡道
30.1
32.6
250×0.58
24×80
607
1.74
700
空载4%坡道
17.5
20
250
8×80
+14×28
1260
3.9
680
3.11计算结果
泵压差
MPa
泵最大排量qmax（ml/r）
马达排量
ml/r
马达转速rpm
减速机输出扭矩Nm
走行速度
km/h
走行理论功率
KW
选用功率
KW
重载平道
15.2
250
16×80
+8×28
1260
20428
3.5
591
894
空载平道
17.1
250
24×28
2820
8047
8.75
626
重载1.5%坡道
19.9
250×0.93
24×80
967
26745
2.69
700
空载1.5%坡道
10.2
250
8×80
+14×28
1260
13708
3.9
435
重载2%坡道
21.1
250×0.83
24×80
866
28357
2.41
700
空载2%坡道
12.5
250
8×80
+14×28
1260
16799
3.9
489
重载4%坡道
30.1
250×0.58
24×80
607
40452
1.74
700
空载4%坡道
17.5
250
8×80
+14×28
1260
23519
3.9
680
考虑到发动机还需带其它开式泵并需自身散热及发电等，另加180kw转向等辅助功率，发动机总功率为894kw，并按发动机分给闭式系统的最大持续功率700kw对其他工况（档位）进行参数匹配。
上表格减速机输出扭矩为理论值，在走行两侧不同步时，可能出现的单个减速机输出扭矩47037Nm，最大制动扭矩76487.5Nm。
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