液压驱动动力挂车传动系统设计与分析.docx

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液压驱动动力挂车传动系统设计与分析

液压驱动动力挂车传动系统设计与分析

摘要

经济的发展促进了运输业的发展，而频繁的超载现象又随着运输业的发展日见严重。

不良路况超载运输时由于动力不足而引发的事故比比皆是。

如何提高运输车辆的动力，已成为一个亟待解决的现实问题。

本设计针对挂车在大坡度道路上运输时动力不足这一问题，提出了液压辅助动力系统，该系统能在挂车动力不足时为挂车提供辅助动力，帮助挂车轻松安全地完成坡道运输。

本液压系统是采用蓄电池供能，电动机带动液压泵，最终带动轮毂液压马达来驱动挂车的，需要时开启，不需要时关闭，环保简便，高效节能，切实解决了挂车在超载时爬坡难等问题，有力保障了挂车运输的效率与安全。

关键字：

挂车，超载，坡道，液压系统，辅助动力

TheDesignandAnalysisofHydraulicDrivingPowerTransmissionTrailerSystem

ABSTRACT

Economicdevelopmentpromotedthedevelopmentoftheindustry.Withthedevelopmentoftransportationindustry,frequentoverloadphenomenonbecamemoreandmoreseriously.Poorroadconditionsduetooverloadingtransportationunderpoweredrelatedaccidentscanbefoundeverywhere.Howtoimprovetransportvehiclepowerhasbecomearealisticproblemtobesolved.Thisdesignfortrailerintheslopeofroadtransportationunderpoweredwhenthisoneproblem,putsforwardthehydraulicauxiliarypowersystem,thissystemcanpowershortagefortrailertrailersprovideauxiliarypower,helptrailercompletedramptransporteasilyandsafely.

Thepowerforthishydraulicsystemisfromabatterycan,andthishydraulicsystemuseelectromotortodrivehydraulicpump,thentodrivehydraulicmotor,andfinallytodrivewheelstrailer.Openedwhenneed,andshutdownwhennoneed.Environmentalandsimple,highefficiencyandenergysaving.Thissystemsolvetheproblem,suchasthetrailersonoverloadhavenoenoughpowerwhentheyclimbingtheramps,andguaranteethetransportationworkingefficientlyandsafely.

Keywords:

trailer,overload,ramp,hydraulicsystem,auxiliarypower

1引言

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

随着经济的快速发展，原料与产品运输的效率直接影响着生产周期的长短与经济效益的高低。

作为公路运输的主要载体，挂车凭借其大吨位，远距离运输的特点，在短短几年的时间内飞速抢占市场，其被重视的程度与日俱增。

在我国，挂车已取代中重型载货车成为了长途货运的主要车型，但是正是由于挂车这一“能载多跑”的特点，致使许多挂车在运输过程中出现了严重超载的现象，过度超载使得挂车总质量与牵引主车发动机正常功率严重不匹配，强烈的超负荷工作极大地缩短了牵引主车发动机的寿命，增加了各零部件故障的生发率，同时在坡道运输中这种动力不足的现象导致了交通事故频繁发生，对人生安全造成了极大的威胁，同时也对整个货运体系构成了不容忽视的消极影响。

当然，采用大功率高性能的牵引主车可以解决坡道运输动力不足的难题，但是高性能势必意味着高价位，在普通的小规模的运输过程中，高成本通常不被选择，在力求低成本高收益的经营理念指导下，普通挂车超负荷运输已经成为目前国内主要的物流运输模式，如何在这种既定模式下，配合低成本高收益的理念，对现在的挂车进行辅助动力设计正在成为挂车改进的又一发展方向。

1.1.2研究意义

公路建设的飞速发展，促进了公路物流的发展，作为货运的佼佼者，挂车在货运市场上快速成长，高效方便运输的同时，高负荷的载重对挂车性能的要求也越来越高。

首先，鉴于公路的多坡道特点，挂车动力的强劲与否直接对坡道运输的流畅性形成影响。

目前挂车的动力完全来自于牵引主车，尽管牵引主车强劲的动力足以满足一定载荷条件下平坦道路的运输，但是在超负荷坡道运输的情况下，挂车动力却很难尽如人意，且不说半挂车的牵引主车还需要承受挂车重力造成的阻力，就是全挂车在满载或者超载情况下，坡道运输的动力需求也是当前挂车牵引主车动力系统无法满足的，尽管按照国家等级公路标准，四级公路的坡度为9%，即5，但是等级以外的道路坡度却远不如此。

作为货运的载体，货车需要在各种复杂道路上行走，故要求其爬坡能力达到17左右。

多数挂车在额定载荷时通常是可以达到这样的爬坡要求的，但是超载后，尤其是超载数倍于额定载荷时，其爬坡能力大打折扣，这给运输的安全带来了很大的隐患。

其次，高负荷的运输对主车与挂车之间的连接装置（主要是牵引销）有极高的要求，为了保证运输的安全，主车与挂车的连接装置必须能够承受足够的拉力以保证主车与挂车始终安全连接而不至于分离造成危险，这样对连接装置的材料与制造工艺提出了较为苛刻的要求。

于是如何在动力需求上减轻主车的负担，在应力需求上减轻连接装置的负担，是目前亟待解决的问题。

因此为挂车提供辅助动力，使其在牵引主车动力难以满足所需动力时能够及时的进行动力补充的研究就具有了非常直观的实用意义。

此次研究即是针对挂车辅助动力这一研究进行设计分析的。

设计拟采用在挂车车轮上安装液压马达，在坡道运输过程中启动液压马达，对挂车给予辅助动力，减轻牵引车发动机的负荷，方便其爬坡。

在下坡或是平坦道路等不需助力的情况下就关闭液压马达，节省能量。

这样，一方面可以延长牵引车动力系统的寿命，另一方面可以减少交通事故的发生，对整个货运体系起到了积极的作用。

1.2国内研究现状与趋势

在我国，为了解决这一问题，主要从两方面进行研究：

第一是增大牵引车动力，主要是选用高功率发动机。

目前，我国多数企业所配置的发动机主要是潍柴和杭发的WD615和WD618系列，东风康明斯C系列，上柴D6114系列以及一汽锡柴的CA6DE、CA6DF/CA6DL系列等，功率覆盖177～309KW,排量一般在7～10L之间，这与国外的10～16L排量，300～400KW功率的发动机有很大的差距。

为了在技术上解决这一难题，国内正致力于挂车牵引车发动机的研究，预计未来几年，我国挂车牵引车发动机的平均比功率将由现在的5.66KW/t逐步达到7KW/t，主流半挂车的牵引车发动机动率将达到250～350KW。

虽然强劲的发动机有助于解决货运过程中在超载工况下爬大坡，爬长坡的难题，但是发动机的研发周期长，经济费用高，这种战略式的解决方法只适用于长远的货运模式改革，并不能在短时间里快速经济地起作用，几乎所有的运输业主都是本着利润最大化的原则经来营业务的，低成本是大利润的前提，因此很少会有人去高投入的购进配备高功率发动机的牵引车，他们宁愿“小马拉大车”式盈利，也不愿“大马拉小车”式的浪费。

第二是增加辅助驱动系统，这种辅助驱动系统通常有液压辅助驱动和电力辅助驱动两种，但是不管是液压的还是电力的，其动力来源依旧是发动机，其工作原理就是通过取力器向发动机取力，然后通过电机或者液压泵-液压马达系统驱动车轮转动，这种方式其实是对发动机动力的重新分配，将原来的两轮驱动变为四轮驱动，这样可以一定程度的提高汽车不不良路面上的通过性，但是由于整个汽车的动力不变，并不能从根本上提高汽车的动力性，例如曾小华、聂利卫等人在其专利《轮毂马达液压驱动系统》设计的液压辅助驱动系统就是通过取力器从发动机取力，然后驱动液压泵，带动轮毂液压马。

达对车轮进行驱动，其特点就是驱动轮在发生打滑等致使车辆难以正常行驶时启用辅助驱动系统，对非驱动轮进行驱动，改善了汽车在附着系数小的路面上的通过性，但是其动力性并未得到改善，对于一些大坡度的道路，依旧是动力不足，难以胜任。

一套简单方便的，无需对汽车进行改装，只需将辅助系统进行安装就可解决坡道运输动力不足的难题的辅助动力驱动系统已成为超载挂车在坡道运输时的期望，如何合理设计和布置已成了国内的发展趋势，相信在不久的将来，挂车辅助动力系统会以成熟的姿态出现在挂车上

1.3国外研究现状与趋势

由于国外的挂车起步早，发展快，特别是西欧经济发达地区的国家，上世纪末的挂车已达到总质量60t，发动机功率为309KW以上的水平。

在美国，其公路货运设备构成中，专用货运设备几乎达到了90%，其公路货运的的主力车型就是汽车列车或厢式半挂车，从美国货运行业的发展历史及未来发展趋势来看，半挂车仍将是公路货运的主要运输工具。

由于国外发动机研制技术先进，挂车牵引车所用发动机普遍为高功率发动机，动力强劲，一个牵引车同时牵引两个或三个挂车的现象比比皆是，不足为奇，尤其是在地形平坦的国家和地区，一车多挂早已成为货运通则，如此高功率的发动机在一车一挂的坡道运输时应对坡道阻力也是游刃有余。

鉴于这样高端的发动机性能和高质量的牵引连接装置，在国外进行挂车辅助动力研究显得多余而无实际意义。

尽管瑞典Hagglund公司和英国卡龙液压机械公司都各自研制出了车轮液压马达可以直接驱动车辆，但是这种液压马达驱动并未被应用于挂车助力动力驱动装置的研究中，而是被作为主要动力驱动装置应用车辆驱动中。

仔细分析国外挂车目前的研究，很容易发现国外挂车的发展趋势是高功率发动机下的一车多挂，这种适应国外其他国家的运输条件的挂车应用，极大地提高了功率的利用率，降低了运输成本，增加了收益。

2未安装辅助动力系统时挂车额定载重与超载后爬坡能力比较

2.1车型的选择

2.1.1牵引车的选择

牵引车拟选用大运N8系列290马力4×2牵引车，车型参数如下：

表2.1基本信息

公告型号

4181WD32A-EB35A12A2EA1F

驱动形式

4X2

轴距

3500mm

车身长度

5.93米

车身长

5.93米

车身高度

3.41米

车身高度

3.41米

整车重量

6.21吨

最大总质量

18吨

牵引总质量

30吨

表2.2发动机参数

发动机型号

潍柴WP10.290E32

汽缸数

6

汽缸排列形式

直列

排量

9.726L

马力

290马力

最大输出功率

213KW

扭矩

1160N·m

最大扭矩转速

1200-1600r/min

额定转速

2200RPM

排放标准

国III

表2.3轮胎参数

轮胎数

6个

轮胎规格

11.00R20

表2.4主减速器参数

型号

形式

速比

额定载荷/kg

传动效率

16吨双联驱