黃?？蛙?chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒 論 1.1課題研究現(xiàn)狀 液壓傳動(dòng)由于其本身所具有的高功率重量比，體積小且能進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速等特點(diǎn)，使得液壓傳動(dòng)具有在汽車(chē)、工程機(jī)械、拖拉機(jī)及軍事車(chē)輛等中運(yùn)用的潛力。 在國(guó)外，70年代由于能源危機(jī)的出現(xiàn),以節(jié)能為目的的研究工作相繼開(kāi)，通過(guò)對(duì)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)施以不同的控制策略，可使車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性提高，節(jié)省燃油可達(dá)30%。瑞典對(duì)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)在牽引機(jī)車(chē)和叉車(chē)上的應(yīng)用進(jìn)行了理論研究，得出結(jié)論：在這兩個(gè)領(lǐng)域，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)比飛輪儲(chǔ)能復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)更有效。美國(guó)烕斯康星大學(xué)也對(duì)蓄能器儲(chǔ)能復(fù)合傳動(dòng)進(jìn)行了研究，并于1985年在德國(guó)禮公司的公共汽車(chē)上得到實(shí)現(xiàn)。通過(guò)推算，得出結(jié)論：將公共汽車(chē)的傳 動(dòng)系統(tǒng)改成二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，三年內(nèi)車(chē)輛節(jié)省的開(kāi)支就可以回收改裝成本，而且 同時(shí)還有降低發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放的好處。最近幾年加拿大、日本一些學(xué)者仍在繼 續(xù)進(jìn)行此方面的研究，并將成果申請(qǐng)了專(zhuān)利。 在國(guó)內(nèi)，對(duì)該方面的硏究還不多，主要是哈爾濱工業(yè)大學(xué)和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)主要是對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和計(jì)算機(jī)仿真方面的研究。 上海交通大學(xué)對(duì)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)也進(jìn)行了理論上的研究,但是尚無(wú)樣車(chē)的試驗(yàn)研究。 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)提出了一種電控液壓復(fù)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了理論研究。 與二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能原理相似的是混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前，從事該方面研究的人也越來(lái)越多。具有代表性的是1997年豐田公司在車(chē)上使用的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則。該系統(tǒng)在減小排放，提髙燃油經(jīng)濟(jì)性方面是比較明顯，目前已有數(shù)種車(chē)型投放市場(chǎng)井將得到更廣泛的應(yīng)用。但是,由于作為該系統(tǒng)的重要組成元件之一的蓄電池的造價(jià)較高，使用壽命也較低。 而對(duì)于二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，隨著液壓元件性能的提高和價(jià)格的降低，電子技術(shù)的飛越，將有越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者從事該領(lǐng)域的研究，并在未來(lái)將電控液驅(qū)汽車(chē) 推向市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)商品化，使電控液驅(qū)汽車(chē)真正進(jìn)入百姓生活。 1.2 研究的目的和意義 壓傳動(dòng)由于其本身所具有的高功率重量比，體積小且能進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速等特點(diǎn)，使得液壓傳動(dòng)具有在汽車(chē)、工程機(jī)械、拖拉機(jī)及軍事車(chē)輛等中運(yùn)用的潛力。在國(guó)外，70年代由于能源危機(jī)的出現(xiàn)，以節(jié)能為目的的研究工作相繼開(kāi)，通過(guò)對(duì)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)施 以不地球是人類(lèi)生存和發(fā)展的家園，地球上的資源是有限的。自從1973年石油危機(jī)以來(lái)，人們倍加意識(shí)到能源的有限性。與此同時(shí)，地球環(huán)境也遭受多種產(chǎn)業(yè)及交通工具污染的威脅，汽車(chē)工業(yè)及汽車(chē)對(duì)環(huán)境的污染是其中的一個(gè)重要方面。 而交通事故造成很多人員的傷亡及巨大經(jīng)濟(jì)損失，已是社會(huì)的公害則。因此發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、安全型汽車(chē)是汽車(chē)行業(yè)的主要研究方向。 汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能通過(guò)制動(dòng)器的摩擦片和制動(dòng)鼓的摩擦作用產(chǎn)生熱能而 被浪費(fèi)掉，不能加以利用。本課題綜合考慮了上述多種因素設(shè)計(jì)了新型電控液驅(qū)汽車(chē)。它能很好滿足汽車(chē)節(jié)能、環(huán)保、安全等方面的要求。通過(guò)電控液驅(qū)客車(chē) 的設(shè)計(jì)研究，可以掌握電控液驅(qū)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)定壓網(wǎng)絡(luò)液壓馬達(dá)控制系 統(tǒng)（二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)）理論的發(fā)展，并使二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)盡快應(yīng)用于車(chē)輛中。同時(shí)， 也為今后電控液驅(qū)汽車(chē)的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。新型電控液驅(qū)汽車(chē)降低燃油消耗 量和減少有害排放的效果是很明顯的。這對(duì)于當(dāng)前我國(guó)石化燃料不足，其它代替 能源尚未完全幵發(fā)利用的現(xiàn)狀以及緩解城市空氣污染狀況來(lái)說(shuō)具有很深遠(yuǎn)的意義。 新型電控液驅(qū)汽車(chē)能夠顯著提高車(chē)輛經(jīng)濟(jì)性、排放性能和主動(dòng)安全性等多方面的性能，是對(duì)常規(guī)汽車(chē)有較大變革的、機(jī)電液一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。隨著對(duì)車(chē)輛節(jié)能環(huán)保性能的重視與要求的與日提高，具有良好節(jié)能環(huán)保性能的新型電控液驅(qū)客車(chē)。 設(shè)計(jì)一種新型電控液驅(qū)汽車(chē)液壓系統(tǒng)。能夠相助提高車(chē)輛經(jīng)濟(jì)性，排放性和主動(dòng)安全性等多方面的性能。確定液壓系統(tǒng)的總體組成，進(jìn)行各個(gè)相關(guān)部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 1. 電控液驅(qū)客車(chē)底盤(pán)布置方案設(shè)計(jì)，分析與優(yōu)化。 2. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與相關(guān)部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算。 3. 重點(diǎn)是液壓元件的設(shè)計(jì)與計(jì)算。在保證性能的前提下，盡可能減小質(zhì)量和體積。 4. 對(duì)新型電控液驅(qū)汽車(chē)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性分析 第2章 新型電控液驅(qū)汽車(chē)工作原理及分析 2.1新型電控液驅(qū)汽車(chē)的工作原理 電控液驅(qū)汽車(chē)具有節(jié)能、環(huán)保、操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。其液壓系統(tǒng)的基本方案見(jiàn)圖2.1。 1、電控單元2、發(fā)動(dòng)機(jī)3、溢流閥4、單向閥5、液壓泵6、開(kāi)關(guān)閥 7、 液壓蓄能器8、二次元件〔液壓泵丨馬達(dá)）9、減速器10、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪 圖2.1新型電控液驅(qū)汽車(chē)的基本方案 新型電控液驅(qū)汽車(chē)的工作原理：由電控單元1控制發(fā)動(dòng)機(jī)2間歇工作于最佳經(jīng)性區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)液壓泵。給液壓系統(tǒng)和液壓蓄能器7提供恒定高壓油。壓力油的作用下 二次元件（變量馬達(dá)）8通過(guò)減速器9驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)輪10，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的加速和勻速行駛。當(dāng)車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中，二次元件在電控單元1的控制下，使二次元件處于液壓泵工作狀態(tài)，所輸出的液壓油送入液壓蓄能器，將車(chē)輛的動(dòng)能以液壓能的形式存儲(chǔ)在液壓蓄能器中。在起動(dòng)和加速過(guò)程中液壓蓄能器中的壓力能又通過(guò)工作于液壓馬達(dá)工況的二次元件轉(zhuǎn)變?yōu)槠?chē)的動(dòng)能。這樣，使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作與否和汽車(chē)的行駛工況基本無(wú)關(guān)，而只取決于液壓蓄能器的壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)可以最大限度地工作在最佳經(jīng) 2.2與混合動(dòng)力車(chē)的比較 2.2.1 節(jié)能，環(huán)保性能比較分析 以混合動(dòng)力汽車(chē)相同的整車(chē)有關(guān)參數(shù)及相同的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行車(chē)輛的性能仿真計(jì)算。其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2.1。其中旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)是指由混合動(dòng)力汽車(chē)改為電控液驅(qū)汽車(chē)后的數(shù)值?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖見(jiàn)圖2.2。 NEDC工況是歐洲使用的一種用于測(cè)試輕型車(chē)輛及轎車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性的車(chē)輛試驗(yàn) 表2.1 混合動(dòng)力汽車(chē)的整車(chē)有關(guān)參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 車(chē)輛總質(zhì)量（kg） 1000 車(chē)輛迎風(fēng)面積A 1.9 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（kw） 50 空氣阻力系數(shù) 0.25 旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 1.01 圖2.2 Insight混合動(dòng)力車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖 標(biāo)準(zhǔn)。圖2.3是NEDC工況圖。從圖中可以看出，NEDC工況分為若干個(gè)加速、等速、減速和怠速工況。假設(shè)車(chē)輛在水平的路面上按NEDC工況的要求行駛，直至行駛100公里。每一個(gè)NEDE工況結(jié)束的蓄能器壓力即為下一個(gè)工況蓄能器的初始?jí)毫?。?chē)輛釆用的是變量泵。發(fā)動(dòng)機(jī)所釆用的控制策略：發(fā)動(dòng)機(jī)工作與否完全取決于蓄能器的壓力而與車(chē)輛的行駛情況無(wú)關(guān)，當(dāng)蓄能器的壓力低于其最低壓力，則發(fā)動(dòng)機(jī)工作在燃油消耗率最低的區(qū)域，也即發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)。發(fā)動(dòng)機(jī)提供的能量一部分用來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，一部分存儲(chǔ)在蓄能器中。當(dāng)蓄能器的眼里達(dá)到最大值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)，車(chē)輛行駛所需的能量完全由蓄能器提供。此時(shí)，蓄能器開(kāi)始釋放液壓能，待蓄能器的壓力低于其最低壓力值時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)才再次工作。若發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)所提供的功率無(wú)法滿足車(chē)輛行駛要求時(shí)，就逐步提高發(fā)動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)速，直至滿足車(chē)輛行駛要求為止。當(dāng)車(chē)輛減速行駛或制動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)也處于怠速狀態(tài)，車(chē)輛所有的動(dòng)能通過(guò)變量瑪法儲(chǔ)存在蓄能器中，進(jìn)行能量回收。 表2.2是電控液驅(qū)車(chē)在不同的蓄能器體積和初始?jí)毫ο碌腘EDC工況的百公里 燃油消耗量和能量回收率。其中，能量回收率是蓄能器回收的總能量和車(chē)輛按NEDC工況 圖2.3 NEDC工況圖 行駛時(shí)所能回收的總能量的比值。這里所能回收的總能量是指所有減速工況車(chē)輛所具有的動(dòng)能的總和。蓄能器的體積為40L時(shí)，其對(duì)應(yīng)的NEDC工況的能量回收率最髙，而NEDC工況的百公里燃油消耗量最低。其平均百公里燃油消耗量為3.87 L/KM蓄能器的體積減小時(shí)，因其能量回收率降低，使得其N(xiāo)EDC工況的百公里燃油消耗量有所增大。 表2.2 NDEC工況的百公里燃油消耗率及能量回收率 蓄能器體積 （L） 初始?jí)毫? （MPa） 最終壓力 (MPa) 燃油消耗率 （L/KM） 能量回收率 （%） 40 20 30.7 3.88 56.2 40 25.75 30.7 3.87 56.2 40 31.5 30.7 3.86 56.2 25 20 31.5 3.96 47.8 25 25.75 31.5 3.95 47.8 25 31.5 31.5 3.94 47.8 16 20 31.5 4.06 37.6 16 25.75 31.5 4.05 37.6 16 31.5 31.5 4.04 37.6 2.2.2 動(dòng)力性分析 1.加速性能分析： 表2.3是Insingt混合動(dòng)力汽車(chē)與電控液驅(qū)汽車(chē)的加速性能比較。在車(chē)輛從0加速到100km/h的過(guò)程中，Insing混合動(dòng)力汽車(chē)的性能與電控液驅(qū)汽車(chē)的性能差不多。但是在車(chē)輛從100km/h加速到最高車(chē)速時(shí)，Insingt混合動(dòng)力汽車(chē)的性能顯然比電控液驅(qū)汽車(chē)的性能要好一些。這主要是因?yàn)镮nsingt混合動(dòng)力汽車(chē)的傳動(dòng)效率較高，而電控液驅(qū)汽車(chē)的功率從發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)變量（定量〕泵和變量馬達(dá)及主減速器傳遞到車(chē)輪上的效率較低，一般只有0.8左右。這樣使得相同功率的發(fā)動(dòng)機(jī)所達(dá)到的車(chē)輛的最髙車(chē)速是不一樣的。Insingt混合動(dòng)力汽車(chē)的最高車(chē)速 要比電控液驅(qū)汽車(chē)的最髙車(chē)速大，且在高速情況下的加速性能要好一些。 比較項(xiàng)目 Insight混合動(dòng)力車(chē) Insight參數(shù)下 的電控液驅(qū)車(chē) 0-100km/h所用時(shí)間（s） 12.5 12.9 100-150km/所用時(shí)間（S） 17.3 30.7 0-150km/h所用時(shí)間（S） 29.8 43.6 最大加速度（ 4.5 3.6 5秒所行駛的距離（m） 44.4 44.8 0-400m所用時(shí)間（s） 18.7 18.6 表2.3 Insight混合動(dòng)力車(chē)與電控液驅(qū)客車(chē)的加速度比較 2.爬坡能力分析 圖2.5車(chē)輛的最大爬坡度與行駛速度關(guān)系 假設(shè)車(chē)輛以給定的車(chē)速勻速爬坡。車(chē)輛的最大爬坡度與爬坡時(shí)蓄能器的壓力有關(guān)。蓄能器的壓力越大，最 大爬坡度越大。在給定蓄能器的初始?jí)毫ο?當(dāng)車(chē)輛行駛的速度小于44km/h時(shí)， 變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速較低，由于變量馬達(dá)的最大排量限制，變量馬達(dá)所能提供的功率 要小于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率，因此在這一速度區(qū)間內(nèi)車(chē)輛的最大爬坡度受到變量馬達(dá)的最大排量的限制，沒(méi)有完全利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。這時(shí)通過(guò)增大變量馬達(dá)的排 量可以在一定程度上提高最大爬坡度的數(shù)值。同時(shí)也能改善車(chē)輛在低速時(shí)的加速性能。車(chē)輛行駛的速度等于或大于44km/h時(shí)，正好是變量馬達(dá)所能提供的功率等 于或大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率。這時(shí)最大爬坡度就與變量馬達(dá)的最大排量無(wú)關(guān)了,而與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率有關(guān)。 2.3新型電控液驅(qū)客車(chē)特點(diǎn) 釆用二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況與負(fù)荷基本無(wú)關(guān)，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)絕大部分時(shí)間工作于最佳經(jīng)濟(jì)性區(qū)域，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收，將顯著提高車(chē)輛經(jīng)濟(jì)性。而且在提高經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，可顯著減少有害排放物。由于該種車(chē)輛中存在高壓恒定液壓源，“電控液驅(qū)”可進(jìn)一步擴(kuò)展到車(chē)輛的其他子系統(tǒng)中，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)不僅可以進(jìn)一步提髙車(chē)輛性能，而且也對(duì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)與降低制造成本有益。 例如，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電控液驅(qū)且各車(chē)輪獨(dú)立控制與調(diào)節(jié)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向；在懸架系 統(tǒng)中，可利用電控液驅(qū)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)懸架的功能。此外，目前已在一些車(chē)型中得到應(yīng)用的電控液驅(qū)冷卻風(fēng)扇等也可實(shí)現(xiàn)一體化的設(shè)計(jì)與控制。車(chē)輛的特點(diǎn)表明其特別適用于頻繁剎車(chē)、起動(dòng)的城市公交車(chē)輛、越野車(chē)輛、清掃車(chē)輛、起重車(chē)輛、礦用挖掘車(chē)輛等。 二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)完全可逆的斜盤(pán)式軸向柱塞泵廣 馬達(dá)（二次元件）的斜盤(pán)傾角來(lái)適應(yīng)外負(fù)載的變化。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1. 二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)中液壓泵和二次元件的配合使用，可以使二次元件的輸出軸 上轉(zhuǎn)速進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)系的無(wú)級(jí)變速，可使發(fā)動(dòng)機(jī)在任何車(chē)輛行駛速度下都能充分發(fā)揮其功率，從而大大改善車(chē)輛的動(dòng)力性，起步平穩(wěn)，操縱方便。由于系統(tǒng)是壓力耦聯(lián)系統(tǒng)，在系統(tǒng)的主要能量傳輸管路中沒(méi)有會(huì)產(chǎn)生節(jié)流損失的液壓元件（如減壓閥、節(jié)流閥等彡，從而提髙了系統(tǒng)效率。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)控制馬達(dá)排量的方向來(lái)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)向,通過(guò)改變馬達(dá) 的排量來(lái)改變輸出轉(zhuǎn)矩的大小，從而得到所需的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速。由于釆用了完全可逆的液壓馬達(dá)，所以系統(tǒng)可以將負(fù)載的制動(dòng)能量回收儲(chǔ)存起來(lái)并再加以重新利用。由于系統(tǒng)中具有液壓蓄能器,當(dāng)負(fù)載突然加大時(shí)，蓄能器可短期提供一部 分能量，起到平衡峰值功率的作用，從而可適當(dāng)減小通常須按峰值功率選用的發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓泵，提高系統(tǒng)效率。二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在近似恒壓的系統(tǒng)中傳遞能量的，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中可連接多個(gè)互不相關(guān)的負(fù)載，這使多個(gè)車(chē)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)成為可能。同時(shí)也為今后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、懸架等子系統(tǒng)的一體化控制與調(diào)節(jié)提供了前提條件。這些特點(diǎn)都表明了二次調(diào)節(jié)靜液儲(chǔ)能傳動(dòng)系統(tǒng)在節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。 有極大的優(yōu)勢(shì)和潛力。 2.4本章小結(jié) 本章把電控壓驅(qū)動(dòng)汽車(chē)與insinght混合動(dòng)力汽車(chē)在性能各方面進(jìn)行粗略的比較，同時(shí)簡(jiǎn)要概括了其特點(diǎn)，分析得出其動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性與混合電動(dòng)汽車(chē)相當(dāng)。但由于其元件系列化成都與控制技術(shù)相對(duì)成熟，使得電控液驅(qū)汽車(chē)具有良好的應(yīng)用前景。 與混合動(dòng)力汽車(chē)相比，新型電控液驅(qū)汽車(chē)在車(chē)輛性能、主要部件的技術(shù)成熟 程度、制造成本等方面均有著較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，不存在像蓄電池（可靠性與壽命，自重以及成本等）這類(lèi)仍在進(jìn)行研究與短期內(nèi)較難以解決的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)產(chǎn)品化后制造成本不會(huì)有大幅度的提高。由于其優(yōu)越的性能（顯著的節(jié)能效果及與之相關(guān)的低污染性能，車(chē)輛動(dòng)力學(xué)特性的提高帶來(lái)的高機(jī)動(dòng)性、可控性以及主動(dòng)安全性）及高性?xún)r(jià)比，而有著良好的應(yīng)用前景，完全可以發(fā)展成為一類(lèi)有特色、有優(yōu)勢(shì)、有市場(chǎng)的汽車(chē)。  第3章 電控液驅(qū)汽車(chē)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1主方案的選擇 新型電控液驅(qū)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)可以采用多種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。每一種方案有其自己的特點(diǎn)和有點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)不同的需要來(lái)選擇其中的一種方案。下面給出三種主要的實(shí)現(xiàn)方案。 方案1可以在客車(chē)的前后左右四個(gè)車(chē)輪各裝一個(gè)變量馬達(dá)。其基本方案見(jiàn)圖3. 1。 1、 電控單元 2、液壓馬達(dá) 3、車(chē)輪 4、發(fā)動(dòng)機(jī) 5、液壓泵 6、液壓蓄能器 7、液壓管路 8、車(chē)架 圖3.1 在客車(chē)四個(gè)車(chē)輪上各裝一個(gè)變量馬達(dá)的基本方案圖 該種方案中四個(gè)變量馬達(dá)可以同時(shí)或單獨(dú)地進(jìn)行工作。這主要取決于車(chē)輛的行駛工況需要，通過(guò)電控單元控制。車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)由四個(gè)變量馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由于四個(gè)變量馬達(dá)可以單獨(dú)地進(jìn)行工作，因此，該種方案可以大大提高車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性、通過(guò)性和制動(dòng)性等。如車(chē)輛在加速行駛過(guò)程，左右車(chē)輪的地面附著系數(shù)不同的情況下（如在冰雪路面上，車(chē)輛的一邊車(chē)輪在雪地上行駛而另一邊的車(chē)輪在瀝青路面上行駛，兩邊車(chē)輪上的地面附著系數(shù)是不同的，且相差甚大，可以通過(guò)調(diào)節(jié)左右車(chē)輪上變量馬達(dá)的排量，從而調(diào)節(jié)左右車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大。限度地利用地面所能提供的附著力，使車(chē)輪不至于出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。同樣，在車(chē)輛 制動(dòng)過(guò)程中，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)變量馬達(dá)的排量來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)輪上制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，防止車(chē)輪抱死。而且由于釆用了四個(gè)變量馬達(dá)，由四個(gè)變量馬達(dá)共同完成車(chē)輛的驅(qū) 動(dòng)行駛，因此，在相對(duì)于釆用兩個(gè)變量馬達(dá)的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，其變量馬達(dá)的排量可以降低一倍。這樣可以減小變量馬達(dá)的體積，方便其在客車(chē)上的安裝布置，這對(duì)于車(chē)輪上有限的空間來(lái)說(shuō)是很有意義的。不過(guò),由于在每個(gè)車(chē)輪上都裝了一個(gè)變量馬達(dá),因此車(chē)輛的造價(jià)較高，且需要專(zhuān)門(mén)的輪邊變量馬達(dá)。實(shí)現(xiàn)車(chē)輛底盤(pán)的整體控制也較為復(fù)雜。 方案2也可以只在客車(chē)的后橋上，左右車(chē)輪各裝一個(gè)變量馬達(dá)。其基本技術(shù)方案見(jiàn)下圖。 1、 電控單元 2、發(fā)動(dòng)機(jī) 3、液壓泵 4、液壓蓄能器 5、管路 6、車(chē)輪 7、液壓馬達(dá) 8、車(chē)架 圖3.2 在客車(chē)左右后輪上各裝一個(gè)變量馬達(dá)的基本方案圖 兩個(gè)變量馬達(dá)可以同時(shí)或單獨(dú)地進(jìn)行工作，車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)由這兩個(gè)變量馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)行常規(guī)制動(dòng)時(shí)，可以由這兩個(gè)變量馬達(dá)來(lái)完成。而在緊急制動(dòng)時(shí)，責(zé)由前輪的常規(guī)制動(dòng)裝置和后輪的兩個(gè)變量馬達(dá)同時(shí)來(lái)完成。 方案3 還有一種方案是在車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)橋上主減速器前裝一變量馬達(dá)。由這個(gè)變量馬 達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)和常規(guī)制動(dòng)。當(dāng)需要緊急制動(dòng)時(shí)，可以由前輪的常規(guī)制動(dòng)裝 置來(lái)輔助完成。這是一種比較簡(jiǎn)化的方案，在原有客車(chē)底盤(pán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)較為方便，且車(chē)輛底盤(pán)的一體化控制比釆用四個(gè)或兩個(gè)變量馬達(dá)的車(chē)輛的控制要簡(jiǎn)單一些。本課題所設(shè)計(jì)的新型電控液驅(qū)客車(chē)就是釆用這種方案。其總體方案 見(jiàn)圖3.3。它是對(duì)圖2.1的進(jìn)一步細(xì)化和完善。發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓蓄能器、液壓閥等元件間的協(xié)調(diào)工作通過(guò)電控單元的合理控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。課題以DD6840S09客車(chē)的底盤(pán)為基礎(chǔ)進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)。原客車(chē)的主要參數(shù)和預(yù)期改裝設(shè)計(jì) 后客車(chē)的主要參數(shù)見(jiàn)表3.1。 1、 發(fā)動(dòng)機(jī) 2、液壓泵 3、20、25單向閥 4、濾清器 5、8溢流閥 6、蓄能器 7、液壓?jiǎn)蜗蜷y 9、卸荷閥 10、液壓缸 11、14高速開(kāi)關(guān)閥 15、液壓馬達(dá) 16、變速器 17、后橋 18、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器 19、21油溫傳感器 22、24油箱 26、車(chē)輪叫速度傳感器 圖3.3 新型電控液驅(qū)客車(chē)總體方案圖 這里假設(shè)改裝設(shè)計(jì)后客車(chē)的整車(chē)總質(zhì)量不變，客車(chē)的輪胎半徑、空氣阻力系數(shù)和迎風(fēng)面積也不變。由于變量馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速限制，為了使改裝設(shè)計(jì)后客車(chē)的 最高車(chē)速達(dá)到82km/h，客車(chē)的主減速器速比改為4.86。對(duì)于電控液驅(qū)汽車(chē)來(lái)說(shuō)， 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況基本上和汽車(chē)負(fù)荷無(wú)關(guān)，因此，在保證改裝設(shè)計(jì)后的客車(chē)和原客車(chē)有相同動(dòng)力性的前提下，可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的排量。這里發(fā)動(dòng)機(jī)由原來(lái)的直列六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以CA6110/125Z改為四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以CA4DF2-14。發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率由147KW改為103KW。 表3.1 新型電控液驅(qū)客車(chē)主要參數(shù) 原客車(chē)參數(shù) 整車(chē)總質(zhì)量(kg) 12200 主減速比 6.25 輪胎半徑(m) 0.505 空氣阻力系數(shù) 0.6 質(zhì)量換算系數(shù) 1.03 迎風(fēng)面積(m) 3.3945 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功(kw)率 147 最高車(chē)速(km/h) 90 最大爬坡度(度) 16 百公里油耗(l) 23 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) CA6110/125Z 預(yù)期改裝后客車(chē)主要參數(shù) 整車(chē)總質(zhì)量(kg) 12200 主減速比 4.86 輪胎半徑(m) 0.505 空氣阻力系數(shù) 0.6 質(zhì)量換算系數(shù) 1.03 迎風(fēng)面積(m) 3.3945 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率(kw) 103 最高車(chē)速(km/h) 82 最大爬坡度(度) 16 百公里油耗(l) 19 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) CA4DF2-14 3.2本章小結(jié) 通過(guò)對(duì)三種方案的分析，通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性等方面。選擇出底盤(pán)布置方案，并畫(huà)出系統(tǒng)原理圖。  第4章 液壓系統(tǒng)的主要部件設(shè)計(jì) 4.1液壓系統(tǒng)壓力的確定 系統(tǒng)工作壓力的選擇范圍要適中。系統(tǒng)工作壓力低，勢(shì)必加大液壓的結(jié)構(gòu)尺寸，而由于客車(chē)的布置空間限制，不允許過(guò)低的工作壓力，同時(shí)，從材料消耗角度講也是不經(jīng)濟(jì)的。反之，壓力選得過(guò)高，對(duì)液壓元件密封、制造精度要求 就高，必然加大了制造成本。綜合考慮客車(chē)的工作條件，系統(tǒng)工作壓力初選為 20-31.5MPa。 4.2液壓馬達(dá)的選擇 4.2.1 根據(jù)最高車(chē)速要求 參考原車(chē)型的性能要求，確定電控液驅(qū)客車(chē)的預(yù)期動(dòng)力性能要求，即的最髙車(chē)速、最大爬坡度及測(cè)試加速性能的方法。其中用以下兩種方法之試車(chē)輛的加速性能： (1)車(chē)輛從0km/h加速到50km/h所需的時(shí)間； (2)車(chē)輛從0m加速到400m所需的時(shí)間； 根據(jù)最高車(chē)速要求，由： (4.1) 式中： 可以求得為了達(dá)到預(yù)期最高車(chē)速要求，液壓馬達(dá)所需的理論功率。 根據(jù)最大爬坡度要求，由： (4.2)式中： 根據(jù)加速性能要求: (4.3) 1. 車(chē)輛從0km/h加速到50km/h所用時(shí)間t (4.4) (4.5) 2. 車(chē)輛從0m-400m所需時(shí)間 (4.6) (4.7) 式中s-加速了時(shí)間t后車(chē)輛所行駛的距離 可以求得為了達(dá)到預(yù)期加速性能要求，液壓馬達(dá)所需的理論轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)以上分析計(jì)算可以選出三種分別符合各自條件的馬達(dá)，然后從三者當(dāng)中選出排量最大的，作為客車(chē)馬達(dá)?？蛙?chē)的主減速比為6.25在以上三個(gè)約束條件 下，若要求客車(chē)的爬坡度為16度，則客車(chē)的排量要求達(dá)到622.7ml/r由于隨著變量馬達(dá)排量的提高，一般，馬達(dá)的最髙轉(zhuǎn)速將隨之下降。此時(shí)的變量馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速只有100r/min左右。綜合考慮各種因素，初選變量馬達(dá)的排量為180ml/r。 其最高轉(zhuǎn)速為2100r/min。 4.3液壓泵的選擇及零部件的設(shè)計(jì) 4.3.1液壓泵的選擇 發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速： 由： (4.8) 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩： 由： (4.9) 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩： 由： (4.10) 求得液壓泵理論排量。 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率： 由： (4.11) 可求得液壓泵的理論流量： 由： (4.12) 初選變量泵排量為100ml/r。最高轉(zhuǎn)速在2700r/min左右。查手冊(cè)選取sundstrand液壓泵。 4.3.2法蘭和彈性聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用法蘭支架式聯(lián)接。同時(shí)考慮本設(shè)計(jì)中的電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接在安裝時(shí)產(chǎn)生同軸度誤差帶來(lái)的不良影響，常用帶有彈性的聯(lián)軸器。為了增加電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接剛性，避免產(chǎn)生共振，本設(shè)計(jì)把液壓泵和電動(dòng)機(jī)先裝在剛性較好的底板上使其成為一體，然后底板加墊再裝到液壓油箱蓋上。 根據(jù)電機(jī)輸出軸直徑和柱塞泵輸入軸直徑無(wú)法選用標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)軸器，所以自行設(shè)計(jì)梅花型彈性聯(lián)軸器。 4.4液壓油的選擇 汽車(chē)的工作環(huán)境惡劣變化很大。在選擇液壓油的時(shí)候，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮： 1.液壓系統(tǒng)的環(huán)境條件 液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多的熱量，使得液壓油的溫度升髙。因此要 求液壓油要有髙的抗燃性，即有高的閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)。為了保證汽車(chē)有良好的乘坐舒適性要求液壓油要有消除噪聲的能力（空氣溶解度、消泡性〕。同時(shí)要求液壓濁對(duì)環(huán)境污染要小，沒(méi)有毒性與氣味。 2.液壓系統(tǒng)的工作條件 液壓系統(tǒng)工作在高壓狀態(tài)下壓力達(dá)31.5Mpa，要求液壓油有高的極壓承載力，高壓下的潤(rùn)滑性能要好。汽車(chē)的工作溫度隨季節(jié)和地區(qū)的變化而變化，因此對(duì)液壓油的粘度、粘一溫特性、熱穩(wěn)定性和低溫流動(dòng)性要求較髙。 3.工作介質(zhì)的質(zhì)量 考慮液壓油的物理化學(xué)指標(biāo)，對(duì)金屬和密封件的適應(yīng)性，防銹和防腐蝕能力, 抗氧化穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性。 4.經(jīng)濟(jì)性要求液壓油的價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)，易維護(hù)與保養(yǎng)。綜合考慮液壓系統(tǒng)的工作條件及液壓泵和液壓馬達(dá)的要求，選擇YA-32液壓油。 4.5管件的選擇 由于液壓系統(tǒng)工作在高壓狀態(tài)下，因此選用耐高壓鋼管作為液壓系統(tǒng)的管道。 道內(nèi)油液的流量可以根據(jù)液壓馬達(dá)的最大流量來(lái)計(jì)算。 管子內(nèi)徑可以用下列公式計(jì)算： (4.13) 式中d-管子的內(nèi)徑 q-油液的流量 v-管內(nèi)油液的油量，按規(guī)定的推薦流速選取 由于管道較短，取v=7.6m/s。液壓馬達(dá)最大流量q=324L/min、計(jì)算得管子內(nèi)徑d=30mm，查手冊(cè)取d=32mm鋼管。 4.6液壓蓄能器的選擇 4.6.1 蓄能器類(lèi)型的選擇 蓄能器在液壓系統(tǒng)中的主要功能是儲(chǔ)存能量、吸收脈動(dòng)壓力、吸收沖擊壓力 以及短時(shí)大量供油等。從能量回收和液壓系統(tǒng)對(duì)外界突發(fā)工況的適應(yīng)能力來(lái)講， 蓄能器的容積應(yīng)盡可能的大。但是蓄能器的容積大帶來(lái)的后果是結(jié)構(gòu)尺寸大，重量大。因此蓄能器的容積受到了客車(chē)的布置空間及自身重量的限制。蓄能器在本 系統(tǒng)中要求有較強(qiáng)的能量?jī)?chǔ)存與釋放功能，以及反應(yīng)靈敏，工作平穩(wěn)可靠，使用方便壽命長(zhǎng)等。綜合比較彈簧式、氣瓶式、活塞式和氣囊式蓄能器的特點(diǎn)，選擇容積100L的氣囊式蓄能器NXQ-L100。其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4.1。 圖4.1 NXQ型氣囊式蓄能器結(jié)構(gòu)圖、 4.6.2 蓄能器參數(shù)確定 選擇蓄能器的初始充氣壓力為18MPa,由： (4.14) 式中： 由于蓄能器工作過(guò)程大多術(shù)語(yǔ)多變過(guò)程，在貯油時(shí)，氣體壓縮為等溫過(guò)程，放油時(shí)氣體 膨脹為絕熱過(guò)程，多變指數(shù)N取1.2，可以計(jì)算出： (4.15) 4.7油箱的設(shè)計(jì) 液壓油箱的作用是貯存液壓油、充分供給液壓系統(tǒng)一定溫度范圍的清潔油液，并對(duì)回油進(jìn)行冷卻，分離出所含的雜質(zhì)和氣泡。 4.7.1 液壓油箱有效容積的確定 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來(lái)考慮。液壓油箱的有效容量可概略地確定為： (4.16) 表4-1 液壓油箱壓力范圍表 系統(tǒng)類(lèi)型 低壓系統(tǒng)（） 中壓系統(tǒng)（） 中高壓或大功率系統(tǒng)（） 2~4 5~7 6~12 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，選擇的，所以此系統(tǒng)屬于中高壓系統(tǒng)，所以?。? (4.17) 式中：－液壓油箱有效容量； －液壓泵額定流量。 參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先P20-767鍛壓機(jī)械的油箱容積通常取為每分鐘流量的6-12倍。 即： 應(yīng)當(dāng)注意：設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，設(shè)備中的那部分油液會(huì)因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應(yīng)超過(guò)液壓油箱高度的80%。 所以，實(shí)際油箱的體積為： 4.7.2 液壓油箱的外形尺寸設(shè)計(jì) 液壓油箱的有效面積確定后，需設(shè)計(jì)液壓油箱的外形尺寸，一般設(shè)計(jì)尺寸比（長(zhǎng)：寬：高）為1：1：1~1：2：3。但有時(shí)為了提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時(shí)，可將液壓油箱的容量予以增大，本設(shè)計(jì)中的油箱根據(jù)液壓泵與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接方式的需要以及安裝其它液壓元件需要，選擇長(zhǎng)為1.5m,寬為1.1m，高為1.0m。 4.7.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一般的開(kāi)式油箱是用鋼板焊接而成的，大型的油箱則是用型鋼作為骨架的，再在外表焊接鋼板。油箱的形狀一般是正方形或長(zhǎng)方形，為了便于清洗油箱內(nèi)壁及箱內(nèi)濾油器，油箱蓋板一般都是可拆裝的。設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)考慮的幾點(diǎn)要求： 1. 壁板：壁板厚度一般是3~4mm；容量大的油箱一般取4~6mm。本設(shè)計(jì)中取油箱的壁厚為6mm。對(duì)于大容量的油箱，為了清洗方便，也可以在油箱側(cè)壁開(kāi)較大的窗口，并用側(cè)蓋板緊密封閉。 2. 底板與底腳：底板應(yīng)比側(cè)板稍厚一些，底板應(yīng)有適當(dāng)傾斜以便排凈存油和清洗，液壓油箱底部應(yīng)做成傾斜式箱底，并將放油塞安放在最低處。油箱的底部應(yīng)裝設(shè)底腳，底腳高度一般為150~200mm，以利于通風(fēng)散熱及排出箱內(nèi)油液。一般采用型鋼來(lái)加工底腳。本設(shè)計(jì)中用的是槽鋼加工的。 3. 頂板：頂板一般取得厚一些，為6~10mm，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)把泵、閥和電動(dòng)機(jī)安裝在油箱頂部上時(shí)，頂板厚度選最大值10mm。頂板上的元件和部件的安裝面應(yīng)該經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，以保證安裝精度，同時(shí)為了減少機(jī)加工工作量，安裝面應(yīng)該用形狀和尺寸適當(dāng)?shù)暮皲摪搴附印? 4. 隔板：油箱內(nèi)一般設(shè)有隔板，隔板的作用是使回油區(qū)與泵的吸油區(qū)隔開(kāi)，增大油液循環(huán)的路徑，降低油液的循環(huán)速度，有利于降溫散熱、氣泡析出和雜質(zhì)沉淀。隔板的安裝型式有多種，隔板一般沿油箱的縱向布置，其高度一般為最低液面高度的2/3~3/4。有時(shí)隔板可以設(shè)計(jì)成高出液壓油面，使液壓油從隔板側(cè)面流過(guò)；在中部開(kāi)有較大的窗口并配上適當(dāng)面積的濾網(wǎng)，對(duì)油液進(jìn)行粗濾。 5. 側(cè)板：側(cè)板厚度一般為3-4mm，側(cè)板四周頂部應(yīng)該加工成高出油箱頂板3~4mm，為了使液壓元件的在工作等的情況下泄漏出來(lái)的油不至于灑落在地面上或操作者的身上，同時(shí)可以防止液壓油箱的頂板在潮濕的氣候中腐蝕。 回油管及吸油管為了防止出現(xiàn)吸空和回油沖擊油面形成泡沫，油泵的吸油管和回油管應(yīng)布置在油箱最低液面50~100mm以下，管口與箱底距離不應(yīng)小于2倍的管徑，防止吸入沉淀物。管口應(yīng)切成，切口面向箱壁，與箱壁之距離為3倍管徑。回油管的出口絕對(duì)不允許放在液面以上。本設(shè)計(jì)的管口與箱底的距離為160mm，切口與箱壁的距離為250mm。 6. 回油集管的考慮：?jiǎn)为?dú)設(shè)置回油管當(dāng)然是理想的，但不得已時(shí)則應(yīng)使用回油集管。對(duì)溢流閥、順序閥等，應(yīng)注意合理設(shè)計(jì)回油集管，不要人為地施以背壓。 7. 吸油管： 吸油管前一般應(yīng)該設(shè)置濾油器，其精度為100~200目的網(wǎng)式或線式隙式濾油器。濾油器要有足夠大的容量，避免阻力太大。濾油器與箱底間的距離應(yīng)不小于20mm。吸油管應(yīng)插入液壓油面以下，防止吸油時(shí)卷吸空氣或因流入液壓油箱的液壓油攪動(dòng)油面，致使油中混入氣泡。 8. 泄油油管的配置： 管子直徑和長(zhǎng)度要適當(dāng)，管口應(yīng)該在液面之上，以避免產(chǎn)生背壓。泄漏油管以單獨(dú)配管為最好，盡量避免與回油管集流配管的方法。 9. 過(guò)濾網(wǎng)的配置：過(guò)濾網(wǎng)可以設(shè)計(jì)成液壓油箱內(nèi)部一分為二，使吸油管與回油管隔開(kāi)，這樣液壓油可以經(jīng)過(guò)一次過(guò)濾。過(guò)濾網(wǎng)通常使用50~100目左右的金屬網(wǎng)。 10. 濾油器： 濾油器的作用及過(guò)濾精度 液壓系統(tǒng)中的液壓油經(jīng)?；煊须s質(zhì)，如空氣中的塵埃、氧化皮、鐵屑、金屬粉末。密封材料碎片、油漆皮和 紗纖維。這些雜質(zhì)是造成液壓元件故障的額重要原因，它們會(huì)造成油泵、油馬達(dá)及閥類(lèi)元件內(nèi)運(yùn)動(dòng)件和密封件的磨損和劃傷，閥芯卡死，小孔堵塞等故障，影響液壓系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。近年來(lái)對(duì)液壓油的污染控制已經(jīng)開(kāi)始引起人們的極大重視。 為了便于隨時(shí)檢查和觀察箱內(nèi)液體液位的情況，應(yīng)該在油箱壁板的側(cè)面安裝液面指示器，指示最高、最低油位。液面指示器一般選用帶有溫度計(jì)的液面指示器。 油箱頂板需要裝設(shè)空氣濾清器，對(duì)進(jìn)入油箱的空氣進(jìn)行過(guò)濾，防止大氣中的雜質(zhì)污染液壓油?？諝鉃V清器的過(guò)濾能力一般為油泵流量的兩倍，其過(guò)濾精度應(yīng)與液壓系統(tǒng)中最細(xì)的濾油器的精度相同。 油箱內(nèi)部應(yīng)刷淺色的耐油油漆。以防止銹蝕。 4.8液壓缸的設(shè)計(jì) 4.8.1液壓缸的工作壓力確定 工作壓力與系統(tǒng)壓力一致為31.5MPa 4.8.2液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 單活塞桿液壓缸計(jì)算如下： (4.18) 式中： 由上式可得： (4.19) 查手冊(cè)D=50mm d=0.7D=32mm 4.8.3 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 按薄壁圓筒公式計(jì)算： (4.20) 查手冊(cè) 則液壓缸外徑 4.8.4 液壓缸工作行程的確定 由于在液壓缸工作時(shí)要完成如下動(dòng)作如圖4-2 圖4-2 液壓缸行程圖 即可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大長(zhǎng)度而確定。由上述動(dòng)作可知工作行程為200mm。 4.8.5缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行近似計(jì)算。 (4.21) (4.22) 可分別取14mm和23mm 4.8.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 (4.23) 活塞桿寬度為B，一般取B=（0.6-1.0）D缸蓋滑支撐面長(zhǎng)度。根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D而定。當(dāng)。 4.8.7 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部的長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑D的20-30倍。 即：缸體內(nèi)部長(zhǎng)度200+50=250mm 即取缸體長(zhǎng)度為290mm 4.8.8 液壓缸強(qiáng)度校核 （1）缸筒壁厚校核：一般情況下，液壓缸鋼筒壁厚由結(jié)構(gòu)確定，必要時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度校核。因?yàn)椋? 由：= (4.24) （2）活塞桿強(qiáng)度校核 由：25 (4.25) 根據(jù)以上計(jì)算得出，所設(shè)計(jì)的液壓缸符合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。 4.9液壓閥的選擇 本液壓系統(tǒng)中采用了多種液壓閥以實(shí)現(xiàn)不同的功能。主要用到的液壓閥有：?jiǎn)蜗蜷y，溢流閥，電磁二通閥，卸荷閥，減壓閥等。在選擇液壓閥時(shí)要考慮：液壓閥的允許通過(guò)的最大流量要大于或等于系統(tǒng)所要求的最大流量;閥的額定工作壓力應(yīng)大于或等于系統(tǒng)的最高工作壓力；閥的壓降在允許范圍 ；盡可能減小液壓閥的體積和質(zhì)量。關(guān)于液壓閥的具體選擇要求和使用細(xì)節(jié)可以在液壓工作手冊(cè)和液壓產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)中查詢(xún)。 4.9本章小結(jié) 根據(jù)液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)了所需的液壓元件。使液壓系統(tǒng)能夠順利的進(jìn)行工作。通過(guò)計(jì)算，令本液壓系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。盡量的減小元件體積。 第5章 電控液驅(qū)客車(chē)的動(dòng)力性分析 5.1 行駛阻力特性分析 假設(shè)汽車(chē)勻速行駛，即Ff=0，在行駛過(guò)程中受到滾動(dòng)阻力Ff，空氣阻力Fw與坡度阻力Fi的作用： (5.1) 根據(jù)客車(chē)參數(shù)，可以作出行駛阻力特性圖。如圖5-1，由圖可知車(chē)輛的行駛阻力隨車(chē)速和坡度的升高而增大。 圖5-1 車(chē)輛行駛阻力特性圖 5.2動(dòng)力性分析 5.2.1 加速過(guò)程的性能分析 在客車(chē)加速性能分析時(shí)，不考慮客車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，而是分析客車(chē)所能達(dá)到的最大加速性能。因此客車(chē)所能達(dá)到最大的加速性能與客車(chē)選用的是變量泵或定量泵無(wú)關(guān)。 假定客車(chē)在水平的路面上從速度0開(kāi)始加速行駛，客車(chē)行駛所需的高壓油由液壓泵提供，客車(chē)以其所能達(dá)到的最大加速度加速行駛。 由： (5.2) 可求得變量馬達(dá)所能提供最大轉(zhuǎn)矩。 由： (5.3) 式中：。 可以求得客車(chē)行駛過(guò)程中所需克服的滾動(dòng)阻力和空氣阻力矩。 由： (5.4) 可以求得客車(chē)在t時(shí)刻加速度。在增加了dt時(shí)間后，客車(chē)的速度有下式求得。 （5.5） 式中 ： 由： （5.6） 可以求得變量馬達(dá)在時(shí)刻 由： （5.7） 可以求得變量馬達(dá)在時(shí)刻的流量（L/min） 由： （5.8） 可以得出變量馬達(dá)的排量（ml/r） 在： 由： （5.9） 在時(shí)刻 由： （5.10） 式中： 在初始?jí)毫ο?，蓄能器的初始體積 （5.11） 由： 式中： 可以求得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 根據(jù)客車(chē)的參數(shù)可以仿真出客車(chē)加速過(guò)程中，液壓泵和變量馬達(dá)的排量、流量、轉(zhuǎn)速以及蓄能器壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率的變化情況。 在仿真過(guò)程中，對(duì)于變量馬達(dá)和液壓泵給定了一個(gè)簡(jiǎn)單的控制模式。即，在蓄能器初始?jí)毫Φ陀?1.5Mpa時(shí)液壓泵以最大流量工作。且當(dāng)變量馬達(dá)所需流 量超過(guò)液壓泵所能提供的最大流量的0.9倍時(shí)，若蓄能器的壓力還沒(méi)有達(dá)到最大 值，則控制馬達(dá)的流量，使它等于液壓泵的流量的0.9倍。等到蓄能器的壓力達(dá) 到31.5Mpa時(shí)，再讓馬達(dá)的流量等于泵的最大流量。這樣雖然在短時(shí)間內(nèi)使客車(chē)的加速度有所下降，但是可以使蓄能器的壓力繼續(xù)上升，對(duì)接下來(lái)的客車(chē)加速有利。而且可以保證客車(chē)的最高車(chē)速不下降?？蛙?chē)的最高車(chē)速和蓄能器的最終壓力 有關(guān)。在變量馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速允許的情況下，蓄能器的最終壓力越大，在其他條件相同時(shí)，變量馬達(dá)所提供的轉(zhuǎn)矩也越大，其所能克服的車(chē)輛行駛阻力也越大，車(chē)輛的最高車(chē)速也越高。 5.2.2制動(dòng)過(guò)程的性能分析 客車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)，因此不管客車(chē)釆用的是定量泵還是變量泵其制動(dòng)性能是一樣的。假設(shè)客車(chē)在水平的路面上以一定的初始車(chē)速開(kāi)始制動(dòng)。 變量馬達(dá)所能提供的最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 由： （5.12） 制動(dòng)減速度： （5.13） 變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可由（5-9）式求得。蓄能器的體積變化量： 由： （5.14） 而蓄能器的壓力由上式求得。 制動(dòng)過(guò)程中，客車(chē)的餓行駛速度： 由： 式中： 客車(chē)的制動(dòng)距離： 由： 式中： 在仿真過(guò)程中假設(shè)客車(chē)在水平的路面上從50km/h的速度開(kāi)制動(dòng)減速，車(chē)輪上無(wú)裝備其它的輔助制動(dòng)裝置，客車(chē)制動(dòng)所需的制動(dòng)力完全由變量馬達(dá)提供，客車(chē)以變量馬達(dá)所能提供的最大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行制動(dòng)。 圖5-1是客車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，客車(chē)制動(dòng)減速度、行駛速度和行駛距離、蓄能器壓力和制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系圖。在相同的初始車(chē)速下，客車(chē)制動(dòng)時(shí)蓄能器的初始?jí)毫?duì)客車(chē)的制動(dòng)減速度影響較大。蓄能器的初始?jí)毫?1.5Mpa時(shí)，客車(chē)的制動(dòng)減速度最大，客車(chē)制動(dòng)距離最短相應(yīng)地從幵始制動(dòng)到停車(chē)所用的時(shí)間也最短。由： （5.15） 可知，當(dāng)蓄能器的初始?jí)毫Φ陀?1.5Mpa時(shí)，制動(dòng)過(guò)程中客車(chē)所擁有的動(dòng)能通過(guò) 變量馬達(dá)給蓄能器充壓。此時(shí)變量馬達(dá)作為液壓泵使用。蓄能器內(nèi)的壓力隨之升高，同時(shí)變量馬達(dá)所提供的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之增大，從而制動(dòng)減速度也有所增大。當(dāng)蓄能器的壓力達(dá)到最大時(shí)，變量馬達(dá)所提供的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也達(dá)到最大，因此制動(dòng)減速度也達(dá)到最大。蓄能器的壓力達(dá)到最大后，從變量馬達(dá)出來(lái)的高壓油將全部通過(guò)溢流閥流掉。此后客車(chē)所具有的能量將無(wú)法進(jìn)行回收。在制動(dòng)過(guò)程中隨著客 車(chē)速度的減小，空氣阻力和滾動(dòng)阻力也隨之減小，客車(chē)的制動(dòng)減速度也會(huì)隨之有 所減小。蓄能器的初始?jí)毫?duì)客車(chē)的制動(dòng)性能有較大的影響。蓄能器的初始?jí)毫?髙的，其制動(dòng)性能好（這里假設(shè)沒(méi)有用其它的制動(dòng)輔助裝置。但是蓄能器的初始?jí)毫?duì)客車(chē)制動(dòng)過(guò)程中的能量回收效率影響很大。在制動(dòng)時(shí)，一般蓄能器的初始?jí)毫Φ偷?，能量回收率高壓力低的，能量回收率高。如圖5-2中，蓄能器的初始?jí)毫?0Mpa,可以全部回收客車(chē)在制動(dòng)時(shí)所具有的所有動(dòng)能。而蓄能器的初始?jí)毫?5.75Mpa時(shí)候。只能回收部分動(dòng)能。對(duì)于蓄能器的初始?jí)毫?1.5Mpa的，不能回收任何能量。從能量回收角度來(lái)講，希望在制動(dòng)時(shí)蓄能器的初始?jí)毫ΡM可能低一些，以提高蓄能器的能量回收率。 圖5-2 加速過(guò)程性能分析圖 5.2.3最大爬坡度分析 假設(shè)客車(chē)以一定的車(chē)速勻速爬坡。變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速： 由： （5.16） 式中：u-客車(chē)爬坡時(shí)的速度 當(dāng)馬達(dá)的流量等于泵的最大流量時(shí)馬達(dá)的排量： 由： （5.17） 變量馬達(dá)所能提供的最大轉(zhuǎn)矩： 由： （5.18） 客車(chē)的最大爬坡度： 由： （5.19） 圖5-3 客車(chē)最大爬坡度與行駛速度的關(guān)系 圖5.3是客車(chē)的最大爬坡度與行駛速度的關(guān)系圖?？蛙?chē)的最大爬坡度與爬坡時(shí)蓄能器的壓力有關(guān)。蓄能器的壓力越大，最大爬坡度越大。在給定蓄能器的初始?jí)毫ο?，?dāng)客車(chē)行駛的速度小于30km/h時(shí)，由于變量馬達(dá)的最大排量限制，變量馬達(dá)所能提供的最大功率要小于發(fā)動(dòng)機(jī)所能提供的最大功率，因此在這一速度區(qū)間內(nèi)客車(chē)的最大爬坡度受到變量馬達(dá)的最大排量的限制，無(wú)法完全利用發(fā)動(dòng)機(jī)所能提供的最大功率。當(dāng)然，可以通過(guò)增大變量馬達(dá)的最大排量來(lái)提高最大爬坡度的數(shù)值?？蛙?chē)行駛的速度等于或大于30km/h時(shí)，正好是變量馬達(dá)所能提供的最大功率等于發(fā)動(dòng)機(jī)所能提供的最 大這時(shí)最大爬坡度就與變量馬達(dá)的最大排量無(wú)關(guān)了。 從圖中可以看出客車(chē)的爬坡性能較差，最大爬坡度只有4度。因此，需要釆用其他的方案來(lái)改善客車(chē)的爬坡性能。 5.3方案分析 從以上分析可以看出客車(chē)的動(dòng)力性較差，最大爬坡度在2.3-4度之間（車(chē)速為5km/h時(shí)），客車(chē)從0加速到50km/h作所需時(shí)間為31?37.2s之間。由于客車(chē)的總質(zhì)量較大為12200kg。若只在原客車(chē)的主減速器前裝一變量馬達(dá)，則為了不降低原客車(chē)的動(dòng)力性需要馬達(dá)的排量很大。這使得變量馬達(dá)的質(zhì)量和體積變得很大，在客車(chē)底盤(pán)上難以布置。并且變量馬達(dá)的排量增大導(dǎo)致其最高轉(zhuǎn)速降低，使得客車(chē)的最高車(chē)速降低。從經(jīng)濟(jì)上考慮也是不合適的。因此，必須尋求其他的方案。 以下給出了兩種解決方案。一種是在客車(chē)的前后四個(gè)車(chē)輪上都各自裝上一個(gè)變量馬達(dá)，或是在后橋的兩個(gè)車(chē)輪上各裝一個(gè)變量馬達(dá)，而取消主減速器。這樣可以降低對(duì)變量馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速的要求，選擇排量較大的變量馬達(dá)，提高客車(chē)的最高車(chē)速并且由于釆用兩個(gè)或四個(gè)變量馬達(dá)及加大了變量馬達(dá)的排量，變量馬達(dá)總的排量加大了很多，可以滿足客車(chē)的動(dòng)力性要求。另一種方案是在主減速器前裝入一個(gè)兩級(jí)的變速器。在客車(chē)爬坡或低速加速時(shí)，可以釆用較大的傳動(dòng)比，這樣可以增大變量馬達(dá)加在車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，提高客車(chē)的低速動(dòng)力性。而在客車(chē)高速行駛時(shí)則釆用較小的傳動(dòng)比，保證客車(chē)的最髙車(chē)速不降低。 5.4本章小結(jié) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力性仿真分析，通過(guò)三個(gè)方面進(jìn)行分析。加速，制動(dòng)，與最大爬坡度的動(dòng)力性分析。 經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)客車(chē)不能達(dá)到所需爬坡度。所以對(duì)之建立解決方案。選擇了在主減速器前加一個(gè)二級(jí)變速器，通過(guò)變量馬達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)變速器自動(dòng)換擋。當(dāng)客車(chē)在高速行駛時(shí)采用較小的傳動(dòng)比。高速時(shí)采用較大的傳動(dòng)比。保證客車(chē)的車(chē)速不降低。這樣可以在馬達(dá)排量較低的情況下滿足客車(chē)的動(dòng)力要求。 第6章 電控液驅(qū)客車(chē)的經(jīng)濟(jì)性分析 汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性主要是根據(jù)國(guó)家規(guī)定的模擬城市工況循環(huán)燃料消耗量試驗(yàn)方法進(jìn)行仿真分析。對(duì)于城市客車(chē)，采用四工況循環(huán)試驗(yàn)方法進(jìn)行計(jì)算分析。一個(gè)四工況循環(huán)分若干個(gè)加速、等速、減速及怠速工況。先求出各分工況的燃油消耗量， 再把其相加，便可以得到一個(gè)四工況的燃油消耗量。讓客車(chē)按四工況重復(fù)循環(huán)行駛，直至行駛100公里把各個(gè)四工況的燃油消耗量相加，便可以得到整個(gè)四工況循環(huán)的百公里燃油消耗量。城市四工況循環(huán)見(jiàn)圖6.1，具體說(shuō)明見(jiàn)表6.1。 在分折汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也可以分析變量馬達(dá)、變量泵、蓄能器及發(fā)動(dòng)機(jī)等的主要參數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系。采用發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖。 圖6-1 城市客車(chē)四工況循環(huán) 表6-1 城市四工況循環(huán)說(shuō)明 工況序號(hào) 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(km/h) 行程（m） 累積行程（m） 時(shí)間(s) 1 0?25 換擋加速 5.5 5.5 5.6 24.5 30 8.8 50 80 11.8 70 150 11.4 2 25 120 270 17.2 3 25?40 160 430 17.7 4 減速行駛 270 700 24.3 6.1 ?采用變量泵的燃油經(jīng)濟(jì)性分析 釆用變量泵的四工況循環(huán)燃油經(jīng)濟(jì)性分析的方法與釆用定量泵的四工況循環(huán)燃油經(jīng)濟(jì)性分析的方法相仿。也是分別計(jì)算各加速、等速、減速和怠速的燃油消耗量。然后把他們相加，得到一個(gè)四工況的燃油消耗量。讓客車(chē)按四工況重復(fù)循環(huán)行駛，直至行駛100公里，把各個(gè)四工況的燃油消耗量相加，便可以得到四工況的百公里燃油消耗量。 同樣，客車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性和客車(chē)行駛過(guò)程中對(duì)變量泵、變量馬達(dá)和發(fā)動(dòng)機(jī)所釆用的控制策略有關(guān)。對(duì)于不同的控制策略其仿真計(jì)算的邏輯框圖也是不一樣的。 在釆用變量泵的客車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性仿真分析的過(guò)程中，同樣給定了一個(gè)簡(jiǎn)單的控制模式。即，在蓄能器的壓力大于或等于31.5Mpa時(shí)，則發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速狀態(tài)變量泵不工作。此時(shí)客車(chē)行駛所需能量全部由蓄能器提供。等到蓄能器的壓力到達(dá)20Mpa時(shí)，通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)和變量泵的排量使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)。變量泵提供的高壓油一部分給蓄能器充壓，一部分通過(guò)變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)客車(chē)行駛。若發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)所發(fā)出的功率不足以滿足客車(chē)行駛的要求，則慢慢增大發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率，使其功率剛好能滿足客車(chē)行駛的要求。這時(shí)不再對(duì)蓄能器充壓，即蓄能器的壓力保持不變。此外，和釆用定量泵的客車(chē)相同，在客車(chē)按四工況循環(huán)行駛時(shí)，若變量馬達(dá)所能提供的最大轉(zhuǎn)矩還不足以滿足客車(chē)按四工況循環(huán)時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩和要求時(shí)，客車(chē)的加速度按變量馬達(dá)所能提供的最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的加速度來(lái)計(jì)算。同樣從下面的仿真結(jié)果分析可以看出，這種情況也沒(méi)有出現(xiàn)。 6.1.1加速工況燃油消耗量計(jì)算 假定客車(chē)在水平的路面上行駛。為達(dá)到所要求的加速度，變量馬達(dá)所需提供的轉(zhuǎn)矩。 由：（6.1） 變量馬達(dá)的所需排量： 由： （6.2） 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩： 由： （6.3） 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： 由： （6.4） 發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 由： （6.5） 由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩可以從發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性圖中插值出相應(yīng)的燃油消耗率。 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，功率可以由式上式求得。同樣由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可以從發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性圖中插值出相應(yīng)的燃油消耗率。蓄能器的體積變化量，此時(shí)的壓力和體積可以分別由上式求得。 蓄能器體積變化量： 由： （6.6） 蓄能器體積： 由： （6.7） 蓄能器的壓力可以由式（5-13）求得。 在t時(shí)刻，單位時(shí)間的燃油消耗量： 由： （6.8） 客車(chē)行駛速度每增加0.1/km/h所需時(shí)間： 由： （6.9） 在時(shí)間內(nèi)汽車(chē)所需燃油量： 由： （6.10） 式中-在時(shí)刻，單位時(shí)間的燃油消耗量。 在時(shí)刻汽車(chē)的行駛距離： 由： （6.11） 由： 式中： 6.1.2等速工況燃油消耗量計(jì)算 假定客車(chē)在水