某两栖车导管桨液压驱动方案设计

宋丽峰，刘星星，徐培，王占魁

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

某两栖车导管桨液压驱动方案设计

宋丽峰，刘星星，徐培，王占魁

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

随着国际战争多元化发展，水陆两栖车已经逐渐在陆军装备中扮演重要角色。目前国内外两栖车水上推进装置导管桨的驱动形式一般为机械或液压。本文介绍的导管桨驱动方案为两个闭式液压系统分别驱动两个导管桨。

两栖车；导管桨；液压；闭式系统

CLC NO.: TJ8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-25-03

1、整车总体参数要求

本车导管桨为液压马达驱动，导管桨主要有以下几种动作状态。

过渡状态：左右导管浆旋转速度和方向始终相同，且速度只与发动机转速相关，导管桨最大转速为1995r/min，此时扭矩385.35 N·m；

经济巡航：发动机始终巡航状态：

保持1100r/min最低燃油消耗率运行，柱塞变量泵开度最大。导管桨最大转速1000r/min，此时扭矩98.37 N·m。高速巡航：发动机始终保持2100r/min转速航行，此时扭矩385.35 N·m；

水上行驶状态：3km/h～9.5km/h时，变量泵始终保持最大开度状态，通过油门踏板角度控制航速。导管桨最大转速1995r/min运转，此时扭矩385.35 N·m。

倒车状态 ：需要倒车时，可实现左右导管浆等速反转。导管桨最大转速1400r/min运转，此时扭矩402.5 N·m。

转弯状态：

车辆转弯时，可通过转动方向盘实现内侧导管浆的减速和反转：

方向盘左转由0°～90°时：左右侧导管浆转速不变。导管桨最大转速为1995r/min运转，此时扭矩385.35 N·m；

方向盘左转由90°～450°时：左侧导管浆转速由最大变为零。左导管浆转速由1995r/min减到0，扭矩从385.35N减到N·m，右导管浆不变；

方向盘左转由450°～480°时：左侧导管浆转速和扭矩一直为零。

方向盘左转由480°～最大时：左侧导管浆转速由零变到1400r/min，但此时方向与右侧相反，扭矩从0增到402.5N·m。

2、液压系统总体方案设计

本车为行走机械，根据各种机械常用的工作压力推荐值，该闭式液压系统的工作压力为35MPa左右。

2.1 液压系统主要参数确定

根据整车总体技术参数要求，导管浆反转最大转速1400r/min时，所需最大扭矩402.5N·m。则马达理论排量为：

式中 Vdm—— 导管浆马达的理论排量

Md—— 导管浆所需最大扭矩，单位N⋅m

Pdm—— 水上推进液压系统工作压力，单位MPa

ηm—— 液压马达的机械效率，此处取ηhm=0.95将有关参数代入得：

根据计算结果和所需马达特性，选择力士乐A2FE轴向柱塞定量马达，此马达的参数如下：

排量：80.4cm3/r

最高输出转速：5000 r/min

最大承受压力：45MPa

最大输出扭矩：448N⋅m

根据液压马达的寿命设计原则，最高转速应为额定转速的1.15到1.4倍，则采用此马达可以满足设计要求。

水上推进的工况较为复杂，有过渡状态、水上经济行驶状态、水上高速行驶状态、倒车状态、转弯状态五种工况。

过渡状态时，导管桨最大转速为1995r/min运转，此时扭矩385.35 N·m，则对应的最大系统压力：

式中：

Md1—— 导管浆1995r/min所需扭矩，单位N⋅m

Pmd1—— 导管浆1995r/min对应系统工作压力，单位MPa将有关参数代入得：Pmd1=31.7MPa

式中：

Qdm1—— 导管浆马达1995r/min所需流量，单位L/min

ndm1——导管浆马达转速，1995r/min

ηv ——马达容积效率，此处ηv=0.95

将有关参数代入得：Qkm1=168.6L/min

同理水上经济行驶状态，导管浆转速1000r/min，扭矩98.37 N·m，得出此时系统压力Pmd2=8.1MPa，Qmd2=84.5L/min；

水上行驶状态，导管浆转速1995r/min，扭矩385.35 N·m，得出此时系统压力Pmd3=31.7MPa ，Qmd3=168.6L/min；

倒车状态，导管浆转速1400r/min，扭矩402.5 N·m，得出此时系统压力Pmd4=33.1MPa，Qmd4=118.3L/min；

转弯状态（左转）：方向盘0°-90°，左右马达压力31.7MPa，所需流量168.6L/min；方向盘90°-450°，左（右）马达压力由31.7MPa降到0，流量由168.6L/min降到0，右（左）马达不变，实现左（右）转；方向盘450°-480°，左（右）马达压力和流量都为0，右（左）马达保持不变，实现等半径左（右）转；方向盘480°-最大，左（右）马达最大压力33.1MPa，流量118.3L/min，右（左）马达保持不变，实现最小转弯半径左（右）转。

2.2 拟定液压原理图

水上推进系统一个马达需要每分钟需要170L左右的流量，系统压力接近35MPa，系统功率高，如用开式系统，油箱体积会很大，布置空间无法满足，且整车在倒退、转向时需及时响应，开式系统均无法满足。采用闭式系统效率高、回路响应快，是水上推进液压系统的最好选择。

2.3 液压元件的选择

（1）确定闭式系统泵的最大工作压力PbP

式中：

PbP—— 闭式泵的最大压力，单为MPa；

Pb1——导管浆马达的最大工作压力，根据图2-3，Pb1=33.1MPa；

∑∆Pb——从液压泵出口到液压马达入口之间总的管路损失，此处取∑∆Pb=0.9MPa。

将参数带入得PbP=34MPa

（2）确定闭式系统泵的流量qvmax1

式中：

qvmax1——液压泵最大排量时的最大流量，单位L/min；

∑qvmax1——同时工作的液压马达的最大流量，∑qvmax1=168 168.6 L/min；

qc——冲洗阀的冲洗流量，qc=4.4 L /min

将参数带入得qvmax1=173L/min

泵的理论排量：

式中：

Vb——闭式泵的理论排量；

nqmax1——分动器最大转速，nqmax=2456r/min

将参数带入得Vk=70.4cm3/r

（3）确定泵的驱动功率Pb

在工作循环中，虽然导管浆有不同工况，但考虑水上高速航行时长时间处于最大功率状态，即闭式泵长时间处于最大流量与压力状态，压力与流量比较恒定。

将参数带入得Pb=104.7KW

根据以上闭式泵工作压力PbP与理论排量Vb，选择力士乐A4VG系列泵，具体参数如下：

3、结论

液压系统匹配是一个复杂的过程。在选定液压元件后，需对闭式泵进行电控软件设置来实现整车参数所需的各个功能。而实车操作中更需根据实际情况对泵的电控方案进行监测与重新调控。

[1] 王益群 高殿荣，《液压工程师技术手册》，化学工业出版社，2010.

Hydraulic drive Design of propeller for amphibious vehicles

Song Lifeng, Liu Xingxing, Xu pei, Wang zhankui
（Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

As the development modern war, amphibious vehicles have been palying the important role in army equipment. The article will introduce the closed hydraulic system for propeller.

Amphibious vehicle；Propeller；Hydraulic；Closed system

TJ8

A

1671-7988(2015)06-25-03

宋丽峰，就职于陕西重型汽车有限公司，助理工程师，从事汽车车身设计工作。