560 k W全液压推土机行驶驱动系统方案设计

张媛媛，王媛媛

(1.山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073；2.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西 西安 710064)

0 前言

推土机是一种铲土运输机械，能够挖掘平地，排弃岩土。经常应用于矿山开采、平整土地和建筑场地。随着我国经济的快速发展，大型的工程越来越需要大马力工程机械的参与，以降低劳动强度，提高工作效率[1]。目前，推土机的传动方式有机械、液力机械、全液压和混合动力传动等方式[2-6]。机械式和液力机械式推土机工作效率高，但是操作复杂，不够灵活，污染环境。混合动力推土机污染小但是技术不成熟，价格昂贵。全液压传动系统是利用工作介质的压力传递能量、靠压力做功的系统，这种传动方式一般采用泵和马达组合在一起驱动履带，无极变速，操作灵活，容易实现动力转向和原地中心转向，可以满足推土机各种作业工况的要求。比较成熟的全液压推土机主要是小马力的推土机，大马力的推土机的理论和实践都不够成熟。大马力推土机的核心是行驶驱动系统的结构。

本研究首先介绍大马力推土机的行驶驱动系统的基本要求，然后介绍几种常用的驱动系统，最后提出560 kW全液压推土机的行驶驱动系统的方案。

1 560 k W全液压推土机液压行驶驱动系统的基本要求

大马力推土机由于作业环境复杂，负载较大。因此，大功率全液压推土机行驶驱动系统应满足以下要求：

1）推土机行驶过程中能够实现无极变速，灵活转向，控制起来容易。

2）推土机在作业过程中遇到大负载能够自适应调整速度，发动机不熄火。

3）液压系统匹配合理，可靠性高，占据空间小。

4）整机动力性、经济型好。

2 液压行驶驱动系统的方案设计

针对全液压推土机液压系统的要求，本研究介绍了三种液压驱动系统的传递路线和优缺点，最终选择560 kW全液压推土机的液压驱动系统。

2.1 单泵单马达系统驱动方案

单泵单马达液压行驶驱动系统动力传递路线如图1所示：

图1 单泵单马达液压行驶驱动系统动力传递路线

从图1中可以看出，发动机驱动变量泵，变量泵驱动变量马达，动力经过驱动桥传递到两侧减速平衡箱体，再到驱动轮。

该系统对应的液压驱动系统单边回路如图2所示。从图2可以看出，推土机的行驶速度可以通过调节泵的排量大小调节，排量大行驶速度快，排量小行驶速度慢，比例电磁阀的作用是可以通过换向来改变马达的转向，马达的转向不同可以实现推土机前进后退，两边马达转速相等实现直线行驶，两边转速差可以实现原地转向、大半径转向。该方案的优点是结构简单，制造成本低；缺点是换档的切换困难。这种方案适合小功率的推土机。因此，单泵单马达液压行驶系统驱动方案适用于变速范围小的小型推土机。

图2 单泵单马达液压行驶驱动系统回路

2.2 单泵多马达系统驱动方案

除了单泵单马达系统，在压力机、装载机、推土机、摊铺机还有采用单泵多马达系统驱动方案。下面主要以单泵多马达系统的单泵双马达系统为例来介绍。单泵双马达液压行驶系统的传递路线如图3所示。从图3可以看出，发动机驱动变量液压泵，变量泵驱动左右两边的液压马达，液压马达分别驱动左右两边的减速机构。变量泵的排量控制左右两边马达的转速，左右两边转速相等实现前后行走，转速差可以实现推土机的转向。

图3 单泵双马达液压行驶驱动系统传递路线

图4是单泵双马达液压行驶驱动系统的系统回路。从图4可以看出，液压系统增加了安全溢流阀，安全溢流阀可以用来调节系统的最高工作压力，工作压力过大，安全溢流阀打开。该方案的优点是左右两边的速度分别采用两个马达，控制比较灵活；缺点是两边转速控制的不同步，推土机容易出现跑偏。

图4 单泵双马达液压行驶驱动系统回路

2.3 双泵双马达系统驱动方案

山推工程机械股份有限公司2010年推出的100马力的全液压推土机采用双泵双马达驱动方式，其动力传递路线如图5所示。

图5 双泵双马达行驶驱动系统动力传递路线

由图5可以看出，履带两边采用独立驱动方式，发动机的动力经过分动箱给两边的驱动系统，两边的结构一样，液压泵驱动液压马达，液压马达的转速经过减速机构变速，控制两边的速度差可以实现前进后退和转向。

图6是行驶驱动系统的液压回路。

图6 双泵双马达行驶驱动系统回路图

从图6可以看出，履带两侧的速度分别采用控制两边的泵的排量，泵的排量控制马达的转速，泵的转速大小决定了前后两侧履带的速度，转速相等可以实现直线行走，形成转速差推土机可以实现转向。该方案的优点是两边泵和马达独立可以分别控制，转向灵活；缺点是两边的马达同步性不好保证，控制不好容易跑偏。该方案适用于小马力液压推土机。

2.4 560 k W推土机行驶驱动系统方案确定

560 kW推土机属于大马力推土机，采用前面的方案液压部件的功率大，尺寸过大，不利于空间布置。因此，可以采用多泵多马达行驶驱动系统。根据匹配计算，560 kW采用四泵四马达行驶驱动系统。图7是四泵四马达行驶驱动系统动力传递路线。从图7可以看出，发动机驱动两侧的两个驱动泵，两个泵驱动单侧的两个马达，两个马达的转速合成输出给单边的减速器。

图7 560 kW全液压推土机液压行驶驱动系统动力传递路线

图8是560 kW液压推土机四泵四马达液压行驶驱动系统原理图。从图8可以看出，左右两边的结构对称。两个泵的排量合并提供给两个马达，两个马达的转速和扭矩合成后提供给履带。两侧马达的转速大小决定速度大小。控制四个马达的转速和转向可以实现前进后退转向[7]。该方案设置有安全阀可以调整系统压力。补油泵可以补充油液，降低油液温度。该方案的优点是空间尺寸小，输出的扭矩大。

图8 560 kW全液压推土机四泵四马达液压行驶驱动系统原理图

3 结论

综上所述，可以得出以下结论：

1）560 kW全液压推土机作业工况复杂，行驶驱动要求液压系统可靠，控制系统不复杂，整机要求动力性、经济性好。

2）本研究介绍了单泵单马达的全液压推土机液压行驶驱动系统、单泵双马达全液压推土机液压行驶驱动系统、双泵双马达全液压推土机液压行驶驱动系统的动力传递路线以及液压系统结构。

3）通过对比，对560 kW全液压推土机液压行驶驱动系统选定了四泵四马达的液压行驶驱动系统方案，绘制了大功率全液压推土机液压行驶驱动系统原理图。