雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配研究

彭香雪

摘要：為解決當(dāng)前振動壓路機液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配效果較差，無法提高其運行性能與工作壽命的問題，開展了液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配的深入研究。在壓路機液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)選取完畢后，通過確定液壓系統(tǒng)啟振時間、液壓系統(tǒng)振動泵參數(shù)匹配設(shè)計、液壓系統(tǒng)振動馬達參數(shù)匹配設(shè)計，提出了一種全新的匹配方法。根據(jù)匹配結(jié)果可知，新的方法能夠提高液壓系統(tǒng)能量利用率，優(yōu)化運行性能。

關(guān)鍵詞：雙驅(qū)；液壓系統(tǒng)；單鋼輪；匹配；振動

0? ?引言

液壓系統(tǒng)作為壓路機的重要組成部分，對其使用性能具有直接影響[1]。現(xiàn)階段，傳統(tǒng)的壓路機液壓系統(tǒng)在參數(shù)匹配方面存在一定的缺陷，液壓系統(tǒng)沖擊問題較嚴重，整機性能得不到保障，無法適用于復(fù)雜工況[2]。針對這一問題，本文在傳統(tǒng)壓路機液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配方法基礎(chǔ)上，以某雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機液壓系統(tǒng)為例，開展液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配的全面深入研究。

1? ?壓路機液壓系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)分析

選取某品牌的雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機，作為此次研究的目標(biāo)。配發(fā)動機型號為云內(nèi)490型，工作質(zhì)量6t，行走速度0～8km/h，振動頻率為45Hz，爬坡能力30°。驅(qū)動方式為變矩器無級變速，振動模式為前輪單振，采用液壓轉(zhuǎn)向。該振動壓路機通常作業(yè)不超過Ⅱ檔，在轉(zhuǎn)場運輸時可以高速行駛，但最高擋位不超過Ⅳ檔。該振動壓路機作業(yè)過程中，系統(tǒng)一般不會產(chǎn)生較大的壓力變化[3]。

使用數(shù)據(jù)采集儀，采集壓路機在不同振動工況下，液壓系統(tǒng)對應(yīng)的工作參數(shù)數(shù)據(jù)，如表1所示。從表1可以看出，在不同振動工況下，壓路機液壓系統(tǒng)運行所需的驅(qū)動力矩與功率存在明顯差異。

2? ?確定液壓系統(tǒng)啟振時間

通過反復(fù)計算，得出振動壓路機液壓系統(tǒng)多組啟振時間。在眾多計算結(jié)果中，選取最高啟振時間與最低啟振時間[5]。依據(jù)壓路機過載壓力閥的動態(tài)變化，在最高啟振時間與最低啟振時間范圍內(nèi)，選取過載壓力閥運行效果最佳的啟振時間，作為雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機液壓系統(tǒng)的最終啟振時間[6]。

3? ?液壓系統(tǒng)振動泵參數(shù)匹配設(shè)計

分別從振動壓路機液壓系統(tǒng)振動泵運行可靠性與工作壽命兩個維度，設(shè)計液壓系統(tǒng)振動泵匹配參數(shù)。

基于液壓系統(tǒng)振動泵運行可靠性維度來說，通常情況下，雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機啟振時多數(shù)為帶載啟動。受到外界負載的影響，液壓系統(tǒng)振動馬達轉(zhuǎn)速會發(fā)生不同程度的變化，直接影響液壓系統(tǒng)內(nèi)的流速，甚至可能會形成壓力沖擊[7]。一旦壓力沖擊得不到有效控制，液壓系統(tǒng)壓力匹配的瞬態(tài)壓力峰值超出設(shè)定的最高壓力值，將導(dǎo)致壓路機液壓系統(tǒng)工作可靠性降低。

基于液壓系統(tǒng)工作壽命方面，需要先明確振動壓路機液壓系統(tǒng)工作壓力與液壓元件壽命之間存在的關(guān)聯(lián)。本文采用MATLAB模擬分析軟件，繪制如圖1所示的關(guān)系示意圖。通過圖1可以得知，在液壓系統(tǒng)高、中、低3個不同壓力階段，液壓元件壽命存在較大差異。

為了延長雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機的工作壽命，充分發(fā)揮各個液壓件的工作效能，需將壓路機液壓系統(tǒng)平穩(wěn)工況的壓力集中匹配在中等壓力區(qū)，將液壓系統(tǒng)振動泵工作轉(zhuǎn)速匹配至系統(tǒng)額定工作轉(zhuǎn)速上，使液壓系統(tǒng)工作壓力與振動泵的壽命呈指數(shù)反比變化[8]。

在此基礎(chǔ)上，分別計算液壓系統(tǒng)振動泵的容積效率、振動泵的機械效率以及振動泵的總效率，得出液壓系統(tǒng)振動泵的各項匹配參數(shù)。液壓系統(tǒng)振動泵的容積效率計算如下：

4? ?液壓系統(tǒng)振動馬達參數(shù)匹配設(shè)計

為實現(xiàn)壓路機液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配的目標(biāo)，需提取液壓系統(tǒng)振動馬達的運行特征，進行液壓系統(tǒng)振動馬達匹配參數(shù)設(shè)計。根據(jù)雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機液壓系統(tǒng)的運行狀況，選取匹配度較高的90系列斜盤式馬達。

該系列的馬達在低轉(zhuǎn)速下具有較高的運行效率，其全排量時的總效率曲線變化如圖2所示。該系列馬達內(nèi)含有滑靴密封面，在液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)速比范圍內(nèi)運行效率較高，能適應(yīng)雙驅(qū)單鋼輪振動壓路機作業(yè)過程中頻繁啟動加速與停車減速的需求，因此選擇該系列馬達。

根據(jù)液壓系統(tǒng)振動泵轉(zhuǎn)速匹配方法原理，設(shè)定振動馬達的額定轉(zhuǎn)速以及其與振動泵的匹配點，保證振動馬達承受的壓力與液壓系統(tǒng)泵壓力保持一致。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮振動壓路機液壓系統(tǒng)馬達低速穩(wěn)定性，將馬達初始轉(zhuǎn)速設(shè)置為低轉(zhuǎn)速，將馬達壓力匹配至中壓區(qū)，監(jiān)測并記錄液壓系統(tǒng)溢流閥設(shè)定值的動態(tài)變化。在此基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)換馬達轉(zhuǎn)速，控制轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換過程中液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力波動，使液壓系統(tǒng)振動馬達壓力參數(shù)匹配達到最佳，實現(xiàn)振蕩馬達運行總效率最優(yōu)化目標(biāo)。

5? ?匹配結(jié)果分析

在液壓系統(tǒng)各項參數(shù)匹配設(shè)計完畢后，需要對本文提出的參數(shù)匹配結(jié)果作出全方位的客觀檢驗，判斷液壓系統(tǒng)各項參數(shù)設(shè)計是否符合相關(guān)要求規(guī)范，以及本文提出的研究內(nèi)容能否提高振動壓路機運行性能。

隨機選取液壓系統(tǒng)不同運行狀態(tài)下的壓力值，作為此次試驗的樣本。首先，預(yù)處理此次試驗的各項實測值，確定300組有效液壓系統(tǒng)的有效試驗值。保證試驗樣本參數(shù)中，包括液壓系統(tǒng)振動泵轉(zhuǎn)速、變量泵排量比、油液溫度以及系統(tǒng)回路壓力值。分別設(shè)定訓(xùn)練樣本數(shù)量為240組，測試樣本數(shù)量為60組。按照圖3所示壓路機液壓系統(tǒng)回路估計模型，完成液壓系統(tǒng)回路中壓力值的估計。

在模型中輸入液壓系統(tǒng)各項參數(shù)，作為壓力估計模型的輸入層參數(shù)。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，設(shè)定模型運行周期。經(jīng)過其迭代訓(xùn)練，獲取回路壓力估計值，將其作為輸出量，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)回路中壓力值估計的目標(biāo)。模型迭代訓(xùn)練表達式為：

在此基礎(chǔ)上，基于振動壓實工況下，估計液壓系統(tǒng)某一段壓力變化實際情況，將獲取到的回路壓力估計值與試驗樣本值進行對比，得出液壓系統(tǒng)回路壓力估計值的相對誤差，如圖4所示。從圖4可以看出，應(yīng)用上述本文提出的參數(shù)匹配方法，液壓系統(tǒng)回路壓力估計值與實際樣本值之間存在的相對誤差較小，表明液壓系統(tǒng)壓實運行過程中，回路壓力穩(wěn)定變化，未出現(xiàn)異常，液壓系統(tǒng)元件疲勞及磨損問題得到了有效控制。

在此基礎(chǔ)上，為了使試驗效果更加清晰直觀，特引入對比分析的試驗方法，將本文提出的液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配方法設(shè)置為實驗組，將傳統(tǒng)的參數(shù)匹配方法設(shè)置為對照組，進行對比分析。選取液壓系統(tǒng)能量利用率作為此次試驗的評價指標(biāo)，分別應(yīng)用上述2種參數(shù)匹配方法。利用MATLAB模擬分析軟件，測定2種參數(shù)匹配方法應(yīng)用后液壓系統(tǒng)的能量利用率，并對其進行對比，進而判斷參數(shù)匹配方法的可行性。液壓系統(tǒng)能量利用率對比結(jié)果如表2所示。

通過表2的對比結(jié)果可以看出：本文提出的參數(shù)匹配方法應(yīng)用后，在壓路機壓實運行過程中，液壓系統(tǒng)能量利用率達到了75.57%；而傳統(tǒng)方法應(yīng)用后，液壓系統(tǒng)能量利用率僅為48.46%；本文方法較傳統(tǒng)方法相比節(jié)能27.11%，極大程度地提高了壓路機液壓系統(tǒng)的能量利用率，能夠有效地優(yōu)化壓路機運行性能，延長其工作壽命。綜上所述，本文提出的參數(shù)匹配方法具有較高的可行性，優(yōu)化效果顯著。

6? ?結(jié)束語

科學(xué)合理的參數(shù)匹配，對振動壓路機液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。通過本文提出的論述內(nèi)容，改善了傳統(tǒng)參數(shù)匹配方法存在的問題與不足。根據(jù)對比結(jié)果可以得知，本文提出的參數(shù)匹配方法應(yīng)用后，有效地提高了液壓系統(tǒng)的能量利用率，較傳統(tǒng)方法相比節(jié)能了27.11%，優(yōu)化了壓路機運行性能，并延長了其工作壽命。

參考文獻

[1] 劉兆勇，龍一鳴，厲逸航，等.集成式電液制動系統(tǒng)設(shè)計及參數(shù)匹配的研究[J].汽車工程，2022，44（9）：1416-1424.

[2] 黃俊迪，楊忠炯，周立強.蓄電池式裝載機雙電機驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)匹配優(yōu)化[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2022，19（3）：822-830.

[3] 楊雪吟.匠心之作 讓施工更簡單 山推發(fā)布四款全新C3系列推土機及全新一代液壓單驅(qū)單鋼輪壓路機[J].今日工程機械，2021（6）：68-69.

[4] 李驍斐，劉學(xué)，談鴻雁，等.單鋼輪壓路機壓實度的計算與提升[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，2021，34（5）：59-60+63.

[5] 張恒郡.多功能無級調(diào)幅振動壓路機電液控制系統(tǒng)研究[J].內(nèi)燃機與配件，2021（19）：72-75.

[6] 朱奇，周志紅，李強.小型混凝土泵車雙泵分配液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配性分析[J].機床與液壓，2021，49（14）：95-100.

[7] 趙勇，王媛媛，黃亞軍，等.565 kW全液壓推土機液壓行駛驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)計算[J].機床與液壓，2020，48（8）：94-97.

[8] 朱鎮(zhèn)，蔡英鳳，陳龍，等.基于遺傳算法的機液傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J].汽車工程，2020，42（1）：74-80.