毕业设计冷再生设备行走液压控制系统的设计说明书 - 图文

徐州师范大学本科生毕业设计 冷再生铣刨机行走液压控制系统的设计

[关键词]:履带式铣刨机;行走系统;液压控制系统;设计

[摘要] :随着我国公路交通事业的发展，以大型铣刨机为主要设备的机械养护作业方式已经在我国的高速公路上广泛采用。铣刨机的行走系统一般都采用四轮独立液压驱动，而路面的损坏程度、路面材料的硬度、铣削层的深度以及刀具的情况等都会对行走液压驱动系统产生影响。

为了提高铣刨机的使用性能和工作可靠性，保证铣刨机具有较高的生产率和作业质量，使铣刨机具备良好的经济效益，推动铣刨机性能的全面提升。本文对冷再生铣刨机的行走液压控制系统进行了分析研究与设计。

本文在对冷再生铣刨机的整机性能要求与行走系统工况进行详细分析的基础上，确定了冷再生铣刨机的总体参数;进行了履带式铣刨机的运动学和动力学分析;对行走系统和铣刨转子系统分别进行了功率分析。根据冷再生履带式铣刨机的运动学、动力学规律以及铣刨机行走系统的要求，设计了符合铣刨机施工特点的行走液压系统及功率自动分配控制方案;确定了液压系统的主要控制方式;分析并确定了行走液压系统与发动机的匹配参数;进行了行走液压系统主要参数的设计计算，并进行了必要的校核。通过对冷再生铣刨机的性能检测试验，证实了其行走液压控制系统的设计是正确可行的，完全符合设计要求，具有工业化应用条件，目前该机型已经投入批量生产。

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[Keywords]: track milling machine; moving system;hydraulic control system;design

[Abstract]: With the development of Chinese road transport， the mechanical maintenance operations，Using large milling machine as the main equipment, have been widely used on the highway.The moving system of milling machine is generally four-wheel indePendent hydraulic driving. The damage extent of the roads, the hardness of the road, the dePth of the milling and the condition of the tools will have an imPact on the moving hydraulic driving system. In order to increase the operation pefformance and reliability of milling machine，ensure the milling machine with higher productivity， operation quality and economic benefit，Increase the performance of milling machine, the moving system of cold recycling milling machine have been diseussed and designed in this paper.

On the basis of analyzing the performance requirements of the cold

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recycling milling machine and moving system conditions， the overall parameters of the cold recycling milling machine have been determined ; kinematics and dynamics analysis of the rack milling machine have been done ; Power analysis of the moving system and milling rotor system have been done.Aecording to the rules of kinematies， dynamics of cold recycling tracked milling machine and the requirements of milling machine moving system，the hydraulic moving system and automatic power distribution control programme which meet the operating characteristies of the milling machine have been designed ;the main control programme of hy draulic system and the match parameters between hydraulic moving system and engine have been determined; the main parameters calculation and neeessary verifieation of the hydranlic moving system have been done.

The performance tests confirmed that the design of the hydraulic movings ystem is correct and possible, and is in full compliance with the design requiremenis.The cold recycling milling machine has the industrialized applieable conditions.Now,this type of milling machine is in batch process.

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目录

第一章 绪论.........................................................4 1.1 设计课题综述..................................................4 1.1.2 铣刨机的分类..............................................5 1.1.3 铣刨机的主要结构..........................................5 1.2 国内外沥青路面铣刨机的发展概况及趋势..........................7 1.2.1 国内沥青路面铣刨机的发展概况..............................7 1.2.2 国外沥青路面铣刨机的发展概况..............................7 1.3课题研究的意义................................................10 第二章 铣刨机整机性能要求与工况分析..............................11 2.1 铣刨机整机性能要求..........................................11 2.2 铣刨机工况分析..............................................11 2.3 铣刨机总体设计及主要参数的确定..............................12 第三章 冷再生铣刨机行走液压系统设计与校核..........................14 3.1 冷再生铣刨机行走液压系统的基本要求..........................14 3.2 铣刨机行走液压系统设计......................................16 3.2.1、 铣刨机行走液压系统设计..................................16 3.2.2、 铣刨机行走控制系统设计..................................19 3.3 行走液压系统工作压力匹配.....................................21 3.4 行走液压传动系统关键参数的设计...............................22 3.4.1 机器的角功率............................................23 3.4.2 液压马达的参数设计......................................23 3.4.3 液压泵的参数设计........................................25 3.5 行走液压传动系统关键参数的设计...............................25 3.6 行走液压系统的校核...........................................26 结论与展望.........................................................29 后记...............................................................30 参考文献...........................................................31

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第一章 绪论

1.1冷再生设备综述[1][2][3]

随着经济的迅速发展，世界每年公路建设尤其是高等级公路的沥青路面建设总里程在飞速的增加。伴随着公路里程的增长，公路的维护和翻修己经成为越来越艰巨的任务。就我国情况来讲，2008年新修通高速公路6433公里，高速公路通车总里程达到 6.03万公里，居世界第二位。至2011年，高速公路里程将达8万公里。我国公路通车总里程己经超过360万公里，按照沥青路面的设计寿命(l5-20年)，目前已有相当一部分的路面进入大、中修期，每年约10%的沥青路面需要翻修，随着公路建设的发展，沥青路面的养护维修工作量也将大量增加。

采用沥青路面再生技术可以有效解决大量沥青路面废料的堆放、资源的有效利用、环保等问题。沥青路面再生技术通过重复利用沥青混合料(主要为砂石料和沥青材料)达到节约资源、保护生态环境、维护自然景观和生态环境的目的。

沥青路面废料的再生利用不单单是技术问题，而是一个社会问题。当前，根据国家可持续发展的战略方针，沥青路面再生技术将成为高等级公路建设的一个新热点。

就地冷再生机械是冷再生技术实施的关键。目前，就地冷再生机械主要有冷再生主机、专用配套机械和通用配套机械三部分构成。专用配套机械主要是水泥稀浆搅拌输送车。通用配套机械主要有乳化沥青运输罐车、液态沥青保温运输罐车、平地机、铣刨机、新骨料运输卡车及压路机等。

路面铣刨机是沥青路面养护施工机械的主要机种之一，主要用于公路、城市道路等沥青砼面层清除拥包、油浪、网纹、车辙等。铣刨机是典型的冷再生设备，在冷再生技术的运用中发挥了巨大的作用。所以本设计具体的对冷再生铣刨机进行分析与研究，对铣刨机的整体结构进行一定概括了解。对铣刨机的行走液压系统进行精心的设计。

铣刨机是通过机械传动或液压传动使铣刨工作装置旋转，由升降装置完成铣削深度的控制，由液压行走驱动装置使机器运行，完成铣刨作业进给和行驶的一种自行式路面机械。它主要用于公路、城镇道路、机场、货场、停车场等面层的开挖翻修;可以高效地清除路面拥包、油浪、网纹、车辙等，开挖路面坑槽及沟槽，还可用于水泥路面的拉毛及面层错台的铣平等。由于该设备作业效率高、施工工艺简单、铣削深度易于控制、操作方便灵活、机动性好和铣削下来的旧料可回收利用等特点，故广泛用于沥青路面的养护作业中，现已成为沥青路面养护施工机械的主要设备之一。

? 路面铣刨机相关术语和定义

? 铣刨机：用于铣刨路面材料的自行式道路养护施工机械。

? 铣刨鼓 ：液压或机械动力驱动，装有金属刀具，通过旋转运动完成路面铣刨作业的主工作装置。

? 铣刨宽度：铣刨鼓两端铣边刀头最外点在水平面上投影的距离。

? 铣刨深度： 除去路面铺层材料后的铣刨工作面与所选铣刨深度基准面之间的垂直距离。 1.1.1铣刨机的用途

采用沥青铣刨机可迅速的切除路面的各种病害，并剥离均匀，不伤路基，易于重新铺筑;铣刨后形成整齐、平坦的铣刨面和齐直的铣刨边界，为重新铺设沥青混合料或混凝土创造条件，修复后新老铺层衔接良好，接缝平齐。切下来的沥

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青混合旧料可以直接用于路面表层的铺设，与新的沥青加温拌和后，再重新铺筑高质量的面层。采用铣刨机可对摩擦系数低的路面进行拉毛作业来提高路面的摩擦系数，达到设计的要求。 由于铣刨机工作效率高，施工工艺简单，铣削深度易于控制，操作方便灵活，机动性能好，铣削的旧料能直接回收利用，因此广泛地用于沥青路面的维修养护施工之中，尤其在高速公路养护施工中成为现代化养护施工机械必不可少的主要机械之一。

1.1.2铣刨机的分类

沥青路面铣刨机按铣刨工艺的不同，它分为冷铣式和热铣式两类。冷铣式铣刨机是在常温下直接对旧的路面或需要养护路段面上进行铣削作业。冷铣刨机切削的料粒均匀，适应性广，但切削刀齿磨损较快，是厂拌沥青再生设备的主要辅助机械。冷铣刨机具有使用成本低、深度范围广及不污染环境等优点。热铣式铣刨机是在铣刨机上加装远红外或其它利用液化气、丙烷气燃烧器，将路面预热到一定的温度后再进行铣削作业。由于有加热装置，机构复杂，一般用于路面再生作业。按行走方式的不同可分为轮胎式、履带式和履带轮子混合式;轮胎式铣刨机具有机动灵活，方便转场、适宜狭小区域作业等优点，主要用于中小型铣刨机，而履带式铣刨机虽然机动性稍差，但是它附着力大，自找平性能良好。履带轮子混合式是近几年出现的机型，它综合了两者的优点，并且两者可以互换，提高了机器的适用性和使用性能。

按转子的位置可分为后悬式、中悬式与后桥同轴式。后悬式铣刨转子悬挂于机器后桥的尾部，中悬式即铣刨转子在前后桥之间。后桥同轴式铣刨转子与后桥同轴布置。

按铣削转子工作时转向的不同，铣刨机可分为顺铣式和逆铣式，转子工作时转向与机器行走的方向相同的为顺铣，相反为逆铣。顺铣时刀头刚接触路面就面对较厚的切削量，易产生冲击负荷;逆铣时刀头刚接触路面就面对较薄的切削量，且随着铣削继续进行切削层由薄变厚，负荷相对平缓，这对铣刨机作业非常重要，这也是大多数的铣刨机都采用逆铣的原因。

根据铣削宽度，可分为小型铣刨机、中型铣刨机和大型铣刨机。小型铣刨机铣削宽度在300—800mm，整机功率是25一70kW,转子的传动方式一般为机械式;中型铣刨机宽度1000~2O00mm，整机功率是80一180kW，转子的传动方式多为液压式;大型铣刨机铣削宽度在2000mm以上。整机功率高达670kW。

随着机、电、液一体化高新科技成果不断应用到铣刨机上，近20多年来，冷铣刨机在国外得到迅速发展。宽度从0.5一4.2m，类型从机械式到全液压式，品种规格繁多，并形成完整的系列。目前国内外生产和使用的基本上都是冷铣刨机，因此在名称上已习惯简称为沥青路面铣刨机。 1.1.3铣刨机的主要结构

一般铣刨机是由发动机、机架、铣刨转子、集料输送装置、喷水系统、铣削深度控制装置、自动找平系统、液压驱动行走系统及辅助系统等组成，如图1.1。 (1)发动机

冷铣刨机的发动机一般选用柴油机，它的体积小、质量轻、油耗低、动力性能好，在缺水的地方也不会影响使用。 (2)机架

一般为刚性整体结构，由厚钢板仿形切割，焊接制造，具有足够的刚度和强度。机架是整机的承重构件，同时要求机架有足够的重力以减少工作时整机的震动。

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(3)铣削转子

它是铣刨机的主要工作部件，它由铣刨转子轴、铣刨刀座和铣刨刀头等组成，直接与路面接触，通过其高速旋转的铣刀进行工作而达到铣削的目的。铣刨转子分为固定宽度和可变宽度;铣刨刀座按一定的螺旋线排列焊接在铣刨转子轴上，刀头安装在铣刨刀座的座孔中，刀具的排列左右对称以单头或多头螺旋线分布，以便消除部分铣削转子的受力，保证铣刨机工作时将铣刨下来的旧料抛向轴的中间部分，使得旧料集中成堆。

铣削转子的驱动有机械驱动和液压驱动两种。机械驱动是由发动机输出动力后，经皮带轮传送到铣刨毅里面的行星齿轮减速器，再驱动铣刨转子。液压驱动有两种形式，一是发动机直接驱动液压泵，液压泵来驱动铣刨毂液压马达，通过减速器在驱动转子;另一种发动机通过联轴器将动力传送到专门的分动箱，再由分动箱驱动液压泵来驱动铣刨毂液压马达，再由减速器驱动转子。

图1.1 整机结构

(4)液压系统

液压系统是铣刨机的主要组成系统，它可驱动铣刨机的铣削转子、整机的行走、风扇驱动、辅助装置的工作如各种油缸的动作等等。一般多为多泵相互独立的液压系统，工作时互不干扰，可靠性较高。铣刨机行走驱动基本都采用全轮液压驱动系统，完成铣刨机的前进、后退等功能。 (5)集料输送装置

一般大中型铣刨机度带有旧料回收装置，它由集料装置、两级输料皮带等组成。通过集料装置可以将铣刨下来旧料集中并传送至运输卡车上。一级皮带下端可以自由升降，二级皮带前端的高度可以调节并可左右摆动0至45度，可适用各种运输卡车。整个皮带输送装置采用密封结构，以防粉尘飞扬。 (6)自动调平装置

铣刨机上设有自动调平装置，以铣削转子两侧浮动板作为铣刨基准面，通过控制的两个液压缸，使所给定的铣削深度保持恒定。有的铣刨机根据需要安装倾斜调整器，用来控制转子的倾斜度。 (7)深度控制系统

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铣刨机配置了一套纯电子的铣削深度控制系统，它由连接在侧档料板上的拉绳深度传感器和数字控制器组成，使机器的铣削深度可准确至毫米。 (8)喷水系统

铣刨机上配有水箱，在铣削过程中向转子喷水，可降低切削刀头的温度，也抑制了粉尘飞扬。

铣刨机规格、型号不同，其结构、布置也略有区别，但基本工作原理相同或相似。

1.2国内外沥青路面铣刨机的发展概况及趋势[4][5][7][9][10][11] 1.2.1国内沥青路面铣刨机的发展概况

国内铣刨机的发展比较晚，自20世纪80年中期起步，主要结构形式有两种一种是在农用轮式拖拉机上加装铣削装置构成简易型冷铣刨机，其结构简单，适用于中等强度以下的沥青路面铣削。如:湖北襄樊公路机械厂以铁牛55型拖拉机为底盘，研制了一种简易的1m铣刨机。1987年江苏镇江路面机械厂参照国外的铣刨机机型研制出宽为0.5m铣刨机。铣刨深度为60mm，行走为液压驱动，工作装置为机械驱动，1990年天津道桥处机修厂也研制出了LX一1000铣刨机，宽度为1m，深度80mm，行走和工作均采用机械驱动。

到20世纪90年代，由于高速公路的建设和快速发展，路面的养护也愈来愈迫切，高效率高质量的机械化养护设备日益成为公路交通行业关注和研究的课题，作为主要养护设备之一的铣刨机在近几年得到了飞速的发展。

1999年，镇江华晨华通路面机械有限公司在吸收国外先进技术和经验的基础上，开发和研制出 LXZY1000铣刨机，宽度lm，全液压驱动。一年后，有开发出国内第一台1m带回收皮带的铣刨机，填补了国产铣刨机物回收装置的空白。

大约从 2000年开始，国内才开始设计和制造具有现代化液压技术和电子控制技术的大型路面铣刨机，国产铣刨机更多地借鉴了欧洲铣刨机的技术和经验。在动力、液压和控制系统上均采用了国际化的配置，从系统配置上可以说我国的铣刨机达到了国际先进水平。如西安筑路机械有限公司的LX200铣刨机、陕西建设机械股份有限公司的CM2OO和西安宏大交通科技有限公司生产的CM2200、M1900和CM1200，不但拥有完整的知识产权，且在整机系统、制造工艺等方面已达到了国际先进技术水平。

目前，国内的生产厂家己经有十几家，主要有西安筑路机械有限公司、镇江华晨华通路面机械有限公司、徐工、中联重科、陕西建设机械股份有限公司、西安宏大交通有限公司、沈阳北方交通有限公司、上海市政工程机械有限公司等。在产品技术方面，国内厂家在同样机型实现的功能是大同小异。像铣刨宽度为冷再生的铣刨机，工作转子驱动多采用机械传动;行走系统多为四履带独立液压驱动，液压马达采用双速马达，能实现功率自适应;带有二级皮带铣削料回收装置;具有机动灵活的转向方式:前轮、后轮、全轮转向及蟹行转向;铣削深度自动控制，精度可达毫米级，并可数字显示。 1.2.2国外沥青路面铣刨机的发展概况

国外路面铣刨机的发展和工程应用具有较长的历史，积累了丰富的经验。主要的生

产厂商有德国维特根(Wirtgen)、美国的RoadTech公司、CMI公司、Caterpillar公司。

国外生产的铣刨机己形成系列产品，生产率达到150一2000m3/h，一次铣削深度为

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60---320mm。

20世纪50年代，日本研制了国产1号电热式铣刨机，它是在平地机上安装了一个 加热装置，后部装备铣刨器，边加热边铣刨，加热宽度为冷再生，铣深只有20mm，工作速

度也只有0.12km/h。20世纪60年代，日本又在平地机上改装成了世界上第一台冷式铣

刨机，铣刨宽度冷再生，铣刨深度30~50mm。

20世纪70年代以来，随着沥青路面旧料再生技术的发展，德国、美国、瑞典、意大利等国家也相继开发了沥青路面铣刨机。其中德国维特根(Wirtgen)作为以生产沥青路面铣刨机的专业公司，1971年该公司开发的装有红外线路面预加热系统的小型铣刨机，它的出现开创了道路养护施工新纪元，并很快为承包商所接受。到1970年代中期，全欧洲已有一百多台这样的铣刨机在使用。十年后，维特根公司又开发了带直接收集旧料装置的小型冷铣刨机，并迅速推广。1990年代初，维特根公司的铣刨机的大型化、系列化、液压及控制技术得到显著提高，迄今为止，己发展成为全球产量最大、品种最齐全、技术水平最高的铣刨机专业厂商，并以铣刨机为基础，开发了沥青路面冷、热再生设备，其中W22O0代表了当今冷铣刨机技术的最高水平。发动机是卡特彼勒421kw，动力强劲生产率高;四条履带，驱动系统可以无级调速而不必在行走档和工作档之间切换，二级输送带可液压折叠，使得整机长度减短，运输方便;采用快速换刀系统，可减少更换刀具的时间;采用FCS(Flexible CutterSystem)系统，可改变铣刨宽度;转向通过手柄控制，有四种转向模式;控制系统采用CAN一Open总线技术，可靠性提高;人机界面可以随时提供发动机所有运行参数以及本机运行状态的其它主要信息;装有WIDIS诊断及维护系统，实现故障自动报警。

美国的CMI公司、意大利的Bitelli公司、Marini公司，Caterpillar公司均在1990年代初开发了自己的冷铣刨机，尤以意大利Bitelli公司的技术水平发展最快，它的SF系列产品在技术与性能方面几乎可完全与Wirtgen公司的产品媲美:而美国的CMI公司自1976年生产了世界上第一台专业的路面铣刨机以来，根据本国93%的路面为沥青混合料路面的特点，开发了从200HP的小型市政用机型到全世界最大的1200HP机型。铣刨宽度由0.3m和4.冷再生，铣刨深度由25mm至450mm，尤以大型冷铣刨机在同类铣刨设备中独领风骚。该公司的产品大多为三履带驱动，特别是大型冷铣刨机;输料装置的二级输料皮带可摆动到60度。

戴纳派克公司从1978年开始生产铣刨机，通过不断的改进与创新，PL2000S可代表该公司的最新水平。该机采用康明斯发动机功率为 448kw，配有全套电子发动机控制装置;整机只有一个操作台，操作台可在驾驶台宽度范围内左右移动;采用四履带驱动，每条履带都安装了电子比例调速器和防滑控制装置;控制器是专利设计的PLC控制器和CAN一Bus总线控制系统完成对整机的控制和故障诊断;可选配摄像监控系统，可提高设备操作的安全性，使得驾驶员独立一人也可方便的进行操作。美国RoadTech公司开发了铣刨宽度为0.3mm—4.冷再生m的铣刨机，其铣刨机产品铣刨宽度为2500m以下的全部采用三履带驱动，而其它机型则采用四履带驱动;所有的铣刨机都配备双向操作，使其在反向行走时也可铣刨;有些机型上配备适应侧向铣刨的不同宽度的铣刀及其附件，使得RoadTech公司的铣刨机使用更加灵活。RoadTech公司铣刨机的铣刨毂用VCS(Variable Cutter

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System)系统，该系统的功能与维特根 Fes(Flexible Cutter System)系统相同，即不用卸掉铣刨毂组件就可以改变铣刨宽度，可以实现一机多用，使铣刨机具有较高的性价比。

意大利的Bitelli公司从上世纪80年代起就开始生产铣刨机。铣刨宽度为0.6m—2.01m，该公司的最新机型是该公司的最新机型是SF200R铣刨机。该机型是SF200L机型的发展和改进之作，不仅继承了SF20OL机型同样的特征，SF20OR选用戴姆勒克莱斯勒公司的OM502LA全电控发动机，功率比SFZOOL的大 10kw。

美国的Caterpillar公司从上世纪90年代开始生产铣刨机，主要有PM一465、PM一565B两种机型。Caterpillar公司的铣刨机严格按照Caterpiliar的工艺标准采用原厂的发动机和可靠的电控系统。履带系统及涨紧轮采用技术成熟的原厂小型推土机D3级D4的履带组件。

表1.1 国外铣刨机的技术性能参数 主 要 参 数 生 产 厂 家 最大铣削宽 度 （mm） 铣削深度 （mm） 行驶速度 （km/h） 工作速度 （m/min） 刀头数 （个） W2000 2000DC SF2100 PL2000S SF100L MP2000 PR450 2000 0-320 0-5 0-30 162 2010 0-300 0-5 0-31 154 297 2100 0-150 — — — 355 — 热铣 22800 2010 0-320 0-5 0-40 166 448 2000 0-320 0-4.5 0-30 154 370 2010 0-320 0-4.7 0-33 156 364 1905 0-254 0-3.2 0-54 144 336 功率（kw） 421 行走方式 履带式 履带式 铣削方式 冷铣 整机质量 29000 （kg） 冷铣 23100 履带式 履带式 履带式 履带式 冷铣 38000 冷铣 28700 冷铣 27000 冷铣 24950 生产厂家 维特根 维特根 维特根

戴纳派卡特彼必泰利 玛莲尼 克 勒 纵观各个生产厂商，虽然各个参数不尽相同，但是在铣刨宽度差不多的情况

下，相应主要的参数数值还是比较接近，见表1.1示。目前全世界冷铣刨机的年

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产量大约为2000多台，铣刨宽度在1500以上的冷铣刨机占总量30%以上，维特根公司的铣刨机产量最大，约占总量的55%以上;其次为CMI公司，约占13%以上;其余的被上述其他公司所分配。 1.3 课题研究的意义

20世纪，随着我国公路交通事业的快速发展，公路养护工作也愈来愈迫切繁重，现代化的机械养护作业方式是势在必行。以大型铣刨机为主要设备的机械化养护作业方式己经在我国的高速公路上广泛采用，中小型铣刨机也将成为二级以上公路和城市道路的主要养护设备之一。根据我国公路发展的统计，未来公路养护对各类现代化机械设备的需求会越来越大。高速公路大修期的到来，公路交通行业和城市管理部门对现代化养护方式逐渐重视，对路面的铣刨机的需求逐年增加，并将以很快的速度增长。

我国铣刨机的发展起步较晚，尽管取得了许多成就，关键部件采用国际化采购，甚至有些产品接近或达到了国外同类产品的技术水平，但许多关键技术仍未突破，使得产品的稳定性、可靠程度等大打折扣。

国内外大部分大中型铣刨机的行走系统都采用四轮独立液压驱动，而路面的损坏程度、路面材料的硬度、铣削层的深度及刀具的情况等都会影响行走液压驱动系统。合理的设计和应用行走液压系统，是一项必要的研究工作。根据现代铣刨机的用途，铣刨机的工作环境较恶劣，铣刨机需适应各种复杂的工况，这样就要求性能优越行走液压系统能与其相适应，以提高铣刨机的使用性能和工作可靠性，优化工作速度与发动机负荷的匹配，保证铣刨机有较高的生产率和作业质量，使铣刨机具有良好的经济效益。通过对铣刨机行走液压驱动系统的研究，推动铣刨机性能的全面提升，使铣刨机能够适应各种恶劣工况，合理有效的分配发动机功率，达到高性能、高可靠性和养护效率及养护质量的统一，这样将具有重要的现实意义。

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第二章 铣刨机整机性能要求与工况分析

2.1 铣刨机整机性能要求

在广泛调研国内外冷再生铣刨机机型的基础上，本文冷再生铣刨机充分吸收国外铣刨机先进技术，并结合中国道路施工的特点，定位于高端技术水平，性价比较优的设计思想，要求通过采用最先进电子控制技术和液压传动技术，及国际化配套采购，不仅要有先进性、可靠性，又具有实用性和经济性。

冷再生铣刨机整机性能要求具体如下:

1. 机器应有足够的质量且分配合理。铣刨机的工作质量影响履带与地面的附着力，同时整机质量分配合理，在最大工况下不会出现打滑现象，保证铣刨的效果。

2. 操纵台应操纵方便。要求针对机器的所有操作都可以通过主控制台实现。同时，由于铣刨机的作业宽度要求为冷再生，为了方便操作，对工作过程中随时需要调节、动作的元件，要求位于主驾驶位置的主操纵台，左右两侧各布置一个。为方便机器操作手在地面对机械进行调节操作，要求在机器的前后左右四角设计有专门的控制开关;并要求有紧急停车按钮开关，若遇到异常情况，随时按下会终止机器的所有动作。

3. 要有强劲的铣刨能力和转场驱动能力。发动机选用道依茨发动机，工作可靠，操作方便，动力强劲。

4. 高效的铣刨能力及高质量的铣刨效果。

5. 精确的自动找平和深度控制，可以保证铣刨机的铣刨质量。

6. 在工作档工作时，具有功率自动分配功能，即可以根据发动机负荷自动调节行走速度，从而保证机器始终处于最大生产率状态。

7. 全液压驱动的四履带行驶系统，有高速档和低速档，且在两档中能实现无级变速。该机前后各两个行驶履带，全电控、独立的转向，前后转向动作组合，能实现前轮、后轮、四轮、蟹形、S形等转向方式。履带总成要有自动停车制动器，刹车可靠。

8. 要带有自动收料装置。现代的施工机械要求自动化程度较高，不影响交通的正常运行或道路封闭时间短，故要求铣刨机带有自动收料和卸料装置，且可以左右摆动45度;卸料高度可自行调节，适应不同的运输卡车。

9. 35度的爬坡能力，以方便在无吊车的情况下可以自如爬上平板车。 2.2 铣刨机工况分析

铣刨机同大多数的工程机械一样，有两种典型工况:作业工况和转场运输工况。在作业工况中，铣刨转子是在铣刨机的行走系统的带动下，主要是依靠自身的传动系统来驱动旋转，完成施工作业，铣刨转子的驱动消耗着整个车辆的主要功率，一般占80%一85%左右。铣刨机运输工况是在转场时可以高速的行驶，快速地转移场地。

对于铣刨机的行走系统来说，在作业和运输两种工况的要求:工作时要求低速和较大的牵引力，而转场运输时则希望快速(运行时的速度O一10km/h)，如遇到坡道仍需要较大的牵引力。对这两种工况，铣刨机的行走系统采用变量泵和变量马达组成的闭式液压系统可以适应不同的速度要求。

冷再生铣刨机的工作环境较恶劣，故采用履带行走机构，附着力好，牵引力大;传动方式采用液压传动:四轮独立驱动。由高压柱塞变泵和变量马达组成的容积调速闭式液压系统，通过控制泵的排量和油液的方向来进行速度无级调节和换

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向，可实现铣刨机的前进、后退、制动等功能;马达选用双速马达，可以实现高低的切换，而且闭式系统具有结构紧凑、传动平稳，油液不易污染等优点，适合于铣刨机在各种恶劣的工况环境下工作。 2.3 铣刨机总体设计及主要参数的确定

铣刨机的总体设计主要是根据使用情况确定主参数—生产率，即单位时间内铣削路面物料的体积。主要根据主参数即可确定工作宽度、外形几何尺寸等基本参数。在具体设计时要注意贯彻系列化、通用化、标准化的原则，对已有的同类产品作充分的调查研究，并尽可能采用新技术、新材料、新工艺、新结构。同时还应兼顾其经济性、可靠性耐久性、安全性及维修的方便性和操作的舒适性。

铣刨机在设计时可采用类比或经验法来确定有关参数。 2.3.1 铣刨功率Px [2]

铣刨功率Px主要取决于铣刨机的宽度B和铣刨深度H的大小，亦即铣刨的横截面积A。

A?B*H

(2.1) 式中:

A—铣刨的横截面积，m2。 B—铣刨机的宽度，m。 H—铣刨深度，m。

根据经验，铣刨功率Px:

PX?f*A

(2.2) 式中:

f—经验参数，一般取900一 1200Kw/m2。 2.3.2 整机功率

整机功率由铣削功率Px，工作牵引功率Pg和辅助装置功率Pf组成。一般经验Px占整机功率的80%一85%，Pg占整机功率的10%一15%，Pf占整机功率的5%左右。

Pz?Px?Pg?Pf(2·3) 式中:

px—铣刨转子系统，Kw;

pg—铣刨机的行走系统，Kw; pf—铣刨机辅助系统功率，Kw;

若整机带有集料输送装置，只占整机功率的10%左右

参照国内外冷再生铣刨机和经验公式，取整机功率只为400Kw，则铣削功率Px为320Kw

左右，行走系统为4OKw左右。

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2.3.31 作速度和行驶速度[2]

铣刨机的工作速度也与机型的大小及行走机构形式有关，一般中小型机为0一 12m /min;大型机为0—30m/ min。

行驶速度可根据需要及行走机构的形式确定，一般为0一10km/h。 2.3.4 整机质量

铣刨机整机质量mz整机功率pz由一定的比例关系，即

mz= kpz (2.4)

式中:

k—经验系数，一般中小型机取110一130Kg/如，大型机取75一90Kg/Kw。 冷再生铣刨机k根据经验取为77.5，带入(2.4)式的整机质量为31吨。

通过以上的综合分析，最后提出冷再生铣刨机的整体技术参数，如下表2.1。

表2.1 冷再生铣刨机整机性能参数

技术参数 单位 数值 整机质量 t 31 铣刨宽度 mm 2010 铣刨深度 mm 0~300 工作速度 m/min 0~33 行驶速度 Km/h 0~5 爬坡能力 （°） 35 发动机功率 KW 400 最小离地间隙 mm 330 铣刨鼓倾斜角度 （°） 5 输料皮带宽度 mm 800 最大卸料高度 mm 4900 铣刨转子刀具数量 个 168 铣刨转子直径 mm 1070 行走驱动方式 独立驱动 四轮液压马达驱动 回收废料输送能力 t/h 330 外形尺寸（长x宽x高） mm 13000x2550x3300

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第三章 冷再生铣刨机行走液压系统设计和校核

液压系统是铣刨机的一个重要组成部分。铣刨机的液压系统按执行的功能分，包括行走液压系统、输料液压系统、风扇液压系统、喷水液压系统及辅助液压系统。各部分液压系统既能独立的传递动力、完成各自的动作，又能通过控制系统相互关联、协调，达到对执行元件运动参数的准确控制。铣刨机是边行走边作业的路面养护施工机械。在作业中，行走、铣刨转子、输料皮带、风扇冷却、喷水、辅助等系统的职能不但内容多而且还一起动作，而且有些动作还相互关联，比如:在工作模式下，要求转子后门放下来时转子才可以动作;在自动工作模式下，当铣刨转子动作时，要求输料皮带同步运转，喷水系统要向铣削刀头喷水等。因而马达、油缸等执行元件不仅数量较多而且还相互关联。所以，铣刨机液压系统属于多泵多回路液压传动系统。铣刨机液压系统就是要根据其工作要求，合理的选择和设计液压元件，并将他们有机的组合在一起，使之完成一定的工作循环。

[15][18]

3.1 冷再生铣刨机行走液压系统的基本要求

为了保证路面铣削的质量，生产效率及充分利用发动机的功率，对冷再生铣刨机的行走系统提出了很多的要求，比如行走速度无级调节、根据负载的变化控制行走速度自动调节即功率自动分配、高低速等。行走控制系统应能满足如下的基本要求:

1. 无论前进还是后退，都可以实现整个速度范围内的无级变速;

2. 在铣刨机工作时，铣刨机加速和减速过程均匀平稳，起步、转向和停车过程均匀 平稳;

3. 行走分高、低2档，适合转场和作业两种工况;

4. 转弯半径小，转向机动灵活，以适应高速公路施工场地要求; 5. 应能走直线;

6. 有手动和自动控制;

7. 35度爬坡能力，便于转场。

8. 铣刨机在自动工作模式下作业时，根据负载的变化情况，能自动调节行走速度即功率自动分配;

9. 铣刨机工作时衬确保在恶劣的路况下也能均匀行走(即让分流阀在同步位工作);

10. 应能实现停车制动; 11. 应有紧急停车功能;

12. 解除制动后铣刨机才能行走。

行走系统的控制可用2种方式:独立方式和交互方式。独立方式比较简单，可看作具有独立动力输入装置的一个传动系统;交互方式控制复杂，行走速度在设定的稳定输出值基础上，同时受工作负荷少量的控制。现代铣刨机的行走控制方式多为这种方式，即功率自动分配，即当发动机转速在nMmax和nH之间时，行走控制系统根据负荷的变化情况自动调节行走速度，使外界阻力刚好与发动机输出额定扭矩相匹配。转速控制方式—以发动机的转速为信号控制行走速度，达到功率自动分配的目的。现代的铣刨机是通过将发动机转速变化转换为比例的电压或电流，以此来控制电液比例泵的排量。控制器根据发动机转速的变化，输出控制电流控制行走液压泵排量的变化。当发动机转速低于额定转速时，控制电流减小，行走泵排量减小以降低行走速度，直到发动机转速和额定转速相等为止;当

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发动机转速高于额定转速时，控制电流增大，行走泵排量增大以提高行走速度，直到发动机转速和额定转速相等为止，这种控制方式不仅适合于全液压铣刨机，也适合于铣刨毂为机械传动方式的铣刨机。这种控制方式只需要检测发动机转速，控制方便，而且为了提高传动效率。冷再生铣刨机行走就是采用这种控制方式。

铣刨作业的进行在不断的变化，铣刨厚度也不断的变化，只有铣刨宽度是确定的值。从上可看出，当铣刨阻力的变化导致发动机转速发生变化时，可以通过调节铣刨机的行走速度使发动机工作在额定转速。

在控制系统中，将发动机转速作为设定值，行走速度作为被控量。给定发动机转速n、在铣刨机进行作业中，当铣刨阻力变化时，发动机转速也会改变，将发动机转速反馈到控制器中，经过计算输出PWM控制比例阀从而使行走变量泵的斜盘摆角即排量发生变化，以调节行走速度，使得发动机工作始终工作在额定工况。其功率自动分配的原理框图如图3.1示。

铣刨功率给定发动机转速n控制器行走变量泵行走马达作业速度牵引功率+发动机转速+发动机功率辅助功率转速传感器

图3.1 功率自动分配的原理框图

当发动机与液压泵、马达组成一个传动系统后，该系统的综合性能参数不仅受发动机、液压泵、马达各元件参数的影响，而且还受各部件性能参数之间是否合理匹配的制约。具有可控性的液压传动系统，它的性能还特别要受到控制方式的制约和影响。

根据冷再生铣刨机的性能和要求，发动机与液压系统的匹配要求是无论液压系统压力如何变化，发动机均要工作在正常转速范围内，保持高功率输出，且不能出现熄火状况。这部分匹配关键是液压泵排量和发动机负荷的匹配。

冷再生铣刨机采用发动机恒功率输出控制装置，当外界负荷发生变化时，通过控制马达的转速即泵的排量使发动机的转速和负荷率始终保持不变。即不论外界扭矩负荷的大小如何变化，都要将发动机输出轴扭矩控制为一定值，即通过液压传动系统的变换作用，使发动机定值扭矩适应变化的负荷扭矩。发动机的负荷率取决于控制系统的目标值，因此，正确给定负荷率，使发动机—液压系统的机械性能达到最良好的状态歹使系统始终在这一工况下工作，则发动机性能不为外界负荷变化的影响、功率利用最好，动力性，经济性最好，液压传动装置的效率也能提高。

研究表明，发动机按12h标定功率计，取90%一100%负荷率作为最终控制目

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标值，既能满足燃料消耗率最小化的要求，又保证了较高的功率利用率，同时又符合铣刨机实际使用的负荷工况要求。

全液压行走驱动铣刨机液压系统参数的选择与匹配是否合理，对液压系统及整机性能的发挥起着重要的作用。只有合理选用与匹配液压参数，才能保证元件具有期望的工作寿命和可靠性，元件工作能力被充分利用而成本最低，同时有较大的传动效率;才能最大限度的满足及实现机器的设计要求，提高铣刨机的使用性能和工作可靠性，优化工作速度与发动机负荷的匹配，保证铣刨机有较高的生产率和良好的经济效益，为后续控制器的设计才有意义，因此，全液压驱动行走的铣刨机液压系统参数的设计是整机设计的重要环节。 3.2 铣刨机行走液压控制系统的设计 3.2.1 冷再生铣刨机行走液压系统设计

冷再生铣刨机行走系统采用四轮独立液压驱动，主要完成铣刨机的工作作业和转场时的速度控制。铣刨机行走液压系统由于高功率密度和前进、后退及行车制动等需要，采用闭式液压传动系统，其液压原理见附图 行走液压系统原理图。

该液压系统由变量柱塞泵和双速变量柱塞马达组成的容积调速回路，主要由变量泵1、变量马达3.5.8.10、分流阀2、电磁阀6.7.9、及油箱等组成。此系统中泵和马达为轴向柱塞式，结构紧凑，工作转速和压力高，系统传动总效率较高可达80%以上。这种调速方式的优点是: (1)变量可连续，并且调速范围大；

(2)泵的工作压力取决于马达的负载大小，零流量时，几乎无功率损失; (3)泵有安全阀，可限制输出的扭矩值; (4)换向操作简单易行。

可采用电子控制，有比例电磁铁控制液压泵的斜盘的角度，系统流量随着变化，即可实现车辆可进行无级调速。

这个闭式系统中，变量泵1既是液压能源又是控制元件，通过电磁比例阀和变量机构调节泵流量的大小和方向，就可以改变液压马达输出速度的大小和方向。行走马达选用双速变量马达中的高速马达，以提高闭式液压回路的工作效率。变量柱塞泵向四个履带驱动马达提供压力油，通过安装在液压马达上的行星齿轮减速器驱动四个行走履带。当分流阀2处于左位时，变量泵的油流经同步阀流向四个驱动马达，能够保证四个马达同步;当分流阀处于右位时，变量泵的油流经分流阀流向四个马达，机器可自由差速，实现各种转向动作，减少液压系统的发热损失。电磁阀9控制高、低两个速度档位:铣刨工作时采用低速档，转场行驶时采用高速档。系统的最大工作压力由溢流阀限定，为了保护泵，防止过载，泵带有压力切断功能。

为了保证工作回路中液压油的使用寿命，系统中在泵的A、B口两端设有冲洗阀;为了防止闭式回路中液压油温过高，此系统设有回油过滤后的油液流经冷却器(液压原 理图中省略)。

液压行走系统的还装有液压释放制动机构，通过电磁阀7的断电可自动地实施制动。铣刨机的刹车与行走控制手柄处于联动，即手柄回中时，刹车自动施加，推动控制手柄，刹车自动解除。因此手柄回中位时，速度要慢。

冷再生铣刨机的控制系统采用数字和模拟相结合的分散控制系统，在主驾驶处设有两个操纵台，可在机器上主驾驶位置操纵机器，实现各种要求的动作。在铣刨机的前后左右四角也布置有操作单元，以方便在地面对铣刨机的操作和调

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整，如一级皮带、转子后门、浮动板、前后升降支腿和急停按钮等。

冷再生铣刨机行走泵是力士乐电控变量泵A4VG，通过控制器控制泵的排量。负载控制处于自动时，控制器起作用;当负载控制处于手动时，控制器不起作用。当控制器起作用时，控制器能够检测发动机转速，当发动机转速低于1800转/分时，控制器使变量泵的斜盘倾角处于零位。当发动机转速大于1800转/分时，至2100转/分时，控制器能够根据负载的变化情况，自动调节行走速度，使外界阻力正好与发动机输出功率匹配。若外界阻力发生变化(增大)，使发动机转速下降时，行走变量泵的转速随之下降，控制器自动减少行走泵配油盘的摆角，行走泵排量自然减少(即行走机构驱动功率自动减少，而转子驱动功率自动增加)，从而实现功率的自动分配。若外界阻力变回到负荷时，该系统可自动回到原工况状态。

铣刨机的行走马达是电液控制，有大小两个排量，通过高低速电磁阀的通断电，可使铣刨机实现工作档和行走两档，在不同档位上可以通过控制变量泵无级调节来控制行驶速度的无级变化。在左右操纵台上，还设有速度预选电位计确定其最大行驶速度，根据手柄的角度确定其行走速度。

该机设有同步，通过电磁阀6操纵可以实现铣刨机四履带的同步和非同步功能。电磁阀6通电，即在同步位时，机器的四个履带以相同的速度沿直线轨迹行驶，可确保在恶劣易打滑路面铣刨作业，铣刨机四履带可发挥同样的牵引力。机器高速行驶时，应使同步按钮处于非同步位置，这样可以减少液压系统的发热。在非同步位，机器履带可以自由差速，实现各种转向动作。同步行驶状态只在低速行驶时有效。

铣刨机制动系统为电磁阀7控制四个减速器的刹车控制系统。刹车控制压力油采用行走液压泵的补油压力，电磁阀7的控制与行走控制手柄联动，当推开手柄时，刹车自动解除;当手柄回中位时，刹车施加。

冷再生铣刨机的转向系统是辅助液压系统的一个组成部分，由辅助泵提供压力油，通过方向电磁阀来控制转向油缸的动作。前后各两个行驶履带，具有全电控、独立的转向功能，前后转向机构相同—通过两个刚性连接液压缸的伸缩来实现转向。前后履带转向系统通过前后转向动作组合可实现不同的转向模式:前轮转向、后轮转向、C形转向、蟹形等转向方式，如图3.2示，因而非常机动灵活。 （1） 前轮转向

前轮的左转与右转

图 3.2

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（2）后轮转向

后轮的左转与右转

图 3.3

（3） 前后轮C型转向

机器的顺转与逆转

图 3.4

（4） 前后轮蟹型转向

机器的左行与右行

图 3.5

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3.2.2 冷再生铣刨机行走控制系统设计 3.2.2.1 行走控制原理[24][28] 为方便操作，冷再生型路面铣刨机的控制系统设计成数字和模拟相结合的分散控制系统，设有三个操作台和四个地面控制盒，采用仪表显示机器工作状态。在发生故障时，通过报警灯和报警器对操作员以提示。该机的行走系统和自动找平系统采用了专用控制器的数字控制系统。冷再生型路面铣刨机的行走控制系统和输料带控制系统采用博世力士乐的数字控制器MC6如图3.6所示。通过该控制器实现了铣刨机行走、制动及输送机的集成控制，实现了发动机

行走马达行走开关行走驱动系统同步开关行走马达速度预测高低速继电器功率自动分配发动机转速传感器急停开关器刹车电磁阀停车制动器高低速电磁阀制分流电磁阀控比例电磁阀比例变量泵分流阀行走马达行走马达 图3.6 行走控制系统图 功率的自动分配控制。由于冷再生型路面铣刨机的行走液压系统的行走马达有两个排量，因此该机有两档行走速度（行走档和工作档）;通过左右操作台速度预选电位器确定其最大行驶速度，通过左右操作台的手柄确定其行走速度；通过同步开关控制铣刨机四个履带同步行走或非同步行走；通过转速传感器将发动机负载引入控制系统，当功率自动分配开关打开后实现发动机功率自动分配。除了数字控制器实现主要功能外，控制器外部电路实现其他一些逻辑控制。比如，当铣刨机在高速档时，通过高低速继电器控制开关使负载控制开关失效。对于输料带的控制，该系统可以控制输料带的皮带方向和运转速度。同时，该系统通过一些指示灯来显示系统的工作状态。

铣刨机行走速度控制采用两档即行走档和工作档，速度的变化靠手柄输入角度变化而加速或减速，速度的大小由手柄的角度决定。这种控制方式还需给定一个预速度做为机器行走的最大速度，控制操作不便。当铣刨机停机重新启动后，不能保证铣刨机以停机前的合理速度行走，不具备预存作业速度的功能。而且，有两个控制台的铣刨机采用这种方式控制铣刨机行走，左右手柄不能同时对铣刨机行走进行操作。通过前轮转向开关和后轮转向开关的组合使用，该机的转向系统可以实现四种转向模式:前轮转向、后轮转向、全轮转向以及蟹形转向。此外，该控制系统还设计了后轮自动回中开关，当该开关处于“自动”位时，后轮在转向开关松开后会自动回中。

3.2.2.2、功率自适应控制原理及参数匹配

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当发动机皮带驱动的交流发电机转速在不计皮带打滑时与发动机转速以一定比例同步。如图3.7所示取发电机的交流电作为控制信号，将其整形、计数，然后通过专门的电路，就会输出与发动机转速成正比的电信号。以发电机的转速为信号，将其变化转换成比例的电流，以此来控制电液比例泵的排量，从而达到行走速度随转子负载变化而自动调节的目的。

24V控制器泵马达作业速度牵引功率发动机转速发动机功率发电机

图3.7 引入转子负载信息的功率调节

行走速度的控制靠行走电控泵伺服线圈供电电流I的大小来调节，供电电流由控制器提供，当控制器的变量值处于任一位置时，检测出变量值输出的电流值I，由控制器控制的控制板能输出0一I之间的电流值。0一I范围内的值取决于发动机是否在最佳匹配上，如果转子工作负荷增加，则发动机转速低于额定转速，控制器输出小于I的电流值，从而减小泵的斜盘角度，降低泵的排量，最终达到降低机器行走速度的目的。反之，当转子工作负荷减小时，发动机转速高于额定转速，从而使控制电流增大，从而增大斜盘角度，增加泵的排量，提高机器的行走速度。这就实现了铣刨机的功率自动分配的目的。用控制器来实现铣刨机功率自适应的控制思想是:当铣刨机进入自动工作状态时，控制器通过设定的程序来实现速度的闭环控制功能，系统从发动机反馈过来的转速值经过控制器的处理，与预先设定在程序中的给定值进行比较，从而得出一个控制信号，在通过此信号来控制行走泵的斜盘角度。如图3.8所示。

控制器给定速度值偏差行走泵行走马达作业速度牵引功率高速脉冲计数发动机转速转速传感器

图3.8 控制器实现功率调节系统的控制原理图

但是铣刨机在实际工作中，其铣刨转子的负荷是一个不断变化的随机量，导致发动机转速也是在不断地随机变化。如果控制器每检测出一次发动机的当前转速与设定转速不等，就输出控制信号来改变泵的斜盘的话，结果机器将可能处于

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长期的不稳定状态之中，整个行走液压系统会处于不断的波动状态，液压元件液会不断的受到很大的冲击。加速液压元件的损耗过程，降低机器的性能与寿命。因此，在控制器的设计过程中，程序中的设定值必须设置成一个范围或区间值，这样系统检测出发动机的实际转速在此区间内，则系统不作响应，而是保持在以前的输出不变。

如何来匹配此参数?这要根据机器选用的发动机来定。我们知道发动机的动力性和经济性是决定机器使用性能的基础，然而发动机动力性和经济性的充分发挥和利用与机器使用过程中的负荷工况有着很大的关系。通过对发动机的扭矩外特性与目标值负荷率曲线及功率特性曲线的分析可得出(如图4.3冷再生铣刨机发动机特性曲线):将转速的设定范围定在1800转/分一2100转/分之间，铣刨机就能较好的实现控制的效果。当铣刨机工作过程中，负荷增加使发动机转速降低到1800转/分以下时，就通过控制器的调节降低输出泵伺服线圈电流的信号，使铣刨机行驶速度降低;当铣刨转子工作负荷减小，发动机转速高于2100转/分时，则通过控制器的调节，输出增大泵控制电流的控制信号从而使铣刨机行驶速度提高;当检测到发动机转速较小的波动在1800转/分一100转分之间时，则维持泵线圈控制电流不变。通过控制器的控制，能使铣刨机发动机始终处于较优的工况中。

冷再生铣刨机行走控制系统选用的数字控制系统:德国力士乐数字控制器MC6。通过该控制器能实现铣刨机行走、制动及皮带输料的控制。在铣刨机自动工作模式时，可以实现功率自适应控制，即当发动机转速下降时，控制器能够调节行走系统的功率，补偿铣刨系统功率，保证该机在最大效率和最大生产率状态下工作。

3.3 行走液压系统工作压力匹配[14][34]

液压系统的工作压力由外负荷产生。根据工程机械行走液压元件额定压力的选取原则:一般以最高标定压力Pm为基准，取为 (p，H0.5一0.6) pm比较适宜。负荷最高压力为0.8Pm左右。按这一原则既可保证元件有合理的工作寿命和可靠性，又可满足铣刨机波动载荷的工况要求。 (1)工作压力与发动机及载荷的匹配

根据“有效发挥机器的动力性和经济性并提高动力装置的可靠性与寿命”的原则，即使“满铲时的平均载荷”与液压传动装置的额定压力及发动机额定功率工况相匹配，公式如下:

MeH?p'hqb?2??bt

（3.1） 式中

MeH——发动机额定净扭矩，Nm；

i—— 发动机与液压泵之间的减速比；

?p，H——液压泵额定压差，Mpa；

qb——泵排量，ml/r；

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?bt——泵的机械效率；

可计算出铣刨机行走液压系统的工作压力，铣刨机行走液压系统选用高压轴向柱塞变量泵，其特点是压力高、效率高，便于调节和节约能源。铣刨机行走液压泵选用德国力士乐高压轴向柱塞泵A4VG系列，其公称压力pN=40Mpa，最高压力pm=45Mpa，背压pb=冷再生pa，如下表，计算如下表所示。

表3.1 工作压力与发动机及载荷的匹配

MeH（Nm）i qb ?bt ?p，H(Mpa) (Mpa) p，H1820*10% 1.2048 90 0.95 14.5 16.5 1820*10% 1.2048 125 0.95 10.4 12.4 (2)工作压力与地面附着条件匹配

为保证机器有最大的作业生产率，液压传动车辆的额定压力对应的额定牵引力匹配在行走机构的额定滑转率上，即

FPH?F?H?FXH （3.2） 式中：

FPH——液压传动装置额定压力p，H对应的牵引力，N

F?H——行走机构额定滑轮率对应的牵引力，N； FXH——满铲平均阻力，额定阻力，N；

通过对液压传动装置最高工作压力进行控制，可有效防止机器的全滑转。全

液压行走铣刨机中常选用带有采用压力截止控制方式的泵，则在达到最大压力时，泵停止供油，可以防止铣刨机全滑转的同时避免传动装置的能量消耗。(如果进一步采用行走系统与工作装置系统联合控制的方式在行走系统达到最大压力的同时，使工作装置减小切土深度，则可以自动调整牵引负荷，使机器始终处于正常工作状态并减轻驾驶员操作强度。)

铣刨机液压传动装置的最高匹配压力p，m (由溢流阀限制，不一定是元件的最高标定压力)所对应的最大牵引力应等于地面附着力，即

F，pm?F?

根据以上综合分析，由铣刨机作业工况和转场工况，作业负荷要比转场工况的负荷大多了，取系统工作压力为15—18MPa左右，考虑到转场工况的速度要求，系统工作压力取20一 24MPa左右，且系统有一定的压力储备。最高工作压力p，m取 38MPa，且液压泵带压力切断。

3.4 行走液压传动系统关键参数的设计和校核

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冷再生铣刨机行走液压系统，其液压元件要兼顾铣刨作业和运输两种工况，为了提高运输工况的行走能力，其参数往往根据功率较大的运输工况。 3.4.1机器的角功率pf [15]

机器的角功率乃是一种极限状态的描述指标，它不是通常能够获得的功率，但是它有效的综合性的反映了对传动装置规格和速比的要求，即反映了传动装置的功率容量和变换能力，是设计过程中极为重要的参数。角功率pf是最大驱动扭与最高转速的乘积，如图4一1表明了这一概念。一个实际机器的动力装置是由有限功率的动力源(发动机)与传动装置(液压传动装置)组成的，传动装置的任务就是根据外负荷的变化来调节动力源的有限功率中扭矩与转速两者的比例，使驱动扭矩与负荷扭矩相平衡。显然对于一个有限功率而言，扭矩大时则转速小，两者不可能同时达其极值，因此角功率是不可能实际实现的。但是，一个传动装置如果具备了机器要求的角功率能力，则在其扭矩和转速两参数的调节变换过程中，总能找到一个满足机器要求的最大扭矩点和另一个满足机器要求的最高转速点，并且这两个点均在传动装置所允许的工作范围内。角功率的意义正在于此:将扭矩和转速两参数匹配转换为角功率单参数匹配，使问题简化 角功率计算公式如下:

pff=Mkmaxnkmax/95 式中:

pff —机器的角功率，kW; Mkmax —驱动轮最大扭矩，Nm ;

FKmaxVTmax/3600（KW） （3.3）

nkmax — 驱动轮最高转速，r/min FKmax —最大切线牵引力，N; VTmax 一-最大理论速度，km/h。 由上式，计算冷再生铣刨机的角功率:

pff=Mkmaxnkmax/9549=FKmaxVTmax/3600=212880*5/3600=295（KW）

表 3.2 最大理论行驶速马达最大排量是最高速角功率 度 度 5Km/h 62r/min 295KW 最大切线牵引力 21660N 3.4.2液压马达的参数设计

液压马达的参数设计主要是排量qm和转速nm，使得所选的马达必须满足机

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械的牵引力及行驶速度的要求，也就是说所选择的液压马达应具有大的扭矩和合适的转速。

(1)由机器角功率计算要求的马达的角功率，公式如下:

pmj=pff/?2Z (kw) （3.4）

式中：

pmj——要求的马达角功率，KW; Z——马达数量；

?2——马达与驱动轮减速器传动效率，一般取0.95~0.97.由上面的公式得

马达的角功率

pmj=pff/?2Z=295/(0.96*4)=76.9(KW); （3.5）其中，取马达与驱动轮减速器传动效率为0.96；Z马达数量为4个。 （2） 液压马达的排量qm计算

满足机器工作要求的最小规格的马达计算如下：

（3.6） qmmax≥6000pmj/0.95p，mnmmax 式中：

p，m——液压系统最高的匹配压力，MPa;

?m——机械效率，一般为0. 95; qmmax——马达最大排量，ml/r;

nmmax——马达最最高匹配转速，对变量马达为最小排量时的最高匹配转速

nxmm；

考虑到发动机高速空转或车辆制动都会使马达转速增加等因素，且为后续的

马达极限转速校核时，减少反复计算的麻烦，建议取马达小排量下的额定转速作

nxmm为的目标值进行计算。

由公式(3.6)得最小排量规格的液压马达qm

qmmax≥6000pmj/0.95p，mnmmax=60000*76.9 /(0.95*38*5600)=23 (ml/r) 式中:

p，m— —液压系统最高的匹配压力，根据3. 2节内容取38MPa;

nmmax—— 马达最最高匹配转速，对变量马达为最小排量时的最高匹配转

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速，马达

的额定转速查力士乐A6VE样本为5600 r/min；

综合考虑与减速机配套，选取A6VE系列双速高压柱塞液压马达，排量为55 ml/r。

(3)终端减速器装置的选型计算

i2≥Mkmax*2∏/(0.95qmmaxp，m?2) （3.7） 上式确定的减速比尽量取等式值，否则会使机器速度降低，若保持速度不变由可能

使马达超速。

由公式(3.7)可得如表3.3示。参照力士乐样本，考虑马达及减速机的配套，选取减速比为i2=54的减速机GFT17T2。

表3.3 冷再生铣刨机减速器的选型计算 p，m 38Mpa ?2 0.96 Mkmax 12975Nm qmmax 55ml/r i2 43

3.4.3液压泵的参数设计

液压泵参数设计要满足工作压力和液压马达对流量的要求。液压泵的性能参数主要有:排量、最大转速、最小转速及最大转速下系统的系统流量。在解决选型问题上，主要是通过计算得到泵的排量进行的。得到所需的变量泵后再通过适当的校验来验证结果的正确性。这一步主要是通过利用得到的结果来计算最大车速时的牵引力来校验。变量泵的初选主要是靠计算得到的所需变量泵的排量，以此作为依据来进行的。这里所有的计算都是建立在马达的选定以后。 （1） 液压泵的排量qb计算

2s qpmax≥qmmaxnsmmZ/（0.95nbH） （3.8）

qpmax -一泵最大排量，ml/r;

nsmm——马达最大排量时要求的最高匹配转速，r/min;

nsbH——泵的额定匹配转速，r/min 。

表 3.4 Z nsmm nsbH qmmax qpmax 1295r/min 2530r/min 55ml/r 4 124ml/r 故根据力士乐产品样本选取A4VG系列125ml/r排量的泵。 3.5 行走液压系统校核

液压系统的效率的高低直接影响铣刨机的整机性能，所以各液压元件是否工作在各自的高效区是决定铣刨机高效率的一个重要前提。泵马达的各参数是否满

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足设计要求，是否高效率运转，所以下面进行泵和马达校核。 3.6 行走液压系统的校核 3.6.1 泵校核

泵排量确定后其对应的额定转速nbH查样本为3050 r/min，用下式校核泵转速 nsbH≤nbH （3.9） 式中:

nsbH——泵的额定匹配转速，r/min; nbH——泵额定转速，r/min 。 泵实际转速为: ns=(1b=i2neH

显然，泵的转速nsbH为2530 r/min，满足式(3. 11)的要求。

液压泵的排量为最大排量时，其总效率曲线如图5.7示。行走液压泵查力士乐产品样本:额定转速为3050r/min，行走液压泵是发动机通过分动箱增速来驱动，由于铣刨机为连续作业型机械，发动机一般选用固定油门操作，只能固定在最大扭矩转速nMmax和额定转速nH转速之间且靠近额定转速nH处，以满足铣刨机大功率及保证作业质量的要求，n0-nMmax区间是不工作的。

s nb/nbH=2530÷3050=83%

因此液压泵转速为通过分动箱增速后的转速，为2530r/min，是持续额定转速的83%。铣刨机连续工作，其行走液压系统压力通常为15一 20MPa左右。所选的泵的总效率在工作时不低于85%，并且匹配系统工作压力处于中高压范围内，少数高负荷接近最高压力，并且全部的工作压力均处于高效压力区。

3.6.2 马达校核 （1）转速校核

根据减速装置速比对马达大小排量所对应的匹配转速要进行计算并校核，按下式进行

（3.10） nsmm=i2nKE≤nmm

xsx=i2nKC≤nmm （3.11） nmm式中

xsnsmm、nmm——马达最大排量和最小排量时要求的最高匹配转速，r/min； x——马达最大排量和最小排量时最高标定转速，r/min。 nmm、nmm- 27 -

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由(3.10)和(3.11)式，经过校核计算见下表，铣刨机选用的马达A6VE55查样本可知在最大排量时，最高转速4450r/min，排量小于35ml/r时最高转速为7000r/min。

马达大小排量所对应的匹配转速均小于马达的大小排量时的最高标定转速。故马达

转速均满足要求。

表3.5 马达转速的校核计算 i2 54 nKC nKE xs nmmnsmm nmm x nmm24r/min 62r/min 3324r/min 1296r/min 4200r/min 5600r/min 同时还应根据泵的供油量重新校核马达的实际转速(由前向后)，因为以上选

定的泵排量通常大于要求的排量，马达实际转速会比要求转速略高。对于变量马达，应同时确保最大排量和最小排量两种工况下的使用转速均不超过其标定值。 (1)确定最大排量下是否满足(3.12)、(3.13)式要求，即下坡行驶液压制动工况:

（1.27~1.32）qbmaxi1neH= (3.12) nsmmqmmaxZnsmm≤nmm (3.13) 式中

nsmm——马达全排量时最高匹配转速，r/min;

nmm——马达全排量时极限转速，r/min;

由(3. 12)和(3. 13)式，经过校核计算见下表：

表3.6 马达最大排量时实际转速的校核计算表 Z qmmax qbmax neH i1 nsmm 55CC/rev 125cc/rev 1.2048 2100r/min 4 (2)计算马达最小排量

nmm 1826~1898r/min 4200r/min xsqmmin=0.952qbmaxneHi1/（nmmZ） (3.14 )

马达排量比?mmin。应大于或等于0.3，可保证有较高的传动效率。

?mmin = qmmin/qmmax≥3 (3.15)

由式(3.14)，计算结果如下表。满足公式(3.15)的要求。

表3.7 马达最小排量计算表 Z xsqbmax neH i1 nmm- 28 -

qmmin ?mmin 徐州师范大学本科生毕业设计 冷再生铣刨机行走液压控制系统的设计

125ml/r 1.2048 2100r/min 4 3324r/min 22cc/rev 0.4 (3)计算马达最小排量时马达实际工作转速(按行驶液压制动工况计算)

（1.27~1.32）qbmaxi1neH= (3.16) nsmmqmminZ

根据式(3.16)计算结果如下表：

qmmin 2ml/r qbmax i1 neH 表3.8 Z nsmm nmm 125ml/1.2048 2100r/min 4 4564~4744r/min 5600r/min r 冷再生铣刨机马达的高低速转速分别为3324 r/min和1295 r/min。参照马达的效率曲

线图，可以看出马达在较大的转速和压力范围具有较高的传动效率，工作压力 为15-2MPa左右，其效率在90%以上。

从以上校核过程可看出，铣刨机的行走液压系统满足设计要求，不仅泵和马达均在区工作，且符合液压元件的压力元件的压力降额匹配，保证其有长的使用寿命。

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结论与展望

结论

随着我国公路交通事业的发展，以大型铣刨机为主要设备的机械养护作业方式已经在我国的高速公路上广泛采用。铣刨机的行走系统都采用四轮独立液压驱动，而路面的损坏程度、路面材料的硬度、铣削层的深度及刀具的情况等都会影响行走液压驱动系统，

为了提高铣刨机的使用性能和工作可靠性，保证铣刨机有较高的生产率和作业质量，使铣刨机具有良好的经济效益，提出对铣刨机行走液压系统的研究，推动铣刨机性能的全面提升，本文所研究的主要内容以及所取得的结论如下: 1、收集并整理了大量国内外铣刨机资料，通过对铣刨机行走工况和整机性能要求的分析，提出了冷再生铣刨机的总体参数。

2、通过对铣刨机行走机构的运动学和动力学分析，得出行走系统与转子系统功率变化规律与影响因素。

3、通过对铣刨机的行走液压系统及功率自动分配的要求分析，得出了液压行走系统及功率自动分配的控制方案。合理设计了液压系统与发动机的匹配参数，确定了液压系统的主要控制方式。

4、分析了行走液压系统的组成和工作原理，根据角功率进行了该液压系统主要参数的设计计算，并进行校核。认为参数设计合理。

5、通过冷再生铣刨机性能检测试验，证实了其液压系统设计是正确可行的，液压及控制系统达到了预定目标，具有工业化应用条件。该机目前已经投入批量生产。 展望

目前，铣刨机是一种机电液一体化技术含量较高的工程机器，但在使用过程中，当前还存在以下主要问题:

1、目前国内对液压系统动力匹配及控制技术的研究还不够，很多技术的核心还集中在国外专业公司手中，缺乏自主创新能力，无法对己有产品进行必要的改进和提高。比如:我国铣刨机的发展起步较晚，尽管取得了许多成就，关键部件采用国际化采购，甚至有些产品接近或达到了国外同类产品的技术水平，但许多关键技术仍未突

破，使得产品的稳定性、可靠程度等大打折扣。像铣刨机采用的行走控制器，应展开对它的研究，开发出适合中国公路施工的高性价比的控制器。

2、需要在发动机技术、液压系统控制技术和电气控制三方面进行有效接口，提出系统控制方案，使得动力匹配合理，系统效率更高和更节能。

3、跟踪国外先进的电液技术，消化吸收，使铣刨机更加可靠、更节能、自动化程度更高。

后记

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毕业设计是高等学校教学过程的重要环节之一，毕业设计也是学生走上国家建设岗位前的一次重要的实习，是大学里的最后一次设计。通过这次毕业设计，我对冷再生铣刨机进行了专门深入系统的研究，巩固、扩大、加深了我已有知识，培养综合运用已有知识独立解决问题的能力。

感谢本次设计的指导老师凌杰,在凌老师的指导下，本次设计中我查阅的大量的资料，并对资料进行整理分析，最终完成了本次设计，由于我的水平有限，设计中可能存在着许多的不足。恳请各位老师原谅并纠正。

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