李旭俊

（中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力科迪亞克機(jī)械有限責(zé)任公司，廣西 柳州545112）

全液壓驅(qū)動(dòng)形式除雪車液壓校核計(jì)算

李旭俊

（中國(guó)重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力科迪亞克機(jī)械有限責(zé)任公司，廣西 柳州545112）

介紹一種機(jī)場(chǎng)常用的多功能除雪車，該車行走驅(qū)動(dòng)采用全液壓驅(qū)動(dòng)全驅(qū)形式，通過液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛推雪、掃雪、吹雪的多種功能。本文闡述了如何通過計(jì)算方法校核選型驅(qū)動(dòng)行駛的液壓泵及對(duì)應(yīng)的液壓馬達(dá)，要求校核后的各項(xiàng)性能滿足設(shè)計(jì)要求，能正常、穩(wěn)定工作。

多功能除雪車；全液壓驅(qū)動(dòng)；校核計(jì)算

冬季降雪對(duì)交通、生產(chǎn)、生活影響很大，然而我國(guó)對(duì)除雪機(jī)械的開發(fā)、生產(chǎn)較晚，產(chǎn)品較國(guó)外除雪配置單一落后[1]，國(guó)外機(jī)場(chǎng)用的除雪車配置一般有不同型式與規(guī)格的推雪板、中置滾刷、撒布機(jī)、前置滾刷、拋雪機(jī)、破冰機(jī)等除雪器具，且均為快速換裝形式。然而我國(guó)對(duì)除雪機(jī)械的開發(fā)始終為機(jī)械傳動(dòng)形式的二類底盤上加裝推雪、掃雪、吹雪等系列設(shè)備進(jìn)行改裝，由于二類底盤的局限性，即只有前輪轉(zhuǎn)向，后橋驅(qū)動(dòng)，沒有四輪轉(zhuǎn)向全輪驅(qū)動(dòng)功能，除雪時(shí)候抓地力不足，轉(zhuǎn)彎半徑小不適合操作，同時(shí)沒有足夠多的扭矩大的液壓取力口用于安裝大扭矩液壓泵，機(jī)械傳動(dòng)的底盤附件過多，沒有足夠的空間，在添加以上設(shè)備時(shí)候，始終不能很好的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)除雪功能[2]。

1 全液壓驅(qū)動(dòng)形式除雪車設(shè)計(jì)

一種全新設(shè)計(jì)的液壓驅(qū)動(dòng)形式的專用除雪車底盤能很好的解決以上問題，因?yàn)椴捎萌簤候?qū)動(dòng)，在設(shè)計(jì)時(shí)就需考慮如何根據(jù)使用工況匹配好驅(qū)動(dòng)部分，因此本文就某一液壓驅(qū)動(dòng)車輛的功能參數(shù)為例，提出一種液壓驅(qū)動(dòng)校核計(jì)算的方法。該全液壓底盤為單發(fā)動(dòng)機(jī)形式，取消傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系，減少了機(jī)械傳動(dòng)部分給底盤提供了足夠的空間布置系列除雪設(shè)備。其布置形式為：前推鏟、中吹風(fēng)、中滾刷、后撒布[3]，如圖1所示為多功能除雪車。

圖1 多功能除雪車

2 液壓回路

底盤采用4輪4驅(qū)轉(zhuǎn)向，在發(fā)動(dòng)機(jī)后部接分動(dòng)器，分動(dòng)器連接行走的液壓泵，通過液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)給前后橋提供驅(qū)動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)車輛四驅(qū)，加強(qiáng)了在雪地行駛抓地力和穩(wěn)定性，圖2為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的閉式系統(tǒng)的液壓回路圖。

圖2 驅(qū)動(dòng)原理圖

3 推鏟推力計(jì)算

推鏟依靠鏟體自重使鏟刃與路面緊密接觸，利用除雪車前進(jìn)的動(dòng)力與速度將浮雪清離路面，并沿推鏟拋向側(cè)面。因此，推鏟本身的質(zhì)量、鏟體與路面的摩擦系數(shù)、鏟刃與路面的夾角、鏟刃形狀、鏟體水平擺角、除雪作業(yè)寬度、除雪作業(yè)速度、浮雪密度、浮雪厚度等因素都與雪阻力計(jì)算密切相關(guān)。同時(shí)，浮雪的平均抗剪應(yīng)力亦對(duì)雪阻力計(jì)算產(chǎn)生一定影響，但由于其值相對(duì)較小，計(jì)算時(shí)通常忽略不計(jì)[4]。推鏟推雪時(shí)依靠車體的前進(jìn)動(dòng)力將路面積雪清離路面，并使積雪沿鏟體向一側(cè)滑移而到達(dá)道路邊沿。同時(shí)雪鏟曲面的設(shè)計(jì)為漸開線等螺距螺旋面[5]，積雪將沿著推雪鏟一側(cè)排出，而不會(huì)積累到雪鏟頂部。

以某一車型為例，在計(jì)算具體推力時(shí)，雪的密度以g/cm3為單位。雪的密度變化范圍很大，新下的松軟雪的密度為0.04～0.1 g/cm3，融雪時(shí)雪的密度可達(dá)0.6～0.7 g/cm3，雪的平均密度為 0.2～ 0.25 g/cm3，折中取0.4 g/cm3，推鏟寬度 6 m，按推雪最小角度 20°，則

滾刷滾動(dòng)反力計(jì)算，ηb按聚丙烯與路面摩擦系數(shù)最大取0.4，則

4 車輛行駛阻力計(jì)算

除雪車在平直道路上行駛時(shí)，必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)阻力以及來(lái)自空氣的空氣阻力（風(fēng)阻）。同時(shí)如果在坡道上行駛時(shí)，必須克服坡道阻力；在加速行駛過程中需克服加速阻力[6]；在推雪作業(yè)時(shí)候還有推雪阻力。因此車輛行駛過程中所受的阻力計(jì)算如下：

車輛驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡公式如式（1）：

上式中，F(xiàn)t為驅(qū)動(dòng)力；Ff為滾動(dòng)阻力；Fw為空氣阻力；Fi為坡度阻力；Fj為加速度阻力；Fp為推雪阻力。

滾動(dòng)阻力可視為車輪在一定條件下滾動(dòng)時(shí)所需的推力與車輪負(fù)荷之比，或單位汽車重力所需之推力，滾動(dòng)阻力計(jì)算公式如式（2）。

上式中，G為除雪車整備質(zhì)量，取滿載除雪劑20 000 kg；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；p為爬坡度。

空氣阻力是汽車在空氣介質(zhì)中行駛，汽車相對(duì)于空氣運(yùn)動(dòng)時(shí)空氣作用力在行駛方向形成的分力，空氣阻力與汽車速度的平方成正比，車速越快阻力越大。如果空氣阻力占汽車行駛阻力的比率很大，則會(huì)增加汽車燃油消耗量或嚴(yán)重影響汽車的動(dòng)力性能。本文中空氣阻力計(jì)算公式為F=，按機(jī)w

場(chǎng)逆向風(fēng)工作，最大允許相對(duì)速度50 km/h計(jì)算，則Fw=1×9.25×50×50/21.15=1 093 N

表1 各種路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)[6]

在這里按混凝土，最大滾動(dòng)阻力系數(shù)取0.02計(jì)算?？紤]到實(shí)際工作時(shí)除雪車不會(huì)快速加速且行駛速度較慢，因此忽略加速阻力，但是可能存在強(qiáng)風(fēng)作業(yè)狀況，取最大逆風(fēng)速度50 km/h.因此牽引力的計(jì)算公式如式3.

由上式可知爬坡角α越大，∑F越大。考慮機(jī)場(chǎng)跑道一般不允許有縱向坡度，為考慮極限工況，因此將 α 取值 10°，則：

5 驅(qū)動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算

車輛為雙軸四輪四驅(qū)動(dòng)形式，每個(gè)車橋有兩個(gè)車輪，此時(shí)單橋2個(gè)輪有效切線牽引力為總牽引力的一般，因此，F(xiàn)ks=0.5∑F=0.5× 42 237=21118.5 N.

機(jī)械傳動(dòng)常用驅(qū)動(dòng)效率η=0.98.

驅(qū)動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N·m）計(jì)算公式如式4.

上式中，iM為減速器傳動(dòng)比（2.6∶1）；ηM為減速器傳動(dòng)效率（0.98）；iN為車橋傳動(dòng)比（8.88∶1）；ηN為車橋傳動(dòng)效率（0.98），則

6 馬達(dá)工作壓力計(jì)算

液壓馬達(dá)的工作壓力跟負(fù)載有關(guān)，流量與排量和轉(zhuǎn)速有關(guān)。選擇馬達(dá)一是要選擇其額定壓力大于或等于工作壓力，因此需要計(jì)算核準(zhǔn)的液壓馬達(dá)工作壓力（MPa），計(jì)算公式如式（6）：

經(jīng)過計(jì)算選取馬達(dá)參數(shù)：最大排量為105 cm3/r，額定壓力為25 MPa，最高額定壓力為42 MPa，最高壓力為50 MPa.

7 結(jié)束語(yǔ)

在除雪車滿載20 t，逆風(fēng)相對(duì)速度50 km/h，推雪2 849 kg，10°坡跑道滿負(fù)荷工作時(shí)，馬達(dá)的工作壓力為41 MPa，小于馬達(dá)的最高額定壓力。在實(shí)際工作中除雪車不可能在逆向風(fēng)速作業(yè)速度50 km/h長(zhǎng)時(shí)間在10°坡道上作業(yè)，因此選用105 cc排量的泵是符合該液壓系統(tǒng)工作能力的，但不建議長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作。

經(jīng)過以上計(jì)算方法計(jì)算除雪車在平地起伏度3°左右，滿負(fù)荷工作情況下，行走時(shí)馬達(dá)的工作壓力為18 MPa，小于額定壓力25 MPa.因此該液壓系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]祁玉龍.除雪除冰設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].鐵道建筑技術(shù)，2012（10）：88-90.

[2]張建發(fā).民用機(jī)場(chǎng)除雪設(shè)備行業(yè)技術(shù)及現(xiàn)狀[J].今日工程機(jī)械，2014（7）：88-90.

[3]姚繼蔚，孫 寬.路面除雪機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].建筑機(jī)械，2013（11）：68-73.

[4]鄧洪超，馬文星.DQX路面除雪車浮雪鏟除雪作業(yè)模型[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2005，35（4）：381-385.

[5]鄧洪超.多功能除雪車?yán)缧吻把╃P結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].工程機(jī)械，2005（10）：18-20.

[6]黃金松，許洪國(guó).基于道路試驗(yàn)的汽車滾動(dòng)阻力和空氣阻力系數(shù)計(jì)算方法和研究[J].交通信息安全，2009，27（1）：75-78.

Checking Calculation the Hydraulic Motor Pressure of the All Wheel Hydrostatic Drive of Snow Removal Vehicle

LI Xu-jun
（Sinotruk Liuzhou Yunli Kodiak Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545112，China）

An snow removal vehicle for the airport were instructed in the paper，all wheel hydrostatic drive was designed in the chassis，and be drive by hydrostatic motor，the vehicle with multiple functions such as pushing snow，sweeping snow，blowing snow.The method of checking calculation the hydraulic motor pressure was show in this paper.

multifunctional snow removal vehicle；all wheel hydrostatic drive；checking calculation

U418.32

A

1672-545X（2017）10-0035-03

2017-07-26

李旭?。?979-），男，瑤族，廣西宜州人，高級(jí)工程師，碩士，從事專用汽車設(shè)計(jì)與開發(fā)。