双驱单钢轮振动压路机液压系统参数匹配研究

彭香雪

摘要：为解决当前振动压路机液压系统参数匹配效果较差，无法提高其运行性能与工作寿命的问题，开展了液压系统参数匹配的深入研究。在压路机液压系统技术参数选取完毕后，通过确定液压系统启振时间、液压系统振动泵参数匹配设计、液压系统振动马达参数匹配设计，提出了一种全新的匹配方法。根据匹配结果可知，新的方法能够提高液压系统能量利用率，优化运行性能。

关键词：双驱；液压系统；单钢轮；匹配；振动

0   引言

液压系统作为压路机的重要组成部分，对其使用性能具有直接影响[1]。现阶段，传统的压路机液压系统在参数匹配方面存在一定的缺陷，液压系统冲击问题较严重，整机性能得不到保障，无法适用于复杂工况[2]。针对这一问题，本文在传统压路机液压系统参数匹配方法基础上，以某双驱单钢轮振动压路机液压系统为例，开展液压系统参数匹配的全面深入研究。

1   压路机液压系统技术参数分析

选取某品牌的双驱单钢轮振动压路机，作为此次研究的目标。配发动机型号为云内490型，工作质量6t，行走速度0～8km/h，振动频率为45Hz，爬坡能力30°。驱动方式为变矩器无级变速，振动模式为前轮单振，采用液压转向。该振动压路机通常作业不超过Ⅱ档，在转场运输时可以高速行驶，但最高挡位不超过Ⅳ档。该振动压路机作业过程中，系统一般不会产生较大的压力变化[3]。

使用数据采集仪，采集压路机在不同振动工况下，液压系统对应的工作参数数据，如表1所示。从表1可以看出，在不同振动工况下，压路机液压系统运行所需的驱动力矩与功率存在明显差异。

2   确定液压系统启振时间

通过反复计算，得出振动压路机液压系统多组启振时间。在众多计算结果中，选取最高启振时间与最低启振时间[5]。依据压路机过载压力阀的动态变化，在最高启振时间与最低启振时间范围内，选取过载压力阀运行效果最佳的启振时间，作为双驱单钢轮振动压路机液压系统的最终启振时间[6]。

3   液压系统振动泵参数匹配设计

分别从振动压路机液压系统振动泵运行可靠性与工作寿命两个维度，设计液压系统振动泵匹配参数。

基于液压系统振动泵运行可靠性维度来说，通常情况下，双驱单钢轮振动压路机启振时多数为带载启动。受到外界负载的影响，液压系统振动马达转速会发生不同程度的变化，直接影响液压系统内的流速，甚至可能会形成压力冲击[7]。一旦压力冲击得不到有效控制，液压系统压力匹配的瞬态压力峰值超出设定的最高压力值，将导致压路机液压系统工作可靠性降低。

基于液压系统工作寿命方面，需要先明确振动压路机液压系统工作压力与液压元件寿命之间存在的关联。本文采用MATLAB模拟分析软件，绘制如图1所示的关系示意图。通过图1可以得知，在液压系统高、中、低3个不同压力阶段，液压元件寿命存在较大差异。

为了延长双驱单钢轮振动压路机的工作寿命，充分发挥各个液压件的工作效能，需将压路机液压系统平稳工况的压力集中匹配在中等压力区，将液压系统振动泵工作转速匹配至系统额定工作转速上，使液压系统工作压力与振动泵的寿命呈指数反比变化[8]。

在此基础上，分别计算液压系统振动泵的容积效率、振动泵的机械效率以及振动泵的总效率，得出液压系统振动泵的各项匹配参数。液压系统振动泵的容积效率计算如下：

4   液压系统振动马达参数匹配设计

为实现压路机液压系统参数匹配的目标，需提取液压系统振动马达的运行特征，进行液压系统振动马达匹配参数设计。根据双驱单钢轮振动压路机液压系统的运行状况，选取匹配度较高的90系列斜盘式马达。

该系列的马达在低转速下具有较高的运行效率，其全排量时的总效率曲线变化如图2所示。该系列马达内含有滑靴密封面，在液压系统转速比范围内运行效率较高，能适应双驱单钢轮振动压路机作业过程中频繁启动加速与停车减速的需求，因此选择该系列马达。

根据液压系统振动泵转速匹配方法原理，设定振动马达的额定转速以及其与振动泵的匹配点，保证振动马达承受的压力与液压系统泵压力保持一致。在此基础上，综合考虑振动压路机液压系统马达低速稳定性，将马达初始转速设置为低转速，将马达压力匹配至中压区，监测并记录液压系统溢流阀设定值的动态变化。在此基础上，转换马达转速，控制转速转换过程中液压系统产生的压力波动，使液压系统振动马达压力参数匹配达到最佳，实现振荡马达运行总效率最优化目标。

5   匹配结果分析

在液压系统各项参数匹配设计完毕后，需要对本文提出的参数匹配结果作出全方位的客观检验，判断液压系统各项参数设计是否符合相关要求规范，以及本文提出的研究内容能否提高振动压路机运行性能。

随机选取液压系统不同运行状态下的压力值，作为此次试验的样本。首先，预处理此次试验的各项实测值，确定300组有效液压系统的有效试验值。保证试验样本参数中，包括液压系统振动泵转速、变量泵排量比、油液温度以及系统回路压力值。分别设定训练样本数量为240组，测试样本数量为60组。按照图3所示压路机液压系统回路估计模型，完成液压系统回路中压力值的估计。

在模型中输入液压系统各项参数，作为压力估计模型的输入层参数。根据神经网络结构特征，设定模型运行周期。经过其迭代训练，获取回路压力估计值，将其作为输出量，实现液压系统回路中压力值估计的目标。模型迭代训练表达式为：

在此基础上，基于振动压实工况下，估计液压系统某一段压力变化实际情况，将获取到的回路压力估计值与试验样本值进行对比，得出液压系统回路压力估计值的相對误差，如图4所示。从图4可以看出，应用上述本文提出的参数匹配方法，液压系统回路压力估计值与实际样本值之间存在的相对误差较小，表明液压系统压实运行过程中，回路压力稳定变化，未出现异常，液压系统元件疲劳及磨损问题得到了有效控制。

在此基础上，为了使试验效果更加清晰直观，特引入对比分析的试验方法，将本文提出的液压系统参数匹配方法设置为实验组，将传统的参数匹配方法设置为对照组，进行对比分析。选取液压系统能量利用率作为此次试验的评价指标，分别应用上述2种参数匹配方法。利用MATLAB模拟分析软件，测定2种参数匹配方法应用后液压系统的能量利用率，并对其进行对比，进而判断参数匹配方法的可行性。液压系统能量利用率对比结果如表2所示。

通过表2的对比结果可以看出：本文提出的参数匹配方法应用后，在压路机压实运行过程中，液压系统能量利用率达到了75.57%；而传统方法应用后，液压系统能量利用率仅为48.46%；本文方法较传统方法相比节能27.11%，极大程度地提高了压路机液压系统的能量利用率，能够有效地优化压路机运行性能，延长其工作寿命。综上所述，本文提出的参数匹配方法具有较高的可行性，优化效果显著。

6   结束语

科学合理的参数匹配，对振动压路机液压系统的稳定运行具有重要意义。通过本文提出的论述内容，改善了传统参数匹配方法存在的问题与不足。根据对比结果可以得知，本文提出的参数匹配方法应用后，有效地提高了液压系统的能量利用率，较传统方法相比节能了27.11%，优化了压路机运行性能，并延长了其工作寿命。

参考文献

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