在阅读此文之前，麻烦您点击一下“关注”，既方便您进行讨论和分享，又能给您带来不一样的参与感，感谢您的支持文|砚钧秋编辑|砚钧秋前言在重型工程机械领域中，履带式推土机是一种不可或缺的设备，被广泛应用于土地平整、土方开挖和土壤移动等工作。
而推土机的电传动系统则扮演着关键的角色，直接影响着机器的性能和效率。
由于铁路工程建设遍布各地，所面临的路况千差万别，为了能够使履带式推土机能够在最大负载工况下保持良好的工作状态。
在前人理论和研究成果的基础上，以D320E型履带推土机为研究对象，对其传动系统采用电传动方式进行选型和改进分析，可为工程建设提供帮助。
最大负载工况D320E型履带推土机的整机质量为30000kg，轨距2130mm，轴距3152mm。
履带板宽度为560mm，质心位置为1925.5mm、310mm、-1070mm处，现有驱动电机额定功率为180kW。
选取铁路工程中最常见的干砂和黏土2种路面工况进行分析，干砂路面的土壤变形模量为4.76×10-4N·mn+1，变形指数为1.1，内聚力为0.00104N，剪切阻力角为28°，剪切变形模量为25，下沉比率为0.05。
黏土路面的变形模量为0.4171N·mn+1，变形指数为0.5，内聚力为0.00414N，剪切阻力角13°，剪切变形模量为25，下沉比率为0.05。
采用RecurDyn软件建立D320E型履带推土机仿真模型。
模型建立过程中利用旋转副、固定铰、平移副、球铰等对推土机各部件进行约束，保证其运动机理和形式与实际工况一致。
将2种路面参数输入软件，分别得到2种路面状况下滑转率为7%时的负载特性。
干砂路面情况下，当滑转率为7%时，推土机履带的接地长度和质心前移量分别为1480mm和1133mm，最大接地比压达到0.448MPa，工作阻力和最大驱动力矩分别为215.216kN和2469.552N·m。
黏土路面情况下，当滑转率为7%时，推土机履带的接地长度和质心前移量分别为3655mm和751mm，最大接地比压达到0.3028MPa，工作阻力和最大驱动力矩分别为131.766kN和2135.08N·m。
对比2种路面状况下的负载特性可以发现，在干砂路面情况下，推土机所受到的阻力值和驱动电机所需力矩值较黏土路面情况时大。
因此，将干砂路面状况下的负载特性作为履带推土机的最大负载工况。
选型及参数改进2.1选型分析（1）发动机传统履带式推土机多数采用柴油发动机，主要是因为柴油发动机可以满足高负荷要求和变负荷工况。
当额定功率超过220kW后，柴油发动机则多数采用涡轮增压技术，才能具备足够的稳定性、高输出性和搞工作效率等特征。
因此，将原180kW柴油发动机替换为220kW大功率涡轮增压柴油发动机，所选发动机为涡轮增压柴油发动机。
额定功率为257kW，额定转速为2000r/min，最大扭矩为1509N·m，燃料消耗率66L/h。
（2）发电机新型永磁材料的出现为永磁同步电机的迅速发展提供了契机，相比于普通发电机，永磁同步发电机具有功率因数高、电机电流更小，质量轻、体积小、效率高、噪声低、温升低、动力矩大、可靠性高等诸多优点。
因此，决定采用永磁同步发电机替换原普通发电机，所选发电机额定功率为220kW，额定转速为2000r/min，额定输出电压为1140V，效率为96%。
（3）电动机电传动系统属于弱耦合关系，整个系统中的部件均为柔性连接，电传动系统驱动电机的性能在很大程度上决定了履带式推土机的动力特性，为了使履带式推土机能够适应在复杂工况下的工作要求，对电传动系统驱动电机提出的要求为扭矩大、工作稳定、电动机输出转速范围要大、过载系数高、功率利用率高、自适应能力强、可靠性高并且具有防水、防灰功能等。
直流电动机、开关磁阻电动机、三相异步交流电动机和永磁同步电动机是最常用的4种工程机械用电动机。
相比于其他3种电动机，永磁同步电动机具有噪声小、功率因数和功率密度高、维修简便、动力匹配性好、过载能力高、变荷载下的工作效率高等诸多优点。
因此拟采用永磁同步电动机作为电传动驱动电机。
所选电动机额定转速800r/min，额定扭矩为2624N·m，最高转3000r/min时峰值扭矩为5248N·m，最高效率为96%。
（4）储能装置储能装置需要具备比功率大、循环寿命长，制造成本低、安全性和可靠性高等特性，飞轮储能器、电化学蓄电池、燃料电池和超级电容4种为最常用的机械储能装置。
超级电容器相比于其他3种，具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、结构轻便、稳定性好等诸多优点。
因此拟采用超级电容做为履带式推土机的储能装置，所选超级电容单节电压为2.7V、串联电容个数为119，单个电容容量为6F，最大放电电流为540A。
改进后参数根据相关设计要求，对履带式推土机的电传动系统进行参数匹配设计。
改进后的推土机质量为30318kg，滚动阻力系数为0.09，驱动轮半径为0.495575m，末端转动比为65.3125，整机质心位于1923.1mm、309.6mm、-1069.7mm处。
2.3仿真对比分析采用ADVISOR软件对改进前、后的推土机进行仿真模拟分析，随着电机转速的增加，电机的输出特性先呈稳定状态，后呈逐渐减小趋势。
改进前电动机功率为180kW，当转速小于850r/min时，电机输出稳定在2022.1N·m，改进后电动机功率提高到220kW，当转速小于800r/min时，电机输出转矩稳定在2624.7N·m。
相同转速情况下，改进后的电机输出扭矩大于改进前。
在干砂路面状况下的最大负载情况时，要求最大驱动力矩为2469.552N·m。
因此，改进前不能满足相关工况要求，改进后满足了履带式推土机最大负载对输出转矩的要求。
电机的输出转矩随着工作阻力的增加呈先增大、后保持波动平衡，再迅速降低3个阶段。
改进前，电机工作阻力达到100kN后，即进入动态稳定阶段，稳定力矩约为2000N·m。
当工作阻力为125kN时，输出力矩达到最大值2025.2N·m，当工作阻力超过156.5kN后，输出力矩迅速降为0。
改进后，工作阻力达到150kN后，即进入动态稳定阶段，稳定力矩约为2600N·m，当工作阻力为170kN时，输出力矩达到最大值2625.3N·m。
当工作阻力超过224kN后，输出力矩迅速降为0，从改进前、后所能承受的最大阻力来看，改进后的224kN较改进前的156.5kN提升约43.1%。
另外，改进前的稳定输出力矩不符合最大负载要求，因此综合来讲，改进后的电传动系统，能够满足履带式推土机在最大负载工况下的动力特性要求。
维修和保养履带式推土机作为一种重型工程机械设备，其电传动系统的维护和保养对于延长其使用寿命至关重要。
（1）定期检查和清洁：定期对推土机的电传动系统进行检查和清洁是维护的基础，清除积聚在电机、电控器、电缆和传动装置上的灰尘、泥浆和其他杂质，以防止它们对系统正常运行的干扰。
同时，定期检查系统的连接件、线路和密封件是否紧固完好，如果发现松动或损坏，及时修复或更换。
（2）注意润滑：电传动系统中的轴承、齿轮等部件需要定期进行润滑，确保其在工作过程中的顺畅运转。
根据推土机制造商的指导和使用手册，使用适当的润滑剂进行润滑，控制润滑剂的用量和频率，以避免过量或过少的润滑。
（3）保持冷却系统畅通：冷却系统对于电传动系统的正常运行至关重要，定期检查冷却系统中的散热器和风扇，清除其中的积聚物。
确保冷却器表面清洁无障碍，风扇旋转自如，以保持整个系统的良好冷却效果。
（4）预防电气故障：履带式推土机的电传动系统包括电机、电缆和电控器等电气部件，因此需要注意防止电气故障。
定期检查电缆是否磨损、老化，是否存在断线或短路现象，及时更换有问题的电缆，此外，定期检查电控器的工作状态，确保其正常运行。
（5）妥善操作和驾驶：维护和保养电传动系统不仅仅是对设备本身的保护，还包括对操作和驾驶的正确指导，操作员应接受专业培训。
熟悉推土机的操作原理和要领，合理使用推土机、避免过度负荷或过度扭转操作，以减少对电传动系统的损害。
（6）定期保养记录和维护日志：建立系统的保养记录和维护日志是维护工作的关键。
记录维护的时间、内容、使用材料和润滑剂的品牌和数量等信息，以便于后续的维护和故障排除，有助于发现和解决潜在问题，提前进行预防性维护。
结论以D320E型履带推土机为研究对象，对其在不同路面状况下的负载特性进行了计算分析，得到干砂路面状况为履带式推土机的最大负载工况。
基于最大负载工况，对推土机的电传动系统进行了选型分析，并提出将传统180kW驱动电机替换为220kW永磁同步驱动电机。
通过仿真模拟分析，证明了改进后的电机不仅将所能承受的最大工作阻力提升了43.1%，而且能够满足履带式推土机在最大负载工况下的动力特性要求，值得在实际工程中予以应用。
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