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1、履带式工程机械底盘2005/08/04第一章履带底盘传动系概述3第一节机械传动系3第二节液力机械传动系4第三节液压传动系6第四节电传动6第五节液压机械传动系7第六节组件式设计的传动系8第二章履带式工程机械驱动桥10第一节履带式推土机的常规驱动桥10第二节履带式工程机械转向原理11第三节驱动桥布置方案17第四节中央传动17第五节转向离合器19第六节转向制动器22第七节终传动26第八节动力差速式转向装置30第九节D8L转向离合器与制动器33第三章履带式底盘行走系34第一节履带式底盘行走系的尺寸参数和结构布置35第二节悬架37第三节履带张紧装置设计40第四节驱动链轮齿形设计44第六节履带设计52第七
2、节橡胶履带行走系概述57第一章履带底盘传动系概述动力装置和驱动轮之间所有的传动部件总称传动系。传动系的作用是将发动机输出的功率，通过减速增扭后传给驱动轮，并改变发动机功率输出特性，使作业机械具有合适的工作速度和足够的牵引力，满足作业机械行驶作业要求。不同的工程机械对传动系有不同的要求。目前绝大部分工程机械动力装置为柴油机，但是柴油机功率输出特性主要在以下几方面不能适应行驶作业要求。(1)根据作业工况，要求柴油机在提供足够功率的同时，要求驱动轮的转速(行驶速度)和驱动力矩(牵引力)能在较大范围内变化。而柴油机在输出一定功率时，其转速和扭矩变化范围较小，不能满足作业要求。(2)作业时，要求驱动轮能
3、改变转向，实现机械的前进和倒退行驶，但是，柴油机一般只能按一个方向旋转。(3)为减轻机重，工程机械大多选用转速较高的中、高速柴油机，而驱动轮一般要求转速低扭矩大。(4)作业中往往要求传动系中断向驱动轮传递动力，而柴油机并不停止运转。(5)在弯道行驶时要求两侧驱动轮有不同的转速。(6)保证柴油机能空载起动。下面介绍几种常用的履带式机械的传动系类型和组成。第一节机械传动系图1是履带式推土机的机械传动系简图图1履带式推土机的机械传动系简图1柴油发动机2动力输出箱3主离合器4小制动器5联轴器6变速箱7中央传动装置8转向离合器9转向制动器10最终传动机构11驱动轮A工作装置油泵B主离合器油泵C转向油泵一
4、、 组成机械传动系主要由动力输出箱2、主离合器3、机械变速箱6、中央传动7、转向离合器8、转向制动器9、最终传动10、驱动轮11组成。二、 工作原理主离合器3用于切断或连接柴油机和传动系的动力传递。临时切断动力，便于变速箱换挡；便于发动机在完全无载的情况下起动。广泛采用摩擦式主离合器，能使柴油机和传动系柔合地连接起来，通过离合器打滑能起过载保护作用，从而减少和限制传动系中各零件所受的载荷，同时可以通过对离合器的操纵实现机械的微动和慢动。变速箱6用于改变传动系的传动比，扩大传给驱动轮转矩和转速的变化范围，起到降低转速增大扭矩的作用，并能变换驱动轮的旋转方向，通常变速箱设有空档，可以切断向驱动轮传
5、递动力，以利发动机起动和发动机不熄火的情况下停车。由中央传动7，转向离合器8，最终传动10组成的履带式驱动桥。中央传动7由一对圆锥齿轮组成，实现降低转速增大扭矩并将动力分别传到左右两侧；通过左右转向离合器使左右驱动轮可能得到不同的驱动转速和转矩，实现履带工程机械的转向；通过两对齿轮组成的最终传动10，再一次降低转速增大转矩。机械传动系中通常采用直接用人力操纵换档机构的机械变速箱。三、 机械传动系优点结构简单，便于维修、工作可靠、价格低廉，传动效率高并可利用柴油机运动零件的惯性作业。机械传动一般履带式推土机的牵引效率高达7580%，是几种传动型式中最高的，所以小型履带工程机械有采用机械传动系的。
6、机械传动系主要缺点在行驶阻力急剧变化的工况下，柴油机容易熄火，对驾驶员要求高并增加他的劳动强度。同时要求柴油机有较大转矩适应性系数。采用机械变速箱，换档时动力中断时间长，由于履带车辆行驶速度低，阻力大，换档时一般导致停车，不能利用机械的动能克服行驶阻力，影响机械的通过性能。同时作业中柴油机的功率利用差，降低了生产率。对于循环作业的工程机械，经常要前进、后退及改变车速（牵引力），换档频繁，每次换档都要脱开主离合器，并用人力操纵换档机构，驾驶员劳动强度大。柴油机的振动直接传到传动系各零件，而行驶阻力的变化又直接影响柴油机的工作。因此，降低了柴油机和传动系各零件的使用寿命。另外，柴油机在急剧的变载工
7、况下，会降低其平均输出功率。行驶阻力的变化直接改变柴油机的工况，为了充分利用柴油机的功率，需增加变速箱的档位数，因而使变速箱结构复杂，并增加驾驶员换档次数。上述缺点，在行驶阻力变化剧烈及经常改变行驶方向的工况，影响特别明显。因此，机械传动系宜用于行驶阻力较平稳的连续作业机械。第二节液力机械传动系图2为履带式推土机液力机械传动系简图一、 组成液力机械传动系主要由动力输出箱2，液力变矩器3，动力换档变速箱5，中央传动6，转向离合器与制动器7，最终传动8和驱动轮9组成。二、 工作原理柴油机输出的动力通过液力变矩器3传递到动力换档变速箱5，再经中央传动6，转向离合器与制动器7，到最终传动8。除了用液力
8、变矩器和动力换档变速箱，其它件基本与机械传动系相同。在液力机械传动系中采用变矩器和动力换档变速器，不采用主离合器，防止柴油机过载熄火，平稳换档和起步，中断动力传递，实现微动等功能由液力变矩器和动力换档变速箱来完成。三、 液力机械传动系的主要优点(1)液力变矩器具有一定范围内实现无级变速的性能，使柴油发动机经常在选定的工况下工作，并能防止过载熄火。提高了柴油机的功率利用率，可大大减少换档次数，降低驾驶员技术要求和劳动强度。(2)由于变矩器本身具有变速功能，对于同样的变速范围，可以减少变速箱的档位数，简化变速结构。(3)液力变矩器利用液体作为变速动力介质，输出轴与输入轴之间没有刚性的机械联系，因而
9、减少传动系及柴油机零件的冲击、振动等载荷，提高了机械使用寿命。(4)液力变矩器具有无级变速功能，因而使机械起步平稳，也可得到任意小的行驶速度。(5)可以方便的实现动力换档，即在传递全部转矩情况下换档。(6)可以使操作简单，即操作杆减少，操作省力。据资料介绍，同等级履带式推土机液力机械传动系的出产率提高将近50%。图2履带推土机液力-机械式传动系布置简图1发动机2动力输出箱3液力变矩器4联轴器5动力变速箱6中央传动装置7转向离合器与制动器8最终传动装置9驱动轮A工作装置油泵B变矩器与动力变速箱油泵C转向离合器油泵D排油油泵四、液力机械系的主要缺点(1)与机械传动系相比主要缺点是成本高，同时必须采
10、用各种技术措施，提高液力变矩器制造质量，努力提高变矩器的效率。(2)牵引效率低，一般只有65%左右，美国卡特彼勒公司为了提高牵引效率，该公司采用部分功率机械分流的变矩器，使牵引效率提高到68%,同时带来该变矩器结构复杂，增加了制造的难度。第三节液压传动系图3是静液压驱动的履带推土机传动简图。图4是摊铺机传动系简图。图3履带推土机液压传动简图图4摊铺机液压传动简图一、 组成液压传动系由液压泵、液压马达和减速机构组成。二、 工作原理左右驱动轮各有一套独立的传动系统。分别由变量泵和变量马达组成闭式回路驱动驱动轮。因为液压马达转速较高，一般需通过减速机构减速，不同的是履带推土机是通过终传动减速，而摊铺
11、机是通过行走减速机减速。一般是用改变变量泵的流量来实现无级变速和改变行驶方向。当两侧马达转速相同时，机械作直线行驶，转速不同时作曲线行驶，而且可以使左右马达的转速相等而方向相反，实现原地转向。三、 液压传动系优点(1)能实现无级变速，且变速范围大，并能实现微动。(2)变速操纵简单。(3)可利用液压系统实现制动。(4)可以实现微电脑控制，便于实现自动及远距离控制。(5)由于工作装置和行走系均为液压驱动，使发动机输出功率可在工作装置和行走系统之间合理分配，且发动机不会过热和过载的情况发生。(6)传动系统大之简化。所以液压传动系广泛用于挖掘机、压路机及路面机械的行走机构的传递系统。四、 主要缺点对于
12、以牵引为主要作业工况的履带式铲土运输机械(推土机)由于行驶功率大、行驶阻力变化剧烈，前后行驶换向频繁，对液压元件的性能要求很高，尤其在使用寿命、噪声等方面要求更为突出，加上驱动性能主要指标牵引效率较低，一般只有62%左右，目前应用尚不广泛。生产履带式推土机的厂商除德国利勃海尔采用液压传动，其它均采用机械传动和液力机械传动。而国内鞍山一工引进利勃海尔制造技术，因基本无法国产化而告失败。随着液压元件性能的不断提高，成本不断下降，液压传动系统会在更多的工程机械中得到应用。第四节电传动图5是斗轮挖掘机电传动系统简图图5斗轮挖掘机电传动系统简图1发动机2发电机3操纵装置4电动机一、 组成电传动系统由发电
13、机1、电动机3和链轮4组成。在机械工作场合固定时，也可以采用电缆供电代替柴油机发电机组，但须配置电缆车辅助。二、 工作原理由柴油机带动发电机组，用发电机输出的电能驱动与驱动链轮装在一体的直流电机，实现无级变速和改变行驶方向，当两侧电机转速不同时机械作曲线行驶，转速相同时作直线行驶。三、 电传动优点(1)动力装置(柴油机一一发电机组)与驱动链轮之间无刚性联系，便于总体布置及维修。(2)变速操纵轻便，可实现无级变速。(3)容易实现自动控制。四、 电传动主要缺点成本高，据统计电传动系统的成本要比液力机械传动的成本高20%左右，目前仅用于大功率的履带车辆。第五节液压机械传动系目前世界上大部分履带工程机
14、械广泛采用液力变矩器与动力换档变速箱的组合形式，通常为液力机械传动，还有部分不以牵引为主作业的机械采用全液压传动技术，它们的特点上面已经介绍，由于传动系的传动效率较低，直接影响了整机生产率和经济性。为此，开发设计既有较好的动力性，又有较高传动效率的传动系一直是潜心研究攻关的重点项目。近年来，日本小松公司成功地研制出液压机械传动变速箱，并率先应用于履带式推土机上，在车辆传动技术领域取得了重大突破。同时，一些国外公司也成功地将液压机械传动应用到履带车辆差速转向系统。在我国该项技术正开始应用，天津建筑机械厂最新开发的履带推土机首次应用差速转向系统。由于液压机械传动系是近几年面世的新技术，仅在杂志上见
15、到一些简单介绍，这里只能对系统和工作原理作一些简要说明。图6是日本小松新开发的D155Ax-3履带推土机的液压机械系简图。一、组成液压机械传动系由静压机械变速箱(由变量泵5、变量马达6和多档变速箱7、差动轮系合成机构8组成)、差速转向系(由转向泵2、操纵阀3、转向马达4和后桥箱转向轮系9)、终传动10和驱动轮11组成。图6液压机械传动简图1发动机2转向泵3操作K4转向马达5变速泵6变速马达7多档变速箱8合力机构9后桥箱转向轮系10终传动11驱动轮液压机械传动系工作原理静压机械变速箱由多档变速箱、液压传动系和差动轮系动力合成机构三大部分组成。差动轮系合力机构既有单排行星传动，也有多排行星传动构成差动轮系。其传动过程如下：发动机功率通过两条线路传递功率，第一条是将部分功率经传动齿轮后经液压传动系中的变量泵将机械能转化为液压能，再由变量马达转化为机械能传到差动轮系的齿圈上；另一条是经多档变速箱传到差动轮系的行星架上，最后两条线路所传递的功率经差动轮系合成后有太阳轮输出。
