橡胶履带牵引车辆改进设计

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1、第一章前言转向机构对于任何车辆来说都是重要的组成部分。对履带车辆来说，转 向机构性能的好坏更为重要，其可以直接影响到履带车辆的使用性能。对于传统的履带车辆，其转向方式一般是通过转向离合器，来切断或传 递其中一侧履带的动力来实现转向，这种转向方式，是借助于改变两则履带 牵引力，从而使两侧履带能以不同的速度前进和实现转向，对车辆的履带损 坏较大，驾驶员操纵易疲劳，生产效率低，而且操纵性不太理想，车辆转向时 功率损失严重。为了克服上述缺点，在国外的一些技术发达的欧美国家开始在履带车辆 上应用机械液压双功率流转向装置，此装置是通过改变液压泵的排量来控制 执行元件一液压马达的转速和转向， 其中，液压泵和

2、液压马达可以无级调速， 这样在差速转向机构轮系的作用下， 使两侧的履带产生差速完成转向，而且， 车辆两侧履带驱动轮转速差可以有无穷多个，可得到无穷多个转向半径。且 具有如下优点：1. 动力可以按比例分配到两侧履带上，转向时两侧履带始终传动，可以 实现动力转向，履带基本上没有打滑现象，最大限度地减轻了履带的磨损， 提高了使用寿命。这一点对橡胶履带车辆尤为重要2. 转向时平均车速不降低3. 转向时动力不中断4. 左右两侧履带的速差可以无级控制，可以实现平稳而精确的方向控制。5. 可以实现原地转向，提高履带车辆的机动性。6. 在坡地上工作转向不会出现“逆转向”现象正因为此种转向装置具有上述优点，能大

3、大改进履带车辆的转向性能和 可操纵性,减轻驾驶员的劳动强度。为此，本文以履带车辆的转向装置为设计 为对象，提出了机械液压双功率流转向装置操纵液压系统的原理及设计方案， 对转向装置中所需的液压元件进行了设计计算，并在此基础上，对其转向性 能进行了初步计算和分析。第二章液压系统的设计要求液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机 工作循环所需的全部技术要求。所以，对于液压系统的设计，为满足主机工 作所需的全部技术要求，液压系统应满足静态性能好、效率高、结构简单、 工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便等特点，并要满足给定的 参数与技术要求。对于本设计的应满足的具体参数与技

4、术要求如下：设计106kw橡胶履带拖拉机机械液压转向装置的液压系统及其转向操纵 系统，其中，履带车辆发动机功率Ne = 106加，转速n = 2300转，轨距 B = 1435mm，轴距 v L = 1622mm，结构重量 m = 6630kg，使用重量 m = 7000kg地隙e 280mm，速度范围v为330 km，h。所设计的液压系统应能实现如下要求：对履带车辆的机械液压转向装置 实现方向盘操纵，能实现原地转向及倒车操作，转向半径可平滑过渡，实现 最小转向半径，满足转向力矩要求。对于设计的操纵液压系统应满足上述参数和要求，而且，为了应用方便，还应尽量使其布置容易，维修方便，成本尽可能低。

5、第三章液压系统负载分析此液压系统使用于橡胶履带车辆的转向装置中，而且与传统的履带车辆 的液压转向装置不同，一般而言传统的履带车辆转向装置采用由液压系统控 制转向离合器，从而使两侧履带产生扭矩差，而实现转向。而机械液压双功率流转向机构，是通过操纵系统来调节液压系统，从而 控制液压马达，而液压马达传递的动力是差速转向系统的其中一路动力来源， 其作用就是使机器能够差速转向。其差速转向系如图示：图3 1机械液压双功率流差速转向轮系机构此差速转向轮系具有如下特点：发动机功率在变速箱的输入轴上分流， 一路功率流向变速箱，一路功率流向由变量泵、定量马达及其他控制元件组 成的液压转向调速系统。当液压转向调速系

6、统不工作时，发动机功率全部由变速箱传递到左、右 两侧履带的驱动轮上，因两行星排的齿圈联为一体，两侧履带的驱动轮转速 大小相等、方向相同，履带车辆作稳定的直线行驶。当液压转向调速系统和变速箱同时向两侧驱动轮传递功率时，由于液压 转向调速系统的液压泵排量可调，因此驾驶员可按不同曲率的路面随机调整 液压泵的排量和流向，根据液压马达输出转速的不同，拖拉机可进行由最小 转向半径的左、右转向运动，有无穷多个转向半径，可实现无级转向，当变速箱输出转速为零时，只有液压转向调速系统向两侧履带的驱动轮 传递功率，因两行星排的太阳轮之间相差一对齿轮副，两侧驱动轮转速大小 相等、方向相反，履带车辆可实现原地转向行驶，

7、转向半径为零。同时可分析得两侧驱动轮转速为：a -r + n =-/ （ 31）l（1 + a ）ima no -七n = （ 31）R（1 + a ）im式中：a 一行星排特性参数（齿圈齿数与太阳轮齿数之比），该机构的左右行 星排特性参数相等n0 发动机转速n一液压马达转速七一中央传动比j一液压马达到行星排传动比）一变速箱速比、一最终传动比液压系统就是在向此差速转向机构输入转矩，从而实现转向，由车辆的工作状况可算出车辆的转向过程中，液压马达的负载情况：表3-1液压马达的负载方向盘位置计算公式总机械负载MzN. m中间位置00最大位置2r M1z B(1 + a川斤门门 i i m v z c

8、y y243液压马达的负载变化就是在其范围内变化的，这也是液压系统设计的根本依据。第四章液压系统的方案设计 4.1操纵系统的设计分析对于此机械液压双功率流转向系统来说，设计的要求就是通过对方向盘 的操纵实现对液压变量泵的排量控制。且应满足如下要求： 方向盘左右不同方向转动时，液压马达速度变化的动态响应特性是一 致的 对方向盘操纵，要有路感 在方向盘被操纵时，液压马达的响应要快 要使驾驶员操作简便，可对车辆进行平稳精确的方向控制 工作要稳定，可靠性高根据上述要求，对操纵系统可作如下初步设计，采用方向盘的操纵和液压 先导阀组成操纵系统，通过对方向盘的操纵，控制液压先导阀，实现对变量 泵的排量的控制

9、。 4.2液压系统的设计分析从总体上来说，机械液压双功率流转向液压系统是通过改变液压变量泵 的排量来控制执行元件一一液压定量马达的转向和转速，以实现对履带车辆 的转向控制。机械液压双功率流转向液压系统一般应满足以下要求： 车辆的转向是双向的，因此要求液压泵的变量机构和液压马达具有双 向运转特性 液压马达速度变化的动态响应特性要和液压泵是一致的 为了满足系统较大外界载荷变化的要求，安全溢流阀的调定压力要足 够高，响应速度要足够快 车辆直线行驶时，系统功率损失要小 系统工作要稳定，可靠性高为了满足上述要求，在充分考虑各方面因素的情况下，以及对系统工作状况的要求，对机械液压双功率流转向液压系统可初步

10、设计为：1、方向盘2、液压转向器3、调速阀4、液压伺服机构5、调速阀6、调速阀7、单 向阀8、变量泵9、补油泵10、溢流阀11、单向阀12、单向阀13、减压阀14、调 速阀15、溢流阀16、溢流阀17、减压阀18、调速阀19、单向阀20、开关21、单向 阀22、开关23、溢流阀24、换向阀25、定量泵26、散热器27、滤清器图4- 1机械液压双功率流操纵与液压系统原理图 4.3总体方案的分析由上述原理图可以看出，此液压是一个通过方向盘1实现液压先导排量控制的典型容积调速闭式回路系统。系统采用排量大、转速高、压力大的轴 向柱塞变量泵和轴向柱塞定量马达，能够较好的满足液压泵变量机构和液压 马达的双

11、向运转特性。同时，系统两侧管道的容积相等，安全溢流阀15、16的调定压力相等，从而保证了车辆向左右转向时液压定量马达25速度变化的动态响应的一致。同时，为了保证系统正常稳定的工作，系统中有多重保护措施。有两个 头尾倒置的溢流阀15、16组成的安全阀，当高压区的油压超过系统的最高工 作压力时，安全阀自动开启，油液从高压区流向低压区，反向则不能开启， 从而满足了双向油路的的溢流问题，使整个系统工作平稳，同时保证了液压 元件不受损坏。由于液压马达25在运转过程中存在泄漏时会使回路中油液减 少，导致液压泵产生吸空现象，造成系统压力不足，从而不能正常工作，并 产生噪音。为了避免这种现象，在系统中安装了补

12、油泵 9，另外安装两个单 向阀11、12是为了使补油泵9的出油口接于系统油路低压区，避免高压回油 的危险。在定量液压马达中集中了溢流阀23和换向阀24，换向阀24把液压马达 25输出的热油通过溢流阀23流回油箱，再通过补油泵9和吸油滤清器27补 进冷油，进入下一个工作循环。通过这一循环，使整个闭式回路系统的油液 得到循环冷却和虑清，从而保证系统的正常油温和油液的清洁。补油泵油液经调速阀3，流向一 “开心有反应”式的转向器2，通过方向 盘1的转动，控制油液流向，从而控制变量泵的液压伺服机构4，实现变量。这样，经过各液压元件的配合工作就能达到了设计要求。而且方案结构简单， 布置方便，需要进行特殊维

13、护、保养、调整的部位较少。工作可靠，操纵方 便、省力，大大降低驾驶员的操纵劳动强度，提高驾驶舒适性，能够较好的 满足实际需要。第五章液压元件的设计计算与选取要想使所设计的液压系统满足使用要求，则离不开各液压元件的协调工 作。液压系统中主要的液压元件包括：轴向柱塞定量马达、轴向柱塞变量泵、 液压阀、散热器、油箱、油管、液压转向器等。这些元件的选取直接影响到 系统的工作性能和可靠性。在考虑车辆整体性能要求的前提下，通过计算各 元件的相应参数进行液压元件的选取。 5.1液压马达的参数设计与选取为了方便计算，因设计中的给定参数与东方红 1302R橡胶履带拖拉机的 结构与性能参数相近，故设计中的未知参数

14、可参考东方红 1302R橡胶履带拖 拉机的参数用以计算。 5.1.1液压马达最大转向阻力矩的计算对于转向液压马达的选择，其马达的驱动力矩、排量和转速是选择液压 马达的依据，而转向液压马达的驱动力矩Mz应满足车辆转向时的最大转向阻 力矩。可由下式计算：M =2L （参考文献河南科技大学学报2005年第6z B （1 + a川叩叩叩 i im v c c m y期）（51）其中：Mz表示转向液压马达的驱动力矩车辆驱动轮半径七=0.346m车辆履带中心距 B = 1.435m差速行星排特性参数a =2.391末端传动效率门=0.98转向机构输出效率门=0.95履带车辆驱动段效率门=0.96中央传动效

15、率门=0.97末端传动比i = 6.091液压马达到转向机构传动比i取5.5经实际测量东方红1302R橡胶履带拖拉机的最大转向阻力矩 M h,当此型 号拖拉机在预计最大转向阻力矩工况下进行测量，其中，在水泥路面上的转向阻力矩的测量结果为39.4KN - m,粘性土壤路况下的测量结果为49.4KNm。故可计算得：M =243N m 5.1.2液压马达最大每转排量由转向液压马达的驱动力矩._9.8Mqm _ 1.59 乂 10-6； p期）M可求得液压马达所需的每转排量：（参考文献河南科技大学学报2005年第6（52）其中：M = 243N m根据液压手册选取液压马达的机械效率门=0.959.8 x 243=52.6 叫系统压力p = 3.0 x 107 pa。则可计算得：1.59 x 10-6 x 0.95 x 3.0 x 107 5.1.3液压马达的最大转速为了满足履带车辆较小的转向半径，车辆转向时对液压马达的最大转速 有一定的要求，为了避免履带车辆对转向液压马达转速要求过高，则可按下 式计算马达应达到的最高转速n :yn = l0000m