橡胶履带牵引车辆改进设计

车辆与动力工程学院毕业设计说明书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液压马达的转速和转向，其中，液压泵和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：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转向时平均车速不降低转向时动力不中断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。可以实现原地转向，提高履带车辆的机动性。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车辆与动力工程学院毕业设计说明书2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 ，转速 转，轨距 ，kwNE106230enmB1435轴距 v ，结构重量 ，使用重量 地隙mL162g3kgma7，速度范围 为 330 。e80vhm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。第三章 液压系统负载分析车辆与动力工程学院毕业设计说明书3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 31 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，转向半径为零。同时可分析得两侧驱动轮转速为：车辆与动力工程学院毕业设计说明书4（31）myfzLinn)1(0（31）myfzRinn)1(0式中: 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发动机转速0n液压马达转速y中央传动比zi液压马达到行星排传动比y变速箱速比fi最终传动比m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 mNMz中间位置 0 0最大位置 yczvmkz iBMr1)1(2243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车辆与动力工程学院毕业设计说明书54.1 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。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设计为：车辆与动力工程学院毕业设计说明书61、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 41 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，在系统中安装了补油泵 9，另外安装两个单向阀 11、12 是为了使补油泵车辆与动力工程学院毕业设计说明书79 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车辆与动力工程学院毕业设计说明书8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 应满足车辆转向时的最大转向阻力矩。zM可由下式计算：= （参考文献河南科技大学学报2005 年第 6 期）zMymcvkiBr1)1(2（51）其中： 表示转向液压马达的驱动力矩z车辆驱动轮半径 0.346mkr车辆履带中心距 B1.435m差速行星排特性参数 =2.391末端传动效率 98.0m转向机构输出效率 5c履带车辆驱动段效率 6.v中央传动效率 97.0z末端传动比 16mi液压马达到转向机构传动比 取 5.5yi经实际测量东方红 1302R 橡胶履带拖拉机的最大转向阻力矩 ，当此型号拖M车辆与动力工程学院毕业设计说明书9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 39.4KNm,粘性土壤路况下的测量结果为 49.4KN。故可计算得：243NmzM5.1.2 液压马达最大每转排量由转向液压马达的驱动力矩 可求得液压马达所需的每转排量：z（参考文献河南科技大学学报2005 年第 6 期）myzmpq61059.8（52）其中： 243NmzM根据液压手册选取液压马达的机械效率 95.0y系统压力 。则可计算得：papm710.3 rmlq6.210.3955.248.765.1.3 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 ：yn （参考文献河南科技大学学报2005 年第 6 期） （53）ynmvqQ10系统最大流量 根据系统要求可选取： min130LQ液压马达的容积效率： 则可求得：95.0vmin23486.1rny由上面计算出的液压系统的参数要求，其液压定量马达可选用萨澳丹佛斯90 系列定量马达，其标称外形尺寸为：0555.2 液压变量泵的参数计算车辆与动力工程学院毕业设计说明书10因变量液压泵的排量 是选择液压泵的主要依据，由下式：pq(54)vpmypn其中：液压泵的容积效率 95.0vp液压马达的容积效率 m另外，液压泵的额定转速是由发动机的转速及其与液压泵的传动比决定的，故可取 n= 则可计算得in250rrmlqp 4.9.56348综合考虑车辆的成本、空间布局、性能参数等各方面的因素，以及液压泵和液压马达的成本、性能等因素。最后选用萨澳丹佛斯 90 系列轴向轴塞变量液压泵和定量液压马达。参考此系列液压泵及液压马达的参数，最后选用型号分别为 055、055 的液压变量泵和定量马达。5.3 液压系统补油流量的计算因应用于闭式回路设备上的所有 90 系列液压泵产品均需要补油，以补充系统内泄漏，维持主回路的正压力，提供冷却油液，补充由外部液压阀或辅助系统所造成的任何泄漏损失，并且为控制系统提供压力油。同时，为了防止传动装