轮式挖掘机底盘简介

,轮式挖掘机底盘简介,汇报人：潘为健,2013年4月,概 述,1.1整机图片,1.3整机后侧图片,1.2整机前侧图片,1.4整机侧面图片,2.1行走时 xingzoumoshi,2.2挖掘时 wajuemoshi,动力如何由发动机传递给轮胎？,如何转向？,车速如何控制？,如何刹车？,高低速如何实现？,如何倒车？,履带式如何实现上述功能？,汽车如何实现上述功能？,一、传动系统,目 录,三、制动系统,二、行驶系统,四、转向系统,一、传动系统,一、传动系统,1.1 履带式挖掘机传动简图,装载机与挖掘机同属土方机械,它又是轮式的,它是如何传动的?,一、传动系统,1.2 装载机传动简图,轮式挖掘机底盘也要有类似装载机的桥箱，但是它还要回转挖掘。发动机在上架，同时要回转，动力如何传到底盘?,一、传动系统,1.3 轮式挖掘机传动简图,一、传动系统,1.4 确定传动件思路,从行走上来讲,履带式与轮式输出指标有什么不同?,1.行走速度: 2.牵引力(爬坡能力): GB/T9139 规定轮挖爬坡能力不小于35%(20度) ,履带挖不小于50%(27度),1.5 确定组成元件参数,一、传动系统,1.6 组成元件连接三维简图,一、传动系统,1.7 各组成元件结构,1.7.1 行走马达(变量),一、传动系统,一、传动系统,工程机械上常见变速箱分为人力换档变速箱、动力换档变速箱（定轴式、行星式）,1.7.1 变速箱,动力换档变速箱的优点： 人力换档变速箱进行换档时，必须分离主离合器，所以换档过程中机器是靠惯 性向前运行的。低速重载的机器在这一过程中速度会降低很多，甚至停止前进。 工程机械采用了人力换档变速箱后，有时会出现挂低档发动机功率未充分发挥， 而挂高档机器又难以起步的情况。无论采用哪一种换档方式，人力变速箱都有时 候会挂不上档。 动力换档变速箱是采用离合器将变速箱中的换档齿轮和其轴结合（定轴式）， 或采用制动器将各行星排的齿圈制动实现换档（行星式）。,定轴式:换 档离合器接 合,则齿轮 与轴一起旋 转;换档离 合器分离, 则齿轮在轴 上空转。,行星式:行星轮与 行星架固定，动力 输出。制动器制动 齿圈时，输出1档； 制动器不制动齿圈 时，输出2档。,一、传动系统,ZF变速箱内部结构,一、传动系统,ZF变速箱换档原理,一、传动系统,停车时:在弹簧力的作用下，离合器使齿圈与太阳轮连成一体，制 动器使齿圈固定不动。这样外力通过行星架输入时，由于太阳轮、齿 圈是一体，制动器制动齿圈的同时制动太阳轮，也就使行星轮固定不 动，从而使整机不运动。 低速档时：在输入油压的作用下，离合器脱开，齿圈与太阳轮脱开 ，此时制动器保持制动齿圈状态。动力由太阳轮输入，太阳轮带动行 星轮、行星架，再经齿轮输出到驱动桥。 高速档时：在输入油压的作用下，制动器脱开,离合器接合,太阳 轮、齿圈此时连为一体。动力由太阳轮输入,行星轮围饶太阳轮公转 的同时,还在齿圈的带动下自转,从而在太阳轮输入转速相同的情况下 ,行星轮的输出转速要比低速档时快。,一、传动系统,1.空档如何实现？既然变速箱进油口都不通油时，实现驻车制动 ；进油口分别通油时，实现高低速；那么进油口同时 通油时，是否可以实现空档？ 2.车辆损坏无法启动时，如何实现牵引？,一、传动系统,1.7.2 驱动桥,驱动桥一般由主传动器、差速器、半轴、驱动桥桥壳等组成。有些车辆还 有轮边减速器。 主传动锥齿轮：降低转速，增大转矩，改变动力传递方向； 差速器：解决左右车轮的差速问题； 差速器+半轴：将动力分传给驱动轮； 轮边减速器：进一步降低转速，增大转矩； 桥壳：承重和传力。,一、传动系统,这是什么结构?起什么作用?,驱动桥两侧的驱动轮若用一根整 轴刚性连接,则两轮只能以相同 的角速度旋转。这样,当车辆转 向行驶时,由于外侧车轮要比内侧 车轮移过的距离大,将使外侧车轮 在滚动的同时产生滑拖。,车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、 增加功率和燃油消耗，还会使汽 车转向困难、制动性能变差。,动力由件17传入，件32、31、26、23、22为一体，22带动24转动，动力输出。,一、传动系统,差速器原理,车辆直线行驶时：动力由传动轴 传入，带动差速器壳体转动。此 时，行星齿随同差速器壳体一起 公转，带动半轴齿转动，半轴齿 带动半轴转动，实现车轮转动。,车辆向左转弯时：左侧驱动轮相对 产生更大的阻力。假设左侧半轴齿 轮由于此阻力不能转动，此时传动 轴动力输入不变，行星齿依然随同 差速器壳一起公转。但此种状态下 行星齿公转的同时自转，带动右侧 半轴齿轮加速转动。,一、传动系统,差速器在转弯时，行星齿的运动符合“最小能耗原理”（把一颗黄豆放入一个碗中，它最终状态一定是在碗底，因为在碗底比在碗壁上消耗的能量少）。那么如果出现某一侧车轮陷入泥坑或被架空，那么此侧车轮的阻力相对于另一侧会很小，此时行星轮会带动此侧车轮以2倍的差速器壳速度转动。必然造成另一侧车轮完全不转动。即出现“打滑”。此种问题如何设置机构解决？,二、行驶系统,二、行驶系统,（1）支承整机的总重量； （2）通过驱动轮与地面之间的附着作用，产生驱动力，以保证机器正常行驶； （3）传递并承受路面作用于车轮上的各种反力及其所形成的力矩； （4）尽可能的缓和不平路面对机身造成的冲击和振动。,2.1 行驶系统要求,2.2 行驶系统表现-通过性,（1）最小离地间隙； （2）接近角、离去角； （3）纵向通过半径、横向通过半径； （4）最大涉水深度。,2.3 行驶系统组成,车架、车桥、车轮、悬挂等。,二、行驶系统,2.4 各组成元件结构,2.4.1 车架,行走式工程机械的车架，可以分为整体式和铰接式两种基本类型。,2.4.2 悬挂,工程机械的悬挂大致可以分为刚性悬挂和弹性悬挂两类。,一、刚性悬挂,应用工况：负荷变化大，对工作时的稳定性要求较高的工况,1、简单刚性悬挂,2、摆动桥,将一个车桥与车架铰接起来，使他们之间相互摆动，这样可以保证四 个车轮始终良好着地。 摆动桥可以是前桥，也可以是后桥。一般来说，为提高机器稳定性， 应该把摆动对工作装置影响较小的那个桥作为摆动桥。 通常，应该将摆动桥的摆动范围限制在（8度-10度）左右。,二、行驶系统,3、液压悬挂,用于轮胎较多的工程机械或机架高度需要经常调整的机械。,二、弹性悬挂,应用工况:高速行驶的机械(一般时速大于40) 。,弹性悬挂一般由弹性元件、导向装置、减振装置组成。 弹性元件：传递垂直载荷和缓和车轮的冲击； 导向装置：决定车轮相对于车架的运动特征，传递牵引力、制动力、侧 向力以及由它们形成的力矩； 减振装置：迅速衰减由于地面不平所引起的车架和车桥之间的振动。,2.4.3 转向桥,2.4.4 车轮、轮胎,二、行驶系统,2.5 行走装置的结构形式,2.5.1 无支腿，全轮驱动，转台布置在两轴的中间，两轴轮距相同,优点：省去了支腿，结构简单，便于在狭窄工地上工作，机动性好。 缺点：挖掘机行走时转向桥负载大，转向操作费力或需要设置液压助力装置。,2.5.2 双支腿，全轮驱动,转台偏于固定轴(后桥)一边,特点：1.减轻了转向桥的负载,使转向操作较轻便; 2.支腿装在固定轴一边,保证了挖掘机作业时的稳定性。,2.5.3 四支腿，单轴驱动,转台远离中心,优点：1.驱动轮的轮距较宽，而转向轮的轮距较小，转向时绕垂直轴转动; 2.由于车轮形成三支点布置，受力较好，无须悬挂摆动装置，行走 时转向半径小，作业时四支腿支撑，稳定性好。 缺点：在松软的地面上行驶会形成三道轮辙，行驶阻力增大，而且三支点 底盘的横向稳定性差。,二、行驶系统,2.5.4 四支腿，全轮驱动，转台接近固定轴（后桥）一边,特点：前轴摆动，由于重心偏后，因而转向时阻力小，易操作，并且通过采 用大型轮胎和低压轮胎，因而对地面要求较低。,前摆动桥+液 压悬挂(摆动 范围7度),后桥刚性 连接,前支腿+后推土 铲+转台接近后 桥一边,挖掘作业时,是否 允许前桥摆动?,如此布置,轴荷 如何分布?前转 向桥满足轻松转 向,负荷分配率 多少合适?,三、制动系统,三、制动系统,3.1 制动系统要求,（1）车辆行驶过程中,遇到障碍物、弯道、紧急情况时，车辆能够降速甚至停车（行车制动）； （2）车辆停止尤其是停在坡道上时，车辆应该能够可靠的驻留原地不动，不致溜车（驻车制动）。,动力-终传动 制动实质上就是切断这两者的联系就可以了?,3.2 履带式挖掘机制动系统原理,车辆停止时:此制动 弹簧制动马达,使车 辆保持原地不动,达 到驻车制动,行车制动=切断动力路线+制动车辆惯性?,三、制动系统,车辆行驶时: 正常行驶:假设B口进油，油液推动阀芯 如左图。此时油液打开驻车制动弹簧,解除 对马达的制动;同时驱动马达旋转,从A口回 油，达到正常行驶状态。 下坡行驶：车辆下坡行驶时，马达超速 旋转，此时B口由泵来的油液会不及时，B 口压力下降，主阀芯下移，阀口开度变小， 使A口压力上升。这样就会产生一个阻止 马达旋转的力，防止马达超速。,车辆制动时: 切断动力路线：控制阀停止动作,马 达A、B口无压力，此时B口无油液推动 马达继续旋转； 制动车辆惯性：车辆由于惯性还回继 续往前走，这时马达由减速带动，把机 械能转化为液压能，起到泵的作用。此 时，油液在马达的吸力下，会从B口往A 口流动。但是由于主阀芯关闭，A口的压 力会逐渐升高。这样就在高压区产生一 个阻止马达惯性旋转的力，使马达最终 停止转动； 驻车制动生效：制动油液缓慢通过 阻尼孔，制动弹簧复位，实现驻车。,三、制动系统,3.3 汽车制动系统原理,在履带底盘结构中，马达相当于动力源，液压制动只是制动了动力源，如果终传动也制动，效果会如何?,发动机,离合器,变速箱,驱动桥,轮胎,动力源,终传动,脚刹,如何制动?,制动,制动,三、制动系统,鼓式制动器,结构:不制动时,制 动底板带动轮胎旋 转,其余件不动。 制动蹄、摩擦片一 体。,司机踩下脚踏板,通过油液(气体)推动制动油缸(凸轮),制动蹄、摩擦片制动底板,底板带动轮胎停止旋转,此种方式制动必然会有大量热量产生,且由于制动器封闭,热量无法及时散出。有没有结构能及时将制动热散出?,三、制动系统,盘式制动器,司机踩下脚踏板,活塞向左运动,活动制动块左移,活动制动块与制动盘压紧,油压进一步升高，制动盘不动,制动盘推动制动钳体右移,固定制动块与制动盘压紧,制动结束后,制动钳如何回位?,三、制动系统,发动机制动,发动机,离合器,变速箱,驱动桥,轮胎,司机松开油门后，发动机转速迅速由2200rpm降到900rpm,但是这时车辆的速度不会立即降 。此时，由于惯性，动力会经驱动桥、变速箱反传到发动机，欲使发动机还是按照2200rpm的速 度旋转,但是发动机飞轮的动量足够大,使得发动机不会在反力的作用下加速旋转,反而会由于相 互作用力的原因,给驱动桥施加一个反作用力,使车辆制动。(发动机反拖),3.4 轮挖制动系统原理,发动机,主泵,主阀,行走马达,变速箱,驱动桥,轮胎,动力源,终传动,脚刹,制动(参照汽车),制动,参照履带挖,三、制动系统,行走马达制动,车辆制动时: 切断动力路线：主阀停止动作,马 达A、B口无压力，此时B口无油液推动 马达继续旋转； 制动车辆惯性：车辆由于惯性还回继 续往前走，这时马达由减速带动，把机 械能转化为液压能，起到泵的作用。此 时，油液在马达的吸力下，会从B口往A 口流动。但是由于主阀芯关闭，A口的压 力会逐渐升高。这样就在高压区产生一 个阻止马达惯性旋转的力，使马达最终 停止转动.,原理同履带式马达,驱动桥制动,靠什么机构控制?和履带一样设置脚阀?,除了汽车上用的鼓式和盘式制动,有没有其他的制动终传动的结构?,三、制动系统,湿式多盘制动原理,制动时:,刹车弹簧,刹车油缸,相对板,摩擦片,缸体,驱动轴,马达壳体,三、制动系统,旋转时:,缸体,驱动轴,摩擦片,相对板与摩擦片分离,行走马达的制动是无油压时制动生效,有无结构可以在无油压时制动失效,有油压时制动生效?,主减速器,差速器,半轴,太阳轮,行星轮,轮毂,摩擦片,有油压,无油压,制动,不制动,结合,分离,三、制动系统,3.5 制动距离计算,对于轮胎式挖掘机制动距离应符合GB/T 21152-2007土方机械 轮胎式机器 制动 系统的性能要求和试验方法。,试验条件：,应以80%机器最大水平速度或32km/h进行制动性能试验。,制动距离（试验机器不带有效载荷）：,V*V/150+0.2*（V+5）,将V=32km/h带入公式，制动距离为14.23m。,a=2.78m/s2,行车制动,EC 71/320要求a1.5,三、制动系统,驻车制动,试验要求：,GB/T 21152-2007规定:停车制动系统在切断动力时,机器在坡度为20%的情况下保 持停车不动。,驻车制动制动 变速箱输入轴,EC 71/320要求H18%,如果液压泵发生故障或发动机突然熄火,如何紧急制动?,三、制动系统, 紧急制动,无动力源时,可以仿效履带式挖掘机,采用蓄能器作为紧急动力源。 初步选定蓄能器初始压力为150bar,容积1L。,国家标准要求：,车辆以每分钟4次的速率制动12次后,制动供给的压力不能低于第一次操作压力 的70%。