（机械设计及理论专业论文）pd220y推土机变速电液控制操纵系统的研究与开发.pdf

摘要 摘要 推土机是土石方工程的一种重要机械。随着推土机可靠性的不断提高，市 场需求量不断增加，用户对推土机的性能也提出了更高的要求。提高推土机的 操纵性能，将成为推士机的+ 个重要的发展趋势。 传统推土机的变速操纵系统多采用连杆式结构，它存在操纵力大安装、 布置、维修不便等缺点。 本课题利用p d 2 2 0 y 推土机的相关技术，并在p d 2 2 0 y 推土机的基础上开 发出一种新型的变速电液控制操纵系统，它具有操作轻便灵活，安装、维修简 易等优点。它的成功开发将使推土机的半自动、自动控制操纵成为可能。它还 将会大大提高产品的档次和国际竞争力。 关键词：推土机，电液控制，变速器，变速阀 a b s t r a c t a b s t r a c t b u l l d o z e ri sa ni m p o r t a n tm a c h i n ef o re a r t h w o r ka n ds t o n e w o r ke n g i n e e r i n g w i t ht h e r e l i a b i l i t yo fb u l l d o z e ri m p r o v i n ga n dt h er e q u i r e m e n to fm a r k e ti n c r e a s i n g ，t h e c o n s u m e r sb r i n gf o r w a r d sm o r ea n dm o r et h er e q u e s to fb u l l d o z e r sp e r f o r m a n c e t o i m p r o v et h ec o n t r o lp e r f o r m a n c eo f b u l l d o z e ri st ob ea ni m p o r t a n td i r e c t i o n t h et r a n s m i s s i o nc o n t r o ls y s t e mo ft r a d i t i o n a lb u l l d o z e ri s p o l e 1 i n k e d i th a s s o m es h o r t c o m i n g f o re x a m p l e ，t h ep o w e ro fc o n t r o li sh i g h ，a n di ti sn o te a s yt of i x a n dm a i n t a i n t h et a s ku s e ss o m eo ft h et e c h n o l o g yo fp d 2 2 0 yb u l l d o z e r a n do nt h eb a s eo f p d 2 2 0 yb u l l d o z e r , t h et a s kb r i n g sf o r w a r dan e wt r a n s m i s s i o n e l e c t r i c i t y - l i q u i d c o n t r o ls y s t e m i t sc o n t r o lp o w e ri sl o w e r ，a n di ti se a s yt of i xa n dm a i n t a i n a n di ti s i m p o s s i b l et od e s i g nh a l f - a u t o m a t i ca n da u t o m a t i cb u l l d o z e r i ta l s oi m p r o v e st h e q u a l i t ya n dc o m p e t i t i o no f b u l l d o z e r k e yw o r d s ：b u l l d o z e r , e l e c t r i c i t y - l i q u i dc o n t r o ls y s t e m ，t r a n s m i s s i o n ，t r a n s m i s s i o n c o n t r o lv a l v e 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：翮 年写月名目 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 锄 i 年月日 莎“ 笔彳月2 6 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 彦彳年j 7 月力_ 6 日 第1 搴绪论 第1 章绪论 1 1 概述 推土机是工程机械的一个主要机种。它主要用于完成城市建筑、公路铁路旋 工、水利水电建设、露天采矿和崮防施工等工程中的推移积土、丌渠、填士、平 整场地等作业任务。人中型履带推土机还可配置不同的工作装置来完成彳i 同的作 业任务。比如，配置推耙铲可以实现一铲多能：配备松卜器可松土、破土作业， 根据不同的土壤性质，还可选配单齿或多齿进行作、眦根据彳i 同的工作条件，选 配合适的工作装置，也能起到提高t 作效率的作用。比如：土壤类工作介质可选 择直倾铲，砾石类二 ：作介质可选择角铲，而煤矿多选择u 形或半u 形铲。 推土机按其底盘形式，分为轮式和履带式两种。履带式推土机由于具有较好 的附着性能，能发挥较大的牵引力，因此在困内外，其产品的品种和数量都远远 超过轮胎式推土机，但轮式推土机也有机动性能好，转场速度快的优点。按其使 用环境场合不同( 推土机接地比压不同) ，可分为普通型与湿地型两种。按其传 动系统结构形式不同，可分为机械式、液力机械式和液压式三种。 1 2 推土机的组成 推土机主要由车架、传动系统、行走系统、操纵系统、工作系统、防护辅 助系统六大部份组成。为便于安排组织生产在实际设计丌发中，通常将推土机 分成若干部件，见表1 - 1 。 1 3 推土机的发展现状 1 3 1 推土机国外的发展现状” 近年来，随着建筑施工和资源开发规模的扩大，对工程机械需求量迅速增加， 因而对其可靠性、维修性、安全性和燃油经济性也提出了更高的要求。随着微电 子技术向j f ：程机械的渗透，现代推土机日益向智能化和机电一体化方向发展。自 2 0 世纪9 0 年代以来，国外t 程机械进入了个新的发展时期，在广泛应用新技 术的同时，不断涌现出新结构和新产品。目前，国外的推土机发展现状如下： 第1 章绪论 表1 1 推土机部件代码表 序号 部件代码部件名称所属系统序号部件代码部件名称所属系统 12 l 车架总成 车架 1 9v 3 0 5 液胝操纵箱 25 0 f 衡粱装置2 0c 6 7 5推l 升降油缸( 右) 31 3 液乐变距器总成 2 l c 6 7 6推f ：升降油缸( 左) 41 5 变速箱总成 2 2c 6 7 9 倾斜油缸工作系统 52 0 万向节总成 2 3c 6 7 a 松j ：油缸总成( 左) 62 2 转向离台器 传动系统 2 4c 6 7 b松土油缸总成( 右) 72 7 终传动总成 2 50 0 发动机附件 83 3 转向制动总成 2 60 3 散热器总成 93 8 分动箱2 70 4 燃油箱 1 0 4 9 底盘管路2 8 0 6 电气 l l 3 0台车 行走系统 2 95 4 护板总成 1 23 2 履带总成3 05 7 i j 机座 l3 4 0 转向阀总成 操纵系统 3 19 0 0 油漆标牌 防护辅助 1 4 4 3操纵总成3 29 7 8 驾驶室保护骨架 系统 1 56 0 管路总成 3 3 9 7 9驾驶室 1 66 l 油缸支座及操纵 1 = 作系统 3 45 5 发动机左右侧罩 1 7 7 l 推刀装置总成 3 59 7 9 2 空调系统 1 87 8 三齿松土器总成 1 ) 系列化、特大型化 系列化是推士机发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化进 程，形成了从微型到特大型不同规格的产品。与此同时，产品更新换代的周期明 显缩短。所谓特大型推土机，是指其装备的发动机额定功率超过7 4 6 k w ( 10 0 0 h p ) 。 它们主要用于大型露天矿山或大型水电工程工地。产品特点是科技含量高，研制 与生产周期较长，投资大，市场容量有限，市场竞争主要集中在少数几家公司， 如小松和卡特等。 2 ) 多用途、超小型化、微型化 为了全方位地满足不同用户的需求，国外推上机在朝着系列化、特大型化方 向发展的同时，已进入多用途、超小型化、微型化发展阶段。推动这一发展的因 素首先源于液压技术的发展通过对液压系统的合理设计，使得 作装置能够 完成多种作业功能；其次，快速_ 口j 更换连接装置的诞生安装在工作装置上的 液压快速可更换连接器，能在作业现场完成各种附属作业装置的快速装卸及液压 软管的自动连接，使得更换附属作、l k 装置的工作在司机室通过操纵手栖即可快速 完成。方面，工作机械通用性的提高，可使用户在不增加投资的前提下充分发 第1 章绪论 挥设备本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，为了尽可能地用机器作业替 代人力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、 舱位、农舍、建筑物层内和地下工程作业环境的使用要求，小型推土机有了用武 之地，并得到了较快的发展。 3 ) 微电子技术、信息技术的普及和应用 目前，卡特彼勒公司、模块采矿系统公司、l e i c g t 和t r i m b l e 导航设备有限 公司均町独立提供基于g p s 的推土机定位系统，大大提高推土机的作业生产率。 卡特彼勒的d o z s i m i 5 是一种极易使用的计算机程序，可计算推土机的作业生产 率。该软件包与w i n d o w s 兼容，采用3 d 模拟技术分析推土距离、坡度、工厂设 计参数，并可输出总土方量( 压实或松散) 、每趟移走的土方量、每小时移走的土 方量、每趟总耗时、每趟总成本、总系统生产率等大量信息。计算机精度高于 c a d 系统。l e i c a 采用g p s 技术的d o z e r 2 0 0 0 导航系统，在无需勘察标桩的情况 下，允许司机精确地控制推土机的推土板和机器的位置，实现虚拟推土作业。模 块采矿系统公司的推土机定位系统有助于司机完成诸如坡度与推土任务。驾驶室 内安装有图像控制台，向司机显示机器在作业区内的位置，并实时显示关键作业 参数，如推土板角度或被移动的土方体积。t r i m b l e 的产品是s it e v i s i o n g p s ， 可实现坡度的精确控制，驾驶室内可视化显示系统指导司机精确作业，精度可达 c m 级。 4 ) 节能、环保与人机工程 为提高产品的节能效果和满足曰益苛刻的环保要求，国外工程机械公司主要 从降低发动机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。目前，卡特彼 勒公司生产功率为1 5 1 5 0 k w 的柴油发动机。其中6 缸、7 2 l 、自重5 8 8 k g 、功 率为1 3 1 2 0 5 k w 的3 1 2 6 b 型环保指标最好，满足e p a t i e r l l 和e u s t a g e i i 排放 标准。卡特彼勒3 5 1 6 b 型发动机装有电子喷射装置及a d e m 模块，可提高2 2 的 喷射压力，便于燃油完全、高效燃烧，燃烧效率i l 丁提高5 ，n o x 下降4 0 ， 扭矩增加3 5 。个别厂家生产的工程机械产品，机外噪声已降至7 2 d b ( a ) 。绿色 环保型工程机械理念已经显露。人机工程学、无污染绿色施工等成为人们的共识。 近几年来国外推土机的设计和制造进一步体现了以人为本的理念，要为司机提供 一个更加舒适的环境，以达到他们称之为全自动化型的境地。根据人体j 二程学 第l 幸绪论 设计了座椅、操纵台、环保型的低噪声发动机，赏- t 3 悦目的流线型驾驶室。大中 型装载机驾驶室普遍采用翻车保护机构( r o p s ) 和落物撞击保护机构( f o p s ) ，室 内安装空调装置；采用防尘、减振和隔音材料；按人机工程学设计的司机座椅可 全方位调节，有的己达轿车座椅的舒适程度，座椅右侧还设计有摆放饭盒、水瓶 及其它物品的地方，司机台上安装a m f m 立体声盒式磁带收录机，为司机安全 作业提供音频和视频信号。有的还安装网络电话等，极大地提高了作业的舒适性。 5 ) 计算机管理及故障诊断、远程监控系统及整机智能化 以微电子、i n t e r n e t 为重要标志的信息时代，不断研制出集液压、微电子 及信息技术于一体的智能系统，并广泛应用于工程机械的产品设计之中，进一步 提高了产品的性能及高科技含量。工程机械集成化和操作与智能控制技术主要包 括：电液控制自动换挡变速器技术、机电一体化控制技术、负荷传感全功率控制 技术和可编程控制与遥控及无人操作技术等。动力换挡变速器技术包括液压式和 电液式，负载传感全功率控制是一个具有压差的反馈伺服控制系统，对t q l 6 0 a 型全液压履带式推土机采用了先导液压控制系统，小松、卡特彼勒和神钢采取了 根据不同作业模式选择不同油门开度和泵排量的分工况控制，还有的采用负荷传 感技术进行控制，如d a n f o s s 公司的p v g l 2 0 负荷传感型比例控制阀已经成功应 用于某推土机的设计，提高了控制精度。此外，比例控制技术和伺服控制技术也 在高精度工程机械控制中得到了广泛应用。在控制策略方面，有的学者对工作 装置的前馈控制的理论和必要性进行了研究。神经网络和模糊控制由于其对解决 复杂系统和不确定系统的独特优势，被引入工程机械的工作装置控制中。 6 ) 优秀的设计 优秀的设计是延长机械使用寿命的首要环节。r 本提出“设计立业”，遂使 日本产品经久耐用，行销全球。几本新卡特彼勒一三菱公司运用负荷分析方法， 准确地进行了推土机等在施工现场的受力部件的应力分析，提出了延长机件寿命 的设计( 长寿设计) ，即降低面压( 机件表面的接触应力) ，如用螺旋齿代替渐开线 齿轮，使重迭系数增人；分散负荷，如采用三角形履带行走系代替常见的履带行 走系，将驱动轮从常舰的触地式移至三角形顶部，与地面脱离接触，使驱动轮承 受的冲击负荷、作业负荷大幅度减小；为减少热量，采用湿式离合器、湿式制动 器等，以减少摩擦热。设计时努力改善机械的维修性是延长寿命的有力措施。此 4 第1 章绪论 外曲面造型技术在工程机械产品设计q j 也得到了广泛应用。 目前，国外比较著名的推上机生产商有美困的卡特彼勒( c a t a p i l l a ) 和r 本的小松( k o m a t s u ) 。卡特彼勒以其产品的可靠性著称伞球，而小松在确保其 产品的质量的前提下，更注重推土机的外观新颖，操纵舒适，设计史具人性化。 美国的卡特彼勒公司：1 9 7 7 年末该公司推出5 2 2 k w 的d i o 型推土机后稻继 又推出5 7 4 k w 的d 11 n 型推推机，使该公司在当时国际：程机械行业居主导地位。 为了减轻来自地面冲击和振动载荷对履带行走机构所产生的不良影响，又开发了 新型非等腰三角形履带布嚣的高架驱动链轮式履带推土机，抬高驱动轮，采用弹 性悬挂式行走装置取代传统的“暇轮带”的布置形式。其主要特点是冲击减小， 驱动轮冈泥沙而磨损减小，承载能力高，有较高的稳定性和机动灵活性，检修迅 速方便。最近，该公司又推出了r 系列推土机，提高发动机功率，设有标准的降 低废气排放装置，采用液动电子喷油装置( i e u i ) 、先进的标准模块式冷却系统 ( a m o c s ) 、可控转速风扇和新型电子离合器、制动转向系统( e c b ) 等先进技术， 提高了性能，节省了燃油消耗，降低作业成本。 日本小松公司：1 9 7 5 年推出4 5 6 k w 的d 4 5 5 a 型推土机：1 9 8 1 年在美国世界工程 机械博览会上展出7 5 5 k w 的d 5 5 5 a 型推土机；1 9 8 6 年推出5 5 2 k w 的d 4 7 5 a l 型推土 机，后又推出5 7 4 k w 的d 4 7 5 a 一2 型推土机。后者采用半刚性履带行走装置，装有 大容量推土铲和大型松土器，同时装有电子监测系统，从而减少履带打滑，增大 牵引力，提高生产能力，增加了可靠性。最近，小松美国公司推出超大型d 5 7 5 a 一3 推土机“，发动机净功率8 5 8 k w ( 1 1 5 0 h p ) ，发动机转速1 8 0 0 r m i n ，机重1 5 2 6 z ， 推土铲容量6 9 m 3 ，生产能力、生产效率高。该机大量采用电控系统。它采用电控 调整阀e c m v ( e l e c t r o n i cc o n t r o l l e dm o d u l a t i o nv a l v e ) 控制变速器。变速控 制器依据行驶状况，如齿轮速度、旋转、滑移型式自动调整每只离合器的接合。 它使离合器接合平滑，提高了变速器的可靠性，延长元件的寿命和提高了操作的 舒适性。d 5 7 5 a3 推土机行驶控制系统如图卜1 。 第1 章绪论 图卜l 行驶控制系统图 目前，国外应用电液控制行驶操纵系统的推土机机型有： 小松：d 6 5 e x 1 5 ( 1 9 0 h p 2 0 t ) ，d 9 5 e x p x 一1 5 ( 2 4 0 h p 2 8 t ) ，d 4 7 5 a 5 ( 8 6 0 h w l 0 8 t ) ，d 5 7 5 a 一3 ( 1 1 5 0 h p 1 5 2 6 t ) 卡特：d 1 1 r ( 8 5 0 h p 1 1 2 7 t ) 1 3 2 推土机国内的发展现状呻蚰1 我国推土机行业现有主要生产企业1 4 家，分别是宣工、山推、彭浦、黄工、 一拖、天津建筑机械厂、徐州装载机厂、内蒙古一机工程机械厂、三一重工、郑 工、鞍一：i = = 、青海工程机械厂、柳工和沈阳桥梁厂，其中绝大多数属于国有大型 股份制企业，唯三重工为民营企业。2 0 0 1 年推土机行业产销量累计约34 2 8 台，较2 0 0 0 年的29 4 1 台增加了1 6 6 ，基本上与工程机械大行业保持同步增长， 其巾居前4 位分别是宣工、山推、彭浦和黄工，产销量约占推土机行业的8 0 。 虽然，我国的推土机制造企业已具批量生产的能力，f h 是，由于推土机特殊的用 户群，不同的用j 、对配置有不同的要求，这就注定它不可能形成大批量生产的舰 模。再者，我国的推土机年需求量已逐步维持f5 0 0 0 6 0 0 0 台左右，国内的推 土机制造企业为抢占市场，纷纷展开价格大战，企业几乎没有利润可言。市场份 额也越来越集中到少数几家企业的手中。于是，企业为了生存纷纷开拓国外市场， 这对产品的质量、可靠性提出了更高的要求。而我国目前推土机制造企业用于组 6 第1 章绪沦 织生产的技术资料大多还是上【! i | = 纪8 0 9 0 年代的小松、卡特的技术资料，技术 比较陈旧。虽然，各企业电加大了研发的力度，取得了一系列的成果，但与世界 先进水平相比还有较人差距，广：品技术含量普通较低，可靠性较差。主要表现在： 1 ) 机电一体化技术应用很少； 2 ) 产品的标准化、系列化和通用化水平较差； 3 ) 配套件可靠性较差： 4 ) 操作方便性及舒适化程度较差； 为提高推土机的质量和档次，国内的推土机制造企、j k 纷纷加大技术研发的力 度，加快新产品丌发的速度，新产品开发也更加接近市场。比如：国内企业新丌 发了高原型推土机、电厂型推土机、沙漠型推土机、超湿地型推土机等等。目前， 国内技术含量最高、最先进的履带式推土机是上海彭浦机器厂有限公司开发的 p d l 8 5 y 履带式推土机和天津建筑机械厂开发的t y d 2 0 0 静液压动力转向履带式 推土机，整机采用模块化发计，机械液力传动，动力转向，集机、电、液技术 一体化，性能指标达国际先进水平。但是，由于其造价高，市场认可还需要很长 的一段时问。 2 0 0 4 年，上海彭浦机器厂在引进小松技术的基础上，吸收卡特的技术，自 主开发国产化程度达9 5 的上海p d 4 1 0 y - 1 型履带式推土机。它是我国目前自行 丌发的最大功率推土机之一。它配置了重庆康明斯发动机有限公司生产的 k t a l 9 一c 5 2 5 型发动机，飞轮输出净功率3 0 6 k w ，额定转速2 0 0 0 r m i n 。行走系 统采用新型弹性减震结构，台车、支重轮采用弹性悬挂，延长了零件的使用寿命： 工作系统采用p p c 先导液压操纵系统，操纵更加轻便、舒适。另外，采用人性 化设计，配置了集中润滑、集中测压、自动加油装置，新型的三级报警装置，新 型的冷暖空调暖风系统，新型防翻车保护装胃( r o p s ) 及视野开阔的六面体驾 驶室。 2 0 0 5 年1 0 月1 9 日开幕的第八届北京国际工程机械展览及技术交流会上， 山东推土机总成厂也推出了国内最大功率的履带式推十机s d 4 2 3 ，发动机飞轮 输出净功率3 1 0 k w ，技术水平与上海彭浦机器厂有限公司的p d 4 1 0 y - 1 型履带式 推上机相似。 目的，传统动力变速箱齿轮采用细高齿、大重迭系数设计1 4 ”，以及热后磨 第1 奄绪论 齿工艺，齿向、齿廓修彤以及修缘技术，从而降低噪声，提高了齿轮的承载能力。 在变速器卜，电子控制技术的应用越来越广泛。以微处理为核心，通过c a n 总 线对变速器进行全而的自动控制，进而向智能化方向发展，即从简单的动作控制， 发展到监测以及故障诊断，甚至采用了g p s 技术，从而使整机的操作性、安全 舒适性、节能及环保、作、i e 质量及效率等都达到最付佳状态。随着工程机械技术 的发展，采用电液控制变速系统的工程机械将越来越多f 4 ”。 1 4 推土机的发展趋势“q 目前，推土机的发展趋势如下：广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算 机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统；采用单一吸声材料、噪声抑制 方法等消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的 尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元 件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机一电一信一体化水平；在控制系 统方面，将广泛采用电子临控和自动报警系统、自动换挡变速装置；用于物料精 确挖( 铲) 、装、载、运作业的工程机械将安装g p s 定位与重量自动称量装置； 丌发特种用途的“机器人式”工程机械等；转向变速集成控制系统和命令控制系 统，总线技术；计算机控制的发动机管理系统，计算机管理及故障诊断、监控系 统。 1 5 小结 1 ) 对推土机的功能、分类及结构组成作了简要的概述。 2 ) 分析了困内外推土机的发展状况，对国外著名的推七机制造商同本小松 公司的d 5 7 5 a 3 型推土机的行驶操纵系统作简要描述。 3 ) 预测了推土机的发展趋势。推土机的自动换档变速装置，转向变速集成 控制系统和命令控制系统，将成为推土机的一大发展趋势。 第2 章陆动系统 第2 章传动系统 2 1 传动系统的类型及结构组成 传动系统是动力装置和驱动轮之间的所有传动部件的总称。传动系统的功用 是将动力装置的动力，按需要传递给驱动轮和其他操纵机构。目前推土机普通 采用柴油机作为动力装置。 我国履带式推土机的传动系统有：机械式、液力一机械式、全液压式三种。 发动机功率在1 4 0 马力以下的履带式推土机大多采用机械式，但为了简化操作， 降低劳动强度，发动机功率在1 4 0 马力以下的履带式推土机也有向液力一机械式 发展的趋势。发动机功率在1 6 0 马力以e 的履带式推土机普通采取液力一机械式 传动系统。近年来，全液压式履带式推土机也被三一重工股份有限公司研制出来， 但是市场占有率很小。 p d 2 2 0 y 履带式推土机采用的是液力一机械式传动系统。它主要包括：动力 输出箱( p t - o ) ，液力变矩器，万向节，变速器，中央传动，转向离合器，转向 制动器，最终传动等部分。 p d 2 2 0 y 履带式推土机的传动简图如图21 ，各组成部分介绍如下： 动力输出箱( p t o ) ：动力输出箱( e t o ) 由飞轮壳总成和分动箱总成组 成。飞轮壳的主要作用是保护飞轮，完成动力输出。分动箱安装在飞轮壳上，它 将飞轮后端主动轮传出的动力分配给工作泵、转向泵和变速泵。 液力变矩器：液力变矩器为三元件单级单相结构，主要由驱动泵轮、涡轮、 导轮组成。推土机上安装了液力变矩器后，有以下几个优点： 1 提高了推土机对于载荷变化的自动适应性能。变矩器具有自动变矩、变 速特性。涡轮力矩能随着外负载力矩的增大而自动增加，同时自动降低其转速。 当外负载力矩下降时，涡轮力矩和转速发生相反的变化。推土机上安装变矩器后， 大大提高传动系对于负茼的适应能力，增大机械的平均输出功率，提高生产率。 2 ，具有防振隔振作用。变矩器可减弱传动中的扭振、隔离振动载荷，提高 发动机和传动系的使用寿命。 3 具有良好的起动性能。变矩器可保证机械平稳起步，缩短起动时间。 4 具有限矩保护作用。若发动机和变矩器匹配设计合理，当外载荷力矩超 过涡轮力矩时，涡轮处于制动工况，既可防止传动系过载，又可防止发动机熄火。 第2 章传动系统 1 柴油机2 动力输出( p t o ) 3 液力变矩器4 万向节5 变速箱6 中央传动 7 转向制动器8 转向离合器9 最终传动l o 驱动轮1 1 履带 图2lp d 2 2 0 y 履带式推土机的传动简图 这对于保护传动系，改善司机的操纵条件、提高机械的生产率具有重要意义。 p d 2 2 0 y 履带式推土机液力变矩器的主要技术参数见表2 1 。 表2 - 1液力变矩器主要技术参数 i 犁号 循环吲直额定输入额定输入变矩公称扭矩最高效高效区循环流量重量l 释( m m ) 转速( r p m ) 功率( k w )系数( n m )范罔 ( l r a i n )( k g ) l y j 4 0 9 4 0 91 8 0 01 6 92 42 7 l8 8 2 1 31 4 62 0 0 万向节：万向节的作用是完成液力变矩器与变速器之间的动力传递，它能保 证当涡轮输出轴与变速器输入轴的中心线在允许范围内变化时平稳地传递动力。 变速器：p d 2 2 0 y 履带式推土机采用的变速器是动力换档行星齿轮结构。它 的丰要作用是： 锖2 章传动系统 1 增扭减速，降低发动机转速，增大扭矩； 2 变扭变速，根据要求获取不同的传动比，从使整机在不同的工况f i 叮采 用不同的车速； 3 实现空档，以便1 二发动机起动和发动机不熄火的情况下停车； 4 改变行驶方向，实现推上机的前进和后退。 中央传动：中央传动由一对螺旋锥齿轮组成。它的主要作用是： 1 改变动力的传递方向，将纵向变为横向。 2 增扭减速。 转向离合器：转向离合器主要由内、外鼓，压盘，内、外摩擦片，弹簧等零 件组成。结构型式为：弹簧压紧，液胝分离。它位于车架后桥箱内部，左右各一。 通过它的接合和分离，可实现接通和切断中央传动至最终传动的动力，从而完成 整机的前进、后退、转向及停车各项工作。 转向制动器：p 0 2 2 0 y 履带式推上机采用湿式、带式、浮式制动器，并带液 压助力机构。它是通过抱紧转向离合器外鼓，使最终传动中j e 传动，实现推土机 的转向和制动。 最终传动：最终传动是由二对直齿齿轮减速器组成。它的作用是通过二级减 速增大输出扭矩，同时通过驱动齿轮将动力传递给行走机构。 2 2 传动系统的动力传递路线 p d 2 2 0 y 履带式推土机的动力传递路线如图2 2 。 123 4 5 图2 - 2p d 2 2 0 y 履带式推十机动力传递路线 第2 章传动乐统 柴油机( 1 ) 所产生的动力，经过发动机飞轮传递到液力变矩器( 2 ) 的驱动 壳体，驱动壳体与液力变矩器的泵轮一起旋转，在工作油液的作用下，动力传递 到液力变矩器的涡轮。动力经涡轮轴传递到万向节( 3 ) ，冉传递到变速器( 4 ) 的输入轴。 在变速器卜，安装有变速控制阀( 5 ) ，操作变速器上的变速阀来控制变速器 内5 排离合器中2 排的接合，从而将动力传达剑变速器后端的小螺旋锥齿轮( 6 ) 卜。经中央传动，将纵向动力转化为横向动力，并传递到左右转向离合器( 7 ) 上。通过操纵安装在后桥箱上平而的转向控制阀来控制转向离合器的接合或分 离，从而切断动力传至最终传动( 8 ) ，实现推土机的转向或停车。 2 3 传动系统的液压系统 p d 2 2 0 y 履带式推土机传动系统的液压由两郭份组成，一个是变速液压系统， 一个是转向液压系统。由于本次开发的是推土机的变速系统电液控制，转向液压 系统将不作介绍。 2 3 1 变速液压系统原理 0 变速液压系统原理图见图2 3 。变速油泵为齿轮泵，与分动箱连接，它将机 械能转化为液压能。变速油泵从后桥箱吸入经过粗滤器过滤的油液，加压后经细 滤器过滤进入速度阀和方向阀，实现车辆的前进、后退、变速等动作。同时，经 调压阀溢出的油液汇同转向控制阀溢出的油液一起进入液力变矩器。在液力变矩 器的进口处设有一个溢流阀，被溢出的油液去润滑变速箱和分动箱，进入液力变 矩器的油液由出口处的调压阀来维持液力变矩器的内部油液的工作压力。通过调 压阀流出的油液经过油冷器冷却后一部分去润滑变速箱和分动箱。 液力变矩器壳体内充满了来自溢流阀、变矩器泄漏和分动箱润滑等排泄的油 液，为此，在液力变矩器内部设置了一回油泵，专门将变矩器壳体内的油液排至 后桥箱。 木次丌发的是变速电液控制系统，因此，研究的重点将是调压阀( 4 ) 、急回 阀( 5 、减压阀( 6 ) 、速度控制阀( 7 ) 、方向捧制阀( 8 ) 、安全阀( 9 ) 。在p d 2 2 0 y 履带式推土机的变速液压系统中，这些阀总成为：变速控制阀。 2 第2 章传动系统 弘1 p o 1 磁性粗滤器2 变速油泵3 耩滤油器4 调匿阈5 ，急回阀6 减压阀7 速度控制阀8 方向控制阀9 安全阀l o 液力变矩器溢流阀1 1 液力变矩器1 2 液力变矩器油温计1 3 液力交矩器调压阀1 4 ，油冷器1 5 变速箱润滑用溢流阀1 6 变速箱的润滑1 7 分动箱的润 滑1 8 液力变矩器壳体1 9 回油泵2 0 后桥箱 a 液力变矩器溢流阀压力测口b 液力变矩器调压阀压力测口c 变速器离合器匝力 测口 图2 - 3 变速液压系统原理图 在实际生产调试及售后维修过程中a 、b 、c 点的压力值对该故障的判断及 j j 除非常重要。a 、b 、c 点的压力测量值见表2 2 。 表2 - 2变速液压系统各测压点压力检验要求( k p a ) 测试点测试条件发动机全速发动机低速 变矩器进口a油温7 5 5 6 8 7 8 8 3 变矩器出口b油温7 5 5 2 9 4 4 9 l1 9 6 2 9 4 油温7 5 5 c ( 挂档)2 2 0 5 2 4 5 1 7 6 4 1 9 6 变速箱进口c 油温7 5 5 ( 空档) 2 1 5 6 2 6 4 617 6 4 2 4 5 0 1 3 第2 章f 动系统 2 3 2 变速控制阀 变速控制阀的结构图见图2 - 4 。 图2 - 4 变速控制阀 1 4 第2 章传动系统 1 限位盖2 调压阀弹簧( 小) 3 弹簧座4 调压套筒弹簧5 调乐阀弹簧( 大) 6 调 压阀7 活塞( a ) 8 调压套筒9 舌塞( b )l o 盖 i1 限位器 1 2 活塞阀弹簧 1 3 急同阀 1 4 急同阀阀套1 5 舌塞 1 6 减压阀1 7 减压阀弹簧1 8 限位器 1 9 控制f f i i 体( a ) 2 0 限 位器2 1 跟传器2 2 安全闷弹簧2 3 ；方向控制阎2 4 。控制阀体b ) 2 5 安全蚓 z 6 活摩 2 7 盖2 8 速度控制阀 1 至1 速离合器( n o 5 ) 2 至2 速离台器( n o 4 ) 3 至3 速离合器( n o 3 ) f 至前进离合器( n o 1 ) r 至倒退离合器( n o 2 ) 备主要阀介绍： 调压阀：见图25 ，调压阀由调压阀( 6 ) ，活塞( 7 ) 、( 9 ) ，活塞弹簧( 1 2 ) ， 调压套筒( 8 ) ，阀弹簧( 2 ) 、( 5 ) 与套筒弹簧( 4 ) 构成。它是溢流型调压阀，与急回 阀( 1 3 ) 共同完成调压和主油路的溢流。该阀的调整压力为2 4 5 m p a 。工作过程如 下： 囤2 - 5 调压阀 操作速度阀( 2 8 ) 与方向阀滑阀( 2 3 ) 后，将来自油泵的油与离合器油缸接通 油泵即能将油液向离合器油缸内充油并注满，此时，油压开始上升。见图2 - 6 。 图2 - 6 调压阀工作原理 1 5 第2 章传动系统 来自油泵的压力油，通过调压阀( 6 ) 的小孔a ，流到两个活塞( 7 ) 、( 9 ) 之问，将 调压阀向左推动，使调压阀与调压套筒( 8 ) 的油f ih 开放，油液先溢流至变速箱壳 体。见图2 7 。 图2 7 调压阀工作原理 同时，通过急回阀( 1 3 ) 的小孑lb 输柬的压力油将急同阀向右推动，使调压套 筒背压放泄油i z ic 关闭。油液通过急回阀中央的d , - f ld 后流入v 腔，成为调压套 筒的背压，与调压弹簧一起共同调压。见图2 - 8 。 图2 - 8 调压阀工作原理 1 6 第2 章传动系统 随着回路内的压力上升，调压套简v 腔的油压亦逐渐上升，调压套简向左移 动至限位器( 1 ) ，并将调压阀的油nh 即被关闭，来自油泵的压力油从油口i 流 到液压变矩器。此时，完成回路中的压力调定，此时的调定压力值是2 4 5 m p a 。 见陶2 - 9 。 图2 - 9 调压阀工作原理 调压阀实际也称为换档平稳结合装置，在液力机械中通常需要采用这种装 置，它有以下作用： 1 由于离合器结合粗暴，产生换档冲击大，使传动系产生较大的动载荷， 引起传动系零件损坏和磨损加剧。换档平稳接合装置改善了传动系统的工作状 况，减缓磨损。 2 由于油压瞬间上升，摩擦片间的压紧力瞬间至最大值。而在离合器接合 初期，摩擦片相对滑磨速度最大，故此瞬间滑磨功率很大( 压紧力与相对滑磨速 度的乘积) ，虽时间短，总能量小，但能引起摩擦表面瞬间高温和引起摩擦片上 相当高的温度梯度，过高的温度梯度会使摩擦片翘曲变形，过高的表面瞬间高温 会引起烧付。如果摩擦片翘曲或永久变形，则离合器磨擦片在相对空转时会由于 摩擦而引起功率损失和发热，同时摩擦片早期磨损。换档甲稳接合装置( 调压阀) 能保证离合器摩擦片在压紧过程中，离合器缸内油内平稳上升，且其压力l j t - 特 性符合液力机械传动工作状况的要求。调压阀的压力与时间的关系如图2 一【0 。 离合器实现平稳接合，指的是离合器油缸的油压上升不要过快地上升至调定压 力，而是希望有一段合适的油压上升时问。一般为0 4 1 秒。 3 换档粗暴，离合器结合时存在扭矩变化，即存在加速度变化率，司机感 第2 市传动系统 到有较大的冲击和振动。换档平稳接合装置可降低换档冲击和振动，提高操作舒 适性，同时也可提高生产率。 压力 变速杆 时间 ( 桂入) 图2 - ! o 调匿阎翊j 五_ 曲线 安全阀：安全阀( 2 5 ) 装配在速度控制阀( 2 8 ) 和方向控制阀( 2 3 ) 的油路中间。 安全阀的作用是：即使在变速杆挂入速度档的条件下因疏忽而使发动机起动，车 辆亦不能起步。若需得车辆起步，必须将变速杆先挂回中立，然后再行速度阀操 作，才可达使车辆行驶的目的。安全阀结构如图2 一ll ，其工作原理如下： 变速杆在中立时，启动发动机，来自减压阀( 1 6 ) 压力油( b 路) 通过速度阀， 再通过小孔e 使整个安全阀向左移动，从而使速度阀至方向控制阀的回路接通。 图2 - 1 1 安全阀原理 i8 第2 章传动系统 再将变速杆挂入任意档位时，来自减压阀的压力油，快速度流入方向控制阀。 由于速度阀处在非空档位置，所以在安全阀右侧的油，即能通过小孔e 排放到壳 体内，但通过安全阀小孔f 的油，将活塞( 2 6 ) 向右推动，冈此，安全阀不改变位置， 从而速度控制阀至方向控制阀的回路仍然处于接通状念。如图21 2 。 图2 1 2 安全阀原理 如图2 一1 3 ，如果将变速杆在挂入非空档位置，启动发动机。由于变速杆在 挂入时，自减压阀至小孔e 的回路并不连接，所以在此状态下即使发动机起动，压 力油亦不能将安全阀向左推动，白减压阀至方向控制阀的回路是仍在关闭，故车 辆亦不能起步若需使车辆起步，必须如前所述一旦将阀操作( 挂回中立) 然后将 变速杆挂入所需档位。 图2 1 3 安全阀原理 减压阀：减压阀( 1 6 ) 装配在调压阀( 6 ) 至速度控制阀( 2 8 ) 的油路中间，其作 第2 争传动系统 用是将至1 速离合器的油压减低到1 _ 2 3 m p a 。 图2 ，1 4 减压阀原理 如图2 1 4 ，l 速离合器回路压力一歹i = 始上升，通过减压阀d , - f lg 的压力油即 能将活塞( 1 5 ) 向右推动，从而使减压阀( 1 6 ) 向左移动。l 速离合器的压力若进 一步上升，减压阀将继续向左移动，至限位器停止。减压阀关闭i h 油泵至l 速回 路的油路，将1 速离合器的油压保持在1 2 3 m p a 。如图21 5 。 图2 1 5 减压阀原理 在空档位置时，发动机启动后，油泵所生的压力即能作用存于1 速离合器。 用此机构能缩短在起步时向油缸( f r 油缸) 内注满油所需要的时间。比如，将变 速杆从中立换入前进l 速时，只需用油泵对f 油缸供给。如果，从f l 向f 2 进行 换档时，因f 油缸已是充满，只须油泵对2 速油缸供给油即可。| 一j 时，调压作用 亦能在较短时间内完成。油压经常加存1 速离合器上的作用如下：1 速离合器的 第2 索传动系统 位置与控制阀距离最远，阀与油缸间的油路长度最大，用油注满油路所需的时间 很长，因此，必须事先将油注满油路，以期能缩短凋压时间。如图2 1 6 。 2 4 动力换档变速器一2 一- 1 6 1 一 图“离合器油道 2 ，4 1 动力换档变速器的结构和组成 p d 2 2 0 y 履带式推土机采用的是行星齿轮结构，动力换档变速器，它主要同5 排行星排组成，依靠液压力控制离合器的接合，弹簧分离。变速器采取强制润滑。 p d 2 2 0 y 履带式推土机变速器的结构图如2 一1 7 ，传动简图如2 1 8 。 5 排离合器含前进排( f ) 、后退排( r ) ，l 速排( ) 、2 速排( 2 “) 、3 速排 ( 3 “) ，其中两排离合器组合便可实现前进3 档，后退3 档共6 种速度。档位和 离合器接合排关系见表2 - 3 。 表2 - 3 档位和离合器接合排关系表 方向档位速度档位离合器接合排 i 5 n o 1 n o 5 前进 2 “n o 1n o 4 3 “n o 1n o 3 1 5 n o 2n o 5 后退 2 “。n o 2n 0 4 3 “n o 2n o 3 第2 章传动系统 图2 1 7p d 2 2 0 y 推土机变速箱结构图 1 瘦速箱外壳 4 制动器主动片 7 第一、二、二行星轮轴 1 0 第二、四离台器油缸体 1 3 版 1 6 第五离合器油缸体 1 9 壳体 2 2 轴承鹰 2 5 轴承挡板 2 8 第四行星排弹簧 3 1 第三行星4 t h * - 簧 3 4 ，第一、二、二排行星架 3 7 轴承座 4 0 联轴1 ， c 第一齿圈( 齿数8 1 ) f 第：行星齿轮( 齿数2 4 ) i 第三行星齿轮( 齿数2 4 ) l 第四行星齿轮( 齿数1 9 ) 2 第一离合器油缸体3 第一离合器活塞 5 摩擦片6 板 8 第一二离台器活塞9 第二离合器油缸体 l i 第三离合器活塞1 2 第四离合器活塞 1 4 第四排行星轮轴1 5 ，第四离合器外毅 1 7 单向阀钢球 l8 斤箱体 2 0 输出套轴2 i 输入轴 2 3 盖2 4 车m 承盖 2 6 第五离合器活塞 2 7 第五离合器内毂 2 9 蝶犁弹簧3 0 第四排行星架 3 2 第行星排弹簧3 3 第一行早4 t h - 簧 3 5 螺栓 3 6 ，第二排行星轮轴 3 8 轴承_ 唪3 9 轴端挡板 a 第一太阳齿轮( 齿数3 3 ) b 第一行犀齿轮( 齿数2 4 ) d 第一二太5 l 齿轮( 齿数2 1 ) e 第_ 二行星齿轮( 黹数2 3 ) g 第二齿圈( 齿数8 1 )h 第二太吼i 齿轮( 齿数3 3 ) j 第二齿圈( 齿数8 1 )k 第四太刚齿轮( 齿数4 2 ) m 第四齿圈( 齿数8 1 )n 第五齿圈( 齿数1 0 5 ) 第2 章传动系统 o 驱动齿轮( 齿数3 4 )p 从动齿轮( 齿数2 3 ) q 小伞齿轮( 齿数2 1 ) l 圈2 - 1 8 p d 2 2 0 y 推土机变速箱传动简图 各行星排齿轮齿数及行星排特性参数见表2 4 。其中太阳轮、齿圈、行星架、 行星轮分别用s 、r 、c 、p 表示。行星捧特性参数用k 表示，k 的值为齿圈齿数