履带式工程机械底盘.doc

履 带 式 工 程 机 械 底 盘2005/08/04目 录第一章 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5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9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18第四节 中央传动18第五节 转向离合器19第六节 转向制动器23第七节 终传动28第八节 动力差速式转向装置32第九节 D8L转向离合器与制动器35第三章 履带式底盘行走系37第一节 履带式底盘行走系的尺寸参数和结构布置37第二节 悬架39第三节 履带张紧装置设计43第四节 驱动链轮齿形设计47第六节 履带设计55第七节 橡胶履带行走系概述62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、 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。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 操作阀 4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 驱动轮二、 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。（1）当控制变量泵，使液压马达转速为零，则发动机功率全部经机械变速箱输出（相当于机械传动）此时传动效率最高。（2）当发动机功率全部由液压系输出，就相当于液压传动系。（3）随着液压马达转速变化和正反向改变，输出转速无级变化，液压马达转速越低，则经液压传递功率越小，传动效率越高。差速转向系实现履带式工程机械动力差速转向，它与传统的转向离合器和制动器实现转向有无法相比优点，具体内容在后面相关章节论述，这里不再详述。三、 液压机械传动的优点（1）液压机械传动变速箱实现较大范围内的无级变速功能，使发动机始终保持在最大功率点工作，在较大车速范围内充分吸收其功率且不受外载变化的影响，从而大大提高了整机作业效率和燃油经济性。据小松有关资料介绍，液压机械传动与机械传动相比，作业量最大可提高30%，燃油消耗率下降最大可达25%。（2）变速器控制系统可实现对应负载大小自动变速。（3）传动效率较高，最高牵引效率为7580%。第六节 组件式设计的传动系传统履带式工程机械传动系各部件拆装比较困难，近年来将组装式设计应用于工程机械传动系。Cat公司的高位驱动推土机就是其中一例。图7是组件式设计的推土机传动系示意图。图8是主要传动部件在推土机拆装示意。图7 组件式设计的推土机传动系示意图1 终传动 2 液力分流器 3 行星式动力换档变速器4 湿式盘式转向离合器与制动器 5 驱动链轮图8 传动件拆装示意图1 终传动 2 中央传动 3 变速箱 4 转向离合器与制动器组件式设计的优点在于拆装方便，可以在工地方便地换下损坏的部件，装上备用的部件，从而提高机械利用率。部件可以前后左右四件拆出，换装上修复的或备用的部件。 第二章 履带式工程机械驱动桥第一节 履带式推土机的常规驱动桥一般履带式推土机的机架如图1所示。 变速箱输出动力的小圆锥齿轮从前方伸入驱动桥箱中，与大圆锥齿轮相啮合。再经左右转向离合器，将扭矩经左右终传动、驱动链轮传到履带。驱动桥箱以其在机械上的位置，常称为后桥箱，如图2所示。履带式机械后桥的作用各和轮式机械驱动桥的作用相同，通过后桥将变速箱传来的扭矩增大，改变所传扭矩的方向，并保证机械的转向。一般靠改变两侧驱动轮的驱动力造成的转向转矩实现转向，并以断续制动一侧的履带来获得所需的转向半径。根据转向机的原理和构成的不同，履带式机械的转向机构有几种，如转向离合器式，动力差转向式等。转向离合器式转向机构由左右两个转向离台器和转向制动器组成。转缓弯(大弯)时操作一侧的转向离台器即可，转急弯(小弯)时除分离离合器切断一侧履带的动力外，还要操作该侧的制动器使该侧履带刹住。转向离台器的主动鼓用螺钉和中间轴端的接盘连接，从动鼓也用螺钉和从动大接盘连接，均有止口定位。这种结构拆装比较方便，见图2。图2 履带式推土机后桥箱2 储油罩 4连接盘 5 螺栓 6 轴承座 7 密封圈 8 锁紧片 9 螺钉10 调整垫片 11 大圆锥齿轮 12 轴 13 圆锥滚柱轴承 14 轴承座 15 螺母第二节 履带式工程机械转向原理一、 履带式机械的转向运动学图3为履带式机械在平地上绕转向轴O作等角速度转向的简图。转向轴线位于能过两侧履带支承面中点的横向垂直面内，从轴线0到机械的纵向对称平面的距离R，称为履带式机械的转向半径。以表示转向轴线O在机械纵向对称面上的投影，的运动速度表示履带式机械在转向时的平均速度，则履带式机械转向角速度为: （1） 图3 履带式机械转向运动简图左、右履带绕转向轴线0的旋转运动可分解为以绕各自轴线O2、Ol旋转的相对运动和02、Ol点的直线牵连运动。02、O1分别为轴线0在快、慢两侧履带纵向对称面上的投影，其速度和分别为(R+)= （2）式中 B履带机械的轨距。 因此，转向时的理论转向半径R可用下式表示：因为 所以 （3）二、 履带式机械的转向动力学 履带式机械转向时所走的折线轨速，可看作是由直线运动与回转运动合成的。在直线运动过中，在履带上作用有行驶阻力；在回转运动过程中，在履带上作用有回转阻力。当履带式机械在水平地段上以等角速稳定转向时，其外力如图4所示。由于履带式机械的行驶速度较低，转向时离心力可略去不计。由于转向时情况很复杂，难以准确计算出转向时的驱动力，为便于讨论，作如下假设：(1) 转向时，两侧履带的滚动阻力、相等，并与直线行驶时的滚动阻力一样， =0.5f； (2) 转向时，只考虑工作装置的作业阻力 ， 并认为=且水平地怍用在机城的纵向对称平面内。图4 转向时作用在履带推土机上的外力 因此，履带式机械在水平地段稳定转向时，外力平衡的方程式为： （4）根据假设由图4可知，阻碍转向的总阻转矩仅转向阻力矩一项，即=。转向时必须有转向矩去克服转向总阻转矩，而转向转矩是由快侧履带的驱动力大于慢侧履带的驱动力所形成的，即： （5）稳定转向时，=由式（4），式（5）得：（6） 如果令（7）则 称为转向参数，是无单位的量，代表着两侧履带驱动力的分配情况。当=0时，即=0，=，车辆直线行驶； 当0，两侧履带驱动力的方向相同，但慢侧履带的较小；当=0.5时，=，=0，慢侧履带的驱动力等于零，驱动力全部由快侧履带产生。当0.5时，0，慢侧履带被制动，方向和相反而成为阻力，快侧履带的驱动力要大于车辆直线行驶时的驱动力。三、 履带式机械的转向阻转矩履带式机械的转向阻转矩是转向时履带绕其本身旋转轴线的相对转动所产生。转向阻转矩由下述因素引起：(1) 履带支承面及履刺表面与地面的相对摩擦，(2) 履带相对转动时，压缩和剪切土壤；(3) 履带相对转动时，推动堆积在它旁边的土壤；(4) 转向时，行走机构内部阻力的增加。 在求转向阻转矩时，假设： 1)由于履带支承面较大，转向时履带支承段的主要运动是在横向移动，因此可认为转向阻转矩主要由横同向反力的作用引起的，而忽略纵向反力，把支承面宽度看作一直线； 2)履带支承段的负荷均布。履带支承段长度为L，每侧履带荷重为。履带支承段上单位长度的负荷，并作用在履带纵向对称平面的长度L线段上; 3)履带L线回转时，其上各点所受土壤的横向反力F与该点负荷q成正比，。为转向时履带与土壤间作用的阻力系数，称作履带式机械的转向阻力系数。稳定转向时，转向阻力系数可认为是常数。 根据上述假设，转向时地面对履带支承段的反作用力的分布如图5所示。在履带支承段上任一微小单元长度dx，转向时该单元长度上所受的土壤横向反力，所受的转向阻转矩：d = d x两侧履带所受的这些单元转向阻转矩的总和，即履带式机械的转向阻转矩: (8)应当指出：式（8）是假定压力在支承段上呈均匀分布（图6a）情况下推导出来的，实际上压力分布是不均匀的。我国学者杨红旗根据作业机械的试验结果提出，对作业机械，履带接地压力按单梯形分布（图6d），并在考虑履带的转动轴线相对支承面中点向后偏移一个距离（0）后，推导出转向阻转矩公式： (9) 图 5 转向时作用在履带车辆上的横向反力 图6 不同履带接地压力分布图计算时，需知转向阻力系数值，取决于土壤条件、履带的结构、履剌插入土壤的深度、履带对土壤的单位压力以及机械的运动速度等许多因素，并与转向半径有密切关系。试验证明，随着转向半径的减小，值将急剧增加。在相同土壤条件下，不同转向半径时系数的值可按下式计算： （10）式中：最大转向阻力系数，见表1； R转向半径；B轨距。值由试验确定，不同土壤条件下值的能参考值见表1.其中值是全部试验数据的算术平均值，是试验数据中最大峰值的算术平均值。四、履带式机械的转向能力 履带式机械能否按所要求的转向半径进行转向，受发动机转矩及履带与地面间的附着条件的限制。 1根据地面的附着力所决定的履带式机械的转向能力转向时快侧履带产生较大的驱动力，所以转向能力受快侧履带与地面间附着力的限制： （11）式中 附着系数若无作业阻力，即，则=f，而总转向阻转矩为：代入式（6）得：即： （12）由此可知，履带式机械的转向能力，不仅取决于土壤条件与履带结构（反映在、f、），而且还取决于履带机械的结构参数。履带式机械最困难的转向情况是在松软土壤上作急转弯。在这种情况下，可取=0.7，=0.7，f=0.1，于是履带式机械能够转向所必须满足的条件为：1.71现代履带式机械的值大多在120150的范围内，因此，不带牵引载荷的履带式机械的转向能力，基本上不受履带与土壤间附着条件的限制。2根据发动机扭矩所决定的履带式机械的转向能力 履带式机械在平地稳定转向时，发动机的功率主要消耗在以下三方面：(1) 履带式机械作直线运动而消耗的功率；(2) 履带式机械以角速度绕轴线O回转，克服总转向阻转矩而消耗的功率 (3) 转向时因分离转向离合器与收紧制动器后，消耗在这些摩擦元件中的功率，为摩擦元件的摩擦转矩，为摩擦元件主从动部分的相对角速度。 因此，履带式机械稳定转向时功率损失之和为： (13)式中 转向时驱动链轮上的转矩； 转向时驱动链轮上的角速度。为保证转向时发动机不熄火，必须是转向时发动机提供的驱动转矩小于发动机能提供的最大驱动转矩，即。由于不便于计算，通常是将转向时发动机转矩与机械在同等条件下直线行驶时发动机转矩相比，称为发动机载荷比： （14）此时 。值的大小与履带式机械所采用的转向机构形式、转向时的载荷与地面条件、转向操作情况，即要求获得的转向半径的大小等有关。值大对发动机的工作情况不利，故可作为评价转向机构的一项指标。一般转向离合器式、单级行星和双差速器式转向机构较小，单差速器式转向机构较大。履带式工程机械大多采用转向离合器式转向机构。 用转向离合器作为转向机构时，有两种操作情况：(1)将慢侧履带的转向离合器部分分离，制动器松开，此时两侧履带上的驱动力都是正值，转向参数0.5。机械直线行驶时：机械转向行驶时：当0 则 当0.5时，发动机将转矩仅传到两侧驱动轮，0，慢侧驱动轮被制动，0，而这说明以转向离合器为转向机械的履带式机械，当0.5的条件下转向时，发动机的载荷将随的增加而增加。例如对红旗-100推土机的试验表明，在原地转向情况下，=1.25左右。五、履带式机械转向机构的设计要求履带式机械转向机构应满足下述设计要求：(1) 力求有较小的最小转向半径，以提高车辆的机动性；(2) 转向对发动机载荷和直线行驶时发动机载荷之比(发动机载荷比)小；(3) 在不操纵转向机构时，直线行驶性好；(4) 操纵省力；(5) 转向机构的结构尺寸，应尽量使履带驱动桥有较小的横向外廓尺寸。 以上这些要求的满足程度，与转向机构的结构形式有关。离合器式能较好地满足上述要求。第三节 驱动桥布置方案采角转向离合器作为转向机构时履带驱动桥的布置应充分考虑对转向离合器进行拆装维修的方便性。图7是几种离合器式转向机构履带驱动桥布置方案。 图7a为T2一120推土机的结构，拆卸转向离合器前，需先拆下履带和最终传动壳体，然后从两侧取出转向离合器，结构简单但拆装维修很不方便，只在少数中、小型推土机上采用。图7b为东方红一75推土机的结构，中央传动从动轴装在后桥壳体隔板的轴承座中，隔板是上下对分可卸的。当拆去上隔板并卸掉从动鼓和法兰盘的连接螺钉，就可将左、右转向离合器连同中央传动从动轴一起从桥壳上方取出，因而不用拆卸履带和最终传动，(但是每次拆装会破坏中央传动齿轮啮合及可卸驱动桥壳体隔板的密封，可卸隔板刚度差。这种结构在履带式工程机械上已很少采用。图7 具有转向离合器的履带驱动桥布置方案图7c是红旗-100推土机的结构，转向离合器的主动鼓通过中间轴和法兰盘与中央传动从动轴相联，从动鼓与最终传动主动齿轮轴的法兰盘相联。只要拆去法兰盘的连接螺栓，就可将转向离合器单独从壳体上方取出，拆装较方便。但是为了保证各根轴的同心度，工艺要求较高。图7d是T180推土机的结构，其结构相似于图7c，不同处只是中央传动从动锥齿轮轴的法兰盘直接和转向离合器的主动鼓相连，减少了传动轴的数目，结构工艺性较好。第四节 中央传动履带式机械的中央传动是由一对圆锥齿轮组成。主动小圆锥齿轮驱动从动大圆锥齿轮，其中心线互成，因此它兼起增大扭矩和改变旋转方向两个作用。中央传动位于变速箱之后，所承受的负荷比较大，而且圆锥齿轮传动受力情况也较复杂，不仅有切向力、径向力，还有轴向力，所以要求中央传动的齿轮有较高的承载能力，即齿不易折断、齿面不易压坏和不易磨损，这些都与齿轮形式有关。此外中央传动的结构尺寸对履带式机械后桥的尺寸、重量等影响较大，所以要求它在强度允许的条件下尽量减少主动齿轮的齿数，这样可以使其在结构尺寸较小的情况下获得较大的传动比。但小圆锥齿轮的最少齿数不能少过某一界限，否则加工齿轮时会发生“根切”现象。而保证不产生根切现象的最少齿数与齿轮形式有关，图8表示几种中央传动齿轮形式。直齿圆锥齿轮(图8（a）与螺旋圆锥齿轮相比，它的主要优点是加工制造、装配调整比较简单，轴向力较小(没有附加轴向力)。但最少齿数较多(最少齿数为12)，同时参与啮合的齿数少，传动噪音较大，承载能力不够高。零度圆弧圆锥齿轮(图8(b)的螺旋角，其轮齿强度和啮合平稳性比直齿圆锥齿轮有所提高，最少齿数和轴向力与直齿圆锥齿轮相同。由于工业用履带式机械这一对齿轮高速重载、受力复杂，都不采用以上两种结构。螺旋圆锥齿轮(图8(c)的齿形为圆弧形，允许的“最少齿数”随螺旋角的增大而减少，最少可达56个齿，传动中同时参与啮合的齿数较多，故齿轮的承载能力较大，运转平稳，噪音较小。但这种齿轮需要专门机床加工，轴向力较大，要求轴的定位支承更加坚固可靠。圆弧齿在平均半径处的切线与该切点的圆锥母线之间的夹角，称为螺旋角。由于螺旋角的存在，传动过程中除了产生直齿圆锥齿轮所具有的轴向力外，还有附加轴向力作用。图9表示产生附加轴向力的投影图。由图可知，附加轴向力的大小取决于螺旋角的大小、方向、轮齿的螺旋方向及齿轮的旋转方向。从齿轮的锥顶看过去，右旋顺时针旋转或左旋反时针旋转时，其附加轴向力都朝大端，使合成轴向力增大。右旋反时针旋转或左旋顺时针旋转时，其附加轴向力朝小端，使合成轴向力减小。因此，螺旋圆锥齿轮对于轴承的支承刚度和轴向定位的可靠性提出了更高的要求。图8 中央传动齿轮形式 图9 螺旋圆锥齿轮的附加轴向力螺旋圆锥齿轮传动广泛用在发动机纵向布置的履带式推土机等工程机械中。第五节 转向离合器一、转向离合器的结构类型履带式工程机械上所用的转向离合器有干式与湿式两类结构。图10为红旗-100推土机所用的干式转向离合器。这种转向离合器采用铜丝石棉的摩擦衬面，用弹簧保持经常压紧，转向时转向离合器是用液压助力器操纵的。湿式转向离合器是在油液循环冷却下工作的，采用铜基粉末冶金的摩擦衬面，因而有较高的使用寿命。履带式机械的转向离合器几乎都采用片式摩擦离合器。由于经变速箱、中央传动几次减速增扭，加上又要考虑发动机的全部力矩经过一个转向离合器传给一侧的履带来确定离合器的设计容量，还有转向离合器容许的径向尺寸又没有主离合器大，因此它不能采用单片或双片，而是采用多片式结构。目前国内外各种履带式推土机的转向离合器多采用湿式结构，可以减少磨损，增加使用寿命。图2为上海彭浦机器厂TY一320履带式推土机的转向离合器示意图。主动钢片通过内齿与主动鼓连接，主动鼓用螺钉与接盘连接，接盘再用锥形花键与大螺旋圆锥齿轮轴连接，压板则与活塞用螺栓固接为一体。带有摩擦衬面的被动片通过外齿与被动鼓连接。这种转向离合器为弹簧压紧、液压分离，故称单作用式。当转向离合器分离靠油压，压紧既靠弹簧又靠油压，则称双作用式。铁道部沈阳桥梁厂制造的征山T-220与TY-220型推土机的转向离合器，即为双作用式，如图11所示。双作用式转向离合器压紧弹簧的压紧力只占总的压紧力的25左右。这点压紧力所产生的摩擦力矩只够用于拖起动时传力带动发动机转动。而当机械出故障拖回修理地点时，操作转向制动器可使转向离合器主动片与被动片之间打滑而一侧履带制动，以实现转向。在正常作业时，要供入1MPa的油压以保持离合器在接合状态或分离状态。单作用式转向离合器用于大型履带式工程机械，如机械在工地，转向液压系统出故障，必须就地修复或用拖车装运回送到修理点。图12为双作用式转向离合器的工作原理。在接合状态时，放松离合器操纵杆，压力油从操纵阀经油管、轴承壳、接盘和内鼓，进入液压缸小腔，如图12（a）所示。活塞经活塞杆用螺母和压板连接，压板乃将主被动片紧紧压成一体，动力得以传递。这时液压缸大腔的油经操纵阀回入转向箱中。在分离状态时，拉动离合器操纵杆，压力油从操纵阀经油管、法兰(或圆锥齿轮轴中的油道)，进入液压缸大腔。推动活塞连压板移位。离合器主被动片间没有压紧力而不能传力。这时液压缸小腔的油经操纵阀回入转向离合器箱中。操纵阀为一个组合阀，将左右滑阀和减压阀组合为一体，置于后桥箱上，操纵位置有四个： 1 左右转向离合器接合，油液的进入如图12(a)箭头所示； 2 左离合器分离、右离合器接合，如图12(b)所示，机器向左转弯； 3 左离台器接合、右离合器分离，机器向右转弯；4 左右离合器分离。二、转向离合器的计算工况转向离合器所需传递的摩擦转矩的大小，即转向离合器的容量，取决于它在工作中可能遇到的最大载荷。这可以从两个方面来考虑：一是发动机标定扭矩经传动系最低档传到转向离合器的值；二是由地面附着条件所限制的转向离合器传递的转矩最大值。从中取较小的一个作为所设计转向离合器的容量。通常在变速箱挂最低档时，由发动机传来的标定转矩值，总是大于由地面附着条件所限制的最大值。因此，可以按地面附着条件确定转向离合器所需传递的最大摩擦转矩。由附着条件所决定的转向离合器所传递的最大摩擦转矩，是当履带机械在横坡上转向，由一侧履带传递全部转矩的工况。此时，快侧履带作为承受整机重量的75。因此，可以按下式进行计算： (15)式中 储备系数，干式取2.5-4.5，湿式取1.5-2； 履带机械使用重量； 附着系数，一般取=1； rk驱动链轮节圆半径； 最终传动传动比； 最终传动齿轮传动效率； 履带驱动区段效率，0.96。根据所需的转向离合器转矩容量，确定转向离合器基本参数的方法和主离合器相同。第六节 转向制动器 履带式工程机广泛采用带式制动器。这是因为它便于布置在转向离合器的从动鼓上，结构比较简单。根据转离合器是干式或湿式，带式制动器也相应采用干式或湿式结构。带式制动器和其他形式的制动器(如常用的块式、蹄式)相比，带式结构简单、尺寸紧凑、包角大、制动力矩大；但磨损不均匀、本身散热情况不好(因制动鼓被带包住)、制动器轴还受弯(因制动带作用时有较大的径向力)。一、 制动器的设计要求 (1) 工作可靠，主要零件与操纵机构应有足够的强度，以避免失效时造成事故； (2 操纵省力，操纵行程不宜过大，因此在大型履带式机械的制动系中，装有制动加力器， (3) 应有制动锁定装置，以便履带式机械在坡道上停车； (4) 制动器不会自刹，制动转矩的产生应与操纵力成正比； (5) 制动带磨损后应便于调整。二、 制动器设计容量的确定 制动器的设计容量按配合转向进行制动和坡道制动两种工况确定：（1） 履带式机械单边制动转向时的制动转矩 配合转同进行制动是履带式机械制动器主要和经常出现的工况。以原地转向时的单边制动为工况，计算制动转矩。履带式机械在平地空载稳定转向时，=0，=，=根据公式（6）、式（8），慢侧履带上的驱动力为：因此，制动器制停慢侧履带的制动转矩为： （16）式中履带车辆使用重量；转向阻力系数；rk驱动链轮节圆半径； L履带支承段长度； B轨距； 最终传动传动比；滚动阻力系数。(2) 坡道制动时的制动转矩履带式工程机械爬坡时，如果出现发动机熄火等临时故障，制动器应能将车辆制停在坡道上，以免发生事故。如图13所示情况，在坡道上制停车辆一侧制动器所需的制动转矩为： (17) 式中坡道的最大坡度角，履带推土机=；履带装载机=。 图13 推土机在纵向坡道上制动时受力简图设计制动器时，取、中较大者作为设计容量。三、带式制动器的结构类型根据制动带和操纵机构连接的不同，带式制动器分为以下三种：a） 单端拉紧式制动器（图14a）图14 不同结构的带式制动器简图a) 单端拉紧式 b）浮式 c）双端拉紧式这种制动器的制动带，一端连接在固定支点上，另一端与操纵杆杠相连。制动时由与杆杠相连的一端拉紧，根据力的平衡条件，操纵杆杠上的作用力P为： （18）式中 S2制动带移动端的作用力。根据欧拉公式，制动带两端的力存在下述关系：S1=S2e （19）式中 S1、S2分别为制动带紧边和松边的拉力； e自然对数的底，e=2.718； 制动带与制动鼓之间的摩擦系数；制动带对鼓的包角（rad）。制动转矩与制动带两端拉力的关系是： Mm=(S1-S2) R （20）式中 R制动鼓半径。联解（19）、（20）两式，得(21)单端拉紧式制动器，其制动带的松边与紧边，取决于鼓的旋转方向。当制动鼓按图示方向旋转时，制动带移动端是松边拉力，此时操纵杆杠上的作用力P为：(22)当制动鼓反方向旋转时，此时制动带移动端变成紧边拉力，操纵杆上的力P为：(23)假如取=576rad，=03，则P=56P。因此，这种制动器在制动鼓反转时，要取得同样的制动效应，即相同的制动转矩Mx，制动的操纵力P就要增大56倍。团此设计时，应使踏板和前进时处于松边的制动带移动端相连，以便减少操纵力。操纵力P所以较小，是因为制动摩擦转矩的方向帮助拉紧制动带。利用摩擦力加大操纵力的效果称为增力作用。由于操纵力随制动鼓的旋转方向改变相差很大，因此单端拉紧式制动器只适用于很少倒退工作的履带机械。 b） 浮式制动器（图14b）这种制动器的特点是制动带两端的固定点是浮动的，制动时，依据制动鼓的旋转方向不同，杠杆的支点自动改变，使踏板拉动的总是松边，操纵力均如公式(22)的情况，因此操纵比较省力，制动效应也好。在经常需要倒驶的履带式工程机械上应用很广。履带式机械转向制动器多采用这种浮动式带式制动器。图15为上海-320推土机的浮动式转向制动器的工作原理。图15 上海-320推土机的转向制动器的工作原理 制动带两端分别支靠在A、B两点。踩下制动踏板，顶开助力器2的阀，压力油推动摇臂，拉动杆杠3。它以C为支点使A点下压、B点上拉。当前进制动时，B点为松边端，力小，乃以A 点为支点，杠杆3拉动B点，完成制动。当后退制动时，A点为松边端，乃以B点为支点，杠杆3推动A点，完成制动。c） 双端拉紧式制动器（图14c）这种制动器在制动时，制动带的两端同时被拉紧。当制动鼓按图示方向旋转时，操纵杠杆上的作用力P为：当制动鼓反向旋转时，操纵杠杆上的作用力P为：当设计上使时，这种制动器不论制动鼓是正转还是反转，制动器有相同的制动效应，操纵杠杆上作用的力为：(24) 从式（24）看，好像操纵力比单端拉紧式的任何一种情况都大。但是由于两端同时拉紧，为消除鼓与带之间的同梯间隙，在踏板行程相同的情况下，可以把力臂d取得小一些。因此，实际上它的操纵力虽比单端拉紧式拉紧松边时大，却比拉紧紧边时小。常用于中小型履带机械上。四、基本参数的确定带式制动器的基本参数是制动鼓半径R、制动带摩擦衬面宽度b和包角。R的大小往往取决于转向离合器鼓，衬面宽度b则应根据磨损，即根据单位压力q确定。如果把制动带看作是一根挠性带，不考虑制动带刚度对制动摩擦力矩与单位压力q的影响，则单位压力q和制动带拉力S之间的关系如图16所示。在带上任取一微小面积bRda，一边拉力为S，另一边为S+S，单位压力q为：（25） （25）单位压力随制动带拉力而变，故带式制动器的单位压力分布是很不均匀的，单位压力愈大则磨损愈迅速，故带式制动器的磨损也是很不均匀的，最大单位压力出现在带的紧边处：图16 制动带单位压力确定简图 （26）摩擦衬面的磨损还与单位滑磨功率有关，单位滑磨功率Wt是单位面积上的摩擦力和滑磨速度的乘积，其最大值也在制动带的紧边： （27） 式中：摩擦系数，对铜丝石棉制动带，干式可取=0.3，湿式可取=0.08； 制动鼓的圆周速度，按最高档计算； 干式带式制动器，单位压力q一般不超过0.81.2MPa，单位滑磨功率Wt一般不超过2103Kw/m2。在决定制动器的基本参数时，应当注意到：a) 增加制动鼓的半径R，可使拉力S1、S2和减小，当然操纵力也可减小。但在采用转向离合器为转向机构时，转向离合器的从动鼓即制动鼓，因此，R的决定应与转向离合器的设计联系起来考虑。b) 包角的增加，可以减小操纵力与磨损，故设计时应尽量增大包角，干式制动器包角一般在300左右，太大散热不好，湿式制动器包角一般在330350左右。c) 增加摩擦衬面宽度b，不会减小拉力S1、S2及操纵力，因此，选择适当的宽度b仅仅是为了防止单位压力和单位滑磨功率过大。此外，为了使制动时制动带能紧密贴紧制动鼓，b不能太宽。如果单位压力过大而R又无法增大时，可把制动带做成两条，平行地装在鼓上。制动带的宽度b一般取100mm左右。d) 制动带由钢带与铆合在钢带上的摩擦衬面组成。试验证明，钢带厚度不宜过大，否则会由于制动时贴合性不好而影响摩擦力矩与单位压力。一般钢带厚度不超过34mm。 带式制动器摩擦衬面的材料大多为石棉类材料。国产推土机上，干式制动器的摩擦衬面是由铜丝石棉酚醛合成的；湿式制动器的摩擦衬面是由耐油石棉、铜丝酚醛和橡胶合成的。第七节 终传动履带式推土机运行速度低，牵引力大，传动系统总的减速比大，同时为了降低中央传动和离合器以及整个传动系所传递的力矩，以减小零部件尺寸，总是希望增加终传动的速比。现在终转动一般都采用二级减速。 最终传动的结构设计，应注意下列各点：1） 结构布置应保证履带车辆有必要的离地间隙，以及使履带驱动桥有较小的横向外廓尺寸。为此，应尽可能将最终传动外壳包在履带内；2） 应当保证壳体有较好的连接刚度。最终传动的壳体，有的是单独铸造并用螺钉与驱动桥壳相连；有的则是一半铸在驱动箱壳上；一半单独铸出，如图17的结构。其中，以直接和驱动桥壳铸在一起的结构刚度最好；3）最终传动的齿轮受载较大，为了保证齿轮副的正常啮合，齿轮轴应有较好的支承刚度。因此，如图17所示，最终传动的齿轮轴大多支承在圆柱滚子轴承上，而与驱动链轮连在一起的齿轮，因工作中受有轴向力，因此支承在圆锥滚子轴承上。采用圆锥滚子轴承后，结构上应有调整轴承间隙的措施；4）最终传动应有良好的密封。因为最终传动壳体包在履带内，工作中容易沾满泥水，如果驱动链轮处密封不好，泥水将进入最终传动箱壳，使齿轮迅速磨损。在图17上，该处是用两个浮动油封2、3密封的。 最终传动齿轮的计算载荷取附着