第二章 底盘行驶理论.ppt

第二章底盘行驶基本理论 车辆底盘作用是支承 安装汽车发动机及其各部件 总成 形成汽车的整体造型 并接受发动机的动力 使汽车产生运动 保证正常行驶 底盘由传动系 行驶系 转向系和制动系四部分组成 第一节作业机械的行驶原理 装载机 推土机 汽车起重机 翻斗车等这类作业机械 都是利用发动机的动力 经传动系传到车轮或履带上以后 借助于对地面作用所产生的牵引力pk行驶的 如下图 一 驱动力 牵引力与附着力 驱动力PK 作用在作业机械驱动轮上的与行驶方向相反的主动力 轮胎式作业机械 驱动力PK可按下式计算 式中Mk 作用在驱动轮上的驱动力矩 rd 驱动轮的动力半径 动力半径rd的值 在计算中通常取轮胎滚动时由轮胎中心到地面支承面的值 它可用试验方法测定 三个条件 作用在主动轮上 与行驶方向相反 车辆产生的主动力 对于履带式作业机械 驱动力PK 下图 可按下式计算 式中Mk 作用在驱动链轮上的驱动力矩 rd 驱动链轮的节圆半径 驱动链轮的节圆半径 可近似取为 式中Zk 围绕驱动链轮一周的履带板数目 对于非间齿啮合 即驱动链轮的齿数 对间齿啮合 则为驱动链轮齿数之半 lt 履带板节距 即每块履带板两端销孔中心线间的距离 驱动力PK的值受限于发动机功率及传动系统传动比 额定附着力P 根据许用的滑转程度 可以确定出轮式或履带式作用机械的牵引力 对应这一牵引力的附着力 它限定了作业机械在作业中许用的经济工作的牵引力值 随着滑转程度的提高 牵引力是可以增加的 当轮胎或履带100 滑转时 达到 打滑界限 这时牵引力达到最大值而不再增加 这时相应的附着力称为最大牵引P max 附着力 路面对车轮的反作用力的极限值 它表示车轮与路面的接触情况 其值取决于路面与车轮间的镶嵌状况及路面的抗剪切强度 牵引力P 作用在作业机械驱动轮上的与行驶方向相同的地面反作用力 额定附着力通常用下式表示 式中 附着系数 按许用滑转试验测得 不同路面的附着系数见表1 1 也可以从有关资料上查取 G 作用在驱动轮上的重量 对全轮驱动或履带式作业机械 即整机的使用重量Gs 影响附着系数的因素 a路面的物理机械性质 b表面状态 轮胎或履带结构及尺寸 使用条件 驱动力Pk 牵引力P 附着力P 三者的关系 表1 1不同路面的附着系数 二 滚动阻力 轮胎式作业机械行驶时 由于轮胎与路面的变形 引起路面对车轮的反作用力N偏离车轮纵轴线一个距离 图1 3 反力N与偏心距e的乘积构成了与车轮转动方向 相反的一个滚动阻力矩 它除以轮胎的动力半径rd 称为滚动阻力Pf 式中N 地面对车轮的反作用合力 e 由车轮中心垂线至地面反作用力N的距离 rd 车轮的动力半径 e rd的值称为滚动阻力系数 用f表示 因此滚动阻力可表示为 式中f 滚动阻力系数 查有关资料 G 作用在驱动车轮上的重量 轮胎式作业机械的滚动阻力 反映的是作业机械行驶时 因轮胎变形与路面变形所消耗的能量 滚动阻力系数的值与轮胎胎内压力和土质有关 通常通过试验确定 履带式作业机械的滚动阻力 反映了两部分的能量消耗 一是路面变形 二是当卷动履带时 由导向轮张紧力引起的履带销与销套间的摩擦损失 以及拱曲的履带与托轮间 各轮轴与轴套间的摩擦损失 当履带式作业机械行驶时 在导向轮压上履带板1时 将受到路面的反作用力R 图1 4a 土壤的变形 虽然主要是由导向轮下面的履带板造成的 但是导向轮后面的全部支重轮与驱动轮也压履带造成土壤的变形 因此 如果把这部分土壤变形的作用移到导向轮上 则反作用力R将明显地由左向右倾斜 而变成R1 图1 4b 因而滚动阻力Rc为 Rc R1cos 1 7 当履带式作业机械行驶时 图1 5 驱动链轮卷动履带 使支重轮带着机体沿履轨向前滚动 履带式作业机械的滚动阻力Pf 可用下式表示 Pf a1Gs a2Gs 1 8 式中a1 与土壤性质有关的阻力系数 a2 与履带行走部分速度有关的阻力系数 Gs 整机使用重量 由于无法精确确定a1 a2的值 因此在实际计算中 履带式作业机械也是按轮式车辆滚动阻力公式Pf fG计算的 并用试验方法确定相应的滚动阻力系数f的值 滚动阻力系数f的测定方法如图1 6所示 空气阻力的合力Pw通常假定作用在车辆重心位置上 其值可用直式计算 Pw KSv2 1 9 式中K 空气阻力系数 与车辆外形有关 由试验测定 S 车辆正面的投影面积 V 车辆的行驶速度 履带式作业机械 由于行驶速度较慢 空气阻力通常忽略不计 对于汽车起重机 翻斗车等 在高速行驶时 空气阻力系数可取K 0 045 h2 m2 Km2 三 空气阻力 空气阻力 当作业机械高速行驶时 由于风力以及车辆与空气之间有相对运动的摩擦和涡流损失造成的 它的大小主要与空气密度 车辆外形 以及行驶速度等有关 四 坡道阻力Pi 坡道阻力是作业机械爬坡行驶时 车辆自重产生的沿路面方向的阻力 如下图1 7所示 Pi Gssin 1 10 式中Gs 整机使用重量 坡度角 道路坡度常用每百米水平距离内坡道升高h米的百分比来表示 即 图1 8为坡度角 与坡度i 的换算图表 当 100 150时 sin tg 因此 坡道阻力可近似用下式计算 应当注意 当作业机械下坡行驶时 Gssin 的方向与行驶方向相同 这时Pi已经不是阻力而是动力 五 行驶速度 在作业机械行驶时如果不考虑履带或轮胎相对地面的滑转损失 则作业机械的理论行驶速度可以用下式表示 式中rd 轮胎的动力半径或驱动链轮的节圆半径 rk k 驱动轮的的旋转角速度 轮胎或履带相对地面的滑转程度 可以用滑转率 来表示 它表示因滑转而损失的速度的百分率 滑转率的大小 与路面土质 轮胎或履带结构 作用在轮胎或履带上的垂直载荷 以及驱动力矩的大小等因素有关 对于一定土质与车辆 其滑转率可以用试验方法来测定 其结果如右图2 9所示 作业机械在通常行驶条件下 的值不超过3 5 最大滑转率 0 轮式装载机为30 履带推土机为15 或稍大一点 并以该值作为轮胎或履带的 打滑界限 限定许用的额定牵引力PKPH 这样作业机械的实际行驶速度可以表示为 六 作业机械的传动损失与行走损失 1 传动损失 在实际设计中 传动效率只计算由齿轮啮合在传动中产生的摩擦损失 一般对每对直齿轮传动取 m1 0 98 对每对斜齿轮传动取 m2 0 97 对每对锥齿轮传动取 m3 0 96 因此传动效率为 式中n1 直齿轮啮合对数 n2 斜齿轮啮合对数 n3 锥齿轮啮合对数 对于履带式作业机械 传动效率还应计入履带驱动区段的驱动效率 q 因此传动效率 m 为 驱动效率 q表示的是驱动力矩转化为驱动力时 驱动区段中因第一组摩擦损失而损失掉的那部分功率的百分率 因此驱动效率 q可以用下面的式子表示 式中Mk 驱动力矩 Mm1 转化到驱动轮上的第一组摩擦损失力矩 即驱动区段销1 2和3三个铰销位置所引起的摩擦损失 k 驱动轮角速度 履带推土机的驱动效率 q一般在0 96 0 97之间 2 行走损失 在水平地段等速行驶时 作业机械的行走损失由两部分组成 一是由滚动阻力引起的功率损失 二是由轮胎或履带的滑转损失引起的功率损失 式中Pkp 牵引力 Pk 驱动力 由轮胎或履带滑转引起的功率损失 用滑转效率 表示 式中v 实际速度 vT 理论速度 滑转率 由滚动阻力造成的功率损失 用滚动效率 f表示 作业机械发动机功率的有效利用程度 可以用牵引效率 kp表示 式中Nkp 牵引功率 Ne 传动系输入功率 Nk 驱动效率 因此 牵引效率是传动效率 驱动效率 滚动效率和滑转效率四者的乘积 它的数值大小 反映了所设计作业机械传动与行走性能的好坏 这一性能通常是以牵引特性来表示的 第二节作业机械的牵引性能 牵引特性曲线 牵引性能反映的是作业机械在一定的土质条件下 在水平地段上以各档稳定速度工作时的牵引性能与经济性能 它通常用牵引功率Nkp 实际行驶速度v 整机的耗油率gkp随牵引力Pkp变化的曲线来表示 也就是用各档的 Nkp v gkp f Pkp 的关系曲线来表示 一 机械传动型作业机械的理论牵引特性 在机械传动型作业机械中 传给变速箱输入轴的扭矩与转速 是扣除油泵 水泵 风扇等附件消耗的功率后的发动机扭矩和转速 因此在作理论牵引特性曲线以前 必须取得所用发动机的调速特性或外特性曲线如下图2 10 绘制理论牵引特性曲线步骤 1 绘制出与各档牵引力相对应的发动机特曲线 绘制这组曲线的目的 为了取得不同档位下牵引力与发动机转速 功率 油耗量的关系曲线 以便由它求出理论牵引特性曲线 在这组曲线图上 还应参考已有资料 绘出滑转率 f Pkp 的曲线 具体方法如下 按所取比例尺绘制曲线图座标 如右图2 11所示 以O点为原点 横坐标代表牵引力 kp 在O点左方加线段OO1 其值相当于滚动阻力Pf而得原点O1 显然以新原点O1计算的横座标值 表示驱动力Pk 确定驱动力Pk与发动机扭矩Me的比例关系 作业机械在某一档位的驱动力Pki与发动机扭矩Me的关系式如下 式中 m 传动效率 q 驱动效率 rk 驱动链轮节圆半径或驱动轮动力半径 Me 扣除附件消耗功率后的发动机扭矩 净扭矩 i i 某一档位的总传动比 由此可见 某一档位的驱动力Pki与发动机扭矩Me有一定的比例关系 从而可以从原点O1开始画一条与该档位驱动力Pki查适应的发动机扭矩Me的横坐标 工程机械传动系 工程机械发动机动力与行走机构负载之间的动力传递装置 三点基本要求 1 保证工程机械在各种工况条件下所必需的牵引力变化范围 2 保证工程机械在各种工况下对速度的变化要求 3 在满足上述基本要求的同时 应保证工程机械具有良好的动力性和燃料经济性 传动系统的功能和类型 1 传动系统 定义 动力装置和驱动轮之间所有传动部件的总称 传动系统包括离合器或变矩器 分动箱或变速箱 传动轴 主传动器 差速器 半轴及轮边减速器等部件 2 传动系统的功能 将动力按需要传给驱动轮或其它操作机构 3 传动系统的类型 前面已讲过 传动系统的功能是将动力装置输出的功率传给驱动轮 使动力装置功率输出特性尽可能满足机械行走机构的使用要求 因此 不同的动力装置和不同类型的机械对传动系统有不同的要求 目前 工程机械的动力多数由柴油机产生 也有用汽油机 电动机 燃气轮机作为动力来源 而传动系统的类型主要有 机械传动 液力机械传动 全液压传动和电传动四种 4 四种传动方式的应用范围 在一般铲土运输机械中 大多数采用机械和液力机械传动系统 挖掘机则采用全液压传动系统 少数铲土运输机械也有采用全液压传动方式的 在大型工程机械上已出现了把电动机直接装在车轮上的电动轮传动系统 如我国江西德兴铜矿 山西安太堡煤矿使用的进口的108t 170t 190t电动轮运矿卡车 5 四种传动方式的特点 1 机械传动 由于机械传动具有结构简单 工作可靠 价廉 传动效率高 可以利用发动机运动零件的惯性进行作业等特点 同时由于湿式离合器的普遍采用及柴油机特性 提高适应系数 在某种程度上改进了机械传动的某些缺点 因此机械传动的工程机械仍占有相当的比例 在该传动系统中 采用了湿式主离合器 湿式转向离合器 变速箱采用套合器 这种传动系统的主要缺点有 a 在工作阻力急剧变化的工况下 柴油机容易因过载而熄灭 这就要求司机有熟练的技巧 并增加了司机的劳动强度 对柴油机则要求有较大的适应系数 b 采用人力换挡 换挡时动力中断时间长 d 传动系统零件受到的冲击载荷大 柴油机的振动直接传到传动系统各零件 而行驶阻力变化引起的冲击又通过传动系统影响柴油机 因此降低了柴油机和传动系统各零部件的使用寿命 另外柴油机在急剧的变载下工作也将降低其平均输出功率 f 工作阻力的变化直接改变柴油机工况 为了充分利用柴油机的功率 需要增加变速箱的档位数 因而使变速箱结构复杂 并增加了司机换档的次数 上述种种缺点在行驶阻力变化剧烈及经常改变行驶方向的工况特别显著 因此机械传动系统适宜于行驶阻力比较稳定的连续作业机械 c 对于循环作业的机械 需要经常改变车辆行驶方向和行驶速度 换档频繁 每次都要脱开主离合器 并用人力拨动换档机构 司机劳动强度高 2 液力机械传动 在上述机械传动系统中加入液力变矩器 或液力偶合器 使发动机输出的功率通过液力变矩器 或液力偶合器 及机械传动部件传到驱动轮 这个系统就称为液力机械传动系统 液力机械传动系统的特点 a 能在规定范围内根据行驶阻力的变化自动进行无级变速 因此能使柴油机经常在额定工况附近工作 并能防止柴油机过载熄火 这不仅提高了柴油机的功率利用率而且大大减少了换档次数 降低了司机的劳动强度 b 由于变矩器本身具有的变速能力 对于同样的变速范围 可减少变速箱的档位数 简化变速箱的结构 c 由于变矩器利用液体作为传递动力的介质 输出轴和输入轴之间没有刚性的机械联结 因而减少了传动系统及发动机零件的冲击载荷 提高了机械的使用寿命 据有关统计资料证实 液力机械传动和机械传动相比 柴油机寿命增加47 变速箱寿命增加400 后桥差速器寿命增加93 对于载荷变化更为剧烈的工程机械 效果更为明显 d 由于变矩器具有自动无级变速能力 因而起步平稳 并可得到任意小的行驶速度 液力机械传动的主要缺点就是成本高和效率低 在行驶阻力变化小而连续作业时 由于变矩器的效率较低而增加了柴油机燃油消耗量 正是由于液力机械传动所具有的特点 轮式装载机不论功率大小 几乎都采用了液力机械传动系统 3 液压传动系统 液压传动系统的特点 a 能实现无级变速 变速范围大 并能实现微动 而且在相当大的变速范围内 保持较高的效率 b 用一根操作杆便能改变行驶方向和变速 c 利用液压传动系统本身可以实现制动 d 在履带式或以差速方式转向的轮式机械中 当左右驱动轮分别采用独立的传动系统时 不需要主离合器 转向离合器及制动器等摩擦机构 因此传动系统中没有易损零件 保养方便 另外改变左右驱动轮的转速能平稳地实现按任意半径转向及原地转向 f 便于实现自动化及远距离操作 近年来 为了简化结构特别是传动系统结构提高工作效率 出现了许多静液压传动的铲土运输机械 如静压传动的装载机 推土机和铲运机 随着液压元件性能的不断提高 预计在不久的将来会有更多的机械在其行走机构中 采用液压传动方式 4 电传动 铲土运输机械中最见的电传动系统为 电动轮 的型式 基本原理 由柴油机带动直流发电机 然后用直流电动机驱动轮边车轮 电传动方式的特点 a 动力装置 柴油机 发电机 和车轮之间没有刚性联系 便于总体布置及维修 b 变速操作方便 可以实现无级变速 因而在整个速度变化范围内都可充分利用和发挥发动机功率 c 电动轮通过性强 可简单地实现任意多驱动轮驱动的方式 以满足不同机械对牵引性能和通过性能的要求 d 可以采用电力制动 在长坡道上行驶时可大大减轻车轮制动器的负荷 延长制动器的寿命 f 容易实现自动化 电传动的主要缺点 价格高 据统计约比液力机械传动贵20 左右 自重大并要消耗大量有色金属 电传动方式的特点 将发动机的调速特性曲线按 Ne n GT f Me 关系移到各档的位置上 在转移发动机调速特性时 应扣除工作装置 主离合器 转向机构等的油泵附件所消耗的扭矩MT 由于进行牵引作业时 这些油泵都处在空载 因此通常可取MT 0 02 0 03 MeH MeH为发动机的额定扭矩 将 f Pkp 曲线按比例画到图上 由于滑转率 一般只随牵引力Pkp变化 与速度v关系不大 所以各档只有一条 f Pkp 曲线 绘制出与各档位驱动力相对应的发动机特性曲线 2 绘制理论牵引特性曲线 牵引特性曲线 图1 12 通常以驱动力Pkp作为纵坐标 表示出它与速度v 牵引功率Nkp和整机油耗率gkp的关系 其作法为 作v f Pkp 曲线 作业机械某一档位的理论速度为 式中ne 发动机转速 r min rk 驱动链轮节圆半径或驱动轮动力半径 rd m 滑转达效率 i i 相应档位的总传动比 将某一档位的总传动比i i代入 并从图2 11上找出不同Pkp时的ne和 值 即可计算出该档位的vi f Pkp 的对应值 从而作出该档位的牵引力 速度曲线 如图1 12右下侧所示 作Nkp f Pkp 曲线 根据牵引功率Nkp的计算公式 式中Pkp 驱动力 N v 理论速度 Km h 从图1 12上选定一组牵引力Pkp的值 并找出对应的实际速度v的值 即可利用公式 1 24 算出该组牵引力Pkp相对应的牵引功率Nkp 从而作出Nkp f Pkp 关系曲线 如图1 12左下侧所示 作gkp f Pkp 曲线 作业机械的油耗率表示的是每千瓦牵引功率每小时所消耗的燃料牛顿数 因此可以用测定的发动机每小时耗油量除以牵引功率得出 即 式中Ge 发动机耗油量 N h Nkp 牵引功率 Kw 根据不同的Pkp可以从图1 11和图1 12上找出各档位的相应牵引功率Nkp的油耗量Ge值 并计算出相应的gkp 从而作出各个档位的gkp f Pkp 曲线 如图1 12右上侧所示 合理的牵引特性曲线必须具备下列条件 为了不使发动机熄火 档所能发挥的最大牵引力 即滑转率 100 时的牵引力 应低于发动机最大扭矩点相应的驱动力 档的最大牵引功率点 应在履带打滑界限值的附近或在该界限值以下 因为如果最大牵引功率点在打滑界限值以上 在实际工作中将得不到应用 也就毫无意义 各个档的最大牵引力点应处在其较低档特性曲线的下方 并保持各档特性曲线的使用区域相互衔接 否则发动机容易熄火 车辆的行驶性能变坏 如右下图1 12中虚线所示的特性曲线 利用牵引特性曲线 还可以方便地找出作业机械以任何一个牵引力工作时的牵引效率 kp 即从上面图1 11和图1 12两图上分别找出同一牵引力下的Ne和Nkp 从而求出 kp作为评价不同设计的一个比较指标 二 液力机械传动型作业机械的牵引特性 对于液力机械传动的作业机械 传给变速箱的扭矩与转速 是按变矩器的输出特性计算的 利用图1 13所示特性 可根据下列公式计算车辆的实际行驶速度与驱动力 式中n2 变矩器输出轴转速 r min 式中M2 变矩器输出轴扭矩 依此便可作出各个档位的作v f Pkp 曲线 并进而作出Nkp f Pkp 曲线和gkp f Pkp 曲线 如图1 14所示 液力机械传动的作业机械 由于不存在发动机超负荷熄火的问题 因此按变矩器输出作出的特性曲线中 v f Pkp 曲线与Nkp f Pkp 曲线都是封闭的 即当变矩器失速而车速成为零时 各个档的牵引力达最大值 因而作业机械有较好的起步特性 液力机械传动型作业机械 在计算牵引效率 kp时 应计入发动机动力经变矩器传出时的功率损失 即 式中 变矩器效率 变矩器的效率 可以从变矩器的输出特性上找到 一般变矩器的正常使用效率约为80 左右 因此如果机械传动型作业机械的牵引效率为75 80 则同级的液力机械传动型作业机械的牵引效率只有60 左右 所以如果要获得同样大小的牵引功率 必须使选用的发动机功率比机械传动型的大25 为了检查设计所得牵引特性的合理性 有时在牵引特性曲线上引入由调查统计得来的不同作业工况的使用频度曲线 右图1 14 以便从中可以看出 作业机械进行不同作业时 能否以最大频度处于高牵引功率的情况下工作 上图1 14所示情况 表明该推土机以 档进行松土 档进行推土 其最大使用频度在高功率区 因而设计是合理的 第三节作业机械的动力特性 动力特性 反映的是作业机械在不同坡度的道路上行驶时 车辆所具有的加速性能 爬坡能力以及所能达到的最大车速 动力性能影响到作业机械的作业效率与适用性 动力特性用动力特性曲线来描述 一 加速性能与最高车速作业机械的加速性能 可以用理论动力特性曲线表示 现以装配汽油机的车辆为例 来讨论这一特性曲线的作法 1 不考虑行驶时的滑转损失 根据车辆的理论行驶速度vT发动机转速ne的关系式 可以作出不同档位的的关系直线 如右图1 15 a 所示 2 根据确定各档以vT为横坐标时与ne的比例关系 并根据下式 1 27 作出各档的的关系曲线 如图1 15 b 3 作行驶阻力曲线 作业机械的行驶阻力由滚动阻力Pf 空气阻力Pw和坡道阻力Pi三部分组成 因此行驶阻力PR为 将上述三组曲线按比例关系叠加在一起就就构成了作业机械的动力特性曲线 右图的特性曲线表示了作业机械以不同档位在不同坡度行驶时所具有的加速能力和以不同车速行驶时的发动机车速 根据 Px ma 1 30 式中m 车辆的质量 a 加速度 车辆可以获得一定的加速度a 随着车辆加速 虽然滚动阻力基本不变 但空气阻力增大 加速过程一直延续到车辆的驱动力PK等于外阻力PR才停止 此时车辆获得最大车速vmax 因为 因此最大车速为 在设计中 为了具体检查加速性能 还对车辆以不同档位工作时 车速从零加速到一定的最高速度所需要的加速时间进行计算 这时根据一定的道路条件 从动力特性曲线求出平均的加速力 由求出加速度a 然后根据设定的最高速度 由公式 求出加速时间t 作业机械实际加速时间 是在车辆制造出来以后 通过加速试验测定的 三 爬坡性能 最大爬坡角可由下述公式算出 推土机 装载机等 能爬250 300坡角 合格 在300坡角时 空档滑退 在一米内制停车 作为制动能力是否合格的依据之一 国外在设计货车 翻斗车时 是结合要求的爬坡性能来选用发动机 这时采用S A E给出的公式 计算以海平面为基准的空气阻力所消耗的发动机功率NA 即 式中A 迎风面积 车辆正面投影的3 4高 宽 英尺2 v 车辆行驶速度 英里 小时 另外 采用下列经验公式 计算不同坡度道路的每103磅车重的滚动阻力所消耗的功率NR 式中v 车速 英里 小时 因此车辆以不同速度在不同坡度道路上行驶时 克服空气阻力 滚动阻力和坡度阻力所需的发动机总功率为NR NA 国外工厂设计部门 为了工作方便 通常按公式 1 34 制有不同坡度道路由滚动阻力与坡道阻力合成的NR f v 的关系曲线 如图1 17 所示 对城市使用的货车的爬坡性能 通常要求在3 坡度的道路上行驶时 车速不低于英里 小时 机时对越野的载重汽车 翻斗车的爬坡性能 通常规定能以 档爬20 的坡度 图1 18为日本小松公司的载重量为46t的液力机械传动型翻斗车HD460的动力特曲线 它表示出当满载行驶时 用 档爬20 坡度时该车的驱动力与车速 理论特性曲线与动力特性曲线区别 物理含义不同 前者反映的是作业机械在水平路面上 车辆牵引力与发动机转速 扭矩 燃油消耗 牵引功率 车速之间的关系 后者反映的是在不同坡度的道路上车辆所具有的加速性能 最大车速 爬坡能力 横坐标不同 前者的横坐标是车辆所具有的驱动 牵引 力 而后者的横坐标是车速 第四节传动系传动比的分配与计算载荷的确定 传动系作用 用来传递发动机的扭矩 保证作业机械有足够的牵引力与合适的作业速度 以及能在不同的使用工况下进行速度变换 在传动系设计中首先要解决下列几个问题 选择传动系各部件的方案 确定传动系的总传动比 并将它们分配给传动系的各个部件 确定档位数 合理分配几个档位的变速箱传动比 确定传动系的计算载荷 一 传动系方案的选择 采用什么样的传动系 在很大程度上与作业机械的功率大小和用途有关 轮式装载机与20t以上的翻斗车 几乎已全部采用液力机械传动的传动方式 在履带式装载机和推土机动性上 机械传动系与液力机械传动系各占一半左右 下图1 19为国产ZL50轮式装载机的液力机械传动系简图 双涡轮变矩器的特点 高速轻载时仅以第二涡轮工作 低速重载时主要以第一涡轮工作 因而变矩器本身就相当于有两个档位的速度变换 因此与它相配的动力换档变速箱档位少 只有两个前进档和一个后退档 采用液力机械传动 发动机与行走系之间为非刚性连接 发动机熄火后无法实施拖起动 转向操作与下长坡时的排气制动 为了解决这三个功能 设有 三合一 机构 其主要原理是通过啮合机构 使驱动桥与变矩器之间借助传动齿轮实现刚性连接 为了提高驱动力 ZL50装载机采用四轮驱动 因此装有前后驱动桥 另外为了增大轮边减速的传动比 轮边减速成为行星传动 二 传动系总传动比的分配 传动系的总传动比 是根据发动机的转速 技术任务书所规定的档位数和速度范围 以及总布置中初步确定的驱动轮或驱动链轮的尺寸算出来的 轮式作业机械扣档的总传动比 可按下列公式计算 式中nEh 发动机额定转速 r min rd 驱动轮半径 m vTi 某一档位速度 Km h 履带式作业机械 各档的总传动比可按下面的公式计算 式中lt 履带板节距 m Zk 围绕驱动链轮一圈时履带板数 对单齿啮合即驱动链轮齿数 对间齿啮合为驱动链轮齿数的一半 当知道传动系的总传动比以后 就可着手进行总传动比的分配 亦即确定变速箱各档传动比Iki 主传动或中央传动比i0 轮边减速或最终传动的传动比iB0 这可分两步进行 1 把i0 iB0从总传动比中分出来 因为i i ikii0iB 1 37 所以只要知道变速箱某一档位的传动比iki 则i0 iB的值就可以确定下来 通常先把高速运输档的变速箱传动比定下来 以求出i0 iB的乘积 变速箱的高档传动比 在直接档的变速箱结构中 可取iki 1 以确定i0 iB的值 在无直接档的结构中 通常最高档为超高速档 iki 1 例如iki 0 6 0 8 可依此确定i0 iB的值 应当注意 上述从总传动比中分出i0 iB的方法不是绝对的 总传动比的分配 还需在设计中结合所用部件的结构与总体设计的草图布置进行调整 2 分配i0 iB的值 在分配i0与iB时 应力求使iB i0 借以减轻轮边减速或最终传动以前的零件受力 从而有得于缩小差速器或转向离合器的尺寸 在具体分配i0与iB时 可以按最终传动或轮边减速的草图布置 先把iB的值定下来 所选的iB值 应能使最终传动或轮边减速的壳体被履带或轮辋包络 借以使用权作业机械有合适的轨距与轮距 上述传动比的分配只是初步的 各部件传动比的精确数值 只有在完成强度计算后才能确定下来 三 传动系计算载荷的确定 确定传动系计算载荷的目的 对传动系各零部件进行强度 刚度校核 对变速箱输出轴上的齿轮 其计算载荷 1 按发动机扭矩计算时 式中MEh 发动机额定扭矩 iki 与该齿轮相适应的变速箱传动比 m 到该齿轮为止的传动效率 2 地面附着条件 即 打滑界限 下的附着系数计算时 式中G 附着重量 附着系数 iB 最终传动或轮边减速传动比 i0 中央传动或主传动比 m 由行走系至该齿轮的传动效率 q 履带驱动效率 rk 驱动链轮节圆半径或轮式车辆的动力半径rd 比较Mi和Mi 的值 其中值较小的一个即变速箱输出轴上齿轮的计算载荷 履带推土机最终传动的计算载荷M 应考虑到最终传动齿轮的循环次数比变速箱大 而且履带推土机有用单边制动帮助转向 以及在横向坡道作业的工况 因此通常取 档时附着力矩的3 4计算 也就是 M 0 75G rk 1 40