544 履带车辆双功率流转向装置的液压系统及操纵系统设计（全套CAD图+说明书+翻译）
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履带车辆双功率流转向装置的液压系统及操纵系统设计
摘 要
机械液压双功率流转向系统是履带车辆的一种新型转向方式，也就是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。此种转向机构具有转向时平均速度不降低，转向工作效率高，左右履带的速度差能够无级调节，可实现由方向盘操纵进行精确的方向控制，机动性好等许多优点。有效的改善了履带车辆的转向性能。此系统设计的关键就是实现双功率流履带车辆的平稳转向。故本文在参考东方红1302R橡胶履带拖拉机的一些参数的情况下，着重介绍了机械液压双功率流转向系统的液压系统及转向操纵系统的设计方案和工作原理，对液压系统中液压元件，如变量泵、定量马达等进行了设计计算，并合理的选取了系统中所需的液压元件，并使各元件间匹配合理，使其达到最佳的工作状态。同时对设计的液压系统和操纵系统进行了转向性能的初步计算，其结果表明此种设计方案参数匹配合理，能较好的满足履带车辆的转向要求。
关键词：履带车辆，双功率流，液压系统，操纵系统，转向机构
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1 履带车辆双功率流转向装置的液压系统及操纵系统设计 摘 要 机械液压双功率流转向系统是履带车辆的一种新型转向方式，也就是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。此种转向机构具有转向时平均速度不降低，转向工作效率高，左右履带的速度差能够无级调节，可实现由方向盘操纵进行精确的方向控制，机动性好等许多优点。有效的改善了履带车辆的转向性能。此系统设计的关键就是实现双功率流履带车辆的平稳转向。故本文在参考东方红 1302R 橡胶履带拖拉 机的一些参数的情况下，着重介绍了机械液压双功率流转向系统的液压系统及转向操纵系统的设计方案和工作原理，对液压系统中液压元件，如变量泵、定量马达等进行了设计计算，并合理的选取了系统中所需的液压元件，并使各元件间匹配合理，使其达到最佳的工作状态。同时对设计的液压系统和操纵系统进行了转向性能的初步计算，其结果表明此种设计方案参数匹配合理，能较好的满足履带车辆的转向要求。 关键词： 履带车辆，双功率流，液压系统，操纵系统，转向机构 2 F is a s is is in of to of to of is be no by be to An of to is to in a It is in to of of on to of of as of a of to a to it to in of of to a to 3 目 录 第一章 前言 .二章 液压系统的设计要求 .三章 液压系统的负载分析 .四章 液压系统的方案分析 . 纵系统的设计分析 . 压系统的设计方向 . 体方案的分析 .五章 液压元件的设计计算与选取 . 压马达的参数设计与选取 . 压马达最大转向阻力矩的计算 . 压马达最大每转排量 . 压马达的最大转速 . 压变量泵的参数计算 . 压系统补油流量的计算 . 滤器的选择 . . 统发热温升的计算及冷却器的选取 . 统发热温升的计算 . 统散热量的计算 . 热器的选取 . . 箱的设计计算 . . 压系统所需油箱容量的计算 . 压系统油管及油管接头的选取 . 压系统中液压阀的选取 . 压油的选用 . . 向操纵系统的选择 . 17 向器的选取 . . 向柱的选取 . . 向盘的选用 . .六章 液压系统性能的分析 .4 第七章 结论 . .考文 献 . . 谢 . .5 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 6 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 106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 106 ，转速 2300距435 ，轴距 v 622 ，结构重量 6300 ，使用重量 a 7000地隙 80 ，速度范围 v 为 3 30 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 7 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 3 1 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。 8 同时可分析得两侧驱动轮转速为： 1(0 （ 3 1） 1(0 （ 3 1） 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 0n 发动机转速 液压马达转速 中央传动比 液压马达到行星排传动比 变速箱速比 最终传动比 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压马达的负载 方向盘位置 计算公式 总机械负载 中间位置 0 0 最大位置 )1(2 243 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 9 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。 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： 10 1、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 4 1 机械液压双功率流操纵与液压系统原理图 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 11 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 9 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。 12 第五章 液压元件的设计计算与选取 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。 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。 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 满足车辆转向时的最大转向阻力矩 。可由下式计算： )1(2 （参考文献河南科技大学学报 2005 年第 6期） （ 5 1） 其中： 示转向液压马达的驱动力 矩 车辆驱动轮半径辆履带中心距 B 速行星排特性参数 =端传动效率 98.0m转向机构输出效率 95.0c履带车辆驱动段效率 96.0v中央传动效率 97.0z 末端传动比 091.63 液压马达到转向机构传动比实际测量东方红 1302R 橡胶履带拖拉机的最大转向阻力 矩 M，当此型号拖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 m,粘 性 土 壤 路 况 下 的 测 量 结 果 。故可计算得： 243N m 压马达最大每转排量 由转向液压马达的驱动力矩 求得液压马达所需的每转排量： （参考文献河南科技大学学报 2005 年第 6期） （ 5 2） 其中： 243N m 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： m 6 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 yn000（参考文献河南科技大学学报 2005 年第 6 期）（ 5 3） 系 统最大流量 Q 根据系统要求可选取： Q 液压马达的容积效率： 95.0可求得： m 00 rn y 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： 055 14 压变量泵的参数计算 因变量液压泵的排量下式： (5 4) 其中： 液压泵的容积效率 95.0压马达的容积效率 95.0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= r 则可计算得 p 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。 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，为了防止传动装置的损坏，在所有的工况下，补油压力的额定值必须在其给定的压力值内。 补油泵流量的要求和补油泵规格大小的选取结果是受许多因素影响的。这些因素包括：系统压力、液压泵转速、泵的斜盘倾角、液压油的类型、工作温度、热交换器的规格大小、液压管路的长度和管径大小、控制响应特性、辅助系统的流量要求、液压马达的类型等。 在初始设计液压系统时，对上述信息并不能完全掌握，故可参考萨澳 丹佛斯 90 系列轴向轴塞液压泵的说明书做初步计算。 15 在计算前，应注意到下面几个问题： 根据不同的操作模式确定整个系统的补油流量要求 总的补油流量要求必须包括：液压泵、液压马达的流量要求，以及将 油液从系统中传 输的辅助部件要求 补油泵的尺寸确定必须考虑在最大工作压力条件下液压泵和马达的运 转情况，也必须考虑在最小转速条件下泵的运转情况 由上述条件，参考萨澳 丹佛斯 90 系列轴向轴塞液压泵的说明书可做如下计算： A、补油流量要求 液压泵： 变量泵所需的补油流量（ ： 757 8 F ra m 量因数 2.3澳 丹佛斯 90 系列轴向轴塞液压泵的说明书中的附表查得 （ 5 5） 泵的标称尺寸 5 则： m i 8 8 F r a m s i z B、补油流量要求 马达： 马达所需的补油流量要求： 75 F ra m 量因数 3.1澳 丹佛斯 90 系列轴向轴塞液压泵的说明书中的附表查得 （ 5 6） 马达的标称尺寸 5 则： m i F r a ms i z C、总的流量要求： 总补油流量 16 可初算 m i 综合考虑个方面因素，则补油流量应比计算值稍大一些，故参考萨澳 丹佛斯产品说明书，如下表： 表 5 1 补油泵参数表 型号 补油泵尺寸 3额定转速 A 8 4200 B 11 4200 C 14 4200 综合各方面因素，查询补油泵输出流量图表，则选用补油泵尺寸为 8 3即 A 型号的补油泵。 综合上述计算以及车辆的整体要求，对于选用的萨澳 丹佛斯轴向柱塞变量泵和定量马达以及其附件可最终选取得型号为： 轴向柱塞变量泵： 90F 1 N 6 S 3 03 0 30 24 轴向柱塞定量马达： 90C 0 N 7 N 0 00 0 00 20 滤器的选择 为了避免油液中混入异物，保证液压元件的正常工作。故在液压系统中需安装过滤器。用以滤去油液中的杂质，维护油液清洁，防止油液污染，保证液压系统正常工作。同时滤油器还应满足系统的流量要求，即滤油器有较大的通油能力要求和较小的阻力，但也应满足系统的过滤精度要求，各种液压系统的过滤精度要求如下表： 表 5 2 液压系统过滤精度要求 系统类别 传动系统 伺服系统 压力 / 7 35 21 类别 / 因此系统压力最大时为 30油流量额定转速下约为 18 则 17 经查机械设计手册过滤器可选型号为： 100J。其参数如下： 表 5 3 100J 过滤器参数 型号 流量 过滤精度 m 100J 25 100 统发热温升的计算及冷却器的选取 对于液压系统来说，其大部分能量损失都转化为了热量，除部分散发到周围空间外，大部分使油液温度升高。若长时间系统油温过高，则油液粘度下降，油液泄漏增加，密封材料易老化，油温氧化严重，影响液压系统的正常工作。又因结构限制，油箱又不能太大，依靠自然冷 却不能使油温控制在所希望的正常工作温度 20 65时，为了使油液温度维持在允许的范围内，就需要在系统中安装冷却器。 统发热温升的计算 系统单位时间的发热量 )(为： 21 (5 7) 式中： 1P 液压泵的输入功率 2P 系统的输出 功率，即马达的输出功率。 因系统在方向盘处于极限位置时，系统的能量输出及能量损失最大，故可根据此状态下计算温升情况，也就是说在此工况下，系统的温升最大。则计算： 由tp 6001 （出自萨澳 丹弗斯 90 系列轴向轴塞变量泵说明书）（ 5 8） 其中：变 量 泵 的 输 出 流 量 （ ， 其m i 71 0 0 0 0 0 0 （量泵的每转排量 泵的转速，泵的容积效率） p ：系统压力差 18 t：泵的效率，其 故 由6000002 （ 5 9） 其中 ：马达每转排量 p ：系统压力差 n :马达的转速 马达的机械效率 则： 则系统单位时间内最大发热量： 统散热量的计算 系统单位时间的散热量 )( 为： (5 10) 式中： T ：系统温升， 21 其中： 1T 系统达到热平衡时的温度（）， 2T 环境温度为 20，【 T】 最高允许温度，对于一般 机械为 5570 ， 对 粗 加 工 机 械 、 工 程 机 械 为 65 80， 1T 可取 70 。 则 ：50207021 。 A ：油箱的散热面积，其可由： 3 2065.0 计算， v 油箱有效容积（），因 2%8090 ，则 23 23 2 油箱散热系数（ 表 5 4 油箱散热系数表 工况 自然冷却通风差 自然冷却通风良好 有专用冷却器 （ 8 9） 310 （ 15 310 （ 110 170） 310 因此系统中选用专用冷却器，故 310160 ，则 19 系统散热量： 由此可知， ，故在选用冷却器的情况下，系统散热良好，可满足使用要求。 热器的选取 综合系统各方面因素，维持系统油液温度在允许的范围内，且满足系统使用要求，此系统中可选用冷却器为登胜液压生产的型号为： 60 的冷却器。 箱的设计计算 油箱在液压系统中 ,其功用是使油液同空气隔离 ,并为油液膨胀或收缩造成的容积变化以及可能的缸体流量和微小泄漏提供补充油液 ,为油液的循环交换 提供条件，故液压系统中应设计出其相适用的油箱。 压系统所需油箱容量的计算 油箱容量的确定一般根据液压系统补油泵的额定流量有如下原则： 表 5 6 油箱容量与系统压力的关系 系统压力 油箱容量 0 2 4) 5 7) 5 12) 因系 统压力为 30萨澳 丹佛斯 90 系列轴向柱塞变量泵中补油泵输出流量图，知在发达机额定转速下其补油流量为： 18 则油箱容量 : 01855 即油箱的容量应大于 90L 初定油箱的尺寸：长宽高 为： 560 280 600 20 则其容量可达到 94L，故满足使用要求。 压系统油管及油管接头的选取 在此液压系统中，液压变量泵与定量马达间的布置距 离大概在 右，且泵与马达间易产生相对运动，系统工作压力高，流量较大，故根据液压手册及萨澳 丹佛斯产品说明书，选用萨澳 丹佛斯公司配备的高压橡胶油管，其工作油路橡胶油管内径为 25径 40油管路内径为 19径 30服排量控制油路皆为内径 9径 16管接头皆为 90 系列轴向柱塞变量泵和定量马达相配的附件。 压系统中液压阀的选取 此液压系统中，工作油路中保护液压阀和调压液压阀皆有萨澳 丹佛斯在其产品内设置，其伺服排量液压控制机构也为其配备，故其中所需液压阀无需另选。对于液压转向器供油油路中所需的流量控制阀可根据液压油路要求，选用上海智德液压机械制造有限公司生产的流量控制阀，其型号为： 5 7 压阀的参数 型号 公称通径 最大流量 压力 02 140外，安装底板选用型号为： 压油的选用 液压油对系统的正常工作，使用寿命和性能有较大影响，对液压油总的要求是：在工作温度范围内粘度变化较小；有高的油膜强度；良好的润滑 性；不含机械杂质和沥青；良好的防蚀性；良好的抗氧化性能；高的闪点和低的凝点等。 21 在选择液压油时，除考虑到上述要求外，还应满足泵、马达、阀对油液的特殊要求。在综合考虑系统各方面因素的情况下，对于本文中的液压系统可选用 20 号机械油。 向操纵系统的选择 对于液压转向操纵系统来说，其组成一般由方向盘、转向轴及液压转向器等组成。考虑到本设计的转向装置的总体情况，可选用 液压转向器，且考虑到转向器零件强度的要求，方向盘直径不应超过 500其中，转向器的结构形式选用“开心有反应式”即当转向器 在中间位置（不转向）时，所供液压油与油箱是连通的，且作用在转向轮上的侧向外力会使方向盘转动，使驾驶员对道路有所感觉。 向器的选取 液压转向器就是通过方向盘的控制，来控制液压油的流量，在此液压系统中就是最终实现斜盘角度的变化。通过参考所选液压变量泵的整体和液压伺服机构的参数，在此系统中选用的液压转向器型号为： 80 其参数如下表： 表 5 8 80 转向器参数 转向器型号 排量 公称排量 最大压力 向盘自由转角 80 80 25 309 当方向盘转动时，通过转向柱带动转向器中的阀芯转动，转向器将与方向盘旋转角成比例的油量连续地压入变量泵的伺服机构，促使变量泵的斜盘发生角度变化，使其排出的油量发生变化，从而使定量马达的转速输出发生变化，实现转向。 向柱的选取 对于操纵系统来说，其受力不大，故其选择无须校核计算，选择满足使用要求的即可。其转向柱及附属机构转向柱壳可选用镇江液压元件厂生产的专门应用于 转向器的产品。其型号为： 22 向盘的选用 对于方向盘的选取，因其所受作用力不大，故对其要求不高，只要能满足转向柱的连接要求即可。另外，为了避免驾驶员操纵时作用力过大，而损坏液压转向器，则其直径不应大于 马 23 第六章 液压系统性能的分析 设计此转向液压系统的目的就是为了使履带车辆能够在转向方面具有更好的性能，操纵更加轻便，转向更加平稳、可靠。根据选定的液压变量泵和定量马达的参数，以及其它液压元件 的性能参数，参考东方红 1302R 履带拖拉机整机参数，可以计算履带车辆的最大转向角速度最短周转向时间按最小半径转向时的各运动参数。 履带车辆的最大转向角速度有下式计算为： 1( 4 m a xm a x （ 6 1） 式中：车辆驱动轮半径辆履带中心距 B 速行星排特性参数 =端传动比 091.6向液压马达的最大转速 可计算得： sr ( 4 m a xm a x 最短周转向时间 计算 2 m a xm （ 6 2） 对于按最小半径转向时的履带车辆运动参数包括其直线行驶速度 V，左终传动轴的转速 右终传动轴的转速 但这些参数与转向差动轮系有关，故要想使此转向系统达到更好的转向效果，还应设计出与之相适应的转向差动轮系。 从上述的计算所得参数，可以看出该转向装置液压操纵系统能够实现顺利转向，且转向性能参数优于传统的单功率流履带车辆，从而说明，该设计方 案中所选择的液压元件能够满足使用要求。 24 第七章 结论 本文以履带车辆的机械液压双功率流转向装置的液压及操纵系统为设计对象，根据整车要求及性能要求，对液压系统及操纵系统进行了原理设计和分析，对系统中所需元件进行了设计计算和合理的选取。 最终对设计的转向系统作出了性能计算和分析，其分析结果显示，设计方案可行，参数匹配合理，能够满足设计要求。通过方向盘操纵转向，能有效改善驾驶员的操纵强度，提高驾驶的舒适性，准确实现驾驶员的操纵意图，较好的满足了履带车辆的转向要求。 总之，通过近三个月的努力，所设计的机械液压双 功率流转向装置的液压及操纵系统附和设计要求和使用要求，毕业设计即将得以完成。这段时间翻阅了大量资料文献，不仅仅巩固了以前所学的知识，而且，对以前所学课程有了更深刻的认识和理解，知识面得到了扩展。在学习方法和设计方法上获得到了很大的启发。 25 参考文献 1 曹付义，周至立，贾鸿社 . 履带拖拉机液压机械双功率流差速转向机构设计 2006，第 09期 , 52 张松敏，周至立，贾鸿社 . 双功率流履带车辆转向操纵液压系统设计 . 河南科技大学学报（自然科学版） ， 2005，第 26卷（第 6期）， 31 34 3 中国农业机械化科学研究院编 ） 国农业机械出版社， 1985： 6354 许福玲，陈尧明 第二版 机械工业出版社 ,2005:15 徐灏主编 3卷 械工业出版社， 1991 6 萨澳 90系列轴向柱塞变量泵说明书 7 萨澳 90系列轴向柱塞马达说明书 8 石熙年 ,万柏群 徐州 :中国矿业大学出版社 ,2002 9 李壮 云 ,葛宜远 ,陈尧明 北京 :机械工业出版社 ,1999 10 尹士君主编 北京：化学工业出版社， 2006 11 上海智德液压机械制造有限公司编 上海 12 候洪生 北京 :科学出版社 ,2001 13 王望予主编 北京：机械工业出版社， 2004 14 诸文农主编 北京：机械工业出版社， 1981 15 关醒凡编著 北京：宇航出版社， 1995 16 王昆，何小柏，汪信远主编 设计 等教育出版社，1996 26 致 谢 毕业设计临近结束，我个人认为通过这次毕业设计使我收获很多，在把握设计思路上有了很大的提高，对工程制图有了更深刻的认识。 当然这些成绩是离不开各位老师的指导，特别是感谢我的导师张文春教授的悉心指导，张老师平日工作虽然繁忙， 但在我做毕业设计的每个阶段都给予了我悉心的指导。对设计中出现的错误，张老师总是耐心的引导我。因此，我敬佩张老师的专业水平 ，他的治学严谨和为人和善的精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢和我一起作毕业设计的 同组同学，我们之间相互讨论和促进 ,为毕业设计的按时完成营造了一个积极的环境。 然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下了机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢河南科技大学四年来对我的大力栽培，使我即将顺利的完成学业。 毕 业 设 计（ 论 文 ）任 务 书 （指导教师填表） 填表时间： 2007年 3 月 6 日 学生姓名 黄亮军 专业班级 汽车 031 指导教师 张文春 课题类型 工程设计 设计（论文）题目 橡胶履带牵引车辆改进设计（ 履带车辆双功率流转向装置的液压系统及操纵系统设计 ） 主要研 究内容 设计 106 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，包括机械液压转向装置中油泵、马达的选择，液压系统设计；转向装置操 纵系统设计。 发动机功率 106速 22330000 转转转 ； 轨轨轨 距距距 11443355， 轴轴轴 距距距 11662222， 结结结 构构构 重重重 量量量 66663300（ ） ， 使使使 用用用 重重重 量量量 77000000 公公公 斤斤斤 ； 地地地 隙隙隙 大大大 于于于 等等等 于于于 228800 毫毫毫 米米米 速速速 度度度 范范范 围围围 ： 33 3300 公公公 里里里 /小小小 时时时 。 要求：对拖拉机机械液压转向装置实行 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。 主要技 术指标(或研究目标 ) 进行转向装置液压系统原理设计， 进行液压操纵系统元件选择和设计， 绘制设计图；绘制转向操纵系统原理 及设计装配 图。绘制总量不低于 算机图纸 1张。不低于 12000字的设计计算说明书 （摘要不少于 400字，参考文献不少于 15篇） ， 10000外文字符资料翻译。 设计步骤： 课题调研，查阅文献资料，明确设计任务；选择设计方案；总体设计；详细设计；撰写设计说明书；毕业设计答辩。 进度计划 调查研究，熟悉设计内容，收集文献资料，时间占 20 25（约 周）； 设计任务分析与实施方案的确定，写出开题报告；时间占 3 5（约 1周）； 实施设计、计算、绘图，论文起草时间占 45 50（约 6周）； 整理论文，时间 占 5 8（约 毕业论文答辩，时间占 3 5（约 主要参 考文献 拖拉机底盘结构设计图册；机械设计手册；拖拉机设计； 拖拉机理论； 拖拉机设计手册。 东方红 1302R 1302用说明书 工程机械底盘设计 , 河南科技大学学报（ 2003 年 3 期）、农业工程学报 2005 年 5 期、广东职业技术学院学报 2002年 4期 等 相关杂志 。 研究所（教研室）主任签字： 2007年 3月 6日 河 南 科 技 大 学 毕 业 设 计（论 文） 题目 履带车辆双功率流转向装置的液压系统及操纵系统设计 姓 名 黄亮军 院 系 车辆与动力工程学院 专 业 车辆工程 031班 指导教师 张文春教授 2007年 6 月 15 日 毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 课题名称 履带车辆双功率流转向装置的液压系统及操纵系统设计 1. 设计（或研究）的依据与意义 就国内履带车辆而言，其转向装置多采用单功率流转向机构，且多采用转向离合器的形式，但此种形式的转向机构其操纵性差，生产效率低，能耗较大，且随着履带车辆功率的不断增大，转向离合器的应用将会受到一定的限制。 为了克服上述缺点，机械液压双功率流转向机构在履带车辆上得到了应用。此转向机构一般由变量泵、控制阀、定量马达、多档变速箱以及后桥转向差动机构组成。 其动力，一路由变速箱流向转向差动机构，一路由变量泵、定量马达流向转向差动系。其中液压泵和液压马达可以无级调速，因此使用这种机构既可获得车辆两侧的速度差实现无级控制。故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，即可实现无级转向 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 对于机械液压双功率流履带车辆的转向装置，因其具有转向时平均速度不降低，转向工作效率高，左右履带的速度差能够无级调速，可实现由方向盘操纵进行精确的方向控制，机动性好等许多优点。故在西方发达国家的军用履带车辆上得到普遍 应用。 同时，现今的国内外著名公司近几年来也不断设计出不同的机械液压双功率流转向系统。但基本上都是由发动机、变量泵、控制阀、定量马达、多档变速箱、以及后桥转向差动机构组成。 其中，在整个系统中，一般采用变量液压泵控制定量液压马达的闭式式回路系统。此系统中，对变量液压泵排量的控制对于保证转向机构性能的优良 程度至关重要。在国外的排量控制方面，采用电子控制方式，其特点：操纵精确、空间布置容易、但其控制程序的修改、写入的成本较高。另一种排量控制方式采用液压先导控制（ 方式，可以使双功率流履带车辆达到最佳的性价比。但就国内情况来说，同西方发达国家相比还有一定的差距。但在部分履带车辆上也采用了液压先导控制的方式，应用了机械液压双功率流转向装置。 3. 课题设计（或研究）的内容 设计 106胶履带拖拉机机械液压转向装置的液压系统及操纵系统。包括机械液压转向装置中油泵、马达的选择 ;液压系统设计；转 向装置操纵系统设计。能实现通过方向盘操纵实现车辆的原地转向及倒车操作。 4. 设计（或研究）方法 对液压系统及操纵系统进行设计，使所设计的系统能实现：通过对操纵系统转向盘的操纵能对变量泵进行控制，从而达到控制定量马达的目的，实现转向 。同时，要对系统中变量泵、马达、控制阀及其它元件进行设计计算。 5. 实施计划 调查研究，熟悉设计内容，收集文献资料 （约 2 3周） 设计任务分析与实施方案的确定，写出开题报告 （约 1周） 实施设计、计算、绘图、论文起草 （约 6周） 整理论文 （约 毕业论文答辩 （约 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 研究所（教研室）意见 研究所所长（教研室 主任）签字： 年 月 日 外文资料译文 1 英语资料翻译 4 2 齿轮齿条转向装置 4 2 1 齿轮齿条转向装置的优点和缺点 通过转向齿轮来改变运动方向的转向方式不仅应用在轻型和中型汽车上，而且在高档车辆上也有应用，例如奥迪 赛德斯 E 系列和 S 系列，另外，几乎所有的新型小客车的设计都应用了前轮独立悬架。同循环球式转向系统相比其优点是： 结构简单 制造容易，生产成本低 因为有好的方向感，易于操纵 转向齿条和转向齿轮是自由啮合并且容易润滑 转向横拉杆能直接连接到转向齿条上 转向灵敏 结构紧凑（这是所有欧洲和日本前轮转向车辆上安装这类转向装置的 原因） 不需要中间摆臂（包括轴承）和中间横拉杆 容易限制转向齿条的行程和转向角度 主要缺点是： 容易发生“打手” 万一横拉杆受到冲击力就会对驾驶员的操纵造成极大的冲击 转向轮受到干扰更容易被驾驶员感受到（特别是前轮转向车辆） 当横拉杆被连接到齿条末端位置时的这种转向机构，有时会发生横拉杆长度不足 转向角度的大小依赖于转向齿条的行程 有时由于转向臂太短，则需向转向系输入较大的转向力矩 如果车辆没有助力转向系统，在驻车状态下，转向系统角传动比越小，转向所需的转向力就越大 不能应用于整体式车桥 外文资料译文 2 构 有四种不同结构类型的转向器图 三种最普通的齿轮齿条转向装置应用于左位驾驶的车辆上，右位驾驶的车辆的转向齿轮安装在结构另一边的顶部或底部图 这类转向齿轮也可以被安装在车辆的中间位置来获得更长的转向轴行程 类型 1：转向齿轮不在车辆的中间位置（左位驾驶安装在左侧
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