履带式车辆液压机械驱动系统的设计

1、发动机 变速和差速 接右驱动轮接左驱动轮 泵马达泵马达履带式车辆液压机械驱动系统的设计迟 媛1,钱 巍1,蒋恩臣2(1.东北农业大学,哈尔滨 150030;2.华南农业大学,广州 510642摘 要:履带式行走具有降低接地比压和防止下陷的优点。履带式车辆的转向普遍采用离合器和制动器,结构简单,但存在转向费力、不能实现原地转向的缺点。为此,采用液压机械式双流传动系统,功率由两套静液压系统分流进入变速装置,经动力差速式转向机构进行功率汇合,能够实现履带车辆的无级转向和无级行走。动力差速式转向机构具有降速增扭作用,转向时实现一侧扭矩增加而另一侧扭矩等量减少。 关键词:农业工程;液压机械驱动系统;设计

2、;履带式车辆;无级行走;无级转向;差速式转向机构 中图分类号:S219.032.1 文献标识码:A 文章编号:1003188X(2007020076030 引言在履带式行走机械的后桥中,普遍采用单功率流的转向离合器和制动器,使车辆左右转向只有一个R =B 的转向半径,其余转向半径均借助于摩擦元件的打滑来实现,既造成了严重的功率损失,又降低了摩擦元件的使用寿命1。履带车辆“液压机械无级变速兼无级转向综合传动系”是新近发展的一种传动系统,这种传动具有把液压的无级变速和机械的高效率传动结合的特点,在扩大纯液压传动力矩的同时,扩大传动范围,增大无级传输的功率,并提高总传动效率。液压机械无级变速传动是利

3、用多自由度的行星差速器把发动机输出的功率分成两股“功率流”,利用液压功率流的可控性,使这两股功率流在重新汇合时可以无级调节总的输出转速。近几年,液压机械无级变速传动在国际上有了快速的发展,代表了当今拖拉机与车辆传动技术的先进水平2。1 系统的总体设计1.1 总体结构本研究的对象为东北农业大学蒋亦元院士的割前摘脱橡胶履带式收获机,目的是使该机能够实现无级行走和无级转向。由发动机输出的动力经带传动到变速箱,分成两股功率流,分别通过泵马达系统后减速和变速,汇合于动力差速式转向机构,输出动力。总体结构如图1所示。图1 总体结构系统带传动的传动比为1:1。泵马达系统采用整体式结构安装在变速箱上。带轮输入

4、的动力经齿轮传动分配到两个泵马达系统的泵轴,分别经过液压传动传到两个马达轴,负责直行的马达轴经变速器减速和差速后进入差速式转向机构的直行输入端(如图2中的(9,负责转向的马达轴经变速器减速后进入差速式转向机构的转向输入端(如图2中的(17。变速装置装配在差速装置(差速式转向机构的上部。1.2 工作原理两套泵马达系统均采用静液压驱动装置,即变量泵定量马达的装置。改变负责直行的液压泵的排量,从而改变履带式车辆的行走速度,实现无级行走;改变直行液压泵变量机构的方向,实现机车的前进和倒退。改变负责转向的液压泵的排量,来改变机车的转向速度;改变直行液压泵变量机构的方向,实现机车的左转或右转;动力差速式转

5、向机构自动实现两侧履带的转矩的分配,实现内外侧履带速度差,从而实现差速式的无级转向。2 动力差速式转向机构的设计目前,美国的卡特公司、日本的小松公司和中收稿日期:2006-04-19基金项目:黑龙江省科技厅攻关项目(GB01B703-02 作者简介:迟 媛(1974-,哈尔滨人,讲师,博士研究生,(E-mail yuanchi_2003 。图3 差速式转向机构的结构17B行星排2 行星排3151418134 567 891011 12 1316行星排1A B2min/3000r MPa29mL/r18min/30000r aP rm101BmL/r2.60.6MPamL/r180SaP T国的

6、“一拖”公司分别生产了基于各自传动原理的多自由度的行星差速器。卡特公司将该行星差速器用于D8N 等R 系列型号的推土机上;小松公司将该行星差速器用于X 系列的推土机上;“一拖”公司在东方红1302的履带拖拉机上应用了双功率流的差速器,但还没有批量生产。本研究采用了美国卡特公司的传动原理并进行了改造,设计了适应水稻收获的履带式收获机的差速式转向机构。2.1 原理图差速式转向机构的原理图如图2所示。图2 差速式转向机构的原理图在图2中,1和14接左右侧履带的驱动轮A 和B 接变速器的输出齿轮。a a a =317931 311102=a 式中 1a ,2a ,3a 分别为行星排1,2,3的特性 参

7、数(行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比,满足1231=a a a 。输出轴与输入轴之间的关系为:1 当只有直行马达驱动时,此时车辆直线行走,且两侧履带接触的路面情况相同,则有68.32201411(22019114117×=+=i a a n n n n n 2 当只有转向马达驱动时,车辆绕自身中心原地转向,且两侧履带接触的路面情况相同,则有09=n 141n n =94.4220791(22171×=+=i a a n n 3 当直行和转向马达同时工作时,则有179172911417917291194.42207968.32201411(21(2294.42207968.32

8、201411(21(22n n n i a a n i a a n n n n i a a n i a a n ××=+=×+×=+=式中 1i 齿轮副9与8的传动比;2i 齿轮副17与5的传动比。2.2 结构总成图差速式转向机构的结构如图3所示。2.3 传动比的分配已知发动机标定转速为3000r/min ,泵马达系统采用转速范围为03000r/min ,带传动的传动比为1:1,驱动轮行使速度为01.5m/s 。考虑到发动机的高效区和泵马达系统的高效区,差速式转向机构传动比确定为56.118=n n 68.389=n n即74.519=n n 78.21

9、5=n n 94.4517=n n即 73.13117=n n2.4 转矩关系式转矩关系式为 B A B A M M M i a a M i a a M 88.687.2121211+=+=B A A M M M i a a M i a a M 88.687.2121B 2141=+=3 泵马达闭式系统两套泵马达系统均采用静液压驱动系统,系统原理图和选型图如图4和图5所示。图4 液压系统原理图 图5 集成式液压系统选型图4 结论1 从差速式转向机构的转速关系式和扭矩关系式可知,该差速式转向机构具有降速增扭的作用。2 原地转向时,仅转向液压马达输入动力。如果地面阻力相同,左右输出转矩大小相等、方

10、向相反;如果地面阻力不等,通过行星排1可将动力从一侧转换至需要动力较多的另一侧。3 直线行驶时,仅直行马达输入动力。如果驱动负荷相同,左右端输出轴转矩大小相等、方向相同;如果驱动负荷不同,通过行星排1将转矩从一侧转换至另一侧。4 一般转向时,直行马达和转向马达同时输入动力。当一侧转矩增加时,则另一侧转矩减小,其增加和减小的数量相等。参考文献:1 边仁国.我国工程机械传动装置的现状和发展趋势J.工程机械,2000(4:29-30.2 田全忠.液压机械无级变速传动系统计算与分析J.拖拉机与农用运输车,2005(3:18-19.3 张银彩.新型转向机构的动力学分析J.矿山机械,1998(12:36-

11、37.4 徐灏.机械设计手册K.北京:机械工业出版节社,1992.Study on Hydro-mechanical Transmission of Tracked VehiclesCHI Yuan1,QIAN Wei1,JIANG En-chen2(1.Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2.South China Agricultural University, Guangzhou 510642, ChinaAbstract: Tracked vehicle has the advantages of reduc

12、ing the ground pressure and avoiding sinking. Tracked vehicles adopt clutch and brake which has the advantage of simpleness and has the disadvantage of difficult to be turned and cant turning at original point. The paper studies on the transmission system that avoids that disadvantages and realizes

13、continuous walking and continuous turning. The study adopts hydro-mechanical transmission that power is divided into two paths by two hydraulic transmissions, passes through reducer respectively and converges at differential steering system. Differential steering system increases torque and decreases velocity, increases one sides torque and decreases the other sides tor