履帶式車輛液壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解讀

1、發(fā)動(dòng)機(jī)變速和差速接右驅(qū)動(dòng)輪接左驅(qū)動(dòng)輪泵一馬達(dá)泵一馬達(dá)履帶式車輛液壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遲媛1,錢巍1,蔣恩臣2(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱150030;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州510642摘要:履帶式行走具有降低接地比壓和防止下陷的優(yōu)點(diǎn)。履帶式車輛的轉(zhuǎn)向普遍采用離合器和制動(dòng)器，結(jié)構(gòu)簡單，但存在轉(zhuǎn)向費(fèi)力、不能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向的缺點(diǎn)。為 此，采用液壓機(jī)械式雙流傳動(dòng)系統(tǒng)，功率由兩套靜液壓系統(tǒng)分流進(jìn)入變速裝置，經(jīng)動(dòng)力 差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行功率匯合，能夠?qū)崿F(xiàn)履帶車輛的無級(jí)轉(zhuǎn)向和無級(jí)行走。動(dòng)力差 速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有降速增扭作用，轉(zhuǎn)向時(shí)實(shí)現(xiàn)一側(cè)扭矩增加而另一側(cè)扭矩等量減 少。關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)工程;液壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì);履帶

2、式車輛；無級(jí)行走;無級(jí)轉(zhuǎn)向；差 速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 中圖分類號(hào):S219.032.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003188X(2007020076030引言在履帶式行走機(jī)械的后橋中，普遍采用單功率流的轉(zhuǎn)向離合器和制動(dòng)器，使車輛 左右轉(zhuǎn)向只有一個(gè)R =B的轉(zhuǎn)向半徑，其余轉(zhuǎn)向半徑均借助于摩擦元件的打滑來實(shí)現(xiàn)既造成了嚴(yán)重的功率損失，又降低了摩擦元件的使用壽命1。履帶車輛液壓機(jī)械無級(jí)變速兼無級(jí)轉(zhuǎn)向綜合傳動(dòng)系”是新近發(fā)展的一種傳動(dòng)系統(tǒng)，這種傳動(dòng)具有把 液壓的無級(jí)變速和機(jī)械的高效率傳動(dòng)結(jié)合的特點(diǎn)，在擴(kuò)大純液壓傳動(dòng)力矩的同時(shí)，擴(kuò) 大傳動(dòng)范圍，增大無級(jí)傳輸?shù)墓β?，并提高總傳?dòng)效率。液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)是利用多自由度

3、的行星差速器把發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率分成 兩股功率流”利用液壓功率流的可控性，使這兩股功率流在重新匯合時(shí)可以無級(jí)調(diào) 節(jié)總的輸出轉(zhuǎn)速。近幾年，液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)在國際上有了快速的發(fā)展，代表了 當(dāng)今拖拉機(jī)與車輛傳動(dòng)技術(shù)的先進(jìn)水平2。1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1.1總體結(jié)構(gòu)本研究的對(duì)象為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)蔣亦元院士的割前摘脫橡膠履帶式收獲機(jī)，目的是使該機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)行走和無級(jí)轉(zhuǎn)向。由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)帶傳動(dòng)到變速箱 分成兩股功率流，分別通過泵一馬達(dá)系統(tǒng)后減速和變速，匯合于動(dòng)力差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)， 輸出動(dòng)力。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為1:1。泵一馬達(dá)系統(tǒng)采用整體式結(jié)構(gòu)安裝在變速箱上。帶輪輸入的動(dòng)力經(jīng)

4、齒輪傳動(dòng)分配到兩個(gè)泵一馬達(dá)系統(tǒng)的泵軸，分別經(jīng)過液壓傳動(dòng)傳到兩個(gè)馬達(dá)軸，負(fù)責(zé)直行的馬達(dá)軸經(jīng)變速器減速和差速后進(jìn)入差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的直 行輸入端（如圖2中的（9,負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的馬達(dá)軸經(jīng)變速器減速后進(jìn)入差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的 轉(zhuǎn)向輸入端（如圖2中的（17。變速裝置裝配在差速裝置（差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的上部。1.2工作原理兩套泵一馬達(dá)系統(tǒng)均采用靜液壓驅(qū)動(dòng)裝置，即變量泵一定量馬達(dá)的裝置。改變 負(fù)責(zé)直行的液壓泵的排量，從而改變履帶式車輛的行走速度，實(shí)現(xiàn)無級(jí)行走；改變直行液壓泵變量機(jī)構(gòu)的方向，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的前進(jìn)和倒退。改變負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的液壓泵的排量，來改變機(jī)車的轉(zhuǎn)向速度；改變直行液壓泵變量機(jī)構(gòu)的方向，實(shí)現(xiàn)機(jī)車的左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)；動(dòng)力 差速

5、式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)履帶的轉(zhuǎn)矩的分配，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外側(cè)履帶速度差，從而實(shí)現(xiàn) 差速式的無級(jí)轉(zhuǎn)向。2動(dòng)力差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)目前，美國的卡特公司、日本的小松公司和中收稿日期:2006-04-19基金項(xiàng)目：黑龍江省科技廳攻關(guān)項(xiàng)目（GB01B703-02作者簡介：遲媛（1974-,哈爾 濱人，講師，博士研究生,(E-mail yua nchi_2003。圖3差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)17行星排2行星排3151418361011 12 1316行星排1A B2min/3000r MPa29mL/r18min/30000r aP rm101mL/r2.60.6 MPamL/r180S國的一拖”公司分別生產(chǎn)了基于各自

6、傳動(dòng)原理的多自由度的行星差速器。卡特公司將該行星差速器用于D8N等R系列型號(hào)的推土機(jī)上；小松公司將該行星差速器用于X系列的推土機(jī)上；一拖”公司在東方紅1302的履帶拖拉機(jī)上應(yīng)用了雙功率流 的差速器,但還沒有批量生產(chǎn)。本研究采用了美國卡特公司的傳動(dòng)原理并進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了適應(yīng)水稻收獲的履帶式收獲機(jī)的差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。2.1原理圖差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的原理圖如圖2所示。圖2差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的原理圖在圖2中,1和14接左右側(cè)履帶的驅(qū)動(dòng)輪A和B接變速器的輸出齒輪。a a a =317931 311102=a式中1a ,2a ,3a分別為行星排1,2,3的特性 參數(shù)（行星排齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比滿足1231-=

7、a a a。輸出軸與輸入軸之間的關(guān)系為：1當(dāng)只有直行馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)，此時(shí)車輛直線行走，且兩側(cè)履帶接觸的路面情況相同，則有168.32201411(22019114117>=+=i a a n nn nn 2當(dāng)只有轉(zhuǎn)向馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)，車輛繞自身中心原地轉(zhuǎn)向，且兩側(cè)履帶接觸的路面情況相同，則有09=n 141n n -=94.4220791(22171 =+=i a a n n 3當(dāng)直行和轉(zhuǎn)向馬達(dá)同時(shí)工作時(shí)，則有179172911417917291194.42207968.32201411(21(2294X - X =+-+= X +x =+.42207968.32201411(21(22n n n

8、 i a a n i a a n n n n i a a n i a a n式中1i 齒輪副9與8的傳動(dòng)比;2i 齒輪副17與5的傳動(dòng)比。差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。2.3傳動(dòng)比的分配已知發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速為3000r/min，泵馬達(dá)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速范圍為 03000r/min，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為1:1,驅(qū)動(dòng)輪行使速度為01.5m/s?？紤]到發(fā)動(dòng)機(jī)的高效區(qū)和泵馬達(dá)系統(tǒng)的高效區(qū)，差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比確定為56.118=n n 68.389=n n74.51=n n 78.215=n n 94.4517=n n即 73.13117=n n2.4轉(zhuǎn)矩關(guān)系式轉(zhuǎn)矩關(guān)系式為 B A B A M M M i a

9、a M i a a M 88.687.2121211+=+=B A A M M M i a a M i a a M 88.687.212B 2141-=+-+=3泵一馬達(dá)閉式系統(tǒng)兩套泵一馬達(dá)系統(tǒng)均采用靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)原理圖和選型圖如圖4和圖5 所示。圖4液壓系統(tǒng)原理圖圖5集成式液壓系統(tǒng)選型圖4結(jié)論1從差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式和扭矩關(guān)系式可知，該差速式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有降速增扭的作用。2原地轉(zhuǎn)向時(shí),僅轉(zhuǎn)向液壓馬達(dá)輸入動(dòng)力。如果地面阻力相同，左右輸出轉(zhuǎn)矩大 小相等、方向相反；如果地面阻力不等，通過行星排1可將動(dòng)力從一側(cè)轉(zhuǎn)換至需要?jiǎng)?力較多的另一側(cè)。3直線行駛時(shí),僅直行馬達(dá)輸入動(dòng)力。如果驅(qū)動(dòng)負(fù)荷相同

10、，左右端輸出軸轉(zhuǎn)矩大 小相等、方向相同；如果驅(qū)動(dòng)負(fù)荷不同，通過行星排1將轉(zhuǎn)矩從一側(cè)轉(zhuǎn)換至另一側(cè)。4 一般轉(zhuǎn)向時(shí)，直行馬達(dá)和轉(zhuǎn)向馬達(dá)同時(shí)輸入動(dòng)力。當(dāng)一側(cè)轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，則另一側(cè)轉(zhuǎn)矩減小，其增加和減小的數(shù)量相等。參考文獻(xiàn):1 邊仁國.我國工程機(jī)械傳動(dòng)裝置的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢J.工程機(jī)械,2000(4:29-30.2 田全忠.液壓機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算與分析J.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2005(3:18-19.3 張銀彩.新型轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析J.礦山機(jī)械,1998(12:36-37.4徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)K.北京:機(jī)械工業(yè)出版節(jié)社,1992.Study on Hydro-mecha ni cal Tran

11、smissi on of Tracked VehiclesCHI Yua n1,QIAN Wei1,JIANG En-chen2(.Northeast Agricultural Un iversity, Harbi n 150030, Chi na; 2.South Chi naAgricultural Uni versity, Gua ngzhou 510642, Chi naAbstract: Tracked vehicle has the adva ntages of reduc ing the ground p ressure and't turning at origavoi

12、d ing sinking. Tracked vehicles adopt clutch and brake which has the adva ntage of simplen ess and has the disadva ntage of difficult to be turned and can point. The paper studies on the tran smissi on system that avoids that disadva ntages and realizes continu ous walk ing and con ti nu ous turning

13、. The study ado pts hydro-mecha nical tran smissi on that po wer is divided into two p aths by two hydraulic tran smissi ons, p asses through reducer res pectively and conv erges at differe ntial steeri ng system. Differe ntial steeri ng system in creases torque and decreases velocity, in creases one ' s torque and decreases the other side ' s torque equally when