履带式推土机的原理及应用

道路施工机械化

履带式推土机的原理及应用

机械设计制造及自动化X班

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20107999

履带式推土机的原理及应用

推土机是土方工程机械的一种主要机械，按行走方式分为履带式和轮胎式两种.因为轮胎式推土机较少。主要介绍履带式推土机的工作原理及应用。

功率大于120KW的履带式推土机中，绝大多数采用液力-机械传动。这类推土机来源于引进日本小松制作所的D155型、D85型、D65型三种基本型推土机制造技术。国产化后，定型为TY320型、TY220型、TY160型基本型推土机。为了满足用户各种使用工作况的需求，我国推土机生产厂家在以上三个基本型推土机的基础上，拓展了产品品种，形成了三种系列的推土机。TY220型推土机系列产品，包括TSY220型湿地推土机、TMY220型沙漠推土机、TYG220型高原推土机、TY220F型森林伐木型推土机、TSY220H型环卫推土机和DG45型吊管机等。TY320型和TY160型系列推土机也在拓展类似的系列产品。TY160系列中还有TSY160L型超湿地推土机和TBY160型推扒机等。

推土机产品种的开发拓展，既要满足不同工况条件的工作适应性，又必须与基本型保持最大限度的零部件通用性(或称互换性)，这就为广大用户使用维修带来极大的方便。为方便用户购买配件，生产厂都保留了日本小松公司的零部件编号，只有改型中自行设计的零部件，才冠以自己厂家的编号。

履带式推土机主要由发动机、传动系统、工作装置、电气部分、驾驶室和机罩等组成。其中，机械及液压传动系统又包括液力变矩器、联轴器总成、行星齿轮式动力换挡变速器、中央传动、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等。

动力输出机构(PTO)10以齿轮传动和花键连接的方式带动工作装置液压系统中工作泵P1、变速变矩液压系统变速泵P2、转向制动液压系统转向泵P3；链轮8代表二级直齿齿轮传动的终传动机构(包括左和右终传动总成)；履带板9包括履带总成、台车架和悬挂装置总成在内的行走系统。本文将重点介绍上述传动系统中的液力变矩器、行星齿轮式动力换挡变速器、转向离合器和转向制动器的结构、工作原理及其液压系统的故障及排除。

国产102KW以下的推土机，如T140型、T120型、T70型等小功率推土机，其传动系统的型式都是机械传动的，包括离合器和机械变速器等。这类推土机在我国产销量也较大；其结构较为简单，生产年代较早，使用单位较熟悉，使用维修也比较容易。

一、总体结构

图1-1示出了履带式推土机和轮胎式推土机的外貌。推土机不论是履带式还是轮胎式，都由发动机、传动系统、行走装置、工作装置和操纵控制系统等5部分组成。

1.传动系统

传动系统的作用是将发动机的动力传递给履带或车轮，是推土机具有足够的牵引力和合适的工作速度。履带式推土机的传动系统多采用机械传动和机械传动；轮胎式推土机的传动系统多为液力机械传动。

（1）履带推土机的机械式传动系统布置

以国产TY180型推土机为例，该机采用机械式传动系统，动力装置采用才有机铲刀操纵方式为液压式。机械传动系统如图1-2所示。

发动机的动力经主离合器3、联轴器5和变速箱5和变速箱6进入中央传动装置7，经左、右转向离合器8、最终传动机构10最后传给驱动链轮11，进而驱动履带使推土机行驶。

动力输出箱2装在主离合器3壳体上，由飞轮上的齿轮驱动，用来带动3个齿轮油泵。这3个齿轮油泵粉笔恩向工作装置、主离合器3和转向离合器8的液压操纵机构提供液压油。

（2）履带推土机的液力机械式传动系统布置

以日本小松制作所产的D85A-12型推土机为例，该机采用液力机械式传动系统，其动力装置为六缸、水冷、四行程、直喷式柴油机。液力机械式传动系统布置如图1-3所示。

D85A-12型推土机的两个转向离合器是直接液压式，即离合器分离和结合都是靠油液压力的作用实现的。

液力机械式传动系统与机械式传动的主要区别是离合器油液力变矩器代替，并采用了液压操纵的行星齿轮式动力换挡变速箱。这种变速箱用压力油操纵变速箱中的各多片式换挡离合器，可在不切断发动机动力的情况下换挡。液力变矩器的从动部分（涡轮及其输出轴）能够根据推土机负荷的变化，自动地在较大范围内改变其输出转速和扭矩，从而使推土机的工作度和牵引能力在较宽的范围内自动调节，因此变速箱的挡位数无需太多，且又可减少传动系统的冲击载荷。

二、传动系统典型部件结构原理

1、主离合器

采用机械式传动系统的履带推土机，其传动系统的第一个部件就是主离合器。主离合器的功用是：临时切断动力，便于换挡；使推土机平稳起步；使发动机空载启动；防止传动系统其他零件过载；利用其半接合状态使推土机微动。

主离合器有干湿和湿式两种。

干式主离合器在频繁的接合与分离过程中磨损较大，需要经常调整才能保证正常传动。而推土机功率增大时，干式主离合器摩擦材料的抗压强度不够大，因而湿式主离合器在大中型机械推土机上被普遍采用。

湿式主离合器壳内注有机油，摩擦片在油中工作，摩擦系数较低。为了提高摩擦力只能增大压力紧力，这就要求摩擦片上有较高的承载能力，因此采用了强度较高，且在高温下有较好的耐磨性的铜基粉末冶金层，来代替干式主离合器所用的石棉铜丝材料。由于湿式主离器摩擦片所承受的压力要比相应的干式摩擦片大2-3倍，在离、合过程中会产生大量的热量，故离合器中的油液都采用泵来强制循环。湿式摩擦片在油流的不断冲刷下，得到了良好的冷却和润滑，因此摩擦片的磨损较小，主离合器长期使用不需要调整，使用寿命可为一般干式主离合器的5-6倍。这种主离合器随着压紧力的增大而使操纵费力，故通常采用液压助力器来解决。

图1-5所示的是D80A推土机湿式主离合器，属于非经常结合式、多片、杠杆压紧式的主离合器。

2、液力变矩器

该变矩器为三元件向心涡轮式，结构简单、传动效率高。变矩器由泵轮组件、涡轮组件、导轮组件三部分构成。

泵轮组件中的泵轮由螺栓和驱动壳连接，驱动齿轮由螺栓和驱动壳连接。驱动齿轮直接插入发动机飞轮齿圈内，故泵轮随发动机一起旋转。导轮由螺栓和导轮毂连接，导轮毂通过花键和导轮座连接，导轮座又通过螺栓和变矩器壳连接，故导轮和变矩器壳一起，是不旋转的。涡轮和涡轮毂用铆钉铆接在一起，再通过花键和涡轮输出轴连接，涡轮输出轴通过花键和联轴节连接，将动力传递给其后的传动系统。泵轮随发动机一起旋转，将动力输入，导轮不旋转，涡轮旋转，将动力输出，三者之间相互独立，轮间间隙约为2mm。

泵轮、涡轮、导轮自身由许多叶片组成，称之为叶栅，叶片由曲而构成，呈复杂的形状。

变矩器在工作时，叶栅中是需要充满油液的，在泵轮高速旋转时，泵轮叶栅中的油液在离心力的作用下沿曲面向外流动，在叶栅出口处射向涡轮叶栅出口，然后沿涡轮叶栅曲面作向心流动，又从涡轮叶栅出口射向导轮叶栅进口，穿过导轮叶栅又流回泵轮。泵轮、涡轮、导轮叶栅组成的圆形空间，称之为循环圆。由于涡轮叶栅曲面形状的设计，决定了涡轮和泵轮在同一方向旋转。这样，变矩器叶栅循环圆中的油液，一方面在循环圆中旋转，一方面又随泵轮和涡轮旋转，从而形成了复杂的螺旋运动，在这种运动中，将能量从泵轮传递给涡轮。

涡轮的负荷是推土机负荷决定的。推土机的负荷由铲刀传递给履带行走系统，再传给终传动、转向离合器、中央传动、变速器和联轴器总成，最终传递给变矩器涡轮。涡轮负荷小时，其旋转速度就快；负荷大时，旋转速度就慢。当推土机因超载走不动时，涡轮的转速也下降为0，成为涡轮的制动状态。这时，因涡轮停止转动，由泵轮叶栅射来的油液，以最大的冲击穿过涡轮叶栅冲向导轮，在不转的导轮叶栅中转换成压力，该压力反压向涡轮，增大了涡轮的扭矩，该增加的扭矩和涡轮旋转方向一致，此时涡轮输出扭矩最大，为泵轮扭矩的2.54倍。涡轮随着负荷增大，转速逐渐降低，扭矩逐渐增加，这相当于一个无级变速器在逐渐降速增扭。这种无级变矩的性能与易操纵而挡位较少的行星齿轮式动力换挡变速器相配合，使推土机获得了优异的牵引性能。

液力变矩器是依靠液力工作的。油液在叶栅中流动时，由于冲击、摩擦，会消耗能量，使油发热，故液力变矩器的传动效率是较低的。目前，国内外最好的液力变矩器其最高效率为88%。当变矩器的涡轮因推土机超负荷而停止转动时，由泵轮传来的能量全部转化成热量而消耗掉，此时变矩器效率为0。要想提高变矩器的传动效率，就要掌握推土机的负荷，使涡轮有适当的转速、推土机有适当的速度；即当推土机因负荷过大而走不动时，要及时减小负荷，提一下铲刀或由II挡换为I挡。

由变矩器的结构和工作原理知，变矩器工作时油会有内泄、会发热。这就要求要及时给变矩器内部补充油，并将发热的油替换出来冷却，形成一个循环。

TY320型和TY220型有完全相似的液力变矩器，只是进行了几何放大。TY160型和TY220型有基本相似的的液力变矩器，人是结构有些变化。它们的故障和维修是基本相同的。

2、行星齿轮式动力换挡变数器

TY220推土机行星齿轮式动力换挡变速器的结构图，该变速器主要由四个行星排和一个旋转闭锁离合器构成。图3中标的“I”“II”“III”、“IV”是四个行星排，“V”是旋转闭锁离合器。

“I”“II”和“IV”行星排都是固定齿圈，用行星架同向旋转进行输出的。

“II”行星排的行星架上多装一个行星轮，若将齿圈C用离合器固定，当太阳轮A右转时，行星