CN101736765B - 一种基于全液压传动的履带推土机 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种基于全液压传动的履带推土机。由推土铲刀、液压油缸、推杆、车身及驾驶室、台车架、支重轮、托链轮、驱动链轮，履带、发动机、变量液压泵、液压马达、履带驱动桥、液压软管和联轴器组成，推土铲刀上部液压油缸铰接，液压油缸的缸壁固定于车身及驾驶室上；推土铲刀下部与推杆铰接，推杆与台车架铰接；台车架通过支重轮位于履带上，台车架前部设有引导轮，上部设有托链轮；发动机通过第一联轴器与变量液压泵联接，变量液压泵通过液压软管与液压马达联接，液压马达与履带驱动桥通过第二联轴器联接，履带驱动桥带动驱动链轮，驱动链轮与履带相啮合。本发明利用传递液压流体的液压胶管具有柔性的特性可实现发动机位置的灵活布置。基于全液压传动的推土机实现了真正意义上的推土机无级传动，液压马达变排量换挡动力不会中断，操作简单。

Description

一种基于全液压传动的履带推土机

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种基于全液压传动的履带推土机。

背景技术

推土机属于工程机械行业中铲土运输机械类别，主要应用在建筑、筑路、采矿、水利、农业、林业及国防建设等土石方施工工程中铲挖并移运土壤、砂石。推土机通常以履带式或轮胎式底盘为主机，并配以悬式铲刀或六向式铲刀，在作业时，将铲刀切入土中，依靠推土机底盘的动力前进，完成土的切割和移运(包括铲土、运土、填土、平地、松土等)作业，有时也作为一种自行式铲运推助机，拖挂压路辊、拖式铲运机等。推土机的广泛使用，有利于解除人繁重的体力劳动，并加快施工速度、保证施工质量。

推土机一般由发动机、(履带式或轮胎式)底盘、工作装置(推土铲和松土器)、电气设备所组成。其中，推土机底盘中的传动系统是将发动机的动力进行适当的转换和传递，使之适应推土机行驶和作业的要求，并保证推土机能在驾驶员操纵下正常行驶。因此，推土机底盘的传动系统在推土机的结构中起着至关重要的作用。

目前，推土机主要以机械传动或液力机械传动系统为主。由发动机驱动的机械传动系统主要包括主离合器、万向传动装置、变速箱、(履带)驱动桥等部件组成，它具有结构简单、工作可靠以及可以利用发动机惯性等优点。液力机械传动系统主要包括液力变矩器、万向传动装置、变速箱、(履带)驱动桥等部件组成，以液力变矩器取代主离合器，变速箱通常使用动力换挡变速箱。液力机械传动具有一定的自适应性，当外负荷变化时，变矩器改变输出转速、调节输出转矩使之与外负荷相适应。这种结构简化了操作，提高了作业生产率，在负荷变化剧烈的推土机(和其他工程机械)上得到了较广泛的应用。但是，机械传动或液力机械传动推土机的主要缺点包括：在工作阻力急剧变化的工况下，内燃机还是容易过载、熄火；采用人力换挡时，换挡动力中断时间长，换向、换挡操作频繁，增加了驾驶员的劳动强度，部分降低了推土机的生产效率；传动系统零件受到的冲击载荷大，降低了动力装置和传动系统中各零件的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于全液压传动的履带推土机。以解决机械传动或液力机械传动系统推土机发动机容易过载或熄火、变速箱换挡操作频繁或传动系统相对效率较低(液力机械传动)等问题。

本发明提出的基于全液压传动的履带推土机，由工作装置、车身及驾驶室5、行走装置、发动机11、变量液压泵12、液压马达13和履带驱动桥14组成，工作装置包括推土铲刀1、液压油缸2和推杆3，行走装置包括引导轮4、台车架6、支重轮7、托链轮8、驱动链轮9和履带10，其中：

推土铲刀1上部内侧与液压油缸2的活塞杆铰接，液压油缸2的缸壁固定于车身及驾驶室5上；推土铲刀1的下部与推杆3铰接，推杆3通过耳轴与台车架6铰接；台车架6通过支重轮7位于履带10上，台车架6前部设有引导轮4，上部设有托链轮8；发动机11的飞轮通过第一联轴器15与变量液压泵12的输入端联接，变量液压泵12的进出油口通过液压软管16与液压马达13的进出油口联接，液压马达13与履带驱动桥14的输入端通过第二联轴器17联接，履带驱动桥14带动驱动链轮9，驱动链轮9的链轮齿与履带10相啮合。

本发明中，所述履带驱动桥14由主传动小锥齿轮25、主传动大锥齿轮26、从动锥齿轮轴27、转向离合器18、转向制动器24和终传动19组成，主传动小锥齿轮25与主传动大锥齿轮26啮合，主传动大锥齿轮26联接在从动锥齿轮轴27上，从动锥齿轮轴27左右两边分别通过轴承支承在桥箱内；从动锥齿轮轴27联接转向离合器18，转向离合器联接终传动19。

本发明中，所述转向离合器18由联接盘28、内鼓29、主动片30、摩擦片31、制动鼓32、终驱动盘33、油室35、活塞36、压力盘37和碟形弹簧38组成，从动锥齿轮轴27与联接盘28联接，联接盘28与内鼓29通过螺栓固定在一起，内鼓29的外齿与主动片30的内齿相啮合；摩擦片31的外齿与制动鼓32的内齿相啮合，制动鼓32与终驱动盘33通过螺栓固定在一起，终驱动盘33与终传动19联接；内鼓29中空部分形成油室35，油室35内有活塞36，活塞36与压力盘37固定在一起；碟形弹簧38位于压力盘37和制动鼓32之间；转向制动器24位于制动鼓32外围。

本发明中，所述终传动19由第一级齿轮轴34、第一级小齿轮39、第一级大齿轮40、第二级齿轮轴41、第二级小齿轮42、第二级大齿轮43、驱动链轮轮毂44和半轴45组成，第一级小齿轮39与第一级齿轮轴34联接，第一级齿轮轴34通过轴承支承在桥箱内，第一级小齿轮39与第一级大齿轮40相啮合；第一级大齿轮40通过花键与第二级齿轮轴41联接，第二级齿轮轴41与第二级小齿轮42联接，第二级小齿轮42与第二级大齿轮43相啮合。第二级大齿轮43通过螺栓与驱动链轮轮毂44固定在一起，驱动链轮轮毂44通过轴承支承在半轴45上，通过花键与驱动链轮9联接。

本发明中，所述履带驱动桥14前可增加一级齿轮减速的减速箱20，变量液压马达13通过第二联轴器17与减速箱20中的小齿轮21联结，减速箱20中的大齿轮22与主传动小锥齿轮轴23同轴。

本发明中，所述带有减速箱20的履带驱动桥14，减速箱20内的减速箱小齿轮轴46通过轴承支承，减速箱小齿轮21与减速箱小齿轮轴46联接，减速箱小齿轮21与减速箱大齿轮22相啮合；减速箱大齿轮22与主传动小锥齿轮轴23同轴。

本发明中，所述液压马达13采用变量液压马达或定量液压马达。

本发明将推土机的驱动形式通过液压传动与机械传动(其中的机械传动部分只涉及到减速(增扭)功能，没有变速运动的功能)相结合的方式的模型，描述推土机的驱动行为。以更简洁的结构形式实现推土机的最优的驱动方式和操作控制方式，由于液压泵和液压马达之间用具有一定柔性的液压胶管连接，结构布置也将变得方便。因此具有成本合理、结构相对简单、操作简便等优点。

本发明把一台变量液压泵和一台变量液压马达(或定量液压马达)等液压元件通过液压软管的连结组成闭式液压系统装置，从推土机的传动系统的结构形式上看，即是用这套全液压传动装置来代替机械传动或液力机械传动系统中的主离合器+变速箱(或变矩器+变速箱)结构，在实现推土机驱动性能的同时满足的转向、制动等功能和性能要求。在变量液压马达的最大排量和最小排量(根据应用马达的结构和最大转速确定)再设置一个或几个中间排量，对应每一个液压马达的排量值，就相当于变速箱的不同档位。改变液压马达的排量，就实现了推土机的速度变化功能。变量液压泵可以在零排量到最大排量之间实现无级变化，这样与相应液压马达的排量组合，就可以实现不同速度(档位)下的推土机无级变速运动。改变变量液压泵的斜盘方向，即可实现与前进速度相等的推土机倒退速度。变量液压泵的零排量同时具有制动的功能。

变量液压马达的输出轴与履带驱动桥的主传动小齿轮连接，再传递至主传动的大齿轮，通过两侧的半轴，传递到两侧的转向离合器，从离合器再输出到二级减速的终传动齿轮轴上，带动履带的驱动链轮转动，实现推土机的运动。其中，转向离合器的分离或结合，可以实现传递动力的中断和传递作用，一侧转向离合器分离，另一侧转向离合器结合，即可实现推土机向一侧转向的功能；同理，可实现另一侧推土机的转向功能。

根据机械传动的传动比需要，可以增加主传动或终传动的传动比，来匹配推土机的牵引力和工作速度，或者，在主传动的前端增加一级齿轮减速箱，来匹配液压马达后的机械传动系统的传动比要求。

本发明解决基于全液压传动的履带式推土机技术问题所采用的技术方案如下：

1.发动机和变量液压泵

发动机通过联轴器与变量液压泵输入轴相连接，将发动机(飞轮)动力传递至液压泵，液压泵的泵体则用连接盘与发动机飞轮壳相联接。通常在液压泵的尾部可以串连同轴转动的其他液压泵，供其它装置使用。如有必要，也可以在发动机和液压泵之间增加分动箱，用以调节变量液压泵的输入转速。发动机和变量液压泵的一体化连接，可以作为一整体装置，根据推土机结构的要求，布置在推土机前部纵置、前部横置或后部横置等。这样，发动机在推土机上的布置的位置具有一定的灵活性。

2.变量液压泵和变量液压马达

一台变量液压泵和一台变量液压马达之间通过液压软管联接，组成闭式液压传动系统。由于利用传递液压流体的液压胶管具有柔性的特性，液压泵和液压马达的布置具有位置上的灵活性。液压马达的输出轴直接与履带驱动桥的主传动小齿轮联接，或者与履带驱动桥主传动前增加的一级减速机的输入齿轮轴相联接。变量液压泵和变量液压马达组成的闭式液压传动系统不仅功能上可以代替传统的变矩器+变速箱的变速、换挡功能，而且传动效率更高，结构更小，控制操作更方便，应用流体传动特点，合理设置液压系统的最高工作压力，可以避免发动机熄火等。还可应用液压泵的零排量(中位)实现推土机的停车制动和辅助制动功能等。

3.履带驱动桥和驱动链轮

履带驱动桥内包括主传动(通常为一对圆锥齿轮，也称中央传动)、转向离合器、转向制动器和终传动装置等组成。主传动实现改变传递动力的方向，同时实现减速增扭的功能；通过转向离合器的结合与分离实现推土机的转向，转向制动器通过制动实现推土机的行车制动，同时与转向离合器配合，可进一步减小推土机的转弯半径。终传动通常由二级齿轮减速或一级直齿轮与一级行星排齿轮减速组成，进一步减速增扭。经终传动输出轴与驱动链轮联接，带动驱动链轮制动，通过推土机的行走系统(通常称为四轮一带)实现推土机的前进或后退。

需要说明的是：液压马达通过主传动和终传动的减速后，驱动链轮上的转速与扭矩不能满足推土机的作业性能要求时，可以在主传动前增加一个减速箱，调整液压马达传递至驱动链轮上的转速和扭矩。

本发明的有益效果在于：

将一台变量液压泵和一台变量液压马达通过液压软管的连接组成闭式液压传动系统。液压马达通过履带驱动桥的主传动、转向离合器(转向制动器)和终传动实现动力传递。如上所述，上述传动系统的履带推土机具有如下功能：前进，后退，转向，(中位)停车、制动和各(档位)速度下的无级变速功能；在此基础上，将推土机建立为一个具有全液压传动、具有车辆运动的性能、低速性好，能在小功率大载荷工况下工作特征的推土机模型。

本发明基于液压流体传动的原理实现推土机的驱动，利用传递液压流体的液压胶管具有柔性的特性可实现发动机位置的灵活布置。需要指出的是，这里所讲的基于全液压传动的推土机，实现了真正意义上的推土机无级传动，液压马达变排量(档位)换挡动力不会中断，操作简单。在此传动系统的方案上，为实现推土机的功率控制，速度控制等奠定了基础。

本发明实现了全液压传动的履带推土机，提高了推土机本身的作业性能，也为改善推土机的操作，改进推土机的控制性能提供了条件。

附图说明：

图1为全液压传动的履带推土机主视图。

图2为全液压传动的履带推土机俯视图。

图3为全液压传动的履带推土机传动系统原理图。

图4为带减速箱的全液压传动的履带推土机传动系统原理图。

图5为全液压传动的履带推土机履带驱动桥结构图。

图6为带减速箱的全液压传动的履带推土机履带驱动桥结构图。

图中标号：1推土铲刀，2为液压油缸，3为推杆，4为引导轮，5为车身及驾驶室，6为台车架，7为支重轮，8为托链轮，9为驱动链轮，10为履带，11为发动机，12为变量液压泵，13为液压马达，14为履带驱动桥，15为第一联轴器，16为液压软管，17为第二联轴器，18为转向离合器，19为终传动，20为减速箱，21为减速箱小齿轮，22为减速箱大齿轮，23为小锥齿轮轴，24为转向制动器，25为主传动小锥齿轮，26为主传动大锥齿轮，27为从动锥齿轮轴，28为联接盘，29为内鼓，30为主动片，31为摩擦片，32为制动鼓，33为终驱动盘，34为第一级齿轮轴，35为油室，36为活塞，37为压力盘，38为碟形弹簧，39为第一级小齿轮，40为第一级大齿轮，41为第二级齿轮轴，42为第二级小齿轮，43为第二级大齿轮，44为驱动链轮轮毂，45为半轴，46为减速箱小齿轮轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的方法进一步说明。

整机结构布置

全液压传动履带推土机的结构如图1所示，推土铲刀1上部内侧与液压油缸2的活塞杆铰接，液压油缸2的缸壁固定在车身及驾驶室5上；推土铲刀1的下部与推杆3铰接，推杆3通过耳轴与台车架6铰接。通过液压油缸2的运动，升降推土铲刀1。台车架6通过支重轮7压在履带10上，把推土机的重量传给履带10；台车架6前部有引导轮4，上部有托链轮8；发动机11位于全液压履带推土机的前部，发动机11的飞轮通过第一联轴器15与变量液压泵12联接，变量液压泵12通过液压软管16与变量液压马达13联接，变量液压马达13与履带驱动桥14的输入端通过第二联轴器17联接，履带驱动桥14带动驱动链轮9，驱动链轮9的轮齿与履带10相啮合。

传动系统原理

图3为全液压传动履带推土机传动系统原理图。发动机11的飞轮通过第一联轴器15与变量液压泵12的输入端联接，变量液压泵12的进出油口通过液压软管16与变量液压马达13的进出油口联结，组成闭式液压系统。变量液压马达13通过第二联轴器17与履带驱动桥14联接，动力依次经过主传动(包括主传动小锥齿轮25、主传动大锥齿轮26)、转向离合器18、终传动19，最后传到驱动链轮9，驱动链轮9的链轮齿与履带10相啮合。

图4为带减速箱的全液压传动履带推土机传动系统原理图。当驱动链轮9的转速与扭矩不能满足推土机的作业性能要求时，可在履带驱动桥14(主传动)前增加一级齿轮减速的减速箱20。变量液压马达13通过第二联轴器17与减速箱20中的小齿轮21联结，大齿轮22与主传动小锥齿轮轴23为同轴传动。主传动小锥齿轮轴23至驱动链轮9的传动路线与前述的传动系统(图3)相同。

履带驱动桥结构

图5表示了推土机履带驱动桥结构，包含以下几个部分：主传动(小锥齿轮25与主传动大锥齿轮26)、转向离合器18、转向制动器24以及终传动19。

主传动部分：主传动小锥齿轮25与主传动大锥齿轮26啮合，主传动大锥齿轮26联接在从动锥齿轮轴27上，从动锥齿轮轴27左右两边分别通过轴承支承在桥箱内。

转向离合器部分：转向离合器18左右各一个。从动锥齿轮轴27与联接盘28联接，联接盘28与内鼓29通过螺栓固定在一起，内鼓29的外齿与主动片30的内齿相啮合；摩擦片31的外齿与制动鼓32的内齿相啮合，制动鼓32与终驱动盘33通过螺栓固定在一起，终驱动盘33通过花键与第一级齿轮轴34联接；内鼓29中空部分形成油室35，油室35内有活塞36，活塞36与压力盘37固定在一起；碟形弹簧38位于压力盘37和制动鼓32之间；转向制动器24位于制动鼓32外围。

终传动部分：终传动为二级齿轮减速机构，在履带驱动桥14左、右各一个。第一级小齿轮39与第一级齿轮轴34(可以为一体的齿轮轴)联接，第一级齿轮轴34通过轴承支承在桥箱内，第一级小齿轮39与第一级大齿轮40相啮合；第一级大齿轮40通过花键与第二级齿轮轴41联接，第二级齿轮轴41与第二级小齿轮42(可以为一体的齿轮轴)联接，第二级小齿轮42与第二级大齿轮43相啮合。第二级大齿轮43通过螺栓与驱动链轮轮毂44固定在一起，驱动链轮轮毂44通过轴承支承在半轴45上，通过花键与驱动链轮9联接。

图6为带减速箱20的履带驱动桥结构。减速箱小齿轮轴46通过轴承支承，减速箱小齿轮21与减速箱小齿轮轴46(可以为一体的齿轮轴)联接，与减速箱大齿轮22相啮合；减速箱大齿轮22与主传动小锥齿轮轴23同轴。主传动小锥齿轮轴23至驱动链轮9的传动路线与前述的传动系统(图3)相同。

本发明的工作过程如下：

全液压传动履带推土机实现前进时，发动机11的动力依次经过变量液压泵12、变量液压马达13、(减速箱20)、主传动小锥齿轮25、主传动大锥齿轮26，经从动锥齿轮轴27传到转向离合器18，通过终传动19到驱动链轮9，传到履带10，驱动推土机进退。

全液压传动履带推土机变速实现。在变量液压马达13的最大排量和最小排量间设置一个或几个中间排量(相当于变速箱的不同档位)。改变变量液压马达13的排量，就实现了推土机的变速功能。变量液压泵12可以在零排量到最大排量之间实现无级变化，这样与相应变量液压马达13的排量组合，就可以实现相应排量下的无级变速运动。

变量液压泵12的转动方向始终与发动机11是一致的。要实现推土机前进、后退的转换，只需要对改变变量液压泵12的斜盘方向。此时变量液压泵12的排量由正排量变为零排量，再变为负排量(正、负仅为方向的设定)。使变量液压马达13输出轴的旋转方向发生变化，最终使驱动链轮9改变旋转方向，实现推土机的后退功能。

推土机的转向通过转向离合器18实现。如当推土机需右转向时，向油室35输入压力油，推动活塞36向右移动，与活塞36联接的压力盘37在压力油作用下克服碟形弹簧38的弹力向右移动，离合器的主动片30和摩擦片31分离，切断传至终传动19的动力。左边的驱动链轮则正常传递动力，左边履带的速度高于右边履带，从而形成差速，实现推土机向右转向。同理，也可实现推土机向左转向。

转向制动器24可以辅助控制转弯半径的大小。当推土机转向时，一侧的转向离合器18分离，同时使同侧的转向制动器24制动抱紧制动鼓32形成制动力，进一步减小同侧驱动链轮9的转速(极限状态为停止转动)，转弯半径变小或实现原地转向。

当同时使两侧的转向制动器24制动时，实现推土机的行驶制动。

Claims (7)

1.一种基于全液压传动的履带推土机，由工作装置、车身及驾驶室(5)、行走装置、发动机(11)、变量液压泵(12)、液压马达(13)和履带驱动桥(14)组成，工作装置包括推土铲刀(1)、液压油缸(2)和推杆(3)，行走装置包括引导轮(4)、台车架(6)、支重轮(7)、托链轮(8)、驱动链轮(9)和履带(10)，其特征在于：

推土铲刀(1)上部内侧与液压油缸(2)的活塞杆铰接，液压油缸(2)的缸壁固定于车身及驾驶室(5)上；推土铲刀(1)的下部与推杆(3)铰接，推杆(3)通过耳轴与台车架(6)铰接；台车架(6)通过支重轮(7)位于履带(10)上，台车架(6)前部设有引导轮(4)，上部设有托链轮(8)；发动机(11)的飞轮通过第一联轴器(15)与变量液压泵(12)的输入端联接，变量液压泵(12)的进出油口通过液压软管(16)与液压马达(13)的进出油口联接，液压马达(13)与履带驱动桥(14)的输入端通过第二联轴器(17)联接，履带驱动桥(14)带动驱动链轮(9)，驱动链轮(9)的链轮齿与履带(10)相啮合。

2.根据权利要求1所述的基于全液压传动的履带推土机，其特征在于所述履带驱动桥(14)由主传动小锥齿轮(25)、主传动大锥齿轮(26)、从动锥齿轮轴(27)、转向离合器(18)、转向制动器(24)和终传动(19)组成，主传动小锥齿轮(25)与主传动大锥齿轮(26)啮合，主传动大锥齿轮(26)联接在从动锥齿轮轴(27)上，从动锥齿轮轴(27)左右两边分别通过轴承支承在桥箱内；主传动大锥齿轮(26)联接转向离合器(18)，转向离合器(18)联接终传动(19)。

3.根据权利要求2所述的基于全液压传动的履带推土机，其特征在于所述转向离合器(18)由联接盘(28)、内鼓(29)、主动片(30)、摩擦片(31)、制动鼓(32)、终驱动盘(33)、第一级齿轮轴(34)、油室(35)、活塞(36)、压力盘(37)和碟形弹簧(38)组成，从动锥齿轮轴(27)与联接盘(28)联接，联接盘(28)与内鼓(29)通过螺栓固定在一起，内鼓(29)的外齿与主动片(30)的内齿相啮合；摩擦片(31)的外齿与制动鼓(32)的内齿相啮合，制动鼓(32)与终驱动盘(33)通过螺栓固定在一起，终驱动盘(33)通过花键与第一级齿轮轴(34)联接；内鼓(29)中空部分形成油室(35)，油室(35)内有活塞(36)，活塞(36)与压力盘(37)固定在一起；碟形弹簧(38)位于压力盘(37)和制动鼓(32)之间；转向制动器(24)位于制动鼓(32)外围。

4.根据权利要求2所述的基于全液压传动的履带推土机，其特征在于所述终传动(19)由第一级齿轮轴(34)、第一级小齿轮(39)、第一级大齿轮(40)、第二级齿轮轴(41)、第二级小齿轮(42)、第二级大齿轮(43)、驱动链轮轮毂(44)和半轴(45)组成，第一级小齿轮(39)与第一级齿轮轴(34)联接，第一级齿轮轴(34)通过轴承支承在桥箱内，第一级小齿轮(39)与第一级大齿轮(40)相啮合；第一级大齿轮(40)通过花键与第二级齿轮轴(41)联接，第二级齿轮轴(41)与第二级小齿轮(42)联接，第二级小齿轮(42)与第二级大齿轮(43)相啮合；第二级大齿轮(43)通过螺栓与驱动链轮轮毂(44)固定在一起，驱动链轮轮毂(44)通过轴承支承在半轴(45)上，通过花键与驱动链轮(9)联接。

5.根据权利要求1所述的基于全液压传动的履带推土机，其特征在于所述履带驱动桥(14)前增加一级齿轮减速的减速箱(20)，变量液压马达(13)通过第二联轴器(17)与减速箱(20)中的小齿轮(21)联结，减速箱(20)中的大齿轮(22)与主传动小锥齿轮轴(23)同轴。

6.根据权利要求5所述的基于全液压传动的履带推土机，其特征在于带有减速箱(20)的所述履带驱动桥(14)，减速箱(20)内的减速箱小齿轮轴(46)通过轴承支承，减速箱小齿轮(21)与减速箱小齿轮轴(46)联接，减速箱小齿轮(21)与减速箱大齿轮(22)相啮合；减速箱大齿轮(22)与主传动小锥齿轮轴(23)同轴。

7.根据权利要求1所述的基于全液压传动的履带推土机，其特征在于所述液压马达(13)采用变量液压马达或定量液压马达。

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