CN1253634C - 全液压推土机 - Google Patents

Abstract

一种全液压推土机，包括推土铲、发动机、行走机构、传动装置、空调装置等，其特征在于传动装置中与发动机相接之飞轮和行走主油泵间设分动箱；空调装置冷凝器总成置于推土机驾驶室外面，蒸发器位于推土机驾驶室内；发动机输出轴上设有电比例泵，行走机构之行走手柄上正交地装有两个电位计，行走齿轮轴上装有左右马达和比例电磁阀。本发明传动装置通过设置分动箱，消除了行走油泵漏油现象，空调装置各部件设置在发动机舱外，提高了驾驶室内制冷效果；行走液压系统中左右行走泵的排量基本一致，消除了方向不确定型跑偏。同时采用调节电比例泵排量来进行纠偏，其纠偏精度高。本发明油耗比现有推土机降低5-10%，噪声降低7-9dB，整机牵引效率可高达72-76%。

Description

全液压推土机

技术领域：

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种全液压推土机。

背景技术：

现有全液压推土机存在下述缺陷：

一、动力系统采用柴油机作为动力，为了防止全液压推土机行走主油泵排量起调压力过高，其额定转速在2100-2300之间，转速高于机械式或液力机械式推土机的柴油机。由于液压油泵与柴油机直接相连，因此，全液压推土机用柴油机使用转速一般也在2100-2300rpm之间，但存在以下缺陷：(1)柴油机油耗高，噪声大；(2)发动机附件消耗功率大；(3)柴油机可靠性低；(4)由于两个行走油泵与柴油机飞轮串接，因而油泵的悬挂长度较长，行走时所产生的振动会造成液压管路接头的松动，行走油泵容易漏油，其工作可靠性降低；(5)终减速器大多采用两级终传动和后桥箱结构，其减速比相对较小，难以适应使用要求。而在前述两级终传动基础上设计的三级直齿轮传动方式虽可利用已有的两级终传动和后桥箱，但由于受空间的限制，不能选用较大排量的马达。另外，为了兼顾推土机的牵引力和最大行驶速度，三级直齿轮终减速器的总传动比高达110，因此，一级齿轮输入的最高转速较高，会产生减速器轴承易损坏、轴承保持架散架、使用寿命低、齿轮噪声大的缺陷，且当轴承损坏需更换时，必须拆铲刀、台车架及整个终减速速器，维修很不方便。同时，与一级输入齿轮相啮合的齿轮输出端轴承内圈挡边易碎裂，需经常更换。

二、行驶控制装置采用受液压控制手柄和桥式控制回路结合，行驶速度的控制由调节油泵的排量来实现，变量泵排量调节由液控比例伺服阀来完成。但由于液控比例伺服阀的非线性，在相同的控制压力下，左右液控比例伺服阀输出不尽相同，使得直线行驶时左右泵的斜盘摆角控制不一而产生跑偏，这种跑偏方向和跑偏量随行驶速度的变化而改变。为纠正这种跑偏，采用测量左右马达输出转速差，由控制器进行PID运算，并给出指令调节左右行走马达比例电磁阀电流，从而改变马达排量使左右履带行驶速度保持同步。这种方法虽能解决一些跑偏，但存在如下缺点：一是由于行走马达的输出转速较高，一般在2000-4500rpm内工作，左右马达转速的调节范围必须控制在90rpm以内，加上系统滞后，使得左右马达排量调节幅度较大。其次，纠偏程序运行时，马达排量调节使其斜盘动作频繁，在突遇大负荷时，易产生因一侧马达斜盘摆角未及时回到最大而使闭式系统压力高至溢流阀动作，造成该侧履带失去驱动而停顿，影响作业效率。第三，推土机作业过程中，由于履带两侧负荷及地面附着系数不一，导致较大负荷侧履带速度变慢，而上述纠偏动作是减小履带速度较慢一侧马达的排量来增速，其结果使得该侧马达输出扭矩减小，闭式系统压力升高至溢流阀动作而停顿。再者，受液控手柄结构和桥式控制回路原理的限制，进行后退转向操作时，操作方向与机器实际转向相反，不符合常规操作习惯。

三、推土机空调装置的冷凝器一般置于发动机舱内，它包括位于发动机机舱前部之空调压缩机总成、中部之储液罐和冷凝器总成以及位于机舱后部之蒸发器，各零部件通过暖气接头、制冷胶管及暖气管相互连接组成推土机上空调系统。这种结构组成及各零部件布置尤其是冷凝器置于发动机舱内会存在下列致命的缺点：(1)由于发动机机舱内空气温度过高和发动机机体的热辐射作用，会使冷凝器的散热性能大大降低，严重影响驾驶室内空调制冷效果；(2)冷凝器装于驾驶室内，会严重影响发动机柴油滤清器、机油滤清器的更换，影响机油尺油位的检查，影响风扇皮带的检查与更换，使推土机整机可维修性降低。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种对上述缺陷进行全面改进的全液压推土机。

本发明的技术问题是通过下面的技术方案改进的。它包括推土铲、行走机构、发动机、制动器、传动装置、空调装置、覆盖件总成、机架和牵引架，其特征在于所述传动装置中与发动机相接之飞轮和行走主油泵之间设置分动箱；所述空调装置之冷凝器总成置于推土机驾驶室外面，蒸发器位于推土机驾驶室内；所述发动机输出轴上设有电比例变量泵，该变量泵调节电流为：IPz＝IPz-Kλ，IPY＝IPY-Kλ。所述行走机构之行走手柄上正交地装有前后电位计和左右电位计，其中前后电位计为前后电位信号，左右电位计为左右转向电位信号，控制器接收两个电位计的操作信号，分解、指令、输出控制信号到左、右油泵比例电磁阀和左、右马达比例电磁阀，行走齿轮轴上装有左、右马达和左右马达比例电磁阀。本发明分动箱包括分动箱壳体和置于该壳体内之主动齿轮和从动齿轮，分动箱壳体与飞轮壳固接，主动齿轮与飞轮相接，装于其中心位置，飞轮上装有弹性联接板，该联接板上装有与主动齿轮之安装轴相接之轴套，两从动齿轮与主动齿轮相啮合，其安装轴分别与两行走主油泵输入轴连接。传动装置中之终减速器包括电比例变量马达、链轮和各级传动齿轮，其中输入齿轮两端面装有输入轴轴承，与电比例变量马达直接相接，同时与第一齿轮相啮合，制动器装于该齿轮一端，制动器之输出端轴承装于其两侧面，内圈端面与输入齿轮侧端面完全接触，终止挡边为悬臂结构，且该齿轮侧端挡边外径大于输出端轴承内圈外径，链轮装于输出齿轮侧端。

本发明具有下列技术效果：

(1)其传动装置通过设置分动箱，使两行走主油泵并接于分动箱，再与柴油机联接，大大缩短了油泵悬挂长度，行走油泵容易漏油的现象得到根除，节省了安装空间，提高了推土机的可维修性，同时提高了柴油机的工作可靠性和使用寿命。另外，油耗比现有推土机降低5-10％，经济性亦大大提高，噪声降低7-9dB，整机牵引效率可高达72-76％，综合作业效率也大大提高。

(2)可提高推土机的最大牵引力和最高行驶速度，降低终减速器的速比和终减速器齿轮的最高转速，齿轮啮合噪声也大幅降低。输入轴轴承采用整体式保持架，轴承的设计使用寿命可由原来的5000小时提高到20000小时，且可单独拆卸，维修性能大大提高。同时，与一级输入齿轮相啮合的齿轮输出端轴承内圈端面与齿轮端面完全接触，终止挡边成悬臂结构，轴承易损坏的缺陷可得到根治，平均无故障时间可提高到20000小时，可保持3-4个大修期内正常工作。

(3)空调装置各零部件分散设置在发动机机舱外，因而可不受到机舱内高温空气和发动机机体的热辐射作用，使冷凝器的散热性能大大增加，提高了驾驶室内制冷效果，同时发动机柴油滤清器、机油滤清器的更换、机油尺油位的检查、风扇皮带的检查与更换，便可不受冷凝器的影响，使推土机整机可维修性进一步提高。

(4)行走液压系统之左右行走泵的排量基本一致，消除了方向不确定型跑偏。同时采用调节电比例泵排量来进行纠偏的方式，泵的调节幅度小，纠偏精度高，行驶速度波动小。各操纵信号经控制器进行数据处理和运算后对泵和马达的排量进行控制，使系统控制更加协调有效，手柄的转向操作符合常规操作习惯。采用全电控方式使系统响应加快，控制精度高，极限负荷调节效果好，系统工作平稳，作业效率高，装配简单。

附图说明：

图1为本发明结构总图；

图2为本发明传动装置结构示意图；

图3为本发明分动箱连接结构示意图；

图4为本发明终减速器结构示意图；

图5为本发明终减速器一级传动部分结构示意图；

图6为本发明终减速器输出端轴承与其联接相互位置关系图；

图7为本发明行走控制装置原理图；

图8为本发明行走控制装置结构示意图；

图9为本发明行驶纠偏装置结构示意图；

图10为本发明空调装置各部件安装位置示意图。

图中：

1-推土铲                2-行走机构

201-行走手柄            202-前后电位计          203-左右电位计

204-控制器              205-左油泵比例电磁阀    206-油泵

207-右油泵比例电磁阀    208-油泵                209-右马达

210-左马达              211-右马达比例电磁阀    212-左马达比例电磁阀

215-液压管路            216-履带                217-仪表盘

218-发动机转速传感器    219-速度传感器          210-油门操纵杆

211-油门位置传感器

3-发动机                4-传动装置

401-输出端轴承          402-分动箱              404-液压管路

406-输入轴轴承          407-输入齿轮            408-第一齿轮

410-第二齿轮            411-第三齿轮            412-第四齿轮

413-输出齿轮            414-链轮                415-风扇

416-消音器              417-空气滤清器          419-行走主油泵

420-高压油管            421-主动齿轮            422-从动齿轮

423-分动箱壳体          424-轴套                425-飞轮壳

426-飞轮                427-弹性联接板

5-电比例变量泵；        6-制动器                7-终减速器

8-电比例变量马达        9-空调装置

901-暖气接头一          902-压缩机总成          903-暖气接头二

904-暖气管一            905-暖气管二            906-制冷胶管一

907-制冷胶管二          908-蒸发器              909-制冷胶管三

910-冷凝器总成          911-储液罐              912-驾驶室

913-发动机机舱

10-覆盖件总成           11-机架                12-牵引架

具体实施方式：

本发明是对现有的推土机所进行的改进。如图1所示，它包括推土铲1、行走机构2、发动机3、传动装置4、制动器6、空调装置9、覆盖件总成10、机架11和牵引架12，其特征在于所述传动装置4中与发动机3相接之飞轮和行走主油泵之间设置分动箱4；所述空调装置9之冷凝器总成置于推土机驾驶室外面，蒸发器位于推土机驾驶室内；所述发动机3输出轴上设有电比例变量泵5，行走机构2之行走手柄201上正交地装有前后电位计202和左右电位计203两个电位计，行走齿轮轴上装有左马达210、右马达209和左马达比例电磁阀212、右马达比例电磁阀211。通过对上述机构进行改进，可克服现有技术所存在的某些缺陷，进一步提高推土机的整体性能。

下面分述各机构。

如图2所示，本发明传动装置4包括发动机3、两电比例变量泵5、两电比例变量马达8、两制动器6和两终减速器7，各电比例变量泵5与电比例变量马达8之间连接有液压管路404，电比例变量马达8输出轴与终减速器7上输入齿轮407之轴直接相接，制动器6固定在安装有与输入齿轮407相啮合的第一齿轮408之轴上。由于现有技术中两电比例变量泵5是相互串接的，因此，电比例变量泵5与发动机3飞轮壳425之间相接后悬臂较长，工作时振动较大，液压管路404中各接头在其影响下容易松动，会产生泄漏现象，同时会引起较大的噪音。本发明为了减少发动机3飞轮壳425的悬挂弯矩和提高各电比例变量泵5工作的可靠性，在飞轮壳425后面设置分动箱402，该分动箱402一端与发动机3之飞轮壳425相接，两电比例变量泵5并接于其另一端。这种结构可减少电比例变量泵5的悬挂长度，节省了安装空间，同时使推土机的可维修性进一步增加。

在保持柴油机额定功率不变的情况下，降低发动机3额定转速，使发动机3的燃烧噪声、机械噪声、风扇噪声等大幅下降，风扇等附件消耗的功率亦下降，增大了发动机净功率。由于发动机3额定转速的下降，提高了发动机3工作的可靠性和使用寿命。同时由于变量泵采用电比例变量泵5，马达采用电比例变量马达8，并大幅增大电比例变量马达8的排量，大排量的马达可使推土机的速度刚性(抗负荷能力)大大增加，配置的液压行走系统输出的转速和扭矩的高效区范围宽，使推土机的牵引效率增加。同时将液压管路404的通径加大，管路长度降低。这样大大降低了管路的功率损失，也降低了液压系统温度，延长了行走系统的寿命，可提高液压系统的效率。吸油管路的加粗，使补油泵穴蚀现象消除，延长了补油泵的使用寿命，液压系统清洁度得到有效保证。液压控制管路通径加大，可减少控制压力的波动，降低回油背压。

如图3所示，本发明传动装置4前面部分包括两行走主油泵419、发动机3和与其相接的飞轮426以及装于发动机3上之风扇415、消音器416和空气滤清器417等，其特征在于在飞轮426和两行走主油泵419之间设置分动箱402，即两主行走油泵419并接于分动箱402上，然后通过分动箱402与飞轮426联接，这样，可减少柴油机飞轮壳425的悬挂弯矩，使行走主油泵419的漏油问题得到了解决，提高了行走主油泵419工作的可靠性。

本发明分动箱402为增速型，这样可保持行走主油泵419的额定工作转速不下降，使行走主油泵419的排量压力不致升高。它包括分动箱壳体423和置于该壳体内之主动齿轮421和从动齿轮422，分动箱壳体423与飞轮壳425固接，其中心位置装有主动齿轮421，与飞轮426相接，两从动齿轮422分设于主动齿轮421周边且与其相啮合，其安装轴分别与两行走主油泵419输入轴连接，可将飞轮426之动力通过齿轮直接传递给两行走主油泵419，完成动力的输出。

本发明飞轮426与分动箱402采用柔性连接方式，在飞轮426与分动箱402连接之侧端装有弹性联接板427，该联接板上固定有轴套424，其上开设的花键孔可与主动齿轮421之安装轴上花键相配合并带动主动齿轮421转动。

本发明发动机3在保持其额定功率不变的情况下，可将工作的额定转速降为1800-1900rpm，并适当增加最大扭矩点的扭矩。随着发动机3额定转速的降低，发动机3的燃烧噪声、机械噪声、风扇415的噪声等大幅下降，同时，风扇415、空滤器417、消音器416等附件消耗的功率下降，因此增大了发动机3净功率。由于柴油机额定转速的下降，提高了柴油机工作的可靠性和使用寿命。

如图4所示，本发明终减速器包括电比例变量马达8、制动器6、链轮414和各级传动齿轮，其中输入齿轮407与电比例变量马达8输出轴直接相接，两端面装有输入轴轴承406，可与装于另一轴上之第一齿轮408相啮合，制动器6装于该第一齿轮408-端，制动器6之输出端轴承401装于两侧面，第二齿轮410装于另一端，并与第三齿轮411相啮合，输出齿轮413侧端装有链轮414，且与第四齿轮412相啮合，动力通过链轮414输出，停车时由制动器6实行驻车制动。电比例变量马达8采用大排量电比例马达，可使终减速器7输入扭矩大大增加，输入齿轮407最高转速控制在3900rpm以内，转速降低33％，终减速器7总传动比可降为63，推土机的最大牵引力比原来提高了9％，最高行驶速度比原来提高17％，整机的性能得到了优化。

如图5所示，输入轴轴承406选取优质新型整体式铜保持架轴承，轴承的生产精度提高，结构强度大，在保持架存在动不平衡时，能利用外圆自动修正。同时，经过合理的总体设计和匹配计算，输入齿轮407和第一齿轮408啮合齿轮端面重合度增加。随着输入转速的降低，终减速器7齿轮啮合噪声大幅降低，第一齿轮408的外径可减小，输入轴承406的内圈不会被第一齿轮408挡住，如果一旦发生输入轴承406的保持架散架，可不需拆卸终传动、台车架、铲刀，因而维修性能大大提高。

如图6所示，与输出齿轮407相啮合之第一齿轮408之输出端轴承401采用贝氏体淬火工艺，增加轴承抗振动和冲击能力，其内圈端面与第一齿轮408侧端面完全接触，终止挡边为悬臂结构，且增加其挡边厚度，严格控制轴承挡边和滚道之间的越程槽尺寸，同时，将第一齿轮408侧端挡边外径设计为大于输出端轴承401内圈外径，可避免内圈挡边碎裂，轴承的使用寿命相应提高。本发明经过合理的总体设计和匹配计算，将第三齿轮411和第四齿轮412啮合齿轮端面重合度增加，同时降低电比例变量马达8输入转速，终减速器7内各齿轮啮合噪声大幅降低，轴承的设计使用寿命大大提高。

如图7、图8所示，本发明行走机构2包括有行走手柄201，左206油泵、右油泵208，左马达210、右马达209，左马达比例电磁阀212、右马达比例电磁阀211，液压管路215和履带216构成的控制装置，其主要特点是所述的行走手柄201下端正交地安装有产生前进、后退信号的前后电位计202，产生左右转向信号的左右电位计203，在行走齿轮轴上装有左马达210、右马达209，左马达比例电磁阀212、右马达比例电磁阀211。MC6控制器204接收来自前后电位计202、左右电位计203的操作信号，通过识别程序将其分解成为前进、停止、后退、直线行走、左右转向、原地转向等指令，产生相应的输出信号分别对左油泵206的左油泵比例电磁阀205、右油泵208的右油泵比例电磁阀207以及左马达210的左马达比例电磁阀212、右马达209的右马达比例电磁阀211进行控制。

行驶速度的控制由MC6控制器204根据行走手柄201的位置(前后电位计202和左右电位计203的输出电位)，发动机转速的变化量(推土机的负荷)，油门位置，左马达210、右马达209输出转速等参数进行综合数据处理与运算，将泵与马达排量调节在允许车速范围内分段进行。其传动过程是通过发动机3传动轴带动电比例变量泵5，使其高速旋转，产生油压，经液压管路215传至左马达210、右马达209，使其旋转并产生输出扭矩，经齿轮减速后驱动履带216行走。

本发明在行走机构2中设计了一行驶纠偏装置，如图9所示，发动机3的前端为油门操纵杆210，油门位置传感器211，控制器204为一MC控制器，其主要特点是发动机3的输出端设有发动机转速传感器218、电比例变量泵5，电控行驶手柄201，左右行走履带216轴上设有电比例变量马达8，马达速度传感器219。控制器204根据电比例变量马达8的输出速度传感器219检测到马达转速，计算出其差值Δn＝nz-ny，并进行PID运算，得出运算值λ，然后根据计算左右泵比例阀电流公式：Ipz＝Ipz-Kλ，IPY＝IPY-Kλ分别调节电比例变量泵5比例阀的电流以调整左右油泵的排量，使左右马达的输出转速保持同步而达到行驶纠偏的目的。

如图10所示，本发明空调装置9包括空调压缩机总成902、冷凝器总成910、蒸发器908及相关的管路，所述空调压缩机总成902位于发动机机舱913前部，其特征在于冷凝器总成910置于推土机驾驶室912外面，本实施例附图展示的为冷凝器总成910置于推土机驾驶室912后面上部位置之结构布置形式。这种结构布置可使冷凝器910的冷却效果大大增强，同时柴油机的柴油滤清器、机油滤清器的更换、机油尺油位检查、皮带的张紧与更换不受冷凝器总成910的影响。同时，将蒸发器908位于推土机驾驶室912之内，便于驾驶室912内的热交换。

如图所示，压缩机总成902通过制冷胶管一906和制冷胶管二907分别与蒸发器908和冷凝器总成910相接，暖气接头一901通过暖气管二905与蒸发器908相接，暖气接头二903通过暖气管一904亦与蒸发器908连接，蒸发器908同时通过制冷胶管三909与冷凝器总成910连接，形成整个空调装置之连接结构。

制冷时，压缩机总成902由柴油机驱动，压缩机将气态的制冷剂压缩成液态，高温液态制冷剂通过制冷胶管一906进入冷凝器总成910进行散热，制冷剂冷却后经制冷胶管三909进入蒸发器908，制冷剂在驾驶室912内的蒸发器908内变为气态，同时吸收驾驶室912内的热量，使驾驶室912内的气温下降，通过制冷胶管二907返回压缩机，依此循环往复。

制热时利用发动机冷却水，使驾驶室912内温度提高。发动机内的热水通过暖气接头二903、暖气管一904进入蒸发器908，将热量散入驾驶室912后冷却水从暖气管二905、暖气接头一901返回到发动机冷却系统内。

Claims (6)

1、一种全液压推土机，包括推土铲(1)、行走机构(2)、发动机(3)、制动器(6)、传动装置(4)、空调装置(9)、覆盖件总成(10)、机架(11)和牵引架(12)，其特征在于所述传动装置(4)中与发动机(3)相接之飞轮(426)和行走主油泵(419)之间设置分动箱(402)；所述空调装置(9)之冷凝器总成(910)置于推土机驾驶室(912)外面，蒸发器(908)位于推土机驾驶室(912)内；所述发动机(3)输出轴上设有电比例变量泵(5)，行走机构(2)之行走手柄(201)上正交地装有前后电位计(202)和左右电位计(203)，行走齿轮轴上装有左马达(210)、右马达(209)和左马达比例电磁阀(212)、右马达比例电磁阀(211)。

2、根据权利要求1所述的全液压推土机，其特征在于所述分动箱(402)包括分动箱壳体(423)和置于该壳体内之主动齿轮(421)和从动齿轮(422)，分动箱壳体(423)与飞轮壳(425)固接，主动齿轮(421)与飞轮(426)相接，装于其中心位置，两从动齿轮(422)与主动齿轮(421)相啮合，其安装轴分别与两行走主油泵(419)输入轴连接。

3、根据权利要求1所述的全液压推土机，其特征在于所述传动装置(4)中之终减速器(7)包括电比例变量马达(8)、链轮(414)和各级传动齿轮，其中输入齿轮(407)两端面装有输入轴轴承(406)，与电比例变量马达(8)直接相接，同时与第一齿轮(408)相啮合，制动器(6)装于该齿轮一端，制动器(6)之输出端轴承(401)装于其两侧面，链轮(414)装于输出齿轮(413)侧端。

4、根据权利要求1所述的全液压推土机，其特征在于所述行走机构(2)上之前后电位计(202)为前后电位信号，左右电位计(203)为左右转向电位信号，控制器(204)接收两个电位计的操作信号，分解、指令、输出控制信号到左油泵比例电磁阀(205)、右油泵比例电磁阀(207)和左马达比例电磁阀(212)、右马达比例电磁阀(211)。

5、根据权利要求2所述的全液压推土机，其特征在于飞轮(426)上装有弹性联接板(427)，该联接板上装有与主动齿轮(421)之安装轴相接之轴套(424)。

6、根据权利要求3所述的全液压推土机，其特征在于输出端轴承(401)内圈端面与输入齿轮(407)侧端面完全接触，终止挡边为悬臂结构，且该齿轮侧端挡边外径大于输出端轴承(401)内圈外径。

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