履帶推土機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理
履帶推土機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理
履帶推土機(jī)是土方工程機(jī)械的一種主要機(jī)械，按行走方式分為履帶式和輪胎式兩種.因?yàn)檩喬ナ酵仆翙C(jī)較少。本文主要講述履帶式推土機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理。
功率大于120KW的履帶式推土機(jī)中，絕大多數(shù)采用液力-機(jī)械傳動(dòng)。這類推土機(jī)來源于引進(jìn)日本小松制作所的D155型、D85型、D65型三種基本型推土機(jī)制造技術(shù)。國產(chǎn)化后，定型為TY320型、TY220型、TY160型基本型推土機(jī)。為了滿足用戶各種使用工作況的需求，我國推土機(jī)生產(chǎn)廠家在以上三個(gè)基本型推土機(jī)的基礎(chǔ)上，拓展了產(chǎn)品品種，形成了三種系列的推土機(jī)。TY220型推土機(jī)系列產(chǎn)品，包括TSY220型濕地推土機(jī)、TMY220型沙漠推土機(jī)、TYG220型高原推土機(jī)、TY220F型森林伐木型推土機(jī)、TSY220H型環(huán)衛(wèi)推土機(jī)和DG45型吊管機(jī)等。TY320型和TY160型系列推土機(jī)也在拓展類似的系列產(chǎn)品。TY160系列中還有TSY160L型超濕地推土機(jī)和TBY160型推扒機(jī)等。
推土機(jī)產(chǎn)品種的開發(fā)拓展，既要滿足不同工況條件的工作適應(yīng)性，又必須與基本型保持最大限度的零部件通用性(或稱互換性)，這就為廣大用戶使用維修帶來極大的方便。為方便用戶購買配件，生產(chǎn)廠都保留了日本小松公司的零部件編號(hào)，只有改型中自行設(shè)計(jì)的零部件，才冠以自己廠家的編號(hào)。
履帶式推土機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作裝置、電氣部分、駕駛室和機(jī)罩等組成。其中，機(jī)械及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)又包括液力變矩器、聯(lián)軸器總成、行星齒輪式動(dòng)力換擋變速器、中央傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動(dòng)器、終傳動(dòng)和行走系統(tǒng)等。
動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)(PTO)10以齒輪傳動(dòng)和花鍵連接的方式帶動(dòng)工作裝置液壓系統(tǒng)中工作泵P1、變速變矩液壓系統(tǒng)變速泵P2、轉(zhuǎn)向制動(dòng)液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)向泵P3；鏈輪8代表二級(jí)直齒齒輪傳動(dòng)的終傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括左和右終傳動(dòng)總成)；履帶板9包括履帶總成、臺(tái)車架和懸掛裝置總成在內(nèi)的行走系統(tǒng)。本文將重點(diǎn)介紹上述傳動(dòng)系統(tǒng)中的液力變矩器、行星齒輪式動(dòng)力換擋變速器、轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其液壓系統(tǒng)的故障及排除。
國產(chǎn)102KW以下的推土機(jī)，如T140型、T120型、T70型等小功率推土機(jī)，其傳動(dòng)系統(tǒng)的型式都是機(jī)械傳動(dòng)的，包括離合器和機(jī)械變速器等。這類推土機(jī)在我國產(chǎn)銷量也較大；其結(jié)構(gòu)較為簡單，生產(chǎn)年代較早，使用單位較熟悉，使用維修也比較容易。
1、液力變矩器
該變矩器為三元件向心渦輪式，結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高。變矩器由泵輪組件、渦輪組件、導(dǎo)輪組件三部分構(gòu)成。
泵輪組件中的泵輪由螺栓和驅(qū)動(dòng)殼連接，驅(qū)動(dòng)齒輪由螺栓和驅(qū)動(dòng)殼連接。驅(qū)動(dòng)齒輪直接插入發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈內(nèi)，故泵輪隨發(fā)動(dòng)機(jī)一起旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)輪由螺栓和導(dǎo)輪轂連接，導(dǎo)輪轂通過花鍵和導(dǎo)輪座連接，導(dǎo)輪座又通過螺栓和變矩器殼連接，故導(dǎo)輪和變矩器殼一起，是不旋轉(zhuǎn)的。渦輪和渦輪轂用鉚釘鉚接在一起，再通過花鍵和渦輪輸出軸連接，渦輪輸出軸通過花鍵和聯(lián)軸節(jié)連接，將動(dòng)力傳遞給其后的傳動(dòng)系統(tǒng)。泵輪隨發(fā)動(dòng)機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力輸入，導(dǎo)輪不旋轉(zhuǎn)，渦輪旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力輸出，三者之間相互獨(dú)立，輪間間隙約為2mm。
泵輪、渦輪、導(dǎo)輪自身由許多葉片組成，稱之為葉柵，葉片由曲而構(gòu)成，呈復(fù)雜的形狀。
變矩器在工作時(shí)，葉柵中是需要充滿油液的，在泵輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵輪葉柵中的油液在離心力的作用下沿曲面向外流動(dòng)，在葉柵出口處射向渦輪葉柵出口，然后沿渦輪葉柵曲面作向心流動(dòng)，又從渦輪葉柵出口射向?qū)л喨~柵進(jìn)口，穿過導(dǎo)輪葉柵又流回泵輪。泵輪、渦輪、導(dǎo)輪葉柵組成的圓形空間，稱之為循環(huán)圓。由于渦輪葉柵曲面形狀的設(shè)計(jì)，決定了渦輪和泵輪在同一方向旋轉(zhuǎn)。這樣，變矩器葉柵循環(huán)圓中的油液，一方面在循環(huán)圓中旋轉(zhuǎn)，一方面又隨泵輪和渦輪旋轉(zhuǎn)，從而形成了復(fù)雜的螺旋運(yùn)動(dòng)，在這種運(yùn)動(dòng)中，將能量從泵輪傳遞給渦輪。
渦輪的負(fù)荷是推土機(jī)負(fù)荷決定的。推土機(jī)的負(fù)荷由鏟刀傳遞給履帶行走系統(tǒng)，再傳給終傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向離合器、中央傳動(dòng)、變速器和聯(lián)軸器總成，最終傳遞給變矩器渦輪。渦輪負(fù)荷小時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度就快；負(fù)荷大時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度就慢。當(dāng)推土機(jī)因超載走不動(dòng)時(shí)，渦輪的轉(zhuǎn)速也下降為0，成為渦輪的制動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)，因渦輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，由泵輪葉柵射來的油液，以最大的沖擊穿過渦輪葉柵沖向?qū)л啠诓晦D(zhuǎn)的導(dǎo)輪葉柵中轉(zhuǎn)換成壓力，該壓力反壓向渦輪，增大了渦輪的扭矩，該增加的扭矩和渦輪旋轉(zhuǎn)方向一致，此時(shí)渦輪輸出扭矩最大，為泵輪扭矩的2.54倍。渦輪隨著負(fù)荷增大，轉(zhuǎn)速逐漸降低，扭矩逐漸增加，這相當(dāng)于一個(gè)無級(jí)變速器在逐漸降速增扭。這種無級(jí)變矩的性能與易操縱而擋位較少的行星齒輪式動(dòng)力換擋變速器相配合，使推土機(jī)獲得了優(yōu)異的牽引性能。
液力變矩器是依靠液力工作的。油液在葉柵中流動(dòng)時(shí)，由于沖擊、摩擦，會(huì)消耗能量，使油發(fā)熱，故液力變矩器的傳動(dòng)效率是較低的。目前，國內(nèi)外最好的液力變矩器其最高效率為88%。當(dāng)變矩器的渦輪因推土機(jī)超負(fù)荷而停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由泵輪傳來的能量全部轉(zhuǎn)化成熱量而消耗掉，此時(shí)變矩器效率為0。要想提高變矩器的傳動(dòng)效率，就要掌握推土機(jī)的負(fù)荷，使渦輪有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速、推土機(jī)有適當(dāng)?shù)乃俣龋患串?dāng)推土機(jī)因負(fù)荷過大而走不動(dòng)時(shí)，要及時(shí)減小負(fù)荷，提一下鏟刀或由II擋換為I擋。
由變矩器的結(jié)構(gòu)和工作原理知，變矩器工作時(shí)油會(huì)有內(nèi)泄、會(huì)發(fā)熱。這就要求要及時(shí)給變矩器內(nèi)部補(bǔ)充油，并將發(fā)熱的油替換出來冷卻，形成一個(gè)循環(huán)。
TY320型和TY220型有完全相似的液力變矩器，只是進(jìn)行了幾何放大。TY160型和TY220型有基本相似的的液力變矩器，人是結(jié)構(gòu)有些變化。它們的故障和維修是基本相同的。
2、行星齒輪式動(dòng)力換擋變速器
TY220推土機(jī)行星齒輪式動(dòng)力換擋變速器的結(jié)構(gòu)圖，該變速器主要由四個(gè)行星排和一個(gè)旋轉(zhuǎn)閉鎖離合器構(gòu)成。圖3中標(biāo)的“I”“II”“III”、“IV”是四個(gè)行星排，“V”是旋轉(zhuǎn)閉鎖離合器。
“I”“II”和“IV”行星排都是固定齒圈，用行星架同向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行輸出的。
“II”行星排的行星架上多裝一個(gè)行星輪，若將齒圈C用離合器固定，當(dāng)太陽輪A右轉(zhuǎn)時(shí)，行星齒輪B左轉(zhuǎn)，行星齒輪E右轉(zhuǎn)，行星架D左轉(zhuǎn)，則形成了以太陽輪輸入、行星架反向旋轉(zhuǎn)輸出的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。TY220型推土機(jī)變速器即利用第II行星排作為倒擋使用。
離合器有5個(gè)。第1至第4離合器的油缸體都由螺栓連接在端蓋上，它們是不運(yùn)動(dòng)的。當(dāng)油缸體和活塞之間充滿壓力油時(shí)，壓力油在油超過計(jì)劃的密封下，建立油壓并推活塞壓緊摩擦片，則可將齒圈固定。
第5號(hào)旋轉(zhuǎn)閉鎖離合器的結(jié)構(gòu)比較特殊，它沒有行星機(jī)構(gòu)，其工作時(shí)是整體旋轉(zhuǎn)的。向旋轉(zhuǎn)油缸中供油時(shí)，需先向中心軸供油。工作時(shí)，壓力油通過第5離合器固定不動(dòng)的殼體19中的油道，進(jìn)入旋轉(zhuǎn)油缸，推動(dòng)活塞工作。為防止泄漏，要用旋轉(zhuǎn)密封環(huán)進(jìn)行密封。工作完的油液，由于旋轉(zhuǎn)油缸不停地旋轉(zhuǎn)，離心力向外甩出，無法經(jīng)供油道排出，會(huì)增加摩擦片的磨損。為解決此問題，在旋轉(zhuǎn)油道排出，會(huì)增加摩擦片的磨損。為解決此問題，在旋轉(zhuǎn)油缸體上增加一個(gè)鋼球止回閥，在壓力油的作用下，它密封油孔以建立油壓，停止供油時(shí)，它會(huì)甩開，開放回油孔以回油。
TY220型推土機(jī)變速器，在結(jié)構(gòu)上許多特點(diǎn)，利用這些特點(diǎn)，可使維修更為容易進(jìn)行。如第1至第4離合器的摩擦片和光盤都是通用的；第2至第4行星排的活塞和密封環(huán)相同，行星排離合器導(dǎo)向銷相同，光盤分離彈簧相同，離合器活塞分離彈簧相同；第1至第3行星排使用同一個(gè)行星架；第4行星排的行星架利用外齒圈插入第3行星排齒圈中，并用彈簧卡圈防止軸向竄動(dòng)等等。
TY320和TY220型推土機(jī)系列產(chǎn)品有完全相似的變速器，只是放大了幾何尺寸。TY160型推土機(jī)變速器，離合器的排列方式不同，第1離合器為前進(jìn)擋，第2離合器為后退擋，第3旋轉(zhuǎn)閉鎖離合器為I擋，第4離合器為III擋，第5離合器為II擋。安們有相同的使用維修特點(diǎn)。
3、轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動(dòng)器
變速器的動(dòng)力傳入中央傳動(dòng)后，就從縱向傳動(dòng)變?yōu)闄M向傳動(dòng)，由橫軸分別傳給左、右兩個(gè)轉(zhuǎn)向離合器。圖4是TY220型推土機(jī)的中央傳動(dòng)及轉(zhuǎn)向離合器結(jié)構(gòu)圖。
該機(jī)的轉(zhuǎn)向離合器是彈簧壓緊、液壓分離、常嚙合、溫式摩擦片結(jié)構(gòu)型式。它包括外鼓1、內(nèi)鼓5、壓盤2、外摩擦片3、內(nèi)齒處4、活塞15、螺栓13、套筒14與活塞15連接成一個(gè)整體，大、小彈簧支撐在內(nèi)鼓5上，彈簧的安裝負(fù)荷推動(dòng)活塞15向右移動(dòng)，帶動(dòng)壓板2將摩擦片3和齒片4壓緊在一起，實(shí)現(xiàn)接合傳力。彈簧共8組，總安裝負(fù)荷3.2T，有足夠的壓力壓緊摩擦片以傳遞力矩。
當(dāng)推土機(jī)需要轉(zhuǎn)向(如拉動(dòng)左轉(zhuǎn)向拉桿)時(shí)，淮壓油充入轉(zhuǎn)向離合器活塞15和輪轂6之間的油腔，油壓力推動(dòng)活塞，帶動(dòng)壓盤向左移動(dòng)，摩擦片和齒片松開，不再傳遞力矩，推土機(jī)左側(cè)失去動(dòng)力，在右側(cè)履帶的推動(dòng)下向左轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向結(jié)束時(shí)，松開拉桿，液壓油在活塞推動(dòng)下回流，轉(zhuǎn)向離合器重新接合傳力，推土機(jī)恢復(fù)直線行駛。
TY220型推土機(jī)轉(zhuǎn)向制動(dòng)器是液壓助力、浮動(dòng)濕式制動(dòng)帶式。它包括安裝在轉(zhuǎn)向離合器外鼓上的制動(dòng)帶15、助力活塞8、連桿10、浮動(dòng)桿11、連桿14等零件。由于浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性能，不論離合器外鼓是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，制動(dòng)時(shí)都很平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)沖擊。
當(dāng)制動(dòng)帶1.5上的制動(dòng)帶襯片16磨損后，制動(dòng)帶和外鼓之間間隙變大，制動(dòng)跳板行程增加，當(dāng)行程增大到一定限度時(shí)，制動(dòng)變得不可靠。因此，要不斷地調(diào)整制動(dòng)帶間隙。推土機(jī)制動(dòng)踏板標(biāo)準(zhǔn)行程和極限行程如表所示。
制動(dòng)帶間隙調(diào)整的方法：拆去調(diào)節(jié)螺栓的護(hù)蓋后，將調(diào)節(jié)螺栓口右旋，扭緊制動(dòng)帶以抱住外鼓(扭緊力矩約90N·m)然后擰松螺栓(TY160型擰松15/6圈，TY320型擰松11/6圈)，使制動(dòng)帶和外鼓間出現(xiàn)0.3mm標(biāo)準(zhǔn)間隙，調(diào)整完成。
