【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 械式傳動(dòng)系的組成有：液力變矩器，液力換擋變速箱，分動(dòng)箱，萬(wàn)向節(jié)，主傳動(dòng)，差速器，輪邊減速器等。如圖所示：由圖可以看出液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)的組成和各機(jī)構(gòu)的作用，該傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：1) 由于傳動(dòng)系統(tǒng)中有液力變矩器，從而改變了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出特性。當(dāng)外載荷力增大時(shí)，能自動(dòng)增加牽引力，同時(shí)行駛速度下降；反之，當(dāng)外載荷力減小時(shí)，其牽引力下降，速度增大。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)基本上是恒功率工作。2) 能提高裝載機(jī)的使用壽命，由于液力傳動(dòng)系的介質(zhì)是液體，可以吸收振動(dòng)和沖擊，從而提高了各零部件的使用壽命。3) 能改善裝載機(jī)的通過性。液力機(jī)械式傳動(dòng)，可以采用降低行駛速度以輸出最大的牽引力，從而提高了裝載機(jī)的通過性，有利于通過泥濘沼澤地。4) 能提高裝載機(jī)的舒適性。采用液力機(jī)械式傳動(dòng)，啟動(dòng)平穩(wěn)，并可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，同時(shí)，變速時(shí)無(wú)沖擊，因液體介質(zhì)可以吸收振動(dòng)和沖擊，所以，提高了裝載機(jī)的舒適性。5) 能簡(jiǎn)化裝載機(jī)的操縱。液力變矩器是一個(gè)無(wú)極變速箱，它可以使齒輪變速箱的變速檔數(shù)減少。并且液力變速時(shí)換擋的操作簡(jiǎn)單，所以，可以大大減輕駕駛員操縱的勞動(dòng)強(qiáng)度。 液力機(jī)械式傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：有液力損失，牽引效率低，制造成本高。目前，在露天和井下的裝載機(jī)上，廣泛采用液力機(jī)械式傳動(dòng)方式。(3) 液壓機(jī)械式傳動(dòng)系液壓機(jī)械式傳動(dòng)系是指從原動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪之間，動(dòng)力是經(jīng)過泵，油馬達(dá)和機(jī)械傳動(dòng)件而傳遞的，其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖所示：為了使原動(dòng)機(jī)保持恒功率工作，傳動(dòng)系統(tǒng)必須能進(jìn)行恒功率調(diào)節(jié)。油泵和油馬達(dá)都具備容積式調(diào)速系統(tǒng)，它是通過改變油泵或油馬達(dá)的排量，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速或扭矩的，從而調(diào)節(jié)裝載機(jī)的速度和牽引力。一般是采用調(diào)節(jié)油泵不調(diào)油馬達(dá)或調(diào)節(jié)油馬達(dá)不調(diào)節(jié)油泵的辦法，兩者都進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。由于大容量低速大扭矩的油馬達(dá)尚不完善，所以，這種傳動(dòng)方式是很少被采用，僅在小型裝載機(jī)上有時(shí)采用。WJ76電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的傳動(dòng)系數(shù)。外電源經(jīng)電纜將電能送給電動(dòng)機(jī)1，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵2，油泵驅(qū)動(dòng)油馬達(dá)3傳動(dòng)，由分動(dòng)箱4把動(dòng)力傳至前橋6和后橋8，驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)行駛。(四)全液壓傳動(dòng)系 全液壓傳動(dòng)系是由液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，省去了復(fù)雜的中間傳動(dòng)件。如圖為全液壓傳動(dòng)的原理圖。 與機(jī)械式傳動(dòng)相比，全液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，能夠無(wú)級(jí)調(diào)速，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)好。這是最近幾年發(fā)展起來(lái)的新型裝載機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，但由于成本高，傳動(dòng)效率低，目前，尚沒有被廣泛使用。(五)電力傳動(dòng)系電力傳動(dòng)系是指從原動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪之間，采用了電力傳動(dòng)系統(tǒng)。是用電力系統(tǒng)代替了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。圖中所示為電動(dòng)輪裝載機(jī)的傳動(dòng)系，由柴油機(jī)1帶動(dòng)交流和直流發(fā)電機(jī)。直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電，輸送到裝載機(jī)行走裝置的直流電動(dòng)機(jī)中，使裝載機(jī)運(yùn)行。交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的交流電，輸送到裝載機(jī)的其它輔助機(jī)構(gòu)的交流電動(dòng)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)其它的輔助動(dòng)作。圖示的是電動(dòng)輪的示意圖，直流電動(dòng)機(jī)與減速器在一起，布置在驅(qū)動(dòng)輪之間，稱此部分為電動(dòng)輪。電動(dòng)輪的傳動(dòng)過程為：直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子4，帶動(dòng)齒輪7，齒輪7帶動(dòng)齒輪8,9，齒輪9把動(dòng)力傳到齒輪圈6上，由于內(nèi)齒輪圈6和車輪固定在一起，所以，車輪和內(nèi)齒輪圈6一起轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)輪還能起差速作用，可以省去機(jī)械式差速器。在電動(dòng)輪內(nèi)的直流電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速可以隨外界阻力的大小的變化。當(dāng)裝載機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪的阻力增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降；而外側(cè)車輪阻力減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，于是形成了轉(zhuǎn)向時(shí)裝載機(jī)的內(nèi)外車輪轉(zhuǎn)速差。電動(dòng)輪還有能耗制動(dòng)的作用。當(dāng)裝載機(jī)下陡坡時(shí)，切斷柴油機(jī)的動(dòng)力，裝載機(jī)靠自身的慣性行駛，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)反過來(lái)帶動(dòng)輪內(nèi)的電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)輪內(nèi)的電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)。用其所發(fā)的電能供給制動(dòng)電阻，產(chǎn)生制動(dòng)作用，這種制動(dòng)方法成為能耗制動(dòng)。以上所介紹的各種傳動(dòng)系中，目前，工程機(jī)械上大多采用柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置。柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)較緊湊，燃料經(jīng)濟(jì)性較高和機(jī)動(dòng)性較好等優(yōu)點(diǎn)，但是，它的扭矩適應(yīng)性系數(shù)較小，～，故超載能力有限。對(duì)于采用機(jī)械傳動(dòng)的車輛，其發(fā)動(dòng)機(jī)的符合取決于外阻力，希望發(fā)動(dòng)機(jī)能經(jīng)常在額定工況工作，使之功率利用最大，經(jīng)濟(jì)性也較好，機(jī)械生產(chǎn)率也最高。但當(dāng)車輛在外阻力的變化幅度較大的情況下作業(yè)時(shí)，如外阻力超過發(fā)動(dòng)機(jī)的最大負(fù)荷，而駕駛員有未及時(shí)換入低檔或采取減小工作阻力的措施，則柴油機(jī)將熄火。因此，柴油機(jī)的超載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)工程機(jī)械工作阻力劇烈波動(dòng)的要求。為了避免柴油機(jī)熄火，傳動(dòng)系只能設(shè)計(jì)成使柴油機(jī)在較低的負(fù)荷下工作，此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用程度降低，因而生產(chǎn)率降低，經(jīng)濟(jì)性也下降。柴油機(jī)超載能力不足的解決方法是，傳動(dòng)系采取一個(gè)自動(dòng)無(wú)級(jí)變速裝置，即和傳動(dòng)裝置的輸入軸相連的發(fā)動(dòng)機(jī)的工況能基本上保持不變，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在額定工況工作，而和車輪相連的傳動(dòng)裝置的輸出軸的工況則可自動(dòng)適應(yīng)外阻力的變化。這樣既避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的熄火，又充分發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)功率。液力傳動(dòng)中的液力變矩器正是這樣的自動(dòng)無(wú)極變速裝置。因此，在工程機(jī)械上正日益廣泛地采用業(yè)力傳動(dòng)裝置。典型的輪胎式裝載機(jī)液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)路線是發(fā)動(dòng)機(jī)→液力變矩器→變速箱→傳動(dòng)軸→主傳動(dòng)裝置→輪邊減速→輪輞→輪胎。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)除沒有變矩器外，其他部件與液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)形同。 液力變矩器的結(jié)構(gòu)及工作原理 單級(jí)液力變矩器通常由泵輪渦輪2以及與液力變矩器殼體相連的導(dǎo)輪3三個(gè)元件組成。泵輪、渦輪和導(dǎo)輪上都有均勻分布在圓周上的葉片。這三個(gè)工作輪組成一個(gè)封閉的環(huán)形空間，通常叫做循環(huán)圓，循環(huán)圓內(nèi)充滿了工作液體。泵輪和發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連，渦輪通過渦輪軸經(jīng)變速器，主傳動(dòng)等和車輪相連。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過泵輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成工作液體的動(dòng)能。從泵輪流出的工作液體高速地流入渦輪，它在渦輪葉片中的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使工作液體的動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過渦輪軸經(jīng)變速器，主傳動(dòng)等驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)輪和變矩器固定殼體相連，其作用是使渦輪上的力矩和泵輪上的力矩不等，以實(shí)現(xiàn)變矩和變速的目的。液力變矩器之所以能夠改變力矩是由于導(dǎo)輪的作用。從能量傳遞的角度分析，發(fā)動(dòng)機(jī)通過泵輪作用于工作液體的力矩迫使液體在泵輪葉片的流道中高速流動(dòng)，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過泵輪轉(zhuǎn)換為液體的動(dòng)能。當(dāng)高速液流沖擊渦輪時(shí)，液體給渦輪一個(gè)力矩,方向和相同。液體從渦輪流出后，沖擊導(dǎo)輪，由于渦輪玩去葉片的導(dǎo)向，使流入導(dǎo)輪的液流給導(dǎo)輪一個(gè)與方向相反的力矩，但因?qū)л喪枪潭ú粍?dòng)的，因此固定導(dǎo)輪的殼體則有和其大小相等，方向相反的反力矩產(chǎn)生，此反力矩和力矩一起作用在渦輪上，因此增加了作用在渦輪上的力矩?；蛘咭部梢哉f(shuō)，由于導(dǎo)輪葉片的導(dǎo)向，增加了導(dǎo)輪的力矩，即增加了傳遞給渦輪的力矩。因此，在液力變矩器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，工作液體作用于各工作輪的力矩應(yīng)相平衡。即=++=0∴ =+上式表明作用于渦輪的力矩等于泵輪和導(dǎo)輪力矩的向量和。前得負(fù)號(hào)是表示渦輪作用于工作液體的力矩和大小相等，方向相反。此外，式中也可以理解為外載荷作用在渦輪軸上的阻力矩。由此可知，液力變矩器改變力矩的原理，在于固定導(dǎo)輪給液體產(chǎn)生一反作用力矩，此反力矩和都傳給了渦輪。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速為零或很小時(shí)，和的方向相同，則＞；當(dāng)作用在渦輪上的力矩大于其阻力矩時(shí)，車輛開始起步，渦輪轉(zhuǎn)速由零逐漸增加。由于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)而改變了液流從渦輪沖擊導(dǎo)輪的方向，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增加到某一數(shù)值，即當(dāng)沖向?qū)л喌囊毫魉俣扰c導(dǎo)輪的葉片骨線相重合時(shí)，則=0，此時(shí)=；當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，渦輪出口處的液流將沖擊導(dǎo)輪的背面時(shí)，和的方向相反，則＜；當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速相等時(shí)，在循環(huán)圈中不再有液體的流動(dòng)，故不傳遞動(dòng)力，=0。因此，液力變矩器的渦輪力矩可以大于，等于或小于泵輪力矩，輸出力矩值是隨渦輪轉(zhuǎn)速即外載荷的變化而自動(dòng)改變的。 液力變矩器的基本特性參數(shù)通常用以下兩個(gè)參數(shù)來(lái)反映液力變矩器的一般性能：1) 變矩系數(shù)K: 即渦輪軸上力矩與泵輪軸上力矩之比。 式中、——分別為泵輪軸及渦輪軸上力矩。此處，取K=。當(dāng)制動(dòng)工況時(shí)，渦輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)變矩系數(shù)最大，用 K 0表示。K 0 大表示液力變矩器起動(dòng)能力大，克服超載能力大。2) 變矩器的傳動(dòng)效率η：即渦輪軸上輸出功率與泵輪軸上輸入功率之比。 式中 —泵輪軸上的輸入功率； —渦輪軸上的輸出功率； i —變矩器的傳動(dòng)比，即渦輪軸轉(zhuǎn)速與泵輪軸轉(zhuǎn)速之比： 式中 、 ——分別為泵輪軸及渦輪軸的轉(zhuǎn)速。工程機(jī)械上η≥～。，此處取η=，所以可得到i=。 液力變矩器設(shè)計(jì) 液力變矩器的設(shè)計(jì)比較麻煩，工作量大，而按相似原理設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單和易于掌握，新設(shè)計(jì)的變矩器只要泵輪轉(zhuǎn)速n1不小于模型變矩器泵輪轉(zhuǎn)速的40%，則誤差在2%～3%之內(nèi)，所以具有足夠的精確度。目前，液力變矩器的設(shè)計(jì)，一般多采用按相似理論為依據(jù)的仿形法設(shè)計(jì)。按照相似理論的設(shè)計(jì)方法，首先是根據(jù)工程機(jī)械的使用要求，選擇一個(gè)性能良好的模型液力變矩器，然后實(shí)驗(yàn)測(cè)定模型變矩器的原始特性；再根據(jù)原始特性及力矩計(jì)算方程，進(jìn)行變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配計(jì)算，確定所設(shè)計(jì)變矩器的有效直徑D；最后根據(jù)相似原則，將模型變矩器循環(huán)圓各部分尺寸，按照模型和設(shè)計(jì)的變矩器有效直徑的比值進(jìn)行放大或縮小，并保持葉片數(shù)及葉片角不變，即可確定設(shè)計(jì)的變矩器循環(huán)圓的各部分尺寸。根據(jù)相似理論仿形設(shè)計(jì)的變矩器，只要嚴(yán)格按照相似原則，且設(shè)計(jì)，制造，裝配，試驗(yàn)正確，則其試驗(yàn)測(cè)定的變矩器原始特性和模型變矩器的原始特性應(yīng)該是很相近的。實(shí)踐表明，變矩器仿形設(shè)計(jì)的過程，也是不斷改進(jìn)和完善變矩器性能的過程。 變矩器的力矩計(jì)算方程 在選擇液力變矩器的型式或確定液力變矩器的有效直徑D時(shí)，需要知道液力變矩器傳遞大小。為了得到變矩器的力矩計(jì)算方程，需要研究一組幾何相似的液力變矩器在等傾角工況下工作。 兩幾何相似的變矩器Ⅰ，Ⅱ在同一等傾角工況，則傳動(dòng)比i必相等。現(xiàn)在來(lái)研究等傾角工況，兩幾何相似變矩器傳遞力矩M和r， ，D之間的關(guān)系。∵ 顯然，對(duì)于等傾角工況可知： 為了研究Q和，D的關(guān)系，我們可以把分解為兩個(gè)互相垂直的分量和。是得圓周分速度，它決定液流的旋轉(zhuǎn)程度，即液體給工作輪的能量；是得徑向分速度，位于軸截面內(nèi)，它決定液流流量的多少。顯然， Q=*式中 F1—泵輪出口處和Vm1相垂直的液流通道的斷面面積。 泵輪出口處的液流通道面積可按下式確定： F1=2πr1b1Ψ式中 b1—泵輪出口處和Vm1相垂直的液流通道斷面寬度； Ψ—排擠系數(shù)，考慮葉片厚度占去一部分液流通道面積的修正系數(shù)，Ψ＜1。 ∵ Q=F1VM1=2πr1b1ΨVM1又∵ r1∝D,b1∝D,VM1∝D 顯然， Q∝n1*D3 ∴ 設(shè)泵輪傳遞力矩的比例常數(shù)為1，渦輪傳遞力矩的比例常數(shù)為λ2，則得變矩器的力矩計(jì)算方程： λ1,λ2分別叫做泵輪力矩系數(shù)和渦輪力矩系數(shù)。在同一等傾角工況，即同一傳動(dòng)比i值，它們是常數(shù)，當(dāng)傳動(dòng)比i不同時(shí)，則λ1, λ2可變化，即對(duì)一組幾何相似的變矩器來(lái)說(shuō)，λ1,=f1（i）， λ2=f2（i）。這兩根曲線又叫做這組幾何相似的變矩器的原始特性。試驗(yàn)證明，上述公式具有足夠的精確度，只要所設(shè)計(jì)的變矩器和模型變矩器的泵輪轉(zhuǎn)速相差不超過40%，則其誤差不超過5%。 液力變矩器形式的選擇 變矩器性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)由于各類變矩器的基本特性充分反映在它的原始特性上，故根據(jù)原始特性評(píng)價(jià)變矩器的性能。評(píng)價(jià)變矩器性能的主要指標(biāo)是：（1）變矩器系數(shù)K：制動(dòng)工況的變矩系數(shù)k0表示變矩器克服短期超載的能力，當(dāng)然K0大些較好，但如增加K0，則將減小最大效率ηmax情況下的傳動(dòng)比i*，且當(dāng)i*愈小時(shí)，ηmax值也降低，這是因?yàn)镵0增加時(shí)，液力損失也增加，因此，液力變矩器在其它性能相同時(shí)，可用制動(dòng)工況下的變矩系數(shù)K0與最大效率值相應(yīng)的傳動(dòng)比i*的乘積B=K0i*來(lái)評(píng)價(jià)，參數(shù)B叫做變矩器的變換性能。B值大的變矩器可認(rèn)為是良好的。采用雙導(dǎo)輪綜合式變矩器可以提高變矩器的變換性能，擴(kuò)大高效率區(qū)得范圍。 由于綜合式變矩器的正常工況是ipim，故ip時(shí)的變矩系數(shù)kp也很重要，它表示正常工作范圍時(shí)變矩器的超載能力。 （2）傳動(dòng)效率η：希望最高效率ηmax高，同時(shí)希望變矩器高效率范圍ipim，區(qū)段寬廣。 （3）透過性：變矩器的透過性是研究λ1(M1)=f(i)的變化關(guān)系。當(dāng)泵輪轉(zhuǎn)速n1不變而渦輪轉(zhuǎn)速n2變化時(shí)λ1（M1）=f（i）的曲線有如下四種情況：（1） 當(dāng)i變化時(shí)而λ1不變，這種變矩器叫做不可透的。（2） λ1隨i的增加而減少，這種變矩器叫做正可透的。（3） λ1隨i的增加而增加，這種變矩器叫做負(fù)可透的。（4） λ1開始隨i的增加而增加，隨后隨i的增加而減少，這種變矩器叫做混合透的。對(duì)于不可透的變矩器，由于i變化時(shí)，λ1不變，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷拋物線M1只有一根，它和發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的交點(diǎn)也就只有一點(diǎn)。因而不論外界阻力如何變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的工況不變，亦即外界阻力的變化不可能透過變矩器傳給發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于可透的變矩器，由于λ1隨i的變化而改變，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷拋物線M1將是一束，與發(fā)動(dòng)機(jī)外特性，調(diào)速特性的交點(diǎn)將是一個(gè)區(qū)段，故由外界阻力引起渦輪轉(zhuǎn)速的變化可以透過變矩器傳給發(fā)動(dòng)機(jī)引起發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化。由此可知，變矩器的透過性其物理意義是渦輪輸出軸負(fù)荷透過變矩器而影響發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作點(diǎn)的程度，亦即輸出軸負(fù)荷對(duì)變矩器輸入特性的影響程度。(4)泵輪力矩系數(shù)λ1：通常以最大泵輪力矩系數(shù)λ1max作為λ1的代表值。因?yàn)榻?jīng)過泵輪傳遞的功率N1=λ1γn13D5,故λ1值表示變矩器傳遞能量的能力大小，故希望λ1大。上述指標(biāo)中，評(píng)價(jià)變矩器性能最主要的指標(biāo)是K0, ηMAX,KP,IP,TP等。