【文章內(nèi)容簡介】 械式傳動系的組成有：液力變矩器，液力換擋變速箱，分動箱，萬向節(jié)，主傳動，差速器，輪邊減速器等。如圖所示：由圖可以看出液力機械式傳動系統(tǒng)的組成和各機構(gòu)的作用，該傳動系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：1) 由于傳動系統(tǒng)中有液力變矩器，從而改變了發(fā)動機的功率輸出特性。當(dāng)外載荷力增大時，能自動增加牽引力，同時行駛速度下降；反之，當(dāng)外載荷力減小時，其牽引力下降，速度增大。因此，發(fā)動機基本上是恒功率工作。2) 能提高裝載機的使用壽命，由于液力傳動系的介質(zhì)是液體，可以吸收振動和沖擊，從而提高了各零部件的使用壽命。3) 能改善裝載機的通過性。液力機械式傳動，可以采用降低行駛速度以輸出最大的牽引力，從而提高了裝載機的通過性，有利于通過泥濘沼澤地。4) 能提高裝載機的舒適性。采用液力機械式傳動，啟動平穩(wěn)，并可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速，同時，變速時無沖擊，因液體介質(zhì)可以吸收振動和沖擊，所以，提高了裝載機的舒適性。5) 能簡化裝載機的操縱。液力變矩器是一個無極變速箱，它可以使齒輪變速箱的變速檔數(shù)減少。并且液力變速時換擋的操作簡單，所以，可以大大減輕駕駛員操縱的勞動強度。 液力機械式傳動的主要缺點是：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上，廣泛采用液力機械式傳動方式。(3) 液壓機械式傳動系液壓機械式傳動系是指從原動機到驅(qū)動輪之間，動力是經(jīng)過泵，油馬達(dá)和機械傳動件而傳遞的，其傳動系統(tǒng)如圖所示：為了使原動機保持恒功率工作，傳動系統(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)行無級調(diào)速。由于大容量低速大扭矩的油馬達(dá)尚不完善，所以，這種傳動方式是很少被采用，僅在小型裝載機上有時采用。WJ76電動鏟運機的傳動系數(shù)。外電源經(jīng)電纜將電能送給電動機1，電動機帶動油泵2，油泵驅(qū)動油馬達(dá)3傳動，由分動箱4把動力傳至前橋6和后橋8，驅(qū)動裝載機行駛。(四)全液壓傳動系 全液壓傳動系是由液壓馬達(dá)直接帶動驅(qū)動輪，省去了復(fù)雜的中間傳動件。如圖為全液壓傳動的原理圖。 與機械式傳動相比，全液壓傳動結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，能夠無級調(diào)速，發(fā)動機的工作狀態(tài)好。這是最近幾年發(fā)展起來的新型裝載機的傳動系統(tǒng)，但由于成本高，傳動效率低，目前，尚沒有被廣泛使用。(五)電力傳動系電力傳動系是指從原動機到驅(qū)動輪之間，采用了電力傳動系統(tǒng)。是用電力系統(tǒng)代替了機械傳動系統(tǒng)。圖中所示為電動輪裝載機的傳動系，由柴油機1帶動交流和直流發(fā)電機。直流發(fā)電機產(chǎn)生的直流電，輸送到裝載機行走裝置的直流電動機中，使裝載機運行。交流電動機產(chǎn)生的交流電，輸送到裝載機的其它輔助機構(gòu)的交流電動機中，實現(xiàn)其它的輔助動作。圖示的是電動輪的示意圖，直流電動機與減速器在一起，布置在驅(qū)動輪之間，稱此部分為電動輪。電動輪的傳動過程為：直流電動機的轉(zhuǎn)子4，帶動齒輪7，齒輪7帶動齒輪8,9，齒輪9把動力傳到齒輪圈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。電動輪還能起差速作用，可以省去機械式差速器。在電動輪內(nèi)的直流電動機，其轉(zhuǎn)速可以隨外界阻力的大小的變化。當(dāng)裝載機轉(zhuǎn)向時，內(nèi)側(cè)車輪的阻力增大，電動機轉(zhuǎn)速下降；而外側(cè)車輪阻力減小，電動機轉(zhuǎn)速增大，于是形成了轉(zhuǎn)向時裝載機的內(nèi)外車輪轉(zhuǎn)速差。電動輪還有能耗制動的作用。當(dāng)裝載機下陡坡時，切斷柴油機的動力，裝載機靠自身的慣性行駛，車輪的轉(zhuǎn)動反過來帶動輪內(nèi)的電動機，使電動輪內(nèi)的電動機變成了發(fā)電機。用其所發(fā)的電能供給制動電阻，產(chǎn)生制動作用，這種制動方法成為能耗制動。以上所介紹的各種傳動系中，目前，工程機械上大多采用柴油機作為動力裝置。柴油機具有結(jié)構(gòu)較緊湊，燃料經(jīng)濟(jì)性較高和機動性較好等優(yōu)點，但是，它的扭矩適應(yīng)性系數(shù)較小，～，故超載能力有限。對于采用機械傳動的車輛，其發(fā)動機的符合取決于外阻力，希望發(fā)動機能經(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，如外阻力超過發(fā)動機的最大負(fù)荷，而駕駛員有未及時換入低檔或采取減小工作阻力的措施，則柴油機將熄火。因此，柴油機的超載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)工程機械工作阻力劇烈波動的要求。為了避免柴油機熄火，傳動系只能設(shè)計成使柴油機在較低的負(fù)荷下工作，此時，發(fā)動機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。柴油機超載能力不足的解決方法是，傳動系采取一個自動無級變速裝置，即和傳動裝置的輸入軸相連的發(fā)動機的工況能基本上保持不變，使發(fā)動機保持在額定工況工作，而和車輪相連的傳動裝置的輸出軸的工況則可自動適應(yīng)外阻力的變化。這樣既避免了發(fā)動機的熄火，又充分發(fā)揮了發(fā)動機功率。液力傳動中的液力變矩器正是這樣的自動無極變速裝置。因此，在工程機械上正日益廣泛地采用業(yè)力傳動裝置。典型的輪胎式裝載機液力機械傳動系統(tǒng)的傳動路線是發(fā)動機→液力變矩器→變速箱→傳動軸→主傳動裝置→輪邊減速→輪輞→輪胎。機械傳動系統(tǒng)除沒有變矩器外，其他部件與液力機械傳動系統(tǒng)形同。 液力變矩器的結(jié)構(gòu)及工作原理 單級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。這三個工作輪組成一個封閉的環(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)動機的曲軸相連，渦輪通過渦輪軸經(jīng)變速器，主傳動等和車輪相連。因此，發(fā)動機的機械能通過泵輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成工作液體的動能。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動推動渦輪轉(zhuǎn)動，使工作液體的動能又轉(zhuǎn)換成機械能，通過渦輪軸經(jīng)變速器，主傳動等驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。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)動機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，從而將發(fā)動機的機械能通過泵輪轉(zhuǎn)換為液體的動能。當(dāng)高速液流沖擊渦輪時，液體給渦輪一個力矩,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)輪一個與方向相反的力矩，但因?qū)л喪枪潭ú粍拥?，因此固定?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，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，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，車輛開始起步，渦輪轉(zhuǎn)速由零逐漸增加。由于渦輪轉(zhuǎn)動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，則=0，此時=；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，和的方向相反，則＜；當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速相等時，在循環(huán)圈中不再有液體的流動，故不傳遞動力，=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改變的。 液力變矩器的基本特性參數(shù)通常用以下兩個參數(shù)來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)制動工況時，渦輪停止轉(zhuǎn)動，此時變矩系數(shù)最大，用 K 0表示。K 0 大表示液力變矩器起動能力大，克服超載能力大。2) 變矩器的傳動效率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。工程機械上η≥～。，此處取η=，所以可得到i=。 液力變矩器設(shè)計 液力變矩器的設(shè)計比較麻煩，工作量大，而按相似原理設(shè)計比較簡單和易于掌握，新設(shè)計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，一般多采用按相似理論為依據(jù)的仿形法設(shè)計。按照相似理論的設(shè)計方法，首先是根據(jù)工程機械的使用要求，選擇一個性能良好的模型液力變矩器，然后實驗測定模型變矩器的原始特性；再根據(jù)原始特性及力矩計算方程，進(jìn)行變矩器與發(fā)動機的匹配計算，確定所設(shè)計變矩器的有效直徑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)計的變矩器，只要嚴(yán)格按照相似原則，且設(shè)計，制造，裝配，試驗正確，則其試驗測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。實踐表明，變矩器仿形設(shè)計的過程，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，需要知道液力變矩器傳遞大小。為了得到變矩器的力矩計算方程，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，則傳動比i必相等。現(xiàn)在來研究等傾角工況，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，即同一傳動比i值，它們是常數(shù)，當(dāng)傳動比i不同時，則λ1, λ2可變化，即對一組幾何相似的變矩器來說，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。試驗證明，上述公式具有足夠的精確度，只要所設(shè)計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 變矩器性能的評價指標(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)原始特性評價變矩器的性能。評價變矩器性能的主要指標(biāo)是：（1）變矩器系數(shù)K：制動工況的變矩系數(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情況下的傳動比i*，且當(dāng)i*愈小時，ηmax值也降低，這是因為K0增加時，液力損失也增加，因此，液力變矩器在其它性能相同時，可用制動工況下的變矩系數(shù)K0與最大效率值相應(yīng)的傳動比i*的乘積B=K0i*來評價，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時的變矩系數(shù)kp也很重要，它表示正常工作范圍時變矩器的超載能力。 （2）傳動效率η：希望最高效率ηmax高，同時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λ1（M1）=f（i）的曲線有如下四種情況：（1） 當(dāng)i變化時而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。對于不可透的變矩器，由于i變化時，λ1不變，因此發(fā)動機的負(fù)荷拋物線M1只有一根，它和發(fā)動機外特性的交點也就只有一點。因而不論外界阻力如何變化，發(fā)動機的工況不變，亦即外界阻力的變化不可能透過變矩器傳給發(fā)動機。對于可透的變矩器，由于λ1隨i的變化而改變，因此發(fā)動機的負(fù)荷拋物線M1將是一束，與發(fā)動機外特性，調(diào)速特性的交點將是一個區(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)動機引起發(fā)動機工況的變化。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)動機共同工作點的程度，亦即輸出軸負(fù)荷對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。因為經(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，評價變矩器性能最主要的指標(biāo)是K0, ηMAX,KP,IP,TP等。