地下無軌機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)-液力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(動(dòng)力變速箱)

1、地下無軌機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)地下無軌機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)- -液力驅(qū)動(dòng)液力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（動(dòng)力變速箱）系統(tǒng)（動(dòng)力變速箱）第一節(jié) 變速箱概述；第二節(jié) 動(dòng)力變速箱的概念；第三節(jié) 國(guó)外著名的雙變系統(tǒng)生產(chǎn)廠家；第四節(jié) 變速箱的故障與維修。第一節(jié) 變速箱概述1.1變速箱的功用o 目前地下無軌設(shè)備上廣泛采用柴油機(jī)，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速變化范圍較小，不能滿足機(jī)械在各種工況下對(duì)牽引力和行駛速度的要求，因此，必須采用變速箱來解決這種矛盾。 (1)變換排擋，改變發(fā)動(dòng)機(jī)(或液力變矩器)和驅(qū)動(dòng)輪間的傳動(dòng)比，使機(jī)械的牽引力和行駛速度適應(yīng)各種工況的需要。 (2)實(shí)現(xiàn)倒擋，使機(jī)械能前進(jìn)與倒退。 (3)實(shí)現(xiàn)空擋，可切斷傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況

2、下同時(shí)使于發(fā)動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)和動(dòng)力輸出的需要。1.2 變速箱工作原理o變速箱的變速換擋原理是借助兩齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，其傳動(dòng)比i是主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速nl與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速n2之比，也等于從動(dòng)齒輪齒數(shù)Z1(或直徑D1，)與主動(dòng)齒輪齒數(shù)Z2 (或直徑D2)之比。地下無軌設(shè)備上所使用的變速箱主要是起降低轉(zhuǎn)速增加扭矩的作用。為了實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)的變速，以滿足機(jī)械不同作業(yè)工況的需要，通常變速箱采用多對(duì)齒輪組成不同的傳動(dòng)比(即不同擋位)，并通過操縱機(jī)構(gòu)來按需要變換傳動(dòng)比(即換擋)。 如下圖所示，便是變速箱變速(換擋)原理圖。雙聯(lián)主動(dòng)齒輪2、3與主動(dòng)軸1為花鍵連換，并可在軸上滑動(dòng)；從動(dòng)齒輪5、6則固定在從動(dòng)軸4上。當(dāng)主動(dòng)齒輪2

3、、3處在不嚙合的中間位置時(shí)(圖a)，則主動(dòng)軸1上的動(dòng)力不傳給從動(dòng)軸4。動(dòng)力被切斷，稱為空擋。o當(dāng)主動(dòng)齒輪2、3左移使齒輪2、6相嚙合時(shí)(圖b)，則主動(dòng)軸1的動(dòng)力經(jīng)齒輪2、6傳到5、6從動(dòng)齒輪，再到從動(dòng)軸，使得到一個(gè)傳動(dòng)比(實(shí)現(xiàn)某一擋位)。o當(dāng)主動(dòng)齒輪2、3右移使齒輪3、5相嚙合(圖c)，則軸1的動(dòng)力經(jīng)齒輪3、5傳給軸4得到傳動(dòng)比不同的另一排擋。o為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械的倒退照、則需改變從動(dòng)軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，為此只要在主動(dòng)軸1與從4之間再增加一次齒輪嚙合。1.3 對(duì)變速箱的要求：o (1)具有足夠的擋位與合適的傳動(dòng)比，以滿足使用要求，使機(jī)械具有良好的牽引性和燃料經(jīng)濟(jì)性以及高的生產(chǎn)率。o (2)工作可靠、傳動(dòng)

4、效率高、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便。o (3)操縱輕便可靠，不允許出現(xiàn)同時(shí)掛兩個(gè)擋、自動(dòng)脫擋和跳擋等現(xiàn)象。o (4)對(duì)于動(dòng)力換擋變速箱則還要求換擋離合器接合平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高。1.4 變速箱的類型：o 變速箱按操縱方式可分為機(jī)械式換擋變速箱和動(dòng)力換擋變速箱； 1機(jī)械式換擋變速箱：1）撥動(dòng)滑動(dòng)齒輪接擋；2）撥動(dòng)嚙合套換擋。 2動(dòng)力換擋變速箱：o 按輪系型式可分為定軸式變速箱和行星式變速箱。第二節(jié) 動(dòng)力換檔的概述2.1 動(dòng)力換檔的概述：o 動(dòng)力換檔(動(dòng)力換檔是不是通過改變變速比，而是通過改變輸出來實(shí)現(xiàn)換檔，例如改變油門大小，或者改變輸入電壓等。 機(jī)械換檔是通過機(jī)械、機(jī)構(gòu)等，改變其傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)換檔

5、。) 2.2動(dòng)力換擋工作原理:o 如右圖所示，齒輪a、b用軸承支承在軸上，與軸是空轉(zhuǎn)連接。通過相應(yīng)的換擋離合器，分別將不同擋位的齒輪與軸相固連，從而實(shí)現(xiàn)換擋。動(dòng)力接擋變速箱接擋離臺(tái)器的分離與接合，一般是液壓操縱；液壓油是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的油泵供給。2.3 動(dòng)力換擋變速箱特點(diǎn)：o 與機(jī)械式換擋變速箱相比，動(dòng)力換擋變速箱換擋時(shí)的操縱力不是人力，而是來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，故有動(dòng)力換擋之稱。o 動(dòng)力換擋變速箱操縱輕便、接擋迅速、接擋時(shí)終斷動(dòng)力的時(shí)間短，可以實(shí)現(xiàn)帶負(fù)荷不停車接擋(故亦稱為負(fù)載換擋變速箱)，通常與液力變矩器配合使用，有助于減輕駕駛員操作強(qiáng)度，提高地下無軌設(shè)備的生產(chǎn)效率。2.4 定軸式變速箱o 變速

6、箱中所有齒輪都有固定的旋轉(zhuǎn)軸線，故稱為定軸式變速箱。定軸式變速箱的換擋方式有兩種：即機(jī)械式換擋與動(dòng)力換擋。2.5 行星式變速箱o 這種變速箱中有些齒輪的軸線在旋轉(zhuǎn)，這種軸線旋轉(zhuǎn)的齒輪有兩種運(yùn)動(dòng)，即自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)故稱為行星輪。因此，稱這類變速箱為行星齒輪變速箱。行星齒輪變速箱只有動(dòng)力接擋一種方式。行星齒輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介動(dòng)畫典型行星齒輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫2.6 地下無軌機(jī)械的使用情況：o 由于地下無軌設(shè)備的工況復(fù)雜，換擋頻繁，其傳動(dòng)系為液力機(jī)械傳動(dòng)系，需要在帶負(fù)荷不停車的情況下(甚至在大負(fù)載情況下)進(jìn)行換擋變速，因此大多數(shù)地下無軌設(shè)備采用定軸式動(dòng)力接擋變速箱。o 定軸式動(dòng)力換擋變速箱是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與變速操縱機(jī)構(gòu)所組

7、成。第三節(jié) 國(guó)外著名的雙變系統(tǒng)及其工作原理3.1國(guó)外著名的雙變系統(tǒng)生產(chǎn)廠家o 地下鏟運(yùn)機(jī)的液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用美國(guó)德納(DANA)原克拉克公司Spicer VDT(Variable-Drop Powershift Transmission) 可變輸入輸出輪軸距的動(dòng)力換擋變速箱和液力變矩器。國(guó)外鏟運(yùn)機(jī)和部分國(guó)產(chǎn)鏟運(yùn)機(jī)采用德納公司的驅(qū)動(dòng)橋。o 液力變矩器和柴油機(jī)是固定在一起的，這種布置便于在變矩器輸出端安裝各種油泵并且它是地下鏟運(yùn)機(jī)最常見的動(dòng)力傳動(dòng)的布置方式。3.2 德納公司的液力機(jī)械傳動(dòng)裝置有R型、HR型和MHR型等三種安裝方式。盡管克拉克定軸式動(dòng)力換擋變速箱的每個(gè)系列有許多種變型，盡管克拉

8、克定軸式動(dòng)力換擋變速箱的每個(gè)系列有許多種變型，但其變速部分的結(jié)構(gòu)及各擋傳動(dòng)路線基本相同。但其變速部分的結(jié)構(gòu)及各擋傳動(dòng)路線基本相同。o R型克拉克定軸式動(dòng)力換擋變速箱不包括液力變矩器，變矩器直接與發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在一起，變速箱與變矩器通過傳動(dòng)軸相連。o HR型克拉克動(dòng)力換擋變速箱是由變矩器和變速箱組成的總成部件，并直接安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上。o MHR型克拉克定軸式動(dòng)力換擋變速箱也是由液力變矩器和變速箱組成的總部件，但它是通過傳動(dòng)抽與發(fā)動(dòng)機(jī)相連。o 某些地下鏟運(yùn)機(jī)和輔助車輛采用了將柴油機(jī)、液力變矩器與動(dòng)力換擋變速箱三者連成一整體的結(jié)構(gòu)。這與國(guó)產(chǎn)ZL系列露天輪式裝載機(jī)的傳動(dòng)布置相似。它可以省掉變矩器一變速箱的傳

9、動(dòng)鈾，大大簡(jiǎn)化變矩器與變速箱之間液力循環(huán)系統(tǒng)的管路。但對(duì)變矩器及變速箱之間的故障判斷與處理增加了難度和工作量。o 更重要的是柴油機(jī)(或其他動(dòng)力機(jī))安裝高度增加了，其后車體高度也相應(yīng)地增加，影響后退運(yùn)行的視線。為了解決這一矛盾，德國(guó)紹普夫公司在L系列的鏟運(yùn)機(jī)上采用了變矩器與變速箱組合成一體，動(dòng)力機(jī)與變矩器之間仍用傳動(dòng)軸連接以傳遞功力，可降低后車體高度。柴油機(jī)、液力變矩器與動(dòng)力換擋變速箱三者連柴油機(jī)、液力變矩器與動(dòng)力換擋變速箱三者連成一整體的結(jié)構(gòu)成一整體的結(jié)構(gòu)3.3 金川公司無軌設(shè)備-克拉克5000系列定軸式動(dòng)力換擋變速箱o 克拉克5000系列定軸式動(dòng)力變速箱是平行六軸常嚙合齒輪式，有四個(gè)前進(jìn)擋和

10、四個(gè)倒退擋。其換擋離合器布置在變速箱箱體之外，以便于日常調(diào)整、維修和保養(yǎng)。下圖所示為克拉克5000系列變速箱剖面圖，傳動(dòng)簡(jiǎn)圖，變速箱各軸的空間布置圖。o 從液壓油泵泵出來的油經(jīng)精濾油器流入擋位選擇閥。擋位閥一方面將壓力油通至換擋離合器，另一方面將壓力油通至變矩器、冷卻器，然后經(jīng)軟管通至變速箱的各潤(rùn)滑油路。o 變矩器的補(bǔ)油壓力由冷卻器的液流阻力造成，為了防止變短器循環(huán)圓內(nèi)油的壓力過高，在變矩器入口處設(shè)有安全閥。潤(rùn)滑油路的油壓由各潤(rùn)滑油路的液流阻力造成。3.4 CLARK變速箱液壓操縱系統(tǒng)3.5 克拉克變速箱控制閥組工作原理o克拉克四速變速箱操縱系統(tǒng)控制閥組由壓力調(diào)節(jié)閥、安全閥、制動(dòng)脫擋閥、方向選

11、擇閥和擋位選擇閥組成。 3.6 壓力調(diào)節(jié)閥 o 壓力調(diào)節(jié)閥是給換擋離合器提供操縱油壓 ；o 壓力調(diào)節(jié)閥是一個(gè)二位三通滑閥，1.當(dāng)油液壓力低于離合器的操縱壓力時(shí)，調(diào)節(jié)閥芯被調(diào)節(jié)閥彈簧壓向閥座，此時(shí)調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉位置；2.當(dāng)油液壓力達(dá)到離合器的操縱壓力后。閥芯在油液壓力作用下，壓縮彈簧，使閥口開啟，油液可以通至變矩器的進(jìn)油口。閥口開啟的大小取決于油泵泵油壓力，而閥口開啟大小同時(shí)也影響油泵泵油壓力，通過油泵泵油壓力和調(diào)節(jié)閥閥芯開啟大小之間的相互制約關(guān)系，使離合器操縱壓力被控制在一個(gè)較小的變化范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)操縱油壓的基本穩(wěn)定 。o 為了防止變矩器循環(huán)因壓力過高，在變矩器入口處設(shè)置了一個(gè)安全閥，該安全

12、閥是一個(gè)常閉式鋼球溢流閥，當(dāng)液力變矩器循環(huán)因壓力過高時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟溢流。3.7 方向選擇閥和擋位選擇閥o 方向選擇閥是一個(gè)三位五通滑閥，該閥拉制前進(jìn)擋和倒退擋離合器的結(jié)合與分離。 o 克拉克變速箱的擋位選擇閥是一個(gè)多路多通滑閥，滑閥的位置數(shù)和通道數(shù)取決于變速箱的擋住數(shù)。四速變速箱的擋位選擇閥是一個(gè)五位六通滑閥，實(shí)質(zhì)上是四個(gè)二位三通滑閥的組合(操縱每一個(gè)離合器都需有一個(gè)二位三通閥。 液壓操縱系統(tǒng)動(dòng)畫3.8 換擋離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理：o 定軸式動(dòng)力換擋變速箱是通過液壓操縱離合器進(jìn)行換擋的，換擋離合器的結(jié)構(gòu)如圖，它由片式離合器和施壓油缸兩部分組成。 o 片式離合器部分包括內(nèi)傳動(dòng)鼓10(和齒輪相

13、連，用點(diǎn)劃線畫出)、外傳動(dòng)鼓3、內(nèi)摩擦片4、外摩擦片5、壓緊盤6及止推盤2組成。o 因?yàn)閮?nèi)摩擦片4通過齒形花鍵和內(nèi)傳動(dòng)鼓l0滑動(dòng)連接，而止推盤2又支承在裝在外傳動(dòng)鼓槽中的彈簧卡環(huán)1上。外傳動(dòng)鼓通過花鍵和轉(zhuǎn)軸連接，內(nèi)傳動(dòng)鼓則和松套在轉(zhuǎn)軸上的齒輪成一整體，故如壓緊盤6向右移動(dòng)壓緊內(nèi)外摩擦片4、5，則離合器接合；如壓緊盤6向左移動(dòng)，放松摩擦片4、5，則離合器分離。施壓油缸由缸體(它和外傳動(dòng)鼓加工成一體)、活塞8、恢復(fù)彈簧9、鋼球排油閥7等組成。活塞8和壓緊盤6通過銷釘連接，故加油缸中通進(jìn)壓力油(壓力為1.21.6MP a )，則活塞8和壓緊盤6向右移動(dòng)接合離合器。 o 如油缸和油箱相通，則活塞8和壓

14、緊盤6在恢復(fù)彈簧9的作用下向左移動(dòng)使離合器分離。由于油缸是旋轉(zhuǎn)的，如油缸轉(zhuǎn)速高，直徑大，則油缸中的油將產(chǎn)生根大的離心液壓力，阻止活塞回程，造成離臺(tái)器分離遲緩。o 為了使離合器快速分離，必須裝設(shè)很大的恢復(fù)彈簧，這樣不但會(huì)給結(jié)構(gòu)布局帶來困難，而且會(huì)增加離合器接合時(shí)所需的壓緊力顯然是不合適的。為此，在缸體上裝有鋼球排油閥7，其作用是使油缸快速排油。 3.9 鋼球快排閥的工作過程o 在缸體壁上有兩個(gè)同心孔，大孔和油缸相通，小孔則和變速箱油底殼相通。大孔和小孔通過過渡鍵面相連，鋼球裝在大孔中。當(dāng)排油時(shí)因?yàn)橛透缀陀拖湎嗤?，缸中油液壓力較低，在鋼球本身離心力作用下，鋼球緊貼大孔壁，鋼球閥開啟(圖中實(shí)線位置)

15、，因?yàn)殇撉蜷y裝在貼近缸壁處，即油缸中旋轉(zhuǎn)油液的最大旋轉(zhuǎn)半徑處，故缸中油液在離心力作用下經(jīng)鋼球閥排油，達(dá)到快速排油的目的。當(dāng)離合器接合時(shí)，鋼球閥必須關(guān)閉，否則油缸中不易建立壓緊摩擦片所需的油壓，這個(gè)過程也是自動(dòng)進(jìn)行的，離合器接合時(shí)，油缸通進(jìn)壓力油，壓力油對(duì)鋼球施壓，使鋼球貼緊錐面，鋼球閥關(guān)閉(圖中虛線位置)，油缸中建立高壓，離合器接合。o 為了改善換擋離合器的工作性能，使其結(jié)合和分離迅速，所傳遞的力矩平穩(wěn)增加，克拉克變速箱的前進(jìn)擋和倒退擋離合器配有換擋調(diào)壓閥。換擋調(diào)壓閥由調(diào)節(jié)閥和蓄能器組成。第四節(jié) 變速箱的故障與維修4.1 概述o 為了診斷克拉克變速箱的故障原因，除考慮變速箱自身可能出現(xiàn)的故障外

16、，還需要考慮由液力變矩器補(bǔ)油泵、控制閥組、冷卻器和有關(guān)連接管道所組成液壓操縱系統(tǒng)，因?yàn)樽兯傧浜退牟倏v系統(tǒng)中的任何一個(gè)元件能否正常工作，在很大程度上取決于其它元件的工作狀況。因此克拉克變速箱的故障可通過機(jī)械或液壓檢測(cè)手段找出其故障原因。4.2 機(jī)械檢測(cè)：o 檢查各操縱扦連接處是否正常連接，其行程是否調(diào)整適當(dāng)。o 檢查方向選擇閥和擋位選擇閥的操縱桿在換擋過程中是否靈活自如，結(jié)合與分離是否到位，如結(jié)合與分離不能到位，故障原因可能由控制閥蓋或控制閥組引起。 4.3 液壓檢測(cè)：o檢查變速箱的油位。檢查變速箱油溫的工作必須在油溫822933之間進(jìn)行。為了使油溫提高到上述范圍，必須使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。如果變速箱的故障不允許機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可使液力變矩器在失速狀況(即泵輪隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而渦輪制動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)。o換擋離合器泄油量檢查。 1）檢查換擋離合器在發(fā)動(dòng)機(jī)