1、地下无轨机械传动系统地下无轨机械传动系统-液力驱动液力驱动系统（动力变速箱）系统（动力变速箱）第一节 变速箱概述；第二节 动力变速箱的概念；第三节 国外著名的双变系统生产厂家；第四节 变速箱的故障与维修。第一节 变速箱概述1.1变速箱的功用o目前地下无轨设备上广泛采用柴油机，其转矩与转速变化范围较小，不能满足机械在各种工况下对牵引力和行驶速度的要求，因此，必须采用变速箱来解决这种矛盾。(1)变换排挡，改变发动机(或液力变矩器)和驱动轮间的传动比，使机械的牵引力和行驶速度适应各种工况的需要。(2)实现倒挡，使机械能前进与倒退。(3)实现空挡，可切断传动系统的动力，实现在发动机运转情况下同时使于发
2、动机空载启动和动力输出的需要。1.2 变速箱工作原理o变速箱的变速换挡原理是借助两齿轮啮合传动时，其传动比i是主动齿轮转速nl与从动齿轮转速n2之比，也等于从动齿轮齿数Z1(或直径D1，)与主动齿轮齿数Z2(或直径D2)之比。地下无轨设备上所使用的变速箱主要是起降低转速增加扭矩的作用。为了实现较大范围内的变速，以满足机械不同作业工况的需要，通常变速箱采用多对齿轮组成不同的传动比(即不同挡位)，并通过操纵机构来按需要变换传动比(即换挡)。如下图所示，便是变速箱变速(换挡)原理图。双联主动齿轮2、3与主动轴1为花键连换，并可在轴上滑动；从动齿轮5、6则固定在从动轴4上。当主动齿轮2、3处在不啮合的
3、中间位置时(图a)，则主动轴1上的动力不传给从动轴4。动力被切断，称为空挡。o当主动齿轮2、3左移使齿轮2、6相啮合时(图b)，则主动轴1的动力经齿轮2、6传到5、6从动齿轮，再到从动轴，使得到一个传动比(实现某一挡位)。o当主动齿轮2、3右移使齿轮3、5相啮合(图c)，则轴1的动力经齿轮3、5传给轴4得到传动比不同的另一排挡。o为了实现机械的倒退照、则需改变从动轴4的转动方向，为此只要在主动轴1与从4之间再增加一次齿轮啮合。1.3 对变速箱的要求：o(1)具有足够的挡位与合适的传动比，以满足使用要求，使机械具有良好的牵引性和燃料经济性以及高的生产率。o(2)工作可靠、传动效率高、使用寿命长、
4、结构简单、维修方便。o(3)操纵轻便可靠，不允许出现同时挂两个挡、自动脱挡和跳挡等现象。o(4)对于动力换挡变速箱则还要求换挡离合器接合平稳，传动效率高。第二节 动力换档的概述2.1 动力换档的概述：o动力换档(动力换档是不是通过改变变速比，而是通过改变输出来实现换档，例如改变油门大小，或者改变输入电压等。机械换档是通过机械、机构等，改变其传动比来实现换档。)2.2动力换挡工作原理:o如右图所示，齿轮a、b用轴承支承在轴上，与轴是空转连接。通过相应的换挡离合器，分别将不同挡位的齿轮与轴相固连，从而实现换挡。动力接挡变速箱接挡离台器的分离与接合，一般是液压操纵；液压油是由发动机带动的油泵供给。2
5、.3 动力换挡变速箱特点：o与机械式换挡变速箱相比，动力换挡变速箱换挡时的操纵力不是人力，而是来自发动机的动力，故有动力换挡之称。o动力换挡变速箱操纵轻便、接挡迅速、接挡时终断动力的时间短，可以实现带负荷不停车接挡(故亦称为负载换挡变速箱)，通常与液力变矩器配合使用，有助于减轻驾驶员操作强度，提高地下无轨设备的生产效率。2.4 定轴式变速箱o变速箱中所有齿轮都有固定的旋转轴线，故称为定轴式变速箱。定轴式变速箱的换挡方式有两种：即机械式换挡与动力换挡。2.5 行星式变速箱o这种变速箱中有些齿轮的轴线在旋转，这种轴线旋转的齿轮有两种运动，即自转与公转故称为行星轮。因此，称这类变速箱为行星齿轮变速箱
6、。行星齿轮变速箱只有动力接挡一种方式。行星齿轮机构简介动画典型行星齿轮机构动画2.6 地下无轨机械的使用情况：o由于地下无轨设备的工况复杂，换挡频繁，其传动系为液力机械传动系，需要在带负荷不停车的情况下(甚至在大负载情况下)进行换挡变速，因此大多数地下无轨设备采用定轴式动力接挡变速箱。o定轴式动力换挡变速箱是由变速传动机构与变速操纵机构所组成。第三节 国外著名的双变系统及其工作原理3.1国外著名的双变系统生产厂家o地下铲运机的液力机械传动系统主要采用美国德纳(DANA)原克拉克公司Spicer VDT(Variable-Drop Powershift Transmission)可变输入输出轮轴
7、距的动力换挡变速箱和液力变矩器。国外铲运机和部分国产铲运机采用德纳公司的驱动桥。o液力变矩器和柴油机是固定在一起的，这种布置便于在变矩器输出端安装各种油泵并且它是地下铲运机最常见的动力传动的布置方式。3.2 德纳公司的液力机械传动装置有R型、HR型和MHR型等三种安装方式。尽管克拉克定轴式动力换挡变速箱的每个系列有许多种变型，尽管克拉克定轴式动力换挡变速箱的每个系列有许多种变型，但其变速部分的结构及各挡传动路线基本相同。但其变速部分的结构及各挡传动路线基本相同。oR型克拉克定轴式动力换挡变速箱不包括液力变矩器，变矩器直接与发动机安装在一起，变速箱与变矩器通过传动轴相连。oHR型克拉克动力换挡变
8、速箱是由变矩器和变速箱组成的总成部件，并直接安装到发动机上。oMHR型克拉克定轴式动力换挡变速箱也是由液力变矩器和变速箱组成的总部件，但它是通过传动抽与发动机相连。o某些地下铲运机和辅助车辆采用了将柴油机、液力变矩器与动力换挡变速箱三者连成一整体的结构。这与国产ZL系列露天轮式装载机的传动布置相似。它可以省掉变矩器一变速箱的传动铀，大大简化变矩器与变速箱之间液力循环系统的管路。但对变矩器及变速箱之间的故障判断与处理增加了难度和工作量。o更重要的是柴油机(或其他动力机)安装高度增加了，其后车体高度也相应地增加，影响后退运行的视线。为了解决这一矛盾，德国绍普夫公司在L系列的铲运机上采用了变矩器与变
9、速箱组合成一体，动力机与变矩器之间仍用传动轴连接以传递功力，可降低后车体高度。柴油机、液力变矩器与动力换挡变速箱三者连柴油机、液力变矩器与动力换挡变速箱三者连成一整体的结构成一整体的结构3.3 金川公司无轨设备-克拉克5000系列定轴式动力换挡变速箱o克拉克5000系列定轴式动力变速箱是平行六轴常啮合齿轮式，有四个前进挡和四个倒退挡。其换挡离合器布置在变速箱箱体之外，以便于日常调整、维修和保养。下图所示为克拉克5000系列变速箱剖面图，传动简图，变速箱各轴的空间布置图。o从液压油泵泵出来的油经精滤油器流入挡位选择阀。挡位阀一方面将压力油通至换挡离合器，另一方面将压力油通至变矩器、冷却器，然后经
10、软管通至变速箱的各润滑油路。o变矩器的补油压力由冷却器的液流阻力造成，为了防止变短器循环圆内油的压力过高，在变矩器入口处设有安全阀。润滑油路的油压由各润滑油路的液流阻力造成。3.4 CLARK变速箱液压操纵系统3.5 克拉克变速箱控制阀组工作原理o克拉克四速变速箱操纵系统控制阀组由压力调节阀、安全阀、制动脱挡阀、方向选择阀和挡位选择阀组成。3.6 压力调节阀 o压力调节阀是给换挡离合器提供操纵油压；o压力调节阀是一个二位三通滑阀，1.当油液压力低于离合器的操纵压力时，调节阀芯被调节阀弹簧压向阀座，此时调节阀处于关闭位置；2.当油液压力达到离合器的操纵压力后。阀芯在油液压力作用下，压缩弹簧，使阀
11、口开启，油液可以通至变矩器的进油口。阀口开启的大小取决于油泵泵油压力，而阀口开启大小同时也影响油泵泵油压力，通过油泵泵油压力和调节阀阀芯开启大小之间的相互制约关系，使离合器操纵压力被控制在一个较小的变化范围内，从而实现操纵油压的基本稳定。o为了防止变矩器循环因压力过高，在变矩器入口处设置了一个安全阀，该安全阀是一个常闭式钢球溢流阀，当液力变矩器循环因压力过高时，安全阀自动开启溢流。3.7 方向选择阀和挡位选择阀o方向选择阀是一个三位五通滑阀，该阀拉制前进挡和倒退挡离合器的结合与分离。o克拉克变速箱的挡位选择阀是一个多路多通滑阀，滑阀的位置数和通道数取决于变速箱的挡住数。四速变速箱的挡位选择阀是
12、一个五位六通滑阀，实质上是四个二位三通滑阀的组合(操纵每一个离合器都需有一个二位三通阀。液压操纵系统动画3.8 换挡离合器的结构和工作原理：o定轴式动力换挡变速箱是通过液压操纵离合器进行换挡的，换挡离合器的结构如图，它由片式离合器和施压油缸两部分组成。o片式离合器部分包括内传动鼓10(和齿轮相连，用点划线画出)、外传动鼓3、内摩擦片4、外摩擦片5、压紧盘6及止推盘2组成。o因为内摩擦片4通过齿形花键和内传动鼓l0滑动连接，而止推盘2又支承在装在外传动鼓槽中的弹簧卡环1上。外传动鼓通过花键和转轴连接，内传动鼓则和松套在转轴上的齿轮成一整体，故如压紧盘6向右移动压紧内外摩擦片4、5，则离合器接合；
13、如压紧盘6向左移动，放松摩擦片4、5，则离合器分离。施压油缸由缸体(它和外传动鼓加工成一体)、活塞8、恢复弹簧9、钢球排油阀7等组成。活塞8和压紧盘6通过销钉连接，故加油缸中通进压力油(压力为1.21.6MP a)，则活塞8和压紧盘6向右移动接合离合器。o如油缸和油箱相通，则活塞8和压紧盘6在恢复弹簧9的作用下向左移动使离合器分离。由于油缸是旋转的，如油缸转速高，直径大，则油缸中的油将产生根大的离心液压力，阻止活塞回程，造成离台器分离迟缓。o为了使离合器快速分离，必须装设很大的恢复弹簧，这样不但会给结构布局带来困难，而且会增加离合器接合时所需的压紧力显然是不合适的。为此，在缸体上装有钢球排油阀
14、7，其作用是使油缸快速排油。3.9 钢球快排阀的工作过程o在缸体壁上有两个同心孔，大孔和油缸相通，小孔则和变速箱油底壳相通。大孔和小孔通过过渡键面相连，钢球装在大孔中。当排油时因为油缸和油箱相通，缸中油液压力较低，在钢球本身离心力作用下，钢球紧贴大孔壁，钢球阀开启(图中实线位置)，因为钢球阀装在贴近缸壁处，即油缸中旋转油液的最大旋转半径处，故缸中油液在离心力作用下经钢球阀排油，达到快速排油的目的。当离合器接合时，钢球阀必须关闭，否则油缸中不易建立压紧摩擦片所需的油压，这个过程也是自动进行的，离合器接合时，油缸通进压力油，压力油对钢球施压，使钢球贴紧锥面，钢球阀关闭(图中虚线位置)，油缸中建立高
15、压，离合器接合。o为了改善换挡离合器的工作性能，使其结合和分离迅速，所传递的力矩平稳增加，克拉克变速箱的前进挡和倒退挡离合器配有换挡调压阀。换挡调压阀由调节阀和蓄能器组成。o离合器动画第四节 变速箱的故障与维修4.1 概述o为了诊断克拉克变速箱的故障原因，除考虑变速箱自身可能出现的故障外，还需要考虑由液力变矩器补油泵、控制阀组、冷却器和有关连接管道所组成液压操纵系统，因为变速箱和它的操纵系统中的任何一个元件能否正常工作，在很大程度上取决于其它元件的工作状况。因此克拉克变速箱的故障可通过机械或液压检测手段找出其故障原因。4.2 机械检测：o检查各操纵扦连接处是否正常连接，其行程是否调整适当。o检
16、查方向选择阀和挡位选择阀的操纵杆在换挡过程中是否灵活自如，结合与分离是否到位，如结合与分离不能到位，故障原因可能由控制阀盖或控制阀组引起。4.3 液压检测：o检查变速箱的油位。检查变速箱油温的工作必须在油温822933之间进行。为了使油温提高到上述范围，必须使机械运转。如果变速箱的故障不允许机械运转，可使液力变矩器在失速状况(即泵轮随发动机转动，而涡轮制动下运转。o换挡离合器泄油量检查。1）检查换挡离合器在发动机怠速运转、油温在822933下的操纵油压。2）在变矩器补油泵出口油路中安装一只流量表，测量补油泵在200rad/s和怠速下的输出流量，并查阅使用说明书上补油泵在200rad/s下的输出流量。检查液力变矩器冷却与润滑油量。o具体步骤是将变速箱的方向选择杆和挡位选择杆分别放在前进挡和高速挡位置，使机械工作制动器处于制动位置，将发动机油门由二分之一增加到四分之三，直到变矩器油温上升到上述值范围。但必须注意不能使发动机在全油门下工作，且变矩器在失速状况下的运转时间不可太长，防止变矩器过热。4.4故障与维修：
