zd2203推土機液壓系統(tǒng)設計

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1、 1 緒論 1.1 前言 以液壓技術應用為基礎的推土機是工程機械領域中一種典型的土石方施工設備，液壓推土機與傳統(tǒng)的機械推土機一樣，在國民經濟與國家建設事業(yè)中，占據重要的地位。它廣泛應用于鐵道建筑工程、公路工程、機場建設、水利工程、房屋建筑、市政工程、港口建設、礦山工程、地下工程、軍事工程等各種工程項目中，我國建國五十多年社會主義建設的實踐充分說明，如果沒有大量優(yōu)質的推土機，是不可能高速高質完成國家的建設項目的。至于人煙稀少，工作面狹窄，工作條件惡劣，高寒沙漠地帶，工程質量要求嚴格的工程項目，沒有優(yōu)質的推土機是絕對不可能完成任務的。 推土機的覆蓋面廣，技術先進，直接關系國家的建設事業(yè)

2、，有不少領域等待著人們去探討與提高，是大有可為的。因此我們從國家建設事業(yè)出發(fā)，選擇了履帶式推土機液壓系統(tǒng)的設計，是大有前景的。 液壓推土機作為工程機械的一個重要品種，對于減輕工人繁重的體力勞動，提高施工機械化水平，加快施工進度，促進各項建設事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用，因此，大力發(fā)展液壓挖掘機，對于提高勞動生產率和加速國民經濟的發(fā)展具有重要意義。 1.2 推土機簡介 推土機（bulldozer）是一種多用途的自行式土方工程建設機械，它能鏟挖并移運土壤。在道路建設施工中，推土機可完成路基基底的處理，路側取土橫向填筑高度不大于1m的路堤，沿道路中心線向鏟挖移運土壤的路基挖填工程，傍山取土修

3、筑半堤半塹的路基。此外，推土機還可用于平整場地，堆集松散材料，清除作業(yè)地段內的障礙物等。推土機在建筑、筑路、采礦、油田、水電、港口、農林及國防各類工程中，都得到了十分廣泛的應用。它擔負著切削、推運、開挖、堆積、回填、平整、疏松、壓實等多種繁重的土方作業(yè)，是各類施工中不可缺少的主要設備。 圖1.1 ZD220-3推土機實物圖 1.3 推土機的發(fā)展歷程 履帶式推土機(track-type tractor）由美國人Benjamin Holt在1904年研制成功，它是在履帶式拖拉機前面安裝人力提升的推土裝置而形成，當時的動力是蒸汽機，之后又先后研制成功由天然氣動力驅動和汽油機驅動的履帶式

4、推土機，推土鏟刀也由人力提升發(fā)展為鋼絲繩提升。Benjamin Holt也是美國卡特彼勒（Caterpillar Inc.）公司的創(chuàng)始人之一，1925年Holt制造公司和C.LBest推土機公司合并，組成卡特彼勒推土機公司，成為世界首家推土設備制造者，并于1931年成功下線第一批采用柴油發(fā)動機的60推土機。 隨著技術的不斷進步，目前推土機動力已經全部采用柴油機，推土鏟刀和松土器全部由液壓缸提升。推土機除履帶式推土機外，還有輪胎式推土機，它的出現(xiàn)要比履帶式推土機晚十年左右。由于履帶式推土機具有較好的附著性能，能發(fā)揮更大的牽引力，因此在國內外，其產品的品種和數(shù)量遠遠超過輪胎式推土機。在國際上，卡

5、特彼勒公司是世界上最大的工程機械制造公司，其生產的履帶式推土機有大、中、小共9 個系列D3-D11，最大的D11RCD，柴油機飛輪功率達到634kw；日本的小松（komatsu）公司列第二位，1947 年才開始引進生產D50 履帶推土機，現(xiàn)在履帶式推土機有13 個系列，從D21-D575，最小的為D21，柴油機飛輪功率為29.5kw，最大的為D575A-3SD，柴油機飛輪功率達858kw，它也是當前世界上最大的推土機；另外一家獨具特色的推土機制造企業(yè)是德國的利勃海爾集團（Liebheer），其推土機全部采用靜液壓驅動，該技術歷經十幾年的研究與發(fā)展，1972年推出樣機，1974 年開始批量生產P

6、R721-PR731 和PR741靜液壓驅動履帶推土機，由于液壓元件的限制，目前其最大功率僅為295Kw，型號為PR751礦用。 我國生產推土機，是新中國成立以后才開始的。最初是在農用拖拉機上加裝推土裝置。隨著國民經濟的發(fā)展，大型礦山、水利、電站和交通等部門對中大型履帶式推土機的需求不斷增加，我國中大型履帶式推土機制造業(yè)雖有較大發(fā)展，但已不能滿足國民經濟發(fā)展的需要。為此，自1979年以來，我國先后從日本小松公司和美國卡特彼勒公司引進了履帶式推土機生產技術、工藝規(guī)范、技術標準及材料體系，經過消化吸收和關鍵技術的攻關，形成了目前以,20世紀80-90年代小松技術產品為主導的格局。 從20

7、世紀60年代至今，國內推土機行業(yè)的生產企業(yè)一直穩(wěn)定在4家左右，原因是推土機產品的加工要求高、難度大，批量生產需要較大的投入，因此一般企業(yè)不敢輕易涉足。但是隨著市場的發(fā)展，從“八五”開始，國內一些大中型企業(yè)根據自身實力，開始兼營推土機，如內蒙古第一機械廠、徐州裝載機廠等，擴充了推土機行業(yè)隊伍。與此同時，也有少數(shù)企業(yè)由于經營不善、不適應市場發(fā)展的需要開始走下坡路，有的已經退出本行業(yè)。目前國內推土機的生產企業(yè)主要有：山推工程機械股份、河北宣化工程機械股份、上海彭浦機器廠、天津建筑機械廠、陜西新黃工機械有限責任公司、一拖工程機械等。 1.4 國內外推土機研究及發(fā)展狀態(tài) 1.4.1 國外推土機的

8、發(fā)展趨勢 目前，國外廣泛生產的推土機是履帶式推土機。為適應工程發(fā)展的需要，20世紀70年代以來，大型履帶式推土機在品種和數(shù)量上都迅速發(fā)展?，F(xiàn)在生產大型履帶式推土機的廠商主要有美國卡特彼勒公司、日本小松公司、意大利Fiat-Allis公司等，其產品性能代表了當代大型履帶式推土機的水平。近年來，國外推土機產品以電子信息技術為先導，在計算機故障診斷與監(jiān)控、精確定位與作業(yè)、發(fā)動機電子控制和人機工程學等方面，進行了大量的研究應用，主要表現(xiàn)在以下幾方面： ⑴GPS在推土機的應用 在GPS定位和導向的指引下，在施工成形要求、確定和控制機械運動的方向和移動距離以及確定和控制作業(yè)裝置的動作和運動軌跡時，可

9、以不用人工操縱或簡化人工操縱，實現(xiàn)推土機的自動化和無人駕駛。 ⑵計算機故障診斷系統(tǒng) 機載計算機可根據各種傳感器的檢測信號，結合專家知識庫對機器的運行狀態(tài)進行評估，預測可能出現(xiàn)的故障，在出現(xiàn)故障時發(fā)出故障信息或指導駕駛員查找和排除故障。 ⑶關鍵信息顯示管理系統(tǒng) 采用網絡通訊技術，在辦公室的控制中心實時監(jiān)控推土機的作業(yè)狀態(tài)，據此向司機提供基于文字提示的精確的故障診斷信息。 ⑷柴油發(fā)動機控制管理系統(tǒng) 根據靜壓傳動裝置及推土機的工作狀態(tài)，自動調節(jié)發(fā)動機輸出功率與轉速，以滿足不同作業(yè)工況的需要，提高燃料的經濟性。 ⑸人機工程學的普遍應用 國外工程機械特別注重駕駛員與操作界面的協(xié)調，講求操

10、作的舒適性。 1.4.2 國內推土機的發(fā)展趨勢 推土機在我國的發(fā)展大致經力了萌芽期（1950—1961年）、專業(yè)形成期（1961—1978年）和產品系列形成期（1978年至今）等三個階段。通過半個世紀的發(fā)展，特別是1978年以后，我國的推土機逐漸形成系列，通過引進國外的先進技術，提高了專業(yè)技術水平，使我國推土機的產量和品種都有了較大的增長，產品性能和技術水平達到了國際20世紀80年代末、90年代初的水平。目前全國生產推土機的廠家已有20多個，生產規(guī)格45—300KW不等，年產量已有1萬臺以上?！笆濉?期間， 我國交通基礎建設投資力度將進一步加大， 計劃完成鐵路建設投資12500億元人

11、民幣，建設新線19800 km；新增公路里程400000km，其中高速公路30000 km。作為一種多用途的自行式土方工程建設機械，推土機將在陸續(xù)開展的交通基礎設施建設中分得一杯羹。另外，宏觀調控后部分地區(qū)產品需求的恢復性增長、新農村建設帶動的農村基礎設施建設投入的增加以及仍將在一定時期內維持高速增長的出口市場都將積極推動我國推土機市場的發(fā)展。 今后我國推土機的發(fā)展主要考慮以下幾點： 1）提高推土機的工作可靠性和使用壽命。國產履帶式推土機的可靠性和使用壽命與國際先進水平的產品相比還有比較大的差距。例如，美國卡特匹勒公司生產的履帶式推土機的使用壽命為10000～12000h，日本小松公司的為

12、8000～10000h，而國產的僅為3000～12000h。隨著國際先進技術標準的逐步采用、新結構、新材料、新工藝，應迅速提高國產推土機的可靠性和使用壽命。 2）發(fā)展大功率多功能用推土機。目前推土鏟的功率均在235KW以下，不能適用大型、特大型工程施工的需要，每年都需進口1000臺左右的大型推土機。隨著我國基本建設的加快、大中型工程的增多，發(fā)展大功率推土機勢在必行。而且要積極研制開發(fā)多功能的工作裝置，以提高推土機的利用率和作業(yè)效率。 3）擴大生產規(guī)模、降低生產成本。國內推土機專業(yè)生產廠中以履帶式推土機為主導產品的有11家。生產73KW以上廠家中年產量多為100～200臺。產量小，成本高，未

13、形成規(guī)模經濟。因此必須擴大生產規(guī)模，降低生產成本。 4）發(fā)展機電液一體化。目前國產推土機的整體技術水平雖然有較大的提高，但由于近年來世界上技術發(fā)展很快，電子技術開始運用于推土機，實現(xiàn)了機電液一體化。例如，在發(fā)動機上采用了電子調速器，極限負荷控制系統(tǒng)和燃油噴射系統(tǒng)等，能夠根據推土機作業(yè)情況，發(fā)動機工況，自動調整發(fā)動機性能，提高其適應性；推土鏟采用自動控制的調平系統(tǒng)，提高了作業(yè)質量和生產效率。實現(xiàn)機電一體化是國產推土機發(fā)展方向之一。 5）提高安全、舒適性，符合環(huán)境保護法。國產推土機要進一步滿足用戶要求和拓展國內外市場，必須按國際FOPS和ROPS標準，在推土機上安裝防滾翻駕駛室并設置重要部件故

14、障報警系統(tǒng)，以提高推土機的使用安全性。駕駛室內的空調設施，防震可調座椅的設置等要符合人機工程學的要求,提高駕駛員的工作舒適性,降低了噪音,減少了振動,噪聲,震動,機械的涂飾等指標均要符合保護環(huán)境的要求。 1.5 推土機的分類 推土機可按用途、發(fā)動機功率、傳動方式、行走方式、推土鏟安裝方式及操作方式等進行分類。 ⑴用途可分為：普通型推土機和專用型推土機兩類； 普通型推土機。這種推土機通用性好，廣泛應用于各類土方工程的施工作業(yè)，是目前施工作業(yè)中廣為采用的推土機機種。 專用型推土機。該類推土機包括浮體推土機、水陸兩用推土機、深水推土機、濕地推土機、爆破推土機、低噪音推土機、軍用高速推土機

15、等。他們均屬于特殊條件下使用的專用推土機施工機械。 ⑵發(fā)動機的功率可分為： 因為柴油機具有功率范圍寬，輸出扭矩大，燃料使用經濟性好，故障少，工作可靠等優(yōu)點，所以推土機均采用柴油機為動力裝置。按柴油機的功率大小，推土機可分為小型推土機（＜140KW）、中型推土機（59—103KW）和大型推土機（118—235KW）、特大型推土機（功率＞235KW）等四類。 ⑶按傳動方式可分為： 機械傳動式推土機。它具有設計制造容易，工作可靠，傳動效率高，維修方便等優(yōu)點，但操作費力，對負荷的使用性差，使推土機的作業(yè)效率受到一定影響。目前只是小型推土機采用機械傳動。 液力機械傳動方式推土機。采用液力變矩

16、器與動力換擋器組合的液力機械傳動，具有自動無級變速變矩，適應為負荷變化的能力，且可自動換擋，減少換擋次數(shù)，操縱輕巧靈活，使推土機作業(yè)效率高等優(yōu)點。缺點是：液力變矩在工作過程中容易發(fā)熱，降低了傳遞效率；同時傳遞裝置結構復雜，制造精度高，提高了知道成本，維修較困難。目前大中型推土機采用這種傳動方式較為普遍。 全液壓傳動式推土機。它自帶泵源，由液壓馬達直接驅動其行走。因為取消了主離合器，變速器，后橋等總成，所以結構簡單，整機質量減輕，操縱輕便，并可原地轉向。全液壓傳動式推土機制造成本較高，且耐用度和可靠性差，維修較困難。目前只在中等功率的推土機上采用全液壓傳動。 電傳動式推土機。它由柴油機帶動發(fā)

17、動機—電動組，進而驅動其行走裝置。電傳動總體布置方便，操縱輕便，且能實現(xiàn)原地轉向。行駛速度和牽引力可無級調節(jié)，對外界阻力有良好的適應性，作業(yè)效率高。但由于質量大，結構復雜，制造成本高，目前只在大功率推土機使用，且以輪胎式推土機為主。另一類電傳動推土機是采用動力電網的電力，可稱為電氣傳動，該推土機一般用于礦山開采和井下作業(yè)，因受電力和電纜的限制，它的使用范圍受到很大制約。但此類推土機結構簡單，工作可靠，不污染環(huán)境，作業(yè)效率高。 ⑷行走方式可分為： 履帶式推土機。起耐用性好，牽引力大，接地比壓大，爬坡能力強，能適應惡劣的工作環(huán)境，故具有優(yōu)越的作業(yè)能力，但機械質量大，制造成本高。 輪胎式推土

18、機。其行駛速度快，機動性好，轉移迅速方便且不損壞路面，作業(yè)循環(huán)時間短，適合城市建設和道路維修工程中使用。制造成本底，維修方便。但它的附著性能差，在松軟、潮濕的場地上施工時，生產效率底，甚至無法施工。若遇到堅硬，銳利的巖石，輪胎容易磨損，因此輪胎式推土機的使用受到一定限制。 ⑸按鏟刀方式可分為： 固定式鏟刀推土機。起推土鏟在水平面內與推土機縱向軸線固定為直角，也稱為直鏟式推土機。一般來說，從鏟刀的堅固性和經濟性考慮，小型及經常重載作業(yè)的推土機都采用這種鏟刀安裝方式。 回轉式推土機。其推土鏟在水平面能回轉一定角度（也可成為直角）。它作業(yè)范圍較廣，可以直線行駛一側排土，適宜平地作業(yè)，也宜于橫坡

19、鏟土側移。該推土機又稱活動式鏟刀推土機或角鏟式推土機。 目前絕大多數(shù)推土機用柴油機是由蓄電池——電動機啟動的，故柴油機操縱機構大為簡化，其生產制造、技術使用及維修等日趨成熟。由于液壓控制技術的迅速發(fā)展，使現(xiàn)代推土機工作裝置的控制已實現(xiàn)液壓化，它具有切土立強、平整質量好、生產效率高等優(yōu)點，可滿足工程建設對施工質量的要求。 1.6 本設計主要內容 推土機是以履帶式拖拉機或輪胎式基礎車為主機體配以推土工作裝置和操縱機構組成的自行土石運輸施工機械，是工程機械中用途廣泛的一個機種。推土機的總體設計不僅包括各工作裝置的選型與設計，還牽涉到各個裝置之間的關聯(lián)和技術參數(shù)的相匹配問題。本設計主要內容為Z

20、D220-3推土機液壓系統(tǒng)設計，通過對ZD220-3推土機液壓傳動系統(tǒng)、推鏟理論提升與下降高度、松土器松土深度和提升高度、變速轉向要求等各種工作狀況進行分析確定各種參數(shù)，最終進行液壓系統(tǒng)結構的設計。 2 ZD220-3推土機液壓系統(tǒng)方案設計 2.1 ZD220-3推土機液壓系統(tǒng)組成與功能分析 ZD220-3推土機液壓系統(tǒng)可劃分為變速轉向液壓系統(tǒng)和工作裝置(機具)液壓系統(tǒng)兩部分，其中變速轉向液壓系統(tǒng)包括變速液壓系統(tǒng)、轉向液壓系統(tǒng)，由變速器、轉向器(轉向先導閥)、控制閥以及液壓缸組成，工作裝置液壓系統(tǒng)由各種控制閥和液壓缸組成。 推土機在行駛和作業(yè)中，需要利用變速轉向系統(tǒng)制動，改變運行

21、速度、行駛方向或保持直線行駛，因此變速轉向液壓系統(tǒng)要完成的工作任務就是改變推土機的速度，控制推土機的左轉、右轉或直行以及轉向制動。 變速轉向系統(tǒng)的基本要求是操縱輕便靈活，工作穩(wěn)定可靠，使用經濟耐久。轉向性能是保證推土機安全行駛，減輕駕駛人員的勞動強度，提高作業(yè)生產率的主要因素。由于推土機在作業(yè)中需要頻繁地轉向，轉向系統(tǒng)是否輕便靈活，對生產效率影響很大，而采用液壓系統(tǒng)驅動轉向機構是實現(xiàn)這一要求的理想途徑。操作人員只需用極小的操作力和一般的操作速度操縱控制元件，就可以實現(xiàn)快速轉向。它使作業(yè)時操作的繁重程度大為改善，并進一步提高了生產率，同時也提高了行駛的安全性。 推土機工作裝置(機具)液壓系統(tǒng)

22、控制著推土機鏟斗和松土器的動作，要完成的工作任務就是鏟舉升、鏟傾斜、鏟浮動以及松土器舉升等動作。在推土機工作過程中，工作裝置的工作速度應該是可調的，而且工作速度穩(wěn)定。 鏟斗是推土機的主要工作裝置，在推土機工作過程中，通過推土機向前運動的推力進行鏟土或碎石，然后對土或碎石等材料進行搬運。鏟斗工作裝置要完成的動作包括舉升、保持、下降、浮動和傾斜。根據推土機的工作要求，中小型推土機，除了鏟掘和推運不太硬的土質之外，還往往進行回填和向一側推土，或者用推土鏟的一角在地面開小溝，或者用來平整具有一定坡度的平面。因此推土鏟要能夠在水平面內回轉、在垂直面內傾斜。而大型推土機的作業(yè)方式較少、應用范圍較窄，主要

23、要求它有強大的鏟掘能力和推運能力，這樣，裝備有固定式立鏟即能滿足使用要求，但有時也要求推土鏟能在垂直面內傾斜，以便利用鏟尖作業(yè)或適應斜坡作業(yè)。大型推土機鏟斗的升降高度有時高達2m以上，因此加快鏟斗的下降速度對縮短推土機的作業(yè)循環(huán)時間、提高其生產率有著重要意義。為此，推土機大多在推土鏟升降回路上是用鏟斗快速下降閥，用以實現(xiàn)鏟斗舉升缸的差動連接，并降低鏟斗舉升缸的排油(有桿)腔回油阻力，使鏟斗快速下降。 中小型推土機發(fā)展早，使用時間長，由于其作業(yè)對象是中等堅實度的土質，僅用推土鏟即可完成鏟掘和推運任務，因此推土鏟被公認是推土機的傳統(tǒng)工作裝置。隨著經濟建設規(guī)模的不斷擴大，對推土機鏟掘能力的要求不斷

24、提高，由于不能只用提高牽引力的辦法來鏟掘路石和硬度很大的土質，因此大、中型推土機配備了松土裝置。先將堅硬土質用松土裝置松散之后，再用推土鏟進一步鏟掘和推運，于是松土器成為大中型推土機不可缺少的工作裝置。此外，用松土器可代替打眼放炮的施工方法，從而大大降低工程造價。松土裝置大多置于推土機后部，與推土鏟配合，用于破碎堅硬的土層或巖石層。 松土器使用刀齒切削角可調的四桿機構，利用液壓缸使之動作。中間用一個液壓缸。起調整裂土刀升降的作用，上部用兩個并聯(lián)液壓缸代替桿件以調節(jié)松土刀的切削角。此外，松土裝置還有鉸鏈式和帶液壓沖擊錘式等。松土器工作裝置要完成的動作包括舉升、下降。 表2.1 ZD220

25、-3 推土機相關參數(shù) 工作裝置及附件 推土鏟 型式 角鏟/直傾鏟 寬度 4365/3725 mm 高度 1055/1315 mm 最大提升高度 1292/1210 mm 最大下降量 536/538 mm 最大傾斜量 500/735 mm 鏟刀容量 4.8/6.4 m 松土器 齒數(shù) 3 最大松土深度 666 mm 最大提升高度 555 mm 松土器重量 2700 kg 傳動裝置 行走速度 前進Ⅰ檔 0-3.6 km/h 前進Ⅱ檔 0-6.5 km/h 前進Ⅲ檔 0-11.2 km/h 后退Ⅰ檔 0-4.3

26、 km/h 后退Ⅱ檔 0-7.7 km/h 后退Ⅲ檔 0-13.2 km/h 最大牽引力 207kN 尺寸 型式 角鏟/直傾鏟 全長 6060/5750 mm 全寬 4365/3725 mm 全高（至排氣管頂端） 3395 mm 全高（至駕駛室頂端） 3354 mm 發(fā)動機 型號 康明斯NT855-C280(第三代) 型式 增壓水冷直列四沖程 缸數(shù)-缸徑×行程 6-139.7×152.4 mm 活塞排量 14010 ml 額定功率/額定傳速 162 kW/1800 r/min 最大扭矩 1078 N.m/1250 r/min 燃油消

27、耗率 208 g/kW.h 2.2 ZD220-3推土機變速轉向液壓系統(tǒng)設計 變速轉向液壓系統(tǒng)設計作為推土機設計的重要組成部分，設計時必須滿足工作循環(huán)時對速度和方向控制所提出的全部技術要求，且靜動態(tài)性能好、效率高、結構簡單、工作安全可靠、壽命長、經濟性好、使用維護方便。 2.2.1 ZD220-3推土機變速轉向液壓系統(tǒng)原理分析 ZD220-3推土機變速轉向系統(tǒng)采用液力機械傳動方式、行星齒輪式動力換擋變速器、彈簧壓緊油式分離常結合式轉向離合器。 ⑴ 液力變矩器工作原理 泵輪組件中的泵輪由螺栓和驅動殼連接，驅動齒輪由螺栓和驅動殼連接。驅動齒輪直接插入發(fā)動機飛輪齒圈內，故泵輪隨發(fā)動

28、機一起旋轉。導輪由螺栓和導輪轂連接，導輪轂通過花鍵和導輪座連接，導輪座又通過螺栓和變矩器殼連接，故導輪和變矩器殼一起，是不旋轉的。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，將動力傳遞給其后的傳動系統(tǒng)。泵輪隨發(fā)動機一起旋轉，將動力輸入，導輪不旋轉，渦輪旋轉，將動力輸出，三者之間相互獨立，輪間間隙約為2mm。 　　 泵輪、渦輪、導輪自身由許多葉片組成，稱之為葉柵，葉片由曲面構成，呈復雜的形狀。變矩器在工作時，葉柵中是需要充滿油液的，在泵輪高速旋轉時，泵輪葉柵中的油液在離心力的作用下沿曲面向外流動，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

29、心流動，又從渦輪葉柵出口射向導輪葉柵進口，穿過導輪葉柵又流回泵輪。泵輪、渦輪、導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計，決定了渦輪和泵輪在同一方向旋轉。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，一方面又隨泵輪和渦輪旋轉，從而形成了復雜的螺旋運動，在這種運動中，將能量從泵輪傳遞給渦輪。 　　 渦輪的負荷是推土機負荷決定的。推土機的負荷由鏟刀傳遞給履帶行走系統(tǒng)，再傳給終傳動、轉向離合器、中央傳動、變速器和聯(lián)軸器總成，最終傳遞給變矩器渦輪。 　　 渦輪負荷小時，其旋轉速度就快；負荷大時，旋轉速度就慢。當推土機因超載走不動時，渦輪的轉速也下降為0，成為渦輪的制動

30、狀態(tài)。這時，因渦輪停止轉動，由泵輪葉柵射來的油液，以最大的沖擊穿過渦輪葉柵沖向導輪，在不轉的導輪葉柵中轉換成壓力，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方向一致，此時渦輪輸出扭矩最大，為泵輪扭矩的2.54倍。渦輪隨著負荷增大，轉速逐漸降低，扭矩逐漸增加，這相當于一個無級變速器在逐漸降速增扭。這種無級變矩的性能與易操縱而擋位較少的行星齒輪式動力換擋變速器相配合，使推土機獲得了優(yōu)異的牽引性能。 　　 液力變矩器是依靠液力工作的。油液在葉柵中流動時，由于沖擊、摩擦，會消耗能量，使油發(fā)熱，故液力變矩器的傳動效率是較低的。目前，國內外最好的液力變矩器其最高效率為88%。當變矩器的渦

31、輪因推土機超負荷而停止轉動時，由泵輪傳來的能量全部轉化成熱量而消耗掉，此時變矩器效率為0。要想提高變矩器的傳動效率，就要掌握推土機的負荷，使渦輪有適當?shù)霓D速、推土機有適當 的速度；即當推土機因負荷過大而走不動時，要及時減小負荷，提一下鏟刀或由II擋換為I擋。 ⑵ 行星齒輪式動力換擋變速器工作原理 ZD220-3推土機變速器采用行星齒輪式動力換擋變速器的結構，該變速器主要由四個行星排、四個固定式離合器和一個旋轉閉鎖離合器構成。控制機構采用液壓系統(tǒng)控制。搬動操縱閥手柄，進入變速箱的液壓油止動住其中兩個離合器，使變速箱輸出軸得到某一個轉速及轉向，止動不同的兩個離合器，即得到不同的轉向及轉速，共有

32、三個前進檔和三個倒檔。分別如下: 表2.2 ZD220-3推土機檔位分配圖 前進一擋 NO.1和NO.5 前進二擋 NO.1和NO.4 前進三擋 NO.1和NO.3 后退一擋 NO.2和NO.5 后退二擋 NO.2和NO.4 后退三擋 NO.2和NO.3 ⑶ 轉向離合器和轉向制動器工作原理 變速器的動力傳入中央傳動后，就從縱向傳動變?yōu)闄M向傳動，由橫軸分別傳給左、右兩個轉向離合器。 　　 ZD220-3推土機的轉向離合器是彈簧壓緊、液壓分離、常嚙合、溫式摩擦片結構型式。它包括外鼓、內鼓、壓盤、外摩擦片、內齒處、活塞、螺栓、套筒與活塞連接成一個整體，大、小彈簧支撐

33、在內鼓上，彈簧的安裝負荷推動活塞向右移動，帶動壓板將摩擦片和齒片壓緊在一起，實現(xiàn)接合傳力。彈簧共8組，總安裝負荷3.2T，有足夠的壓力壓緊摩擦片以傳遞力矩。 當推土機需要轉向（如拉動左轉向拉桿）時，淮壓油充入轉向離合器活塞和輪轂之間的油腔，油壓力推動活塞，帶動壓盤向左移動，摩擦片和齒片松開，不再傳遞力矩，推土機左側失去動力，在右側履帶的推動下向左轉向。轉向結束時，松開拉桿，液壓油在活塞推動下回流，轉向離合器重新接合傳力，推土機恢復直線行駛。 　　 ZD220-3型推土機轉向制動器是液壓助力、浮動濕式制動帶式。它包括安裝在轉向離合器外鼓上的制動帶、助力活塞、連桿、浮動桿、連桿等零件。由于

34、浮動機構的優(yōu)越性能，不論離合器外鼓是正轉還是反轉，制動時都很平穩(wěn)，不會產生制動沖擊。 2.2.2 ZD220-3推土機變速轉向液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 通過對ZD220-3推土機變速轉向液壓系統(tǒng)原理的分析，可將該液壓系統(tǒng)劃分為兩個獨立的子液壓系統(tǒng)：轉向制動液壓系統(tǒng)和變速液壓系統(tǒng)。 ⑴ 轉向制動液壓系統(tǒng)原理圖 圖2.1 轉向制動液壓系統(tǒng)原理圖 1粗濾器 2轉向泵 3細濾器 4分流閥 5溢流閥 6、7轉向閥 8、9轉向離合器液壓缸 10安全閥 11油冷卻器 12背壓閥 13后橋箱 14同步伐 15、16安全閥 17、18制動閥 19、20制動器液壓缸

35、A、B、C、D、E、F油壓測試點 轉向泵2與分動箱連接，將機械能轉化為液壓能，使油液自后橋箱13吸出并經粗濾器1和精濾器3過濾而進入分流閥4，由分流閥將液流流量按3：1的比例分配給轉向閥和制動回路。轉向閥的工作壓力由順序閥5來保證。順序閥溢出的油進入變速回路后與變速回路的油合流，然后進入變矩器。 在正常情況下，不操縱轉向手柄時，由分流閥流至左或右轉向閥的壓力油被封閉在轉向閥內，不向轉向離合器供油，此時，轉向離合器處于接合狀態(tài)。在左、右轉向閥上都有一小孔，通過此小孔不斷向左、右轉向離合器補充少量油液，使離合器工作腔內始終充滿油液。一旦操縱轉向閥，離合器就立即分離，提高了靈敏度。分別操縱閥6或

36、7，可使左或右離合器分離，實現(xiàn)左或右轉向；若同時操縱閥6、7，使左右離合器同時分離，則推土機停駛。 制動回路的工作原理與轉向回路相同，系統(tǒng)的壓力順序閥挑定。由在正常情況下，不操作制動手柄時，由分流閥流至左或右制動閥的壓力油被封閉在制動閥內，不向制動液壓缸供油，此時，制動液壓缸不工作。當分別操作17或18制動閥時，使左或右制動液壓缸進油，實現(xiàn)制動。 ⑵ 變速液壓系統(tǒng)原理圖 圖2.2 ZD220-3推土機變速液壓系統(tǒng)原理圖 1變速泵 2調壓閥 3快回閥 4減壓閥 5變速閥 6啟動安全閥 7換向閥 8液力變矩器 9溢流閥 10背壓閥 來自變速泵的液壓

37、油經過濾器一路進人調壓閥2，另一路進入快回閥3。當系統(tǒng)壓力逐步升高到某一值時，來自快回閥3的控制油經調壓閥2的遙控口推動該閥閥心向左移動。此時液壓油經溢流閥9向液力變矩器8供油，完成變矩器8的蝸輪輸出軸與變速箱輸入軸之間的動力輸出。當變速閥5在空擋位置時，系統(tǒng)壓力油經減壓閥4進入第五離合器液壓缸，同時進人啟動安全閥6，由于節(jié)流作用，緩慢推動該閥閥心移動，使閥口通道與主油路接通，這樣當變速閥5換上擋時能迅速使壓力油進入。如直接換上擋位置，剛啟動安全閥6進油油路被截斷，使機車不能行駛。當變速閥在一擋位置時，液壓油經快回閥3進入減壓閥4減壓到1．25MPa，再經啟動安全閥6、換向閥7，使變速箱的第五

38、、第一離合器(或第二離合器)結合，機車得到前進或后退一擋的速度。；當變速閥5在二、三擋位置時，減壓工作原理與上相同。系統(tǒng)壓力油分別向第四、第一(或二)，第三、第一(或二)離合器供油，以得到不同的前進與后退的速度。 根據上述分析，擬定ZD220-3推土機變速轉向液壓系統(tǒng)原理圖如下： 圖2.3 ZD220-3推土機變速轉向液壓系統(tǒng)原理圖 1.12.13.14油濾清器 2變矩器回油泵 3變速泵 4轉向泵 5溢流閥 6背壓閥 7散熱器8分動箱 9變矩器 10潤滑油道 11潤滑油 15調壓閥 16快回閥 17減壓閥 18速度閥19.27.28安全閥 20方向

39、閥 21先導閥 22.26分配閥 23順序閥 24右轉向閥 25左轉向閥 2.3 ZD220-3推土機工作裝置液壓系統(tǒng)設計 ZD220-3推土機工作裝置包括鏟斗和松土器，是推土機整機中的核心部分。工作裝置的性能將直接影響著推土機的工作效率。 ZD220-3推土機工作裝置的動作分為推土板的垂直傾斜、升降以及松土器的升降運動。對于推土板的垂直傾斜運動，需用有控制推土板傾斜的液壓油缸，因其只有傾斜運動，固液壓油缸選為單活塞桿雙作用液壓油缸進行控制；而對于推土板的的升降運動，也可用單活塞雙作用液壓油缸進行控制。考慮到油缸的受力問題，可在兩邊個裝一個液壓油缸，使其受力均勻；同理，松土器

40、的升降運動同樣可采用單活塞雙作用液壓油缸進行控制，以滿足要求。 對于鏟刀垂直傾斜油缸，當其工作時，即控制閥的中位時，油泵產生的壓力油要直回油箱；而當其工作時，操縱控制閥，壓力油又能改變方向從而使油缸活塞桿能產生不同的運動方向，即收縮及拉伸運動。要滿足上述要求以及考慮到人體手感的舒適敏捷性，選控制閥三位六通手動換向閥進行控制。 同理，松土器的分析也一樣，控制閥也選用三位五通手動換向閥進行控制。不同之處在于當松土器松土碰到堅硬障礙物而不能松土時，如果這時沒有一個卸油裝置，則會使松土器油缸產生很大的壓力，從而降低液壓油缸的壽命甚至產生爆炸危險。因而還需在與松土器有桿面相連的油路上連接一過載閥進行

41、保護。同時考慮到當松土器在很松的土壤上或者不平的路面上工作時，松土器油缸的活塞會在重力的作用下產生運動，從而使油缸有桿腔產生氣泡，這對油缸是相當不利；因而需有一補油裝置來防止上述情況產生。在這我們采用一單向閥直接裝在油缸與油箱之間，從而避免上述情況。除此之外，由于松土器通常在環(huán)境惡劣的情況下工作，油缸內油壓變化很大，從而產生很大的震動，這震動會影響到油的正常運行，固還需在油缸與油泵之間連接一單向閥來阻止干涉的產生。 鏟刀升降油缸是綜合上述兩種情況選擇控制閥的。其不同在于鏟刀有四個工作位：舉升、保持、下降以及浮動。因此其需選用四位六通手動換向閥。單向閥的選擇與松土器的選擇一樣。 上述三種油缸

42、還需滿足他們產生的運動不能同時產生，否則就會產生干涉。 下文將通過對工作裝置各種工況的分析，總結出工作裝置的各種工作要求，進而設計出整個工作裝置的液壓系統(tǒng) 2.3.1 ZD220-3推土機工作裝置液壓系統(tǒng)原理分析 ZD220-3推土機的工作裝置主要包括鏟斗和松土器，它們的作用及對系統(tǒng)的要求分析如下： ⑴ 鏟斗 鏟斗指推土機正前方的推土擋板，有直傾齒和角齒之分。鏟斗的工作任務是包括通過推土機向前運動的推力進行鏟土或碎石、對土或碎石等材料進行搬運以及利用推土鏟的一角在地面開小溝或用來平整具有一定坡度的平面。 通過推土鏟斗作用的分析可知，鏟斗的主要動作包括鏟斗的升降、鏟斗的傾斜以及鏟斗

43、的浮動，因此可分別設計兩條液壓回路和液壓缸，通過回路控制液壓缸的動作來實線鏟斗的升降和鏟斗的傾斜。 ⑵ 松土器 松土器指推土機正后方齒形裝置，使用刀齒切削角可調的四桿機構，利用外力驅動使之動作，主要的工作任務是碎石或松土。其主要動作包括松土器的上升和松土器的下降。因此可利用單條液壓回路控制液壓缸來實線其功能。 通過上述分析，ZD220-3推土機工作裝置液壓系統(tǒng)可劃分為三條相對獨立的液壓回路：松土器工作回路、鏟斗升降工作回路、鏟斗傾斜工作回路，利用回路控制液壓缸的動作來實現(xiàn)系統(tǒng)所需的各項功能?；芈房蚣軋D如下： 圖2.4 ZD220-3推土機工作裝置液壓系統(tǒng)框架圖 2.3.2 Z

44、D220-3推土機工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 通過上文對工作裝置工況的分析，結合工作裝置液壓系統(tǒng)框架圖，初步擬定工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖如下: 圖2.5 ZD220-3推土機工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖 1-推土鏟提升缸； 2-推土鏟傾斜缸； 3-快回閥； 4-工作泵； 5-轉向泵； 6-濾網； 7-濾油器； 8-粗濾器； 9-過載閥； 10、11-補油閥； 12-松土器閥； 13-鏟刀傾斜閥； 14-鏟刀提升閥； 15、16-補油閥； 17-安全閥； 18-濾油器； 19-松土器伺服閥； 20-傾斜缸伺服閥； 21-推土鏟伺服閥； 23-松土器油缸24、26-進口單向閥； 25-進口單

45、向流量閥； 27-后橋箱； 28-工作油箱； 29-粗濾器 液壓系統(tǒng)工作原理如上圖所示,執(zhí)行元件包括鏟斗升降液壓缸1、鏟斗傾斜油缸2和松土器油缸8。為了提高鏟斗的下降速度,縮短其作業(yè)時間,在鏟斗升降回路上裝有快降閥3,用以降低鏟斗升降液壓缸的排油腔的回油阻力。鏟斗在快速下降過程中, 回油背壓增大,快降閥3在液控壓差的作用下將自動開啟,有桿腔的回油即通過快降閥3直接向鏟刀升降油缸2進油腔補充供油, 從而加快了鏟斗的下降速度。 多路換向閥12、13、14分別控制松土器油缸、鏟斗傾斜油缸、鏟斗升降油缸的動作,它們?yōu)檎w式三聯(lián)滑閥,屬于串聯(lián)連接, 這樣工作裝置既可單獨動作,又可實現(xiàn)復合動作。三聯(lián)閥

46、分別由 3個回轉伺服閥 19、20、21控制,它們不受液壓油直接作用,而是通過連桿機構推動閥芯移動, 連桿由伺服液壓缸帶動。閥 12是三位五通換向閥, 閥 13是三位六通換向閥，閥 14是四位六通換向閥,它能使鏟刀根據作業(yè)情況具有上升、固定、下降、浮動 4個位置。浮動位置是使鏟刀液壓缸兩腔與進油路、回油路均相通,鏟刀自由支地, 隨地形高低而浮動。這對仿形推土和鏟刀例行平整地面作業(yè)是很需要的。溢流閥 17用來限制油泵 4的出口最大壓力, 以防液壓系統(tǒng)過載, 當油壓超壓時,溢流閥 17打開,壓力油自動卸載回油箱。一般選擇溢流閥的開啟壓力為系統(tǒng)壓力的110 %左右。 當鏟刀或松土器下降時, 在鏟刀

47、和松土齒自重作用下,下降速度加快, 可能引起供油不足形成油缸進油腔局部真空, 發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。此時,由于進油腔壓力下降,在壓力差作用下,補油閥 10、11打開,從油箱補油至油缸進油腔,使油缸動作平穩(wěn)。當松土齒于固定位置作業(yè)時,由于突然的過載,油缸一腔油壓突然驟增, 造成油缸過載。裝設了過載閥 9后,當達到過載閥 9開啟壓力時, 過載閥 9打開, 油液卸載,從而避免液壓元件的意外損壞。過載閥的開啟壓力一般大于系統(tǒng)壓力 15 % ~ 25 %。 溢流閥和濾油器并聯(lián),當油中雜質堵塞濾油器時,回油壓力增高,溢流閥被打開, 油液直接通過溢流閥流回油箱。粗濾油器和精濾油器都是為了保持油液的清潔,濾去雜質使

48、液壓系統(tǒng)正常作業(yè)。一般粗濾油器安置在油泵吸油管上,以減小吸油阻力。精濾油器安置在回油管上,使濾油器不受高壓作用。液壓油箱 6起儲油、散熱作用。油箱容積主要考慮到油液的散熱,一般取為 2~ 4倍液壓泵額定流量。 2.4 ZD220-3推土機整機液壓系統(tǒng)原理圖 經上文分析，初定ZD220-3推土機液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.6所示。 圖2.6 ZD220-3推土機液壓系統(tǒng)圖 1、12、14油濾清器 2變矩器回油泵 3變速泵 4轉向泵 5工作泵 6背壓閥 7散熱器 8分動箱 9變矩器 10潤滑油道 11潤滑油 13、40溢流閥 15調壓閥 16快回閥

49、 17減壓閥 18速度閥 19安全閥 20、21方向閥 22、26分配閥 23順序閥 24右轉向閥25左轉向閥 27、28安全閥 29制動油缸 30推土鏟提升油缸 31快回閥 32推土鏟傾斜油缸 33過載閥 34補油閥 35松土器閥 36鏟刀傾斜閥 37鏟刀提升閥 38補油閥 39安全閥 41松土器伺服閥 42傾斜缸伺服閥 43鏟刀伺服閥 44松土油缸45進口單向閥 46進口單向流量閥 3 ZD220-3推土機鏟刀系統(tǒng)受力分析與計算 本設計中頂推架與推土鏟刀的連接方式采用直鏟式連接

50、。推土機在工作的過程中鏟斗主要受切削阻力、鏟刀前積土的推移阻力、鏟刀刀刃與土壤摩擦阻力、土壤沿鏟刀上升的摩擦阻力等力的作用。 3.1 切削阻力的計算 （N） 式中：B為鏟刀寬度； 為切削比阻力、w l;