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车辆与动力工程学院毕业设计说明书1前言的挑战，开发性能完善质量可靠，适用，价格合理的履带拖拉机迫在眉睫。为了满足这种需求，机械液压双功率流转向机构被应用在了履带拖拉机上。双功率流转向机构把从发动机传来的动力，分两路传给每一侧驱动轮的，其优点是动力可按比例分配到两侧履带上，转向时两侧履带始终传递动力，可实现动力转向，转向时平均车速不降低，动力不中断，因此对农田土壤破坏小，特别在松软的农田作业时，整机通过性好，作业效率高，左右两侧履带的速度差可以无级控制，这一点，是履带推土机可以高效高精度的进行侧面切削和整形作业。可实现原地转向，提高了履带拖拉机的机动性。在坡地工作转向时，不会出现“逆转向”现象，提高了履带拖拉机工作安全性。与齿轮传动的转向机构相比，传动系简单，可避免因采用高、低、双速传动装置造成的动力转向能力受限的弊端。履带车辆双功率流转向技术的发展是随着液压和液力传动技术的发展而逐渐产生发展起来的。因为履带车辆在进行小半径转向的时候，特别是在某些极限转向的时候，转向系统传递的功率是很大的。液压元件成本适合、性能可靠，体积不大，可作为结构元件用。并且实现了履带车辆转向的方向盘操纵，可对大功率农用拖拉机的需求。第一章转向技术的发展及趋势§1.1转向技术的发展过程及优缺点转向机构对于任何车辆来说都是重要的组成部分。对履带车辆来说，转向机构性能的好坏更为重要，其可以直接影响到履带车辆的使用性能。自1904年霍尔顿履带式拖拉机发明以来，特别是坦克作为一种新式武器在第一次世界大战中出现并取得巨大成功后，履带车辆的转向技术就一直处于不断地发展和进步之中。从传统的转向机构到双功率流转向机构，从独立式到差速式，各种新型的转向机构层出不穷从原理上进行分类，可以把履带车辆从出现到目前为止使用过的转向机构表示出来。车辆与动力工程学院毕业设计说明书2一、转向离合器式转向机构转向离合器式转向机构在拖拉机转向时，靠分离某一侧转向离合器，减小或功率限制，驾驶员若持续转向，稍有不慎就会使发动机熄火，因而只能靠滑磨，用较大半径转向，或极不平稳地以小半径断续转向。因此这种单差速器转向机构现在几乎不再采用。四、双差速器转向机构双差速器转向机构可使履带车辆在转向时慢速侧履带降低的速度等于快速侧履带增加的速度，因此车辆转向时的平均速度与直线行驶的速度相同。但由于双差速器不能完全制动一侧履带，车辆不能原地转向，且转向半径的变化范围没有使用转向离合器的大，转向平顺性较差。转向时快速侧履带有加速，因此发动机的附加载荷比采用转向离合器的大。双差速器是由齿轮组成的转向机构，与转向离合器相比零件数目少、耐磨性好、寿命较长。五、双功率流转向机构双功率流转向机构是把发动机功率同时通过两条途径传给每侧驱动轮的。近几年来，国外一些大中型履带拖拉机、推土机生产厂家如美国的卡特车辆与动力工程学院毕业设计说明书3彼勒公司和日本的小松公司已广泛采用双功率流型的差速转向机构即双流传动差速转向装置，特别是卡特彼列公司在挑战者35-95E系列橡胶履带拖拉机中已得到了成功应用，大大提高了橡胶履带拖拉机的履带使用寿命。这种转向机构是把发动机功率通过变速箱和液压泵一液压马达双路传给后桥中的驱动链轮的差动齿轮机构，能够实现差速转向.双功率流转向机构的型式多样，但相对来说，使用效果都不及机械液压双功率流转向机构。机械液压双功率流转向机构具有许多优点，转向时平均速度不降低，两侧履带始终传递动力，可实现动力转向，适用于进行偏载推土和切除树根作业。转向时传给行走装置的功率不降低，转向工作效率高、速度快。左右履带的速度差可无级控制，实现平稳又精确的方向控制，可高效、高精度地进行侧面切削和整形作业。容易实现一根操纵杆来控制进退和转向。由于转向时动力不中断，因此对农田土壤破坏小，特别在松软的农田作业时，整机通过性好，作业效率高。在坡地工作转向时不会出现“逆转向”现象，提高了履带拖拉机的工作安全性。不足之处是这种转向机构需要附加液压传动装置，成本加大。国内有研究院所在介绍具有优良转向特性的差速转向机构，但投入物力、财力和人力进行深入研究和产品开发的还不多见。普遍认为国内液压元件可靠度低，产品成本偏高影响销售市场和用户购买力。随着国民经济的发展和农民收入的增加，农业生产体制的变化，国内液压元件可靠度的提高，控制技术应用范围的扩大，加入WTO后市场竞争的加剧，消除目前国内现有大功率履带拖拉机、推土机转向机构的机动性能差(不能按驾驶员的意愿随意转向)，转向能耗大，转向机构易磨损，生产效率由于转向性能差而受到影响的缺陷己成为车辆工程领域研究开发人员的重要研究课题。机械式的转向机构必将会在大功率拖拉机、推土机等工程车辆上遭到淘汰，而利用液压泵－液压马达驱动的液压转向技术逐渐被国内外研究开发设计人员应用于大功率拖拉机、推土机等工程车辆的转向系统设计中去。§1.2双功率流转向机构双功率流转向技术的出现，最早可以追溯到法国的Somua和B2坦克、德国豹式主战坦克和虎型坦克以及美国的M46坦克。其中德国的豹式主战坦克车辆与动力工程学院毕业设计说明书4采用独立式单半径双功率流转向机构，由行星转向机构发展而来。到1942年，德国在其虎型坦克上，首次采用了双半径双功率流转向机构，显示了履带车辆转向性能的一个重大进步，在与8档Maygach-loua:半自动预选变速箱连时可以实现16个规定转向半径。后来又出现了现代紧凑型的双功率流转向机构方案，如德国豹式坦克采用的双半径双功率流转向机构和英国的奇伏坦坦克和美国M47.M60坦克采用的差速式单半径双功率流转向机构。履带车辆双功率流转向技术的发展是随着液压和液力传动技术的发展而逐渐产生发展起来的。因为履带车辆在进行小半径转向的时候，特别是在某些极限转向的情况下，转向系统传递的功率是很大的。因此，只有当液压元件成本适合、性能可靠、体积不大的条件下，才可能考虑将其作为结构元件应用。随着现代工业技术的进步，液压转向机构中的功率转换元件一液压泵和液压马达的性能越来越高，使得液压转向技术的应用更加广泛(L-4)，其中应用最多的是零差速式液压双功率流转向机构(中心速度在转向时保持原直线行驶速度不变)020世纪80年代以来，这种转向机构开始普遍应用在西方发达国家的坦克和履带式装甲车辆上。其传向原理见图零差速式液压双功率流转向机构由分流机构、液压转向闭式回路和两侧的汇流行星排组成。液压转向闭式回路一般由变量液压泵和定量轴向柱塞马达，美国M1坦克和M2步兵战车则采用径向钢球活塞泵和马达。汇流行星排一般选用单排内外啮合行星排，只有法国AMX32坦克的传动装置采用了双排车辆与动力工程学院毕业设计说明书5外啮合汇流差速器。零差速式液压双功率流转向机构在直线行驶工作状态时，可实现液压闭锁，保证车辆行驶的稳定性。它的每个排档都有一个最小转向半径，并且低档位的向半径小，高档位的转向半径大，从这个最小转向半径可连续无级地变化到无限大，即直线行驶状态。在空档时，可以实现转向半径为零的中心转向。零差速式液压双功率流转向机构是通过改变液压泵的排量来控制执行元件—液压马达的转速和转向，其中，液压泵和液压马达可以无级调速，这样在差速转向机构轮系的作用下，使两侧的履带产生差速完成转向，而且，车辆两侧履带驱动轮转速差可以有无穷多个，可得到无穷多个转向半径。且具有如下优点：⒈动力可以按比例分配到两侧履带上，转向时两侧履带始终传动，可以实现动力转向，履带基本上没有打滑现象，最大限度地减轻了履带的磨损，提高了使用寿命。这一点对橡胶履带车辆尤为重要⒉转向时平均车速不降低⒊转向时动力不中断⒋左右两侧履带的速差可以无级控制，可以实现平稳而精确的方向控制。⒌可以实现原地转向，提高履带车辆的机动性。⒍在坡地上工作转向不会出现“逆转向”现象正因为此种转向装置具有上述优点，能大大改进履带车辆的转向性能和可操纵性,减轻驾驶员的劳动强度。为此，本文以履带车辆的转向装置为设计为对象，提出了机械液压双功率流转向装置操纵液压系统的原理及设计方案，对转向装置中所需的液压元件进行了设计计算，并在此基础上，对其转向性能进行了初步计算和分析。车辆与动力工程学院毕业设计说明书6第二章液压系统的设计要求液压系统设计作为液压主机设计的重要组成部分，设计时必须满足主机工作循环所需的全部技术要求。所以，对于液压系统的设计，为满足主机工作所需的全部技术要求，液压系统应满足静态性能好、效率高、结构简单、工作安全可靠、寿命长、经济性好、使用维护方便等特点，并要满足给定的参数与技术要求。对于本设计的应满足的具体参数与技术要求如下：设计95.6kw橡胶履带拖拉机机械液压转向装置的液压系统及其转向操纵系统，其中，履带车辆发动机功率kwNE6.95，转速2300enr/min，速度范围v为3～15hkm,最大转向阻力距N=49760Nm。所设计的液压系统应能实现如下要求：对履带车辆的机械液压转向装置实现方向盘操纵，能实现原地转向及倒车操作，转向半径可平滑过渡，实现最小转向半径，满足转向力矩要求。对于设计的操纵液压系统应满足上述参数和要求，而且，为了应用方便，还应尽量使其布置容易，维修方便，成本尽可能低。车辆与动力工程学院毕业设计说明书7第三章液压系统负载分析此液压系统使用于橡胶履带车辆的转向装置中，而且与传统的履带车辆的液压转向装置不同，一般而言传统的履带车辆转向装置采用由液压系统控制转向离合器，从而使两侧履带产生扭矩差，而实现转向。而机械液压双功率流转向机构，是通过操纵系统来调节液压系统，从而控制液压马达，而液压马达传递的动力是差速转向系统的其中一路动力来源，其作用就是使机器能够差速转向。其差速转向系如图示：车辆与动力工程学院毕业设计说明书8图3—1机械液压双功率流差速转向轮系机构此差速转向轮系具有如下特点：发动机功率在变速箱的输入轴上分流，一路功率流向变速箱，一路功率流向由变量泵、定量马达及其他控制元件组成的液压转向调速系统。当液压转向调速系统不工作时，发动机功率全部由变速箱传递到左、右两侧履带的驱动轮上，因两行星排的齿圈联为一体，两侧履带的驱动轮转速大小相等、方向相同，履带车辆作稳定的直线行驶。当液压转向调速系统和变速箱同时向两侧驱动轮传递功率时，由于液压转向调速系统的液压泵排量可调，因此驾驶员可按不同曲率的路面随机调整液压泵的排量和流向，根据液压马达输出转速的不同，拖拉机可进行由最小转向半径的左、右转向运动，有无穷多个转向半径，可实现无级转向，当变速箱输出转速为零时，只有液压转向调速系统向两侧履带的驱动轮传递功率，因两行星排的太阳轮之间相差一对齿轮副，两侧驱动轮转速大小车辆与动力工程学院毕业设计说明书9相等、方向相反，履带车辆可实现原地转向行驶，转向半径为零。同时可分析得两侧驱动轮转速为：myyfzLiiniinn)1(0（3—1）myyfzRiiniinn)1(0（3—1）式中:—行星排特性参数（齿圈齿数与太阳轮齿数之比），该机构的左右行星排特性参数相等0n—发动机转速yn—液压马达转速zi—中央传动比yi—液压马达到行星排传动比fi—变速箱速比mi—最终传动比液压系统就是在向此差速转向机构输入转矩，从而实现转向。第四章液压系统的方案分析§4.1操纵系统的设计分析对于此机械液压双功率流转向系统来说，设计的要求就是通过对方向盘的操纵实现对液压变量泵的排量控制。且应满足如下要求：①方向盘左右不同方向转动时，液压马达速度变化的动态响应特性是一致的车辆与动力工程学院毕业设计说明书10②对方向盘操纵，要有路感③在方向盘被操纵时，液压马达的响应要快④要使驾驶员操作简便，可对车辆进行平稳精确的方向控制⑤工作要稳定，可靠性高根据上述要求，对操纵系统可作如下初步设计,采用方向盘的操纵和液压先导阀组成操纵系统，通过对方向盘的操纵，控制液压先导阀，实现对变量泵的排量的控制。§4.2液压系统的设计分析从总体上来说，机械液压双功率流转向液压系统是通过改变液压变量泵的排量来控制执行元件——液压定量马达的转向和转速，以实现对履带车辆的转向控制。机械液压双功率流转向液压系统一般应满足以下要求