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装载机的结构原理


装载机的结构原理
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装载机的结构原理-制动系统

目前国产 ZL50 型机主导产品的制动系统多数为带紧急制动的制动系统,柳工第二代产品 ZL50C 的制动系 统为这种系统的典型代表。图 13 为柳工 ZL50C 型机制系统结构示意图。该系统具有行车制动、停车制动及国际 流的紧急制动系统。停车制动与紧急制动共用,因紧急制动具有 4 种功能:(1)停车制动;(2)起步时保护 制动作用。气压未达到允许起步气压时,停车制动起作用,且挂下不挡;(3)行车时气路发生故障起安全保护 制动作用。当制动系统气路出了故障。降到允许行车气压时,紧急制动会自动刹车,同时变速器会自动挂空挡; (4)紧钯制动。当行车制动出了故障时可选用该系统实施紧急制动,而代替行车制动起作用。这也是紧急制动 名称的由来。因此,具有紧急制动系统的柳工 ZL50C 型机制动安全可靠性是最好。成工目前的 ZL50B 型机、徐 装的 ZL50E 型机都采用了这样的制动系统。稍有不同的是成工与徐装的在空气罐与紧急和停车制动阀之间加有 快放阀。柳工以前的 ZL50 型机制动系统中也有快放阀,实践证明无必要,柳工将该阀取消了。还有一点不同的 是成工的行车制动是双踏板,柳工及徐装的均为单踏板。另外徐装的紧急和停车制动控制阀为电磁阀,柳工与 成工的均为气阀。

如图 14 所示,目前还有部位产品的制动系统为双管路行车制动。该系统与图 13 所示的系统相比,其行车 制动部分从空气罐开始多了一路,结构元件组成基本上差不多。该系统没有紧急制动部分,但有手柄带软轴直 接操纵停车制动器的停车制动。这种制动系统比普通的不带紧急制动的单管路制动系统制动可靠性、安全性要 高, 但比带紧急制动的制动系统差一些。 因此, 今后带紧急制动的制动系统应用会更加广泛。 目前, 山工的 ZL500D 型机、 常林的 ZLM50E 型机都是用的这种系统。 山工的双管路制动阀为双腔并联式, 常林的为双腔串联式。 另外, 山工的在图中的序号 10 不是批三通接头。而是采用的双回路保险阀,这样的双管路体现得更充分。

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目前,还有较少的产品如厦工、龙工的 ZL50C-II 型机保持原 ZL50 的单管路行车制动系统。该系统完全同图 13 中除紧急和停车制动以外的部分。惟一不同是制动阀 3 去变速操纵阀(虚线长方块部分)切断离合器的管路 中增设有制动选择阀,可用该阀对制动时切断与不切断离合器进行选择。从理论上说,该系统不如前两种制动 系统安全可靠性高。

目前,柳工的第三代产品 ZL50G 型机已经出现了全液压制动系统。这种制动系统也可带紧急制动,它没有 气路系统,全部用液压油,特别是与内藏湿式多片式制动器配合使用,显示出极大的优越性,在某种程度上代 表了今后制动系统的发展方向。CAT 的 950G 型机、小松的 WA380-3 型机都采用的全液压制动系统。

装载机的结构原理-工作液压系统

目前我国轮式装载机的工作液压系统已发展到采用小阀操纵大阀的先导工作液压系统。 但目前用得最多的 仍是机械式的轮轴操纵工作液压系统。图 9 所示为柳工 ZL50C 型装载的轮轴操纵工作液压系统。该系统由转斗 缸 1、动臂缸 2、分配阀 3、操纵杆 7、工作泵 8、软轴 10 等主要零部件组成。

该系统分配阀内带有控制系统最高压力的主安全阀, 另外在分配阀的下面通转斗缸大小腔分别带有一个双 作用安全阀(图中未画出)。其作用是在工作装置运动过程中,转斗缸发生干涉时间起卸压力及补压作用。两 根操纵杆 7 通过两根软轴 10 直接操纵分配阀的转斗阀及动臂阀, 使定量齿轮工作泵 8 的压力油进入转斗缸或动 臂缸,使工作装置完成作业运动。图 10a 为该系统的工作原理图。

该系统具有典型性及普遍性。表 1 中所列的 9 种主要 ZL50 型装载机基本上都是这样的系统。各个不同企 业的产品也有一些小的差别主要差别有 2 点:(1)泵的排量稍有不同;(2)柳工的双作用安全阀在分配阀的 外边,与分栩阀为分体式。而厦工、龙和徐装在分配阀的外边,与分配阀为分体式。而厦工、龙工和徐装等的 双作用安全阀在分配阀内部,与分配阀为一整体。图 10b 为该工作液压系统原理图。

工作液压系统目前已开始普遍采用先导工作液压系统。国产的第二代产品,比如柳工的 ZL50C 型、成工的 ZL50B 型早已采用了先导工作液压系统。由于先导阀及与先导阀相匹配的分配阀国内配套一直不成熟,少量装 机采购 CAT 件,由于价格昂贵,只能用于少量进口机型上,国内市场无法推广。最近几年来,由于国内配套企 业消化研制引进 CAT 技术成功,价格合适,因此已开始批量推向市场。常林的 ZLM50E-3 型已大部分装配先导工 作液压系统,柳工、徐装、山工、成工等相应产品也批量装配先导工作液压系统。特别是柳工、徐装等企业的 第三代 ZL50 型产品,基本上以先导工作液压系统为主。先导操纵可实现单杆操纵,且手柄操纵力及行程比机械 式操纵小得多,大大降低了驾驶员的劳动强度,大大增加了操纵舒适性,从而也就大大提高了作业效率。图 11 以柳工 ZL50G 型先导工作液压系统为例,展示了该系统的基本组成情况。图 12 为该系统的原理图。系统中有个
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组合阀,它是由压力选择和溢流阀组合而成的一个整体阀。主要是通过该阀供给先导阀及转向器的所需的先导 压力油。图中供转向器的为 4.0Mpa ,供先导阀的为 3.5Mpa。还有一路由动臂缸大腔通至压力选择阀。当发动 机熄火后,可操纵先导阀利用动臂缸大腔的压力油来使在任意位置的铲斗下降到地面。

图中组合阀的进油由充油阀的 N 口来, 这是柳工 ZL50G 型该系统设置有供全液压制动用的充油阀。 如果系 统中没有充油阀,组合阀的进油可直接由先导泵提供。

CAT950G 型、小松 WA380-3 型也是采用的先导工作液压泵,但他们现在已采用电液比例先导阀,便于实现 更为先进的微电脑集成控制。

图1

图 1 为我国目前最具代表性的第二代 ZL50 型轮式装载机的总体结构图。它主要由柴油机系统 1、传统系统 2、防滚翻及落物保护装置 3、驾驶室 4、空调系统 5、转向系统 6、液压系统 7、车架 8、工作装置 9、制动系 统 10、电气仪表系统 11、复盖件 12、操纵系统 13 等 13 个部分及系统组成。

空调系统及防滚翻与落物保护装置是第一代没有的,是第二产品新增加的,主要是增加安全舒适性。其它 部件如转向系统、制动系统、驾驶室、工作装置、车架等也有重大变化,在第一代的基础上采用了十多项先进 技术及选进结构。因此,第二代与第一代相比在可靠性、安全舒适性、作业效率等都有相当大的提高,同时外 观造型也美观得多。

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传动系统

图2

图 2 所示,为我国当前典型的轮式装载机的传动系统。该系统由变速器(也叫变矩器变速箱总成)3、驱动 桥 8、传动轴 5 等组成。

(1)变速器 变速器 2 由液力变矩器 3 及变速箱 4 两部分组成。图示变矩器的一端与柴油机 1、另一端与变速箱 4 直接 相连这样结构紧凑、连接可靠,是目前国内外轮式装载机用得最多、最普遍的一种连接方式。其它还有变速器 为一整体与柴油机分置,或变矩器与柴油机直接相连而与变速箱分置,之间用传动轴连接。目前山工的 ZL50D 型、常林的 ZLM50E 型就是变矩器包括分动箱直接与柴油机相连,与变速箱分置,用传动轴相连的结构型式。

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图3

图 3 有柳工 ZL50C 型变速器结构图。 该变速器为双涡轮液力变矩器加行星式动力换挡变速箱组成。 该变速 箱有一个前进、一个后退两个行星排,加上一个直接挡(II 挡),共两前进、一后退三个挡。结构简单、挡位 少,完全实现了单杆操纵。变矩器有两个涡轮,二涡轮直接传给变速箱输入轴(齿轮),为各挡轻载变速状态。 一涡轮是通过超越离合器才传给变速箱输入轴,当各相应挡扭矩加大,速度降低到超越离合器结合时,两个涡 轮同时参加工作,为相应挡的低速大扭矩状态,这一切都是由超越离合器通过速度的高低自动实现的。实际上 该变速器有 4 个前进挡,2 个后退挡,因每个挡都有一个高低速自动换挡。因此该变速器这方面显示出了它的 优点,比普通多挡多杆操纵的变速器操纵性能要好。但它也有一个很主要的缺点,双涡轮变矩器比简单三元件 变矩器效率低,功率损失大。目前这种定轴式变速箱还未采用电子技术,因此都为普通的多杆操纵。CAT950B 型、小松的 WA380-3 型均为四进四退变速器,单杆电液换挡或电脑集成控制。变矩器均为三元件简单式,变速

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箱 CAT 为多排行星式,小松为定轴式。

目前第三代产品,比如柳工的 ZL50G 型,采用“ZF”公司生产的由三元件变矩器与四挡前进三挡后退的定 轴式变速箱组成的变速器。三元件变矩器效率高,采用微电脑半自动控制的单手柄电液换挡,且作业时增设了 I、II 挡快速切换按钮(KD 按钮)。每个作业循环只需前后拨动一次手柄及按一次 KD 按钮,简便、快捷、操纵 舒适省力,从而大大提高了作业效率。该产品选进就在于它的变速操纵系统。

(2)驱动桥

驱动桥 8 由前桥 10、后桥 9 组成(图 2)。由于装载机需要大的牵引力,因此现代轮式装载机前后桥均为 驱动桥。前桥直接固定在前车架上,后桥为摆动桥,通过副车架与后车架相连。现代轮式装载机基本上都采用 铰接式转向,因此前后驱动桥除主传动螺旋锥齿轮中的旋向不同外,其它件全部通用。第三代出现了后桥中心 摆动式,不再用副车架,而用摆动架与后车架相连,出现了后桥壳体与主传动托架和前桥不通用、其余件仍然 与前桥完全通用。

我国目前轮式装载机的驱动桥基本上都是采用整体桥壳,全浮式半轴,具有主传动及轮边两级减速的驱动 桥。主传动一般都采用一级螺旋锥齿轮减速,轮边一般都采用行星式轮边减速。

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图4

图 4 为柳工 ZL50C 驱动桥,其结构具有普遍代表性。前面表 1 中所列的国内 8 个产品的驱动桥全都是这种 结构型式。

目前第三代 ZL50 型轮式装载机驱动桥出现了带内藏湿式多片式制去路器械及防滑差速器的驱动桥, 改善了 制动性能和恶劣作业条件下的通过性能及作业性能,柳工第三代产品 ZL50G 型所用的“ZF”AP400 驱动桥就是 这种驱动桥。“ZF”AP400 型驱动桥壳为整体式,内藏湿式多片式制动器在桥内部轮边减速器的内侧。还有一 种桥壳为三节式,轮边减速器及内藏湿式多片式制动器都集中在桥的中部,紧靠主传动的两边。这种结构性能 好,但制造难度较大,CAT 的 950B 型,小松的 WA380-3 型驱动桥都是这样的结构。还有一种与“ZF”的 AP400 型驱动桥差不多,惟一不同的是内藏湿式多片式制动器在轮边减速器的外侧,这种结构不大好,并不多见。

(3)传动轴

传动轴基本上由汽车传动轴演变而来。 我国第一代 ZL50 型六载机传动轴基本上由“解放牌”、 “东风牌” 汽车传动轴改装而成。目前仍有很大一部分 ZL50 型轮式装载机,包括厦工、龙工的 ZL50C-II 等都仍然用“东 风牌”改装的传动轴。以柳工 ZL50C 型为首的第二代产品,由于力量加大,扭矩加大,这种传动轴可靠性很不 适应,改用由重型汽车传动轴经专门设计为轮式装载机专用传动轴,承载能力比“东风”、“解放”传动轴高 一倍以上,可靠性大大提高,除柳工 ZL50C 型以外,已较为普遍地应用在第二代甚至第三代 ZL50 型轮式装载机 产品上。

装载机的结构原理-转向系统

目前我国轮式装载机已普遍采用全液压转向系统。ZL50 型轮式装载机由于重量较大,为使操纵轻便,一般 都采用全液压流量放大转向系统。柳工 ZL50C 型用的全液压流量放大转向系统是全行业使用这一系统最早也最 成功的。

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图5

图 5 为柳工 ZL50C 型流量放大转向系统结构示意图。操纵方向盘 6,打开全液压转向器 3,通过全液压转向 器的先导、 小流量去操纵流量放大阀 2 的阀杆左右移动, 使转向泵 8 的大流量通过流量放大阀进入左右转向缸, 使装载机完成左右转向,这就叫流量放大转向。驾驶员操纵一个排量很小只有 125ml 的全液压转向器,因此操 纵力很小,转向十分轻便灵活,且安全可靠。进入转向器的先导油来自流量放大阀进油道,通过减压阀 7 减压 后进入转向器 3。这样省掉了一个先导油泵。使结构简化,且降低了成本。

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图6

图 6 为该转向系统的原理图。该系统还增设了液压油散热器,使系统油温下降了 10 度,对系统元件及密封 件大有好处。

未出现全液压向以前, 我国第一代 ZL50 型装载机全都采用螺杆螺母循环球式直接带动转向阀的机械式转向 系统,并设有带随动杆的机械反馈。该系统与全液压转向系统相比,转向力及油压压力损失都较大,且可靠性 也相对差一些。因此目前已基本上被全液压转向所取代,前面表 1 中所谈到的 8 个主要 ZL50 型产品中,全都采 了全液压转向系统。但这 8 个全液压转向系统又分几种不同的情况。成工的 ZL50B 型与柳工的 ZL50C 型全液压 流量放大转向系统相同。厦工、龙工的 ZL50C-II 型采用了优先流量放大转向系统,厦工的增加了卸荷阀,可减 少泵的排量及降低系统油压的压力损。

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图7

图 7 为厦工 ZL50C-II 型机械转向系统原理图。 其它几家如徐装的 ZL50E 型、 山工的 ZL50D 型、 常林的 ZLM50E 型等均采了普通全液压转向系统, 直接用 1000 排量的大排量转向器转向, 转向泵采用 63 或 80 排量的 CBG 型齿 轮泵,使转向流量稳定,在泵与转向器之间装有 FLD-60H 型单稳阀。

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图8

图 8 为该转向系统的原理图。

用大排量转向器的普通全液压转向系统,比螺杆螺母循环球式性能要好,但转向器体积大,仍然不如带流 量放大阀的系统优越,因此目前已逐步被淘汰。出现了一种新的同轴流量放大转向系统。用小排量全液压转向 器,经过特殊改进设计,可起到放大器的作用。这种系统既起到全液压流量放大系统的作用,又减少了一个流 量放大阀,性能优越,结构简单,成本低。目前因同轴流量放大器还存在一些有待解决的问题,因此还未广泛 采用。但从发展方向看,今后这种同轴流量放大转向系统(可带可不带优先系统)有可能取代其它的全液压转 向系统。

CAT950G 型装载机为变量全液压负荷传感转向液压系统,该系统技术先进,是一个节能型转向液压系统。 国内目前因负荷传感液压元件还未广泛推向市场, 因此负荷传感转向液压系统还未实性地应用。 小松的 WA380-3 型机转向系统为全液压优先流量放大转向系统。

工作液压系统目前已开始普遍采用先导工作液压系统。国产的第二代产品,比如柳工的 ZL50C 型、成工的 ZL50B 型早已采用了先导工作液压系统。由于先导阀及与先导阀相匹配的分配阀国内配套一直不成熟,少量装机采购 CAT 件,由于价格昂贵,只能用于少量进口机型上,国内市场无法推广。最近几年来,由于国内配套企业消化研 制引进 CAT 技术成功,价格合适,因此已开始批量推向市场。常林的 ZLM50E-3 型已大部分装配先导工作液压系 统,柳工、徐装、山工、成工等相应产品也批量装配先导工作液压系统。特别是柳工、徐装等企业的第三代 ZL50 型产品, 基本上以先导工作液压系统为主。 先导操纵可实现单杆操纵, 且手柄操纵力及行程比机械式操纵小得多, 大大降低了驾驶员的劳动强度,大大增加了操纵舒适性,从而也就大大提高了作业效率。图 11 以柳工 ZL50G 型 先导工作液压系统为例,展示了该系统的基本组成情况。图 12 为该系统的原理图。系统中有个组合阀,它是由 压力选择和溢流阀组合而成的一个整体阀。 主要是通过该阀供给先导阀及转向器的所需的先导压力油。 图中供转 向器的为 4.0Mpa ,供先导阀的为 3.5Mpa。还有一路由动臂缸大腔通至压力选择阀。当发动机熄火后,可操纵先 导阀利用动臂缸大腔的压力油来使在任意位置的铲斗下降到地面。

图中组合阀的进油由充油阀的 N 口来, 这是柳工 ZL50G 型该系统设置有供全液压制动用的充油阀。 如果系统 中没有充油阀,组合阀的进油可直接由先导泵提供。

CAT950G 型、小松 WA380-3 型也是采用的先导工作液压泵,但他们现在已采用电液比例先导阀,便于实现更 为先进的微电脑集成控制。

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