装载机的结构原理.docx

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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坳系统，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。

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。

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。

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。

图4

图4为柳工ZL50C驱动桥，其结构具有普遍代表性。

前面中所列的国内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。

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。

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。

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。

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。