典型工程机械-平地机介绍

第二章平地机第一节概述一、用途：自行式平地机是一种多用途的铲土运输机械，主要用于土方工程中场地整形和平地作业。平地机的刮刀比推土机的铲刀使用更灵活，能连续改变刮刀的平面角和倾斜角，并可使刮刀向任意一侧伸出，因此平地机是一种多用途的连续作业式土方机械。平地机工作装置操纵控制灵活，通过改变平地铲刀的作业方位或更换工作装置可方便地进行开挖边沟、回填、修边披、推松土、除雪、松土等作业，对级配要求不高的路面基层稳定土也可用平地机来拌和。因此，平地机用途十分广泛，是路基路面施工不可缺少的作业机械。平地机用于土方施工，虽然其克服负荷的能力较低，但其作业精度高，完成的工作面平整。平地机在作业过程中，作业行驶速度较高，空行程时间只占作业时间的15％左右，有效作业时间明显高于装载机和推土机，是一种高效率的土方施工作业机械。二、分类：现代平地机整体结构较为统一，多采用液力机械式传动系统和液压操纵系统，其行走机构均为轮胎式；但也存在结构上的一些差异，主要表现在以下几个方面。1、按车轮数、驱动轮对数和转向轮对数分类，可分为以下几种：车轮对数×驱动轮对数×转向轮对数①3×2×1型，前轮转向，中后轮驱动；②3×3×1型，前轮转向，全轮驱动；③3×3×3型，全轮转向，全轮驱动；④2×1×1型，前轮转向，后轮驱动；⑤2×2×2型，全轮转向，全轮驱动。其中：①②③为六轮平地机，④⑤为四轮平地机。2．按机架形式分类按机架形式分为：①整体机架式。整体式机架是一个弓形的焊接机构，刚性较好，但机械的转向半径较大。②铰接机架式。铰接式机架不仅转向半径较小，便于在窄小地段施工，且由于工作装置可随前机架一起转动，其作业适应范围更宽。当平地机在斜坡上作业时，可操纵前轮在斜坡上行驶，而后轮和机身则在平坦的地面上行进，提高了机械的稳定性。三、平地机的型号：平地机最重要的参数有三个：功率、机重和刮刀长度，通过这三个参数能反映平地机的级别。我国是以发动机的功率作为平地机的型号标志：PY180—P表示平地机，Y表示液压操纵方式，180表示发动机功率为180马力。四、发展概况：美国是最早生产平地机的国家，其平地机的产量居世界首位。美国卡特皮勒、德莱赛、约翰迪尔等公司生产的平地机制造技术先进，其技术性能具有世界先进水平。日本小松制作所和三菱重工也是世界著名的平地机生产企业，其电子技术应用领先世界水平。小松平地机品种齐全，其中GD825A—1型超重型平地机采用最先进的电子监控系统和负荷传感液控新技术，性能先进，在世界市场上具有很强的竞争力。在欧洲，生产平地机的主要厂家有德国的O&K、Gehl和意大利的菲亚特—阿里斯（Fiat—allis）等制造公司。我国生产平地机的历史较短。天津工程机械厂是我国最早生产平地机的专业厂家，该厂具有先进的设计和制造工艺水平，产品不断更新，近年又引进德国FAUN公司平地机的制造技术，形成了新的PY系列产品。第二节平地机结构分析一、总体构造：平地机主要由发动机、传动系统、行走装置、机架、工作装置、转向和制动系统以及液压控制系统组成。传动系统一般由主离合器、液力变矩器、变速箱、后桥传动、平衡箱串联传动装置等组成，其布置情形如下图：行走装置有后轮驱动型和全轮驱动型。当全轮驱动时，前轮的驱动力可由变速箱输出通过多级带万向节的传动轴传至前桥，或采用液压传动方式将动力传至前桥。工作装置分为主要工作装置和附加工作装置。主要工作装置是刮刀。多数平地机在平地机尾部安装松土器，而在机器前面安装推土铲，用来配合刮刀作业。松土器和推土铲均属平地机的附加工作装置。二、传动系1、平地机发动机到变速箱之间的传动主要有以下几种型式：1）发动机→主离合器→机械换挡变速箱这是一种传统的传动方案。由于它具有结构简单、制造方便的特点，很多平地机，尤其在中小型平地机上现仍采用这种传动方案，甚至世界上最主要的平地机生产厂家，如日本小松公司、意大利的菲亚特·阿里斯公司，在他们生产的小型平地机GD200A—1、GD300A—1、GD600R—1型平地机上(功率分别为48KW、56KW、108KW)和F65A(49kw)上仍然采用这种传动方案。2）发动机—液力变矩器—主离合器—机械换挡变速箱这种传动型式由于增加了液力变矩器．变速箱挡位可适当减少，便于司机集中精力操纵工作装置。因为仍然采用机械换挡式变速箱，所以传动系统仍需设置主离合器。国产PYl60A型平地机就是这种传动型式。3）发动机—动力换挡变速箱变速箱多为行星齿轮式，由发动机直接驱动．它通过液压操纵控制多个换挡离合器，换挡时无冲击，操作简单、迅速。因此，目前世界上许多厂家生产的平地机采用这种型式的传动系。例如美国卡特彼勒公司的G系列平地机，日本小松公司的GD505A—2型、GD505A—3型，加拿大柴皮恩公司的710型、710A型，720型、720A型等。由于动力换挡变速箱结构复杂、制造要求高，同时还需要一套液压操纵系统配合，因此制造成本比较高。4）发动机—液力变矩器—动力换挡变速箱这种传动型式是在前一种型式的基础上增加了液力变矩器，更进一步改善了机械的作业性能。目前国内外各主要生产厂家，在较大功率的平地机上均采用这种传动型式，PYl80型平地机的传动系属于此种。5）发动机—液压泵—液压马达—变速箱这种传动方式即静液传动。由变量泵和定量马达组成一闭式回路，通过改变泵的斜盘倾角来改变泵的流量。静液传动可以使机械的操纵性能更进一步提高，可以在很大速度范围内实现无级变速。静液传动不同于液力传动，它可以在整个速度范围内保持比较恒定的传动效率，而液力变矩器只是在一定的速比范围内有较高效率值。此外，这种传动型式的结构大为简化。其主要缺点是总的传动效率比前几种传动型式低。因此，在功率大的情况下这一缺点就越发明显。目前这种传动型式仅用于个别的小型平地机上。PYl80型平地机传动系统属于液力机械传动，采用国产水冷式增压柴油机作动力，扭矩适应系数大，载荷适应性强。传动系统由三元件液力变矩器、定轴式动力换挡变速箱、驱动桥及其摆动式平衡传动箱等主要传动装置组成，集中布置在平地机的后机架上，结构十分紧凑。2、PYl80型平地机传动系统动力传递路线：发动机输出的动力经液力变矩器，进入动力换挡变速箱，然后从变速箱输出轴输出，经万向节传动轴输入驱动桥的中央传动，左右半轴分别与左右行星减速装置的太阳轮相连，动力由齿圈输出，然后输入左右平衡箱轮边减速装置，通过重型滚子链轮减速增扭，再经车轮轴驱动左右驱动轮。驱动轮可随地面起伏迫使左右平衡箱做上下摆动，均衡前后驱动轮的载荷，提高平地机的附着牵引性能。液力变矩器与动力换档变速箱液力变矩器为单级单相变矩器，具有一定的正透性。变矩器泵轮通过弹性盘(非金属材料)与发动机飞轮直接相连，涡轮轴为定轴式动力换挡变速箱的输入轴。变速箱为定轴式动力换挡变速箱，具有6个前进挡和3个倒退挡。变速箱的传动方案如下图所示。该变速箱由主、副变速箱组成。副变速箱前置，含有两个前进挡，一个倒退挡；主变速箱后置，是一个含有高、中、低三个挡位的变速组，组合后可分别获得6个前进挡和3个倒退挡。接合一个挡位，需要接合两个换挡离合器(主、副变速箱各接合一个)。采用这种三自由度多离合器主副变速箱串联的传动方案，具有换挡离合器个数较少、挡位数较多的优点，同时结构较简单，操纵也较方便。3、后桥与平衡箱对于小型四轮平地机，与一般的自行式机械一样，所有车轮都能良好地附着于地面。对于六轮平地机，如果三对车轮各通过车桥连接机架，则可能因道路不平而使有的轮悬空，这将导致车轮承受过大的载荷和降低牵引性能。实际应用中，一般采用一个后桥与机架固定，两对后驱动轮通过平衡箱实现串联同步传动，两对驱动轮与平衡箱一起可绕后桥摆动。这种结构形式已比较成熟，各生产厂家一直沿用至今。1）后桥传动形式①主传动为两级齿轮减速(一对螺旋锥齿轮，一对圆柱齿轮)，不设差速器，这是一种结构较为简单的传动形式。不设差速器优点是当一侧车轮出现打滑现象时，另一侧车轮仍有驱动力；缺点是转弯阻力大，轮胎容易磨损。PY160A型平地机采用这种形式的后桥，这种传动形式过去采用较多，但目前已不多见。②主传动为两级齿轮减速(一对螺旋锥齿轮和一对圆柱齿轮)，使用差速器(带差速锁的差速器)。采用这种传动形式的平地机较为普遍。作业时，为了防止一侧车轮打滑，将差速锁锁住；转弯时或在公路上正常行驶时将锁打开。③后桥主传动十桥边行星减速传动。主传动一般为一级圆柱齿轮加一级螺旋锥齿轮(带差速器)传动，或只有一级圆锥齿轮(带差速器)传动。例如，卡特皮勒、约翰·迪尔、德莱赛公司生产的平地机均为此种传动形式。后桥传动形式主要取决于对速比的要求。后桥主传动、桥边减速传动及平衡箱串联传动都可以实现减速传动，因此可以有多种传动组合来满足对速比的要求。2）差速器平地机上使用的差速器都有防止一侧车轮打滑的功能。①带刚性差速锁的差速器，如下图所示。②带非刚性差速锁的差速器：采用液压控制的湿式多片摩擦离合器作为差速锁，以控制差速器两侧半轴的锁定与脱开。③无滑转差速器。这种差速器也称为NO—spin差速器:3）后桥平衡箱串联传动为了提高行驶、牵引性能和作业性能，一般六轮平地机都在半轴之后采用一级平衡箱传动，即在后桥的每一侧由两个车轮前后布置的结构形式，但只用一个车桥。由平衡箱驱动每一侧前后布置的两个车轮。后桥半轴输出动力到平衡箱的主动轴，经传动比相同的串联传动装置分别传给中、后车轮轴，整个平衡箱连同中、后车轮可以绕半轴摆动。由于平衡箱结构有较好的摆动性，当平地机在不平的地面上行驶时，可以保证每侧的中、后轮始终同时着地，有效地保证了平地机的附着牵引性能。此外，平衡箱可大大提高平地机刮刀作业的平整性。4、前桥：PY180型平地机的前桥如下图所示，它由前桥横梁2、车轮轴5、转向节6、转向节销9、转向节支承4、梯形拉杆8、倾斜拉杆1等主要零部件组成。前桥横梁与前机架铰接，可绕前机架铰接轴上下摆动，用以提高前轮对地面的适应性。前桥为转向桥，左右车轮可通过转向油缸推动左右转向节偏转，实现平地机转向。与一般自行式机械不同的是，平地机前轮还可通过倾斜油缸和倾斜拉杆实现前轮左右倾斜。前轮倾斜有几个方面的作用：转向时，将前轮转向内侧倾斜，可进一步减小转向阻力，缩小转弯半径，从而提高平地机的机动灵活性；平地机在横披上作业时，倾斜前轮使之处于垂直状态，有利于提高前轮的附着力和平地机的作业稳定性；当平地机铲刀侧伸作业时，利用前轮向侧伸的相反方向倾斜，有利于平地机作业时保持直线行驶状态。5、转向装置平地机的转向方式有以下三种：1）前轮转向：单纯依靠前轮偏摆转向的平地机仍在生产和使用。在铰接式机架出现之前，这种转向形式比较普遍；但这种转向形式过于简单，转弯半径大，有时不能满足作业中的特殊需要，因此，这种转向方式目前已不多采用。2）全轮转向下图为四轮平地机全轮转向时的状态，它采用前轮和后轮分别偏摆转向的方式。全轮转向在操纵上有两种方式：一种是前轮和后轮分别操纵，前轮由方向盘操纵，后轮由液压换向阀操纵；另一种是通过方向盘操纵全液压转向器，在液压油路上装有分配阀，实现前后轮转向分配控制，分配阀是可调的，用一个扳动手柄控制。后轮转向结构复杂，转动角也不可能大。由于铰接式机架的出现，后轮转向已逐渐被铰接式机架转向所取代。3）前轮转向和铰接式机架转向前轮转向形式仍为偏转车轮，机架被分为前、后两部分，中间铰接，用液压油缸控制机架的偏摆角。为了防止在运输或高速行驶时出现意外事故，在铰接处还装有锁定杆，能将机架锁住，起安全保护作用。铰接式平地机有三种基本行走方式：直行、折腰转向行、折腰斜行，如下图所示：第三节平地机的工作装置平地机的工作装置分为主要工作装置（刮刀）和附属工作装置（耙土器、松土器、推土铲等）一、刮土工作装置：刮土工作装置是平地机的主要工作装置。其结构如下图所示：牵引架的前端是个球形铰，与车架前端铰接，因而牵引架可绕球铰在任意方向转动和摆动。回转圈支承在牵引架上，可在回转驱动装置的驱动下绕牵引架转动，从而带动刮刀回转。刮刀的背面有上下两条滑轨支撑在两侧角位器的滑槽上