1、起重运输机械 2010 ( 9)参考文献 1 高镇同 ， 熊峻江 . 疲劳可靠性 M . 北京 : 航空航天大学出版社 ， 2000. 2 胡宗武 ， 阎以诵 . 起重机动力学 M . 北京 : 机械工业出版社 ， 1988. 3 王国军 ， 胡仁喜 ， 陈欣 ， 等 . nsoft 疲劳分析理论与应用实例指导教程 M . 北京 : 机械工业出版社 ， 2007. 3 霍立兴 . 焊接结构的断裂行为及评定 M . 北京 : 机械工业出版社 ， 2000. 5 GB/T 38112008 起重机设计规范 S .作 者 : 梁景成地 址 : 河南郑州市京广北路 9 号郑州铁路局装卸机械厂邮 编 :
2、 450052收稿日期 : 2009 11 23履带搬运车传动系统设计与匹配师永强1穆希辉2杜峰坡2来 升11 军械工程学院 石家庄 050003 2 总装备部军械技术研究所 石家庄 050003摘 要 : 根据整车爬坡 、最低车速 、最高车速等性能指标 ， 对发动机与变速箱进行匹配设计 。通过动力性能分析 ， 得到了最大爬坡度 、最高车速等指标 ， 满足设计要求 ， 其对该传动系统的进一步研究具有指导意义 。关键词 : 履带搬运车 ; 传动系统 ; 动力性 ; 设计中图分类号 : TH241 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 0785 ( 2010) 09 0016 03Abstr
3、act: In this paper， matching design is conducted to the engine and gear box in accordance with the performanceindexes such as vehicle grade ability， minimum speed， maximum speed and so on. Through the dynamic property analysis，indexes such as the maximum grade ability， maximum speed and so on are ob
4、tained which meet the design requirements，and it is instructive to the further study on this transmission system.Keywords: crawler carrier; transmission system; dynamic property; design小型履带搬运车 ( 以下简称 “履带搬运车 ”)主要解决山地 、丛林 、沙漠等野外各种复杂地形环境物资装卸搬运问题 ， 是一种对托盘 、集装化单元 、非集装化单元 、器材箱等物资进行短途装卸搬运的作业机械 。目前国外的一些搬运车制
5、造商 ， 如英国的 TCP、新西兰的 MGG、德国的瓦克 、美国的盖尔等公司都相继制造了履带搬运车辆 ，并已系列化 ， 但车速均小于 4 km/h， 不能适应野外复杂路况的高效机动作业和高低温环境 ， 而国内尚无相关产品 。为提高履带搬运车野外行驶机动性和作业高效性 ， 本文对履带搬运车传动系统进行匹配设计 。1 传动系统设计构思与方案由于履带搬运车要实现在各种复杂环境自如前进 、后退 、转向 、跨越障碍物 、高速行驶 、低速叉装货物 。因此 ， 其传动系统总体方案设计的好坏直接决定设计的成败 。本文所研究履带搬运车的作业能力与基本性能指标如下 : 重量 500 kg，最大运输荷载 1 000
6、 kg， 长 宽 高 1 600 mm 1 000 mm 1 200 mm， 满载最大行驶速度 10 km/h，满载爬坡最低速度 3 km/h， 满载最大爬坡能力30。传动系统的设计关键点 :( 1) 该车用于野外复杂环境作业 ， 故要求其传动系统具有良好的操纵性 ;( 2) 为保证其在山地 、丛林 、沙漠等野外各种复杂地形环境和高低温环境行驶作业性能 ， 要求其具有高可靠性 ;( 3) 自重较小 ， 承载能力较高 ， 要求传动系统具有高功率密度 。考虑以上要求 ， 传动系统采用动力装置后置 、发动机横置 ， 该布置方案可有效降低底盘高度 ，减小车身长度 ， 有利于作业稳定性和行驶的机动性 。
7、变速机构采用电子控制机械式自动变速器 。传动系统结构简图如图 1 所示 。皮带主动轮61起重运输机械 2010 ( 9)与发动机曲轴连接 ， 从动轮通过传动轴与齿轮变速箱相连 ， 变速箱输出轴通过轮边减速器与履带驱动轮连接 。具体动力传递路线 : 发动机曲轴 皮带主动轮 皮带 皮带从动轮 变速箱 轮边减速器 履带驱动轮 1。通过皮带张紧机构控制皮带张紧 ， 从而控制动力的输出 ; 通过增设轮边减速器 ， 增大输出扭矩 ， 提高整车的爬坡能力 。图 1 传动系统简图1. 发动机 2. 皮带传动 3. 变速箱 4. 转向机构5. 轮边减速器 6. 履带驱动轮2 传动系统设计 2 42. 1 发动机
8、选择目前对于内燃车辆的行驶功率计算 ， 尚无统一完善的方法 ， 通常是综合考虑低速挡的最大爬坡度及高速挡的最大行驶速度来计算车辆行驶时内燃机的最大功率 。当履带搬运车的驱动力等于地面的行驶阻力 ，履带搬运车匀速行驶 。履带搬运车水平路面上最高车速行驶时的发动机功率Pe=mgfvmax3 600T( 1)式中 m履带总质量 ， kgvmax最高车速 ， km/hf滚动阻力系数T传动效率爬坡时发动机的功率Pe=mg( fcos + sin) vmin3 600T( 2)式中 vmin最低车速 ， km/h坡道角度 ，( )分析 2 种工况 ， 由于履带搬运车的最大行驶速度较低 ， 在水平硬路面上的
9、行驶功率并非行驶所需的最大功率 ， 爬坡时所需的功率更大 。为保证履带搬运车的最大爬坡度 ， 取发动机的功率Pe=11 kW。查询柴油机参数 ， 选用 11 kW 的双缸风冷立式柴油机 ， 其外特性曲线如图 2 所示 。图 2 柴油机外特性曲线2. 2 传动比的确定初选驱动轮工作半径 rd， 则传动系统的最小传动比和最大传动比分别为imin=0. 377nerdvmax( 3)imax=0. 377nerdvmin( 4)式中 ne额定转速 ， r/minrd驱动轮动力半径 ， m将减速器的总传动比分配给各减速传动部分 ， 即i1i2i3in= iqib1ib2ib3ibn ih( 5)式中
10、， ib1， ib2， ib3， ， ibn为各挡的变速传动比 ，iq为前传动比 ， ih为后传动比 。通常先确定高速运输挡的变速箱传动比 ， 以求得前 、后传动比 。在有直接挡的变速箱中 ， 可取 ibn=1; 在无直接挡的结构中 ， 通常最高挡为超速挡 ， 一般 ibn= 0. 6 0. 8， 此处选择变速箱的高速挡为直接挡 。在分配 iq和 ih时 ， 力求使 ih iq， 以提高前传动转速 ， 降低传动机构的转矩 ， 从而减小传动系统的体积和质量 ， 减小操纵力 。在具体分配时 ，按后传动的布置草图 ， 先确定 ih。所选的 ih值 ，应确保轮边减速器被壳体和履带所包络 ， 履带底盘有
11、合适的轨距和轮距 。为满足履带搬运车的总体设计要求 ， 取前传动比 iq=1. 5， 轮边减速器传动比 ih=8。变速箱挡位数直接影响车辆的动力性和燃油经济性 。挡位多 ， 则发动机经常工作在最大功率71起重运输机械 2010 ( 9)附近 ， 且发动机转速变化小 ， 发动机的平均功率高 ， 可提高车辆的动力性 ， 也增加了发动机在低油耗区间内工作的可能性 ， 从而提高车辆的燃油经济性 。对于履带搬运车 ， 由于车速不高 ， 且变速箱最低挡传动比不会过大 ， 故选用 3 挡变速 。为保证发动机的功率得到最大发挥 ， 变速箱的传动比按等比级数分配 。为避免换挡困难 ， 机械传动各挡比值一般为 1
12、. 4 1. 8， 不宜超过 2。求得各前进挡传动比分别为 3. 3、1. 82、1， 倒挡传动比为 4。对于变速箱各挡传动比的分配 ， 应考虑以下因素 :( 1) 所得车速应适合履带车不同作业要求 ，并使传动系统发挥较高的生产率 ;( 2) 在作业中能够使发动机具有较高的效率和燃油经济性 。3 牵引特性分析 5根据上述传动系统参数的设计 ， 按照下列各式计算履带搬运车的牵引特性 。在水平路面的行驶阻力Ff= mgf ( 6)爬坡行驶时的行驶阻力Ff= mgsin + mgfcos ( 7)行驶速度图 3 履带搬运车牵引特性曲线ua=0. 377nrdi( 8)牵引力F =Tird ( 9)爬
13、坡度i = sintan =Ft FfG( 10)根据以上公式可得到履带搬运车的驱动力 行驶阻力平衡图 ( 见图 3) 和爬坡度图 ( 见图 4) 。由图 3 知 ， 该车的最高车速为 10. 5 km/h; 由图 4知 ， 该车的最大爬坡度为 63%， 此时的车速为 2. 8km/h。以上指标均满足设计要求 。图 4 履带搬运车的爬坡度4 结论履带搬运车动力参数设计包括确定变速箱的最大 、最小传动比和前后传动机构的传动比 ， 他们是决定履带搬运车动力性能优劣的关键因素 。本文根据发动机的外特性和履带搬运车的性能指标要求 ， 对履带搬运车的动力性进行了分析 ， 给出了履带搬运车的牵引特性曲线及
14、爬坡度曲线 ，得出设计结果满足履带搬运车的性能指标 。该分析结果对进一步的研究工作具有一定的指导意义 。参考文献 1 肖强 ， 朱才朝 ， 田佳佳 ， 等 . 雪地车动力传动系统设计与匹配 J . 机械设计与研究 ， 2008 ( 5) : 100 102. 2 严清东 . 坦克构造与设计 M . 北京 : 北京理工大学出版社 ， 2007. 3 陈幕忱 . 装卸搬运车辆 M . 北京 : 人民交通出版社 ， 1999. 4 郁录平 . 工程机械地盘设计 M . 北京 : 人民交通出版社 ， 2004. 5 余 志 生 . 汽 车 理 论 M . 北 京 : 机 械 工 业 出 版社 ， 2006.作 者 : 师永强地 址 : 河北省石家庄市北新街 169 号储供室邮 编 : 050003收稿日期 : 2010 04 2381
