(一)传动系统
1.机械传动系统
如图2-38为YL9/16型自行式轮胎压路机的总体结构示意图,其组成基本上与光面钢轮自行式压路机相似。
图2-38 YL9/16型自行式轮胎压路机的总体结构
YL9/16型轮胎压路机采用机械传动系统,其传动系统简图如图2-39所示。发动机3输出的动力经由主离合器4、变速器5、换向器7、差速器8、左右半轴和左右链轮等传递到驱动后轮。速度快、机动灵活,更便于工地之间的转移。
其离合器为一般的干式双片圆盘摩擦离合器,其构造与汽车上的相同。
图2-39 YL9/16型自行式轮胎压路机的传动系统
1—液压泵 2—气泵 3—发动机 4—主离合器 5—变速器 6—手制动器 7—换向器 8—差速器 9—差速锁止装置 10—驱动链轮 11—轮胎
图2-40 换向机构
1—主动锥齿轮 2—从动锥齿轮 3—圆柱齿轮 4—小齿形离合器 5—横轴
变速器为三轴式四档变速器,由手柄通过拨叉来换档,其构造除了没有倒档齿轮之外,基本上也与汽车变速器相似。
换向机构(图2-40)为锥齿轮传动,齿形离合器操纵,通过离合器的不同啮合来使动力换向传递。小螺旋主动锥齿轮1装在变速器的输出轴后端,它与横轴5上的两个大螺旋从动锥齿轮2常啮合,使它们在横轴的滚珠轴承上自由相互反向旋转。在横向轴中央通过花键装有一个可用拨叉拨移的圆柱齿轮3。与此圆柱齿轮两端面对应的从动锥齿轮的小端面上设有齿形离合器。因此,当圆柱齿轮被拨到与左或右锥齿轮接合时,动力就可经过它作正或反方向的向后传递。此时,横轴5也跟着转动。在横轴的外端上安装有起停机制动作用的手制动器。
差速器一般为行星锥齿轮式。
传动系中的最终传动不再是齿轮传动,而是两对链式传动装置,它们分别驱动左右两根后轮轴,带动两组后轮转动。
有些轮胎压路机,如XP261型压路机变速操纵系统采用电液控制,即动力换档变速器的变速机构是采用湿式离合器,用动力油控制离合器的接合脱离;换档盒采用电动控制手柄,换档操纵轻便灵活,手感舒适,大大减轻驾驶人员的劳动强度。
2.液力机械传动系统
一些轮胎压路机如我国自行设计的YL25型轮胎压路机就是采用液力传动形式。液力机械式传动轮胎压路机采用液力机械式传动系统的轮胎压路机,在发动机和传动系统之间装有液力变矩器,一般称为液力机械式传动。该传动系统由液力变矩器、动力换档变速器、传动轴,后桥和终传动等组成。
液力机械传动的自行式轮胎压路机具有如下优点:
由于前、后平顺换向和匀速运行保证了较高的碾压路面的质量;可减少变速器的档位数;在碾压过程中,当运行阻力变化时,可自动改变压路机的工作速度和牵引力;可简化压路机的操纵;发动机工况恒定等。
对液力传动自行式轮胎压路机,在此简要介绍一下其核心部件液力变矩器和动力换档变速器。
(1)液力变矩器 液力变矩器的结构如图2-41所示。单级液力变矩器通常由三个元件组成:泵轮、涡轮及与液力变矩器壳体相连的导轮。泵轮、涡轮和导轮组成一个封闭的环形空间,通常叫做循环圆,循环圆内充满了工作液体。
泵轮和发动机的曲轴相连,因此,发动机的机械能通过泵轮的转动转换成工作液体的动能。
图2-41 液力变矩器的结构
涡轮通过涡轮轴和变速器输入轴相连。从泵轮流出的工作液体高速地流入涡轮,推动涡轮转动,使工作液体的动能又转换成机械能,通过涡轮轴经变速器、传动轴、主传动轴、终传动轴,驱动车轮转动。
导轮和变矩器固定壳体相连,其作用是使涡轮上的力矩和泵轮上的力矩不等,以实现变矩、变速的目的。因此,从涡轮流出的工作液体经导轮变换液流方向后又流入泵轮。
由此可知,工作液体在变矩器内有两种运动:一是随工作轮(泵轮、涡轮)的转动(牵连运动);二是循环圆内沿工作轮叶片的循环运动(相对运动)。因此,液体在变矩器内的液体运动实际上是一种螺管运动。
(2)动力换档变速器 动力换档变速器是指与液力变矩器相连并在不切断动力下换档的变速器。有定轴传动和行星传动两种形式,由液压控制的制动器或离合器进行换档。
如图2-42所示的是定轴式动力变速器的传动简图,该变速器有三个前进档和三个倒退档,由五根轴、12个常啮合齿轮和五个换档离合器组成。换档离合器成对布置在壳体内,为简支梁结构,受力情况较好,但摩擦片更换、保养不太方便。变速器内的齿轮都空套在轴上,换档离合器的从动毂与齿轮相连,主动毂则与轴联接在一起。
图2-42 定轴式动力换档变速器的传动简图
在YL25型轮胎压路机上,动力换档变速器是定轴式的,具有三个前进档和一个倒档;Ⅰ档0~8km/h;Ⅱ档0~22km/h;倒档0~8km/h。由于液力变矩器具有无级自动变速作用,这样安排的档位能满足轮胎压路机在工作状态和行驶状态的要求。
如图2-43所示为行星式动力换档变速器的传动简图(四前四倒)。动力换档变速器的换档离合器均采用油压控制操纵变速阀的手柄,压力油将从不同通道流入换档离合器中,使离合器中的主、从动摩擦片接合或松开,达到换档的目的。
图2-43 行星式动力换档变速器的传动简图
液力传动自行式轮胎压路机传动系统中的其他机构以及整机的有关系统和装置与机械传动自行式轮胎压路机类同,在此不再赘述。
(二)行驶系统及工作装置
1.悬架装置
在轮胎压路机进行压实作业时,为保证压实效果,压路机的每个轮胎的负荷应该分配均匀,特别是在不平的铺层上,也能保持机架的水平和负荷的均匀,这就要求压路机应采用性能优良的特殊的轮胎悬架装置。
(1)轮胎压路机悬架装置的类型 常见轮胎压路机的悬架装置有如下几种类型:
1)前、后轮均采用具有垂直升降功能的液压悬架装置。
2)具有三点支承,前、后轮均可摆动的机械摇摆式悬架装置。
3)前轮采用有垂直升降功能的液压升降式悬架装置,后轮采用机械摇摆式悬架装置。
4)前轮机械摇摆,后轮液压升降。
5)前轮机械摇摆,后轮与车架刚性联接。
6)前、后轮均机械摆动垂直升降等。
例如采用三点支承并能使充气轮胎垂直运动的液压悬架装置,采用可使轮胎左右摆动和上下浮动的机械摇摆式悬架装置等。YL9/16型轮胎压路机采用后轮刚性联接和前轮机械摇摆的组合悬架方式,形成压路机三点支承,这种悬架装置虽然改善了前轮的荷载适应性,但无法平衡后驱动轮各轮胎的荷载。当进行沥青面层压实作业时,压路机不宜采用三点支承,前、后轮轴中的一根轴可以锁住,以保证获得平整的表面。
(2)轮胎压路机悬架装置的结构 压路机前轮具有液压升降悬架装置机构简图如图2-44所示。
图2-44 液压升降式轮胎悬架装置机构示意图
压路机具有四个前轮、五个后轮,前轮的四个升降液压缸与五个后轮中的中间车轮的升降液压缸油路相互联通。因此,当压路机进行压实作业时,每个轮胎都能随着地势的变化或升或降,可随时保持与铺层表面接触,每个轮胎的负荷能均匀地传递到铺层材料上,这将获得均匀的压实度。
如图2-45所示为机械摇摆式轮胎悬架装置机构简图。具有机械摇摆式轮胎悬架装置的轮胎压路机,作业时能保持机架的水平,但不能保持各充气轮胎具有均匀的负荷,所以压路机的性能不如采用液压升降式轮胎悬架装置的轮胎压路机。但这种轮胎悬架装置结构简单,性能稳定,很少出故障,维修保养方便,所以仍然获得了广泛应用。
图2-45 机械摇摆式轮胎悬架装置机构简图
前、后轮机械式摆动垂直升降悬架装置如图2-46、图2-47所示。具有前、后轮机械式摆动垂直升降的轮胎压路机,在最终压实阶段,例如最终压平沥青混凝土路面面层时,又要求各轮胎始终都处于同一平面上,使高起的地点所受的单位压力大些,从而压得平整。所以,如前述相似,在前、后轮上还应装有垂直升降锁止装置,使前、后轮被锁定而不能垂直升降。(www.daowen.com)
图2-46 前轮机械式摆动垂直升降悬架装置
图2-47 后轮机械式摆动垂直升降悬架装置
2.轮胎
轮胎压路机工作装置是充气轮胎。因此,它对充气轮胎及其集中充气系统提出了特殊要求。
轮胎压路机所采用的轮胎都是特制的宽基轮胎,具有独特的外形和性能。
轮胎的踏面宽度是普通轮胎的1.5倍左右,轮胎的踏面在自然状态下是平的,使充气轮胎对地面的压实力垂直向下,物料颗粒很少向侧向移动,增加了压实深度,提高了压实质量。
普通轮胎踏面与铺层的接触面呈椭圆形,接触面中心是高压力区,越靠近踏面边缘,压实力越低。
轮胎压路机专用宽基轮胎与铺层的接触呈矩形,在整个轮胎踏面的宽度范围内,都处于高压力区(图2-48)。
宽基轮胎压力分布均匀,从而保证了对沥青面层的压实不会出现裂纹等缺陷。
轮胎是由特殊配方的合成橡胶制成,用钢丝加强,具有很高的强度,能承受高负荷。同时还具有较高的耐磨性能、耐酸腐蚀和耐高温等特点。这种轮胎具有较长的使用寿命。
图2-48 普通轮胎与轮胎压路机专用轮胎的压力分布图
3.集中充气系统
为了使轮胎压路机性能优良,适用范围广,在大多数的轮胎压路机上都装有集中充气系统。
设有集中充气系统的轮胎压路机,驾驶员可以根据铺层状况和施工要求而随时改变轮胎的充气压力,使压路机处于最佳工作状态,以获得高效率和高质量的压实效果。
松软土和潮湿粘土的压实,选用较小的充气压力,但所选用的充气压力要与轮胎负荷相匹配。压路机通过后,轮辙深度不能超过2cm。随着压实次数的增加,压实度也相应增加。这时,驾驶员可以用提高轮胎充气压力的办法提高接触压力,直到获得满意的压实结果为止。
集中充气系统由空气压缩机、空气滤清装置、储气罐、控制阀、管路、气门和操纵系统(包括操纵阀、指示灯、压力表)等组成。空气压缩机必须有足够大的排量,储气罐也应有足够大的储气量,这样才能保证在尽可能短的时间内,完成轮胎的充气任务,轮胎上的旋转密封装置应能保证压路机工作和存放时的气密性。集中充气系统(装置)示意图如图2-49所示。
图2-49 集中充气系统(装置)示意图
在压路机上还装有轮胎气压调节装置,根据作业要求来调节改变轮胎所需的气压。
4.驱动轮
YL9/16型轮胎压路机的驱动轮总成如图2-50所示。后驱动轮由两部分组成,即分为左右两组。左边一组由三个轮子组成(图2-50a),右边一组由两个车轮组成(图2-50b),每个后驱动轮都通过平键紧固在轮轴上。具体说来,安装在左右两组后轮轴上的驱动轮,其装配关系是:首先轮胎装于轮辋上由轮辋支撑,其次轮辋与轮毂通过螺栓紧固联接,并通过轮毂借助平键与轮轴联接。
左边一组三个轮子的轮轴是由两根轮轴组成,其间靠联轴器联接在一起,右边两个车轮共用一根短轴,左、右后轮轴通过球面调心轴承安装在各自的门形架上,此门形架又通过轴承和上部的紧固螺栓安装在在整个机身机架的后下部,轮轴中间装有驱动链轮,驱动链条的松紧可用调整螺钉来调节。
图2-50 YL9/16型轮胎压路机的驱动轮总成
a)左后驱动轮 b)右后驱动轮
5.方向轮(从动轮)
YL9/16型轮胎压路机转向轮(从动轮)总成结构如图2-51所示。
图2-51 YL9/16型轮胎压路机转向轮总成
前面四个从动轮均为转向轮,或称方向轮,可以分成上下摇摆的两组,用圆锥滚子轴承安装在前轮轴上,两根轮轴又安装在同一框架上。框架与纵置的叉脚(转向叉)铰接,转向叉以其立轴和两个圆锥滚子轴承安装在机身的轴承壳体内。通过摆动轴铰装在前后框架上,再通过转向立轴、叉脚、轴承和转向立轴壳与机架联接。
在转向立轴的上端固装着转向臂,转向臂的另一端铰接转向液压缸的活塞杆端。由液压缸推动转向臂实现前轮偏转转向。左右两组轮胎在行进中可绕摆动销相对摇摆,这样,从动轮可随地形凹凸起伏而独立自由升降,改善了碾压轮对被压铺层的自适应性,避免出现虚压现象,提高了密实度、均匀性。两组轮胎绕各自摆动轴上下摆动的摆动量可由螺栓来调整。当不需要摆动时,可用销子将其销死。
6.车架
轮胎压路机的车架有整体和铰接式两种。整体式车架是一刚性整体,由钢板和型钢焊接组成;铰接式车架由前、后车架组成,中间用铰销相连。
(三)转向系统
轮胎压路机普遍采用偏转前轮的转向方式实现转向。为了使每个前轮在转向时无侧滑地滚动,保证所滚压路面的质量,每个前轮对压路机机体的偏转角应符合一定的关系。轮胎压路机的前轮个数是在3~5个之间,所以不能应用转向梯形结构。具有垂直升降液压悬架装置的前轮,由于每个车轮都可独立地自由升降,必须设计一套独特的转向机构,使每个车轮的偏转角符合一定关系。
为了解决这个问题,在有的轮胎压路机上设置有多轮格栅式转向机构(图2-52)。这种机构允许各个转向轮在转向时有不同的转向角,使处于内弯道的轮子比外弯道的转向半径为小,由内向外逐渐增大。具有机械摇摆悬架装置的前轮,每个车轮由框架联接在一起,转向机构与光面钢轮压路机类同。
图2-52 轮胎压路机多轮格栅式转向机构
轮胎压路机多采用全液压偏转前轮转向。如YL9/16型(图2-53)、徐州工程机械集团YL16C型、YL20C型轮胎压路机等。YL9/16型轮胎压路机其转向操纵系统采用整机架前轮偏转、摆线转子泵液压助力转向方式实现转向。其液压转向系统由转向盘转向器、转向液压泵、液压助力液压缸、助力器控制阀和转向臂等组成。液压助力装置具有随动功能,确保转向盘的转角与前轮偏转角相对应。
图2-53 YL9/16型轮胎压路机转向操纵系统
(四)制动系统
YL16型轮胎压路机的制动系统由脚制动(行车制动)和手制动(停车制动)两部分组成。制动操纵机构也可分为驻车制动和脚制动操纵两部分。
脚制动为气助力油压外涨蹄式制动器,适用于行车制动。YL16型轮胎压路机以及徐州工程机械集团YL16C型、YL20C型等轮胎压路机的行车制动器都是采用这种气压助力、液压制动方式。
行车制动蹄式制动器分别安装在后驱动轮的左、中、右三个驱动轮的轮辋内。
手制动采用双端带式制动器,供压路机停车制动用,安装在变速器的倒车轴末端。
(五)洒水装置
YL16型轮胎压路机洒水装置是供工作中前后轮洒水和增加配重之用,洒水装置如图2-54所示。由小汽油机、水泵、水箱、水管、三通阀和洒水管等组成。
图2-54 YL16型轮胎压路机洒水装置
在箱形结构的全部箱体内,包括后轮上方,发动机的两侧和底部都作为装水的水箱。水箱由风冷式小汽油机驱动的水泵自机外打入水,并可作为配重。水泵也可将水箱的水打出,经喷水管喷洒于轮子或向干燥的土上喷水。水的进出由三通阀来控制。另外,为增加轮胎压路机的质量,在其机架的下面装有的配重铁。
徐州工程机械集团YL16C型、YL20C型轮胎压路机的洒水装置的原理与上述基本相同,它备有水泵可进行大面积洒水和对轮胎表面压力喷水;前后轮均装有刮泥板,便于清除轮面粘附物,提高压实质量。
综上所述,轮胎压路机能增减配重和改变轮胎充气压力调节轮胎接地比压,对压实砂质土、混合土和粘质土都能获得良好的压实效果,并无假压现象。利用轮胎的揉压作用能获取致密的路面表层,尤其对高等级公路的沥青路面层的压实能获取其他压实机械无法达到的压实效果,适用于压实基建基础、路基、砂砾和各种路面,是道路建设、国防建设和水利建设等不可缺少的压实设备,有着广阔的应用前景。
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