小型履带车动力传动系统设计

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履带车主要解决在山地、沟壑、丛林、沙漠、滩涂、雪域等各种恶劣地形环境下实施短距离物资的搬运。具有动力足、环境适应能力强、小型化、高越野性、使用灵便等特点。该车的传动系统是将机械传动与液压传动相结合，而形成的-种新型动力传动系统。为提高履带车野外行驶机动性和作业高效陛，故展开履带车传动系统的匹配设计，使履带车获得高效的野外作业效率和较低的燃油消耗。

1 传动系统设计构思与方案由于要实现履带车在各种复杂环境中自如的前进、后退、转向、跨越障碍物、高速行驶、低速叉装货物。因此，其传动系统方案的总体设计的好坏直接决定履带车设计的成败。根据调研、需求分析，本文所研究履带搬运车的作业能力与基本性能指标如表 1所示。

表 1 履带车系能指标名称 参数质量/kg长、宽、高/ram最大运输荷载/kg满载最大行驶速度/(km/h)满载爬坡最低速度/(km/h)7502 000X 1 200x 1 4501 O0053满载最大爬坡能力/%连续行驶里程/km最大涉水深度/ram行走方式驾驶方式最大作业能力/kg45≥30≥ 300履带式步行式/站驾式1 000考虑以上要求，传动系统采用动力装置后置、发动机横置，此传动系统布置方案有利于传动系统的布置与空间合理利用，可有效降低底盘高度，减小车身长度，有利于其作业稳定性和行驶的机动性。

传动系统结构简图如图 1所示。该传动系统的工作原理是 ：当发动机启动后，动力通过皮带轮、输入轴组合输61-发动机；2-皮带传动；3-输入轴组合；4-液压无极双向调速机构 ；5-机械变速箱；6-驱动轮图1 传动系统简图作者简介：陈安成(1987-)，男，吉林集安人，硕士研究生，主要研究方向为动力传动系统匹配优化。

Machine Building够 Automation，Jun 2013，42(3)：11-J3· 机械制造 · 陈安成，等 ·小型履带车动力传动系统设计入液压无级双向调速机构，液压无级双向调速机构由主变量泵、补油泵、控制 阀、发动机 等组成，动力带动主变量泵轴转动，主变量泵输出高压油驱动发动机 ，发动机轴上的花键与机械变速箱的输入齿轮接合将动力传人机械变速箱，机械变速箱的变速齿轮与高、低档位齿轮啮合分别实现高、低档位，再将动力传给驱动轮。最后通过驱动轮上的轮齿和履带齿之 间的啮合完成对车辆的驱动 。

2 传动系统设计2.1 发动机选择内燃车辆的行驶功率计算 ，尚无统-完善 的计算方法♂合具体情况 ，本文考虑转向行驶、低速档的最大爬坡度及高速档的最大行驶速度，来计算车辆行驶时内燃机的最大功率。

1)高速档最大行驶速度时功率的计算公式如下：： (1)式中：m-履带总质量/kg；Vmax-最高车速 /(km/h)；- 滚动阻力系数，取 0.07；- 内摩擦阻力系数，取，20.06；叩 -传动系效率。

2)低速档最大爬坡度时功率计算公式如下 ：(2)式中： -最低行驶速/(km/h)；6-坡道角度。

3)转向行驶功率计算公式如下：Pmg(fl，2) (3)式中： 1.63～3.24；- 滚动阻力系数 ；取 O.07；，2-内摩擦阻力系数 ，取 0.06；- 车辆行驶速度。

经计算以上三种工况 ，查询柴油机参 数，选定-款14 kW的风冷式柴油机。

2.2 传动比的确定减速器传动比为 i：：0.377-ne-rd(4)max式中： -发动机额定转速/(r/rain)；- 驱动轮动力半径 /m；Vmax-最高行驶速/(km/h)。

选用的齿轮减速箱，其高速传动 比为 13.806 2，此时的车速l：0.377herd (5)经计算 ，车速 'Umaxl满足设计要求。

· 12 ·表 2 变速箱传动比2.3 HST的确定液压马达驱动力矩、排量、转速和变量泵 的最大输出功率是选择 HST的依据。

1)液压马达参数的计算液压马达的驱动力矩 必须满足车辆转 向时转 向阻力矩和最小转向半径的要求， 可按下式计算：2r - (6)u1Ij1llq式中：M -履带车需要克服的最大转向阻力矩；曰-履带宽度；- 驱动轮半径；，7，-机械变速箱传动效率；町f-履带驱动端效率 ；iq-驱动马达到机械变速箱的传动比；- 机械变速箱的传动比；由 可根据下式求得液压马达所需每转排量 q 。

98Mz qm -1.597-1mPm L，，式中，叼 -液压马达姗 .械奄虹萼 - 、。

P -系统压力；液压马达最高转速 n -般按下式计算 ：n ： -1 O00-Qvm (8)- 0gm式中：p-系统最大流量；叼 -液压马达容积效率。

2)变量泵的参数计算变量泵的最大输出功率 P -般按下式计算：P P Q (9)根据液压马达驱动力矩、排量、转速和变量泵的最大输出功率，综合考虑该履带式车辆的参数、成本、空间布局等因素的影响。最后选用的HST的技术参数如表 3所示。

表 3 技术参数表名称 参数主变量泵排量/(ml/r)液压马达排量/(ml/r)主变量泵转速/(r/min)液压马达转速/(r/min)补油泵排量/(ml/r)最高压力/MPa额定压力/MPa总效率/%htp：/ZZHD.chinajourna1.net.cn E.mail：ZZHD###chainajourna1.net.CB《机械制造与自动化》咖 7 姗圳 ，· 机械制造 · 陈安成，等 ·小型履带车动力传动系统设计3 牵引特性分析根据上述传动系统参数的设计，履带搬运车的牵引特性按下列各式计算。

在水平路面的行驶阻力 ：mg ) (10)爬坡行驶时的行驶阻力：mgsir3mg(f )cos$ (11)行驶速度：，矿u 0.377÷ (12)发动机转矩和转速之间的关系(-2.262e-15)rt (4.691e-I1)n (-3.169e-7)/7， 0.000 95n -1.305ni709.4 (13)牵引力：Fi三田 (14)F -F，爬坡度 ：isin≈tan0： (15)通过以上公式 ，建立仿真模型(图 2)。由此可得履带车的驱动力-行驶阻力平衡图(图 3)、加速度图(图 4)和爬坡度图(图 5)。

6560555O4540353O2520图4 履带车各档位加速度4 结论图5 履带车的爬坡度履带车动力参数设计包括确定发动机、变速箱和 HST型号的确定 ，这是决定履带车动力性能好坏的关键因素。

本文根据发动机的特性和履带车的性能指标要求，对履带车的动力性进行了分析，得到了履带车的牵引特性曲线、加速度曲线和爬坡度曲线，得出设计结果满足履带车的性能指标。该分析结果对开展进-步研究工作具有重要意 义。