压路机在路面压实施工时,为了使路面的密实度和平整度达到施工要求,需要对同一路段进行往复碾压,且碾压速度基本保持恒定。由此可见,压路机碾压过程中前进和倒退换向操纵较为频繁,而变速操纵相对较少。改善压路机前进和倒退换向操纵的舒适性,不仅会大大减少操作人员劳动强度,提高工作效率,还可降低压路机的故障率。
1.机械传动变速器存在的缺陷
压路机采用机械传动变速器具有结构简单、可靠性好、传动效率高的优点,目前机械传动变速器主要有2种,即无同步器变速器和有同步器变速器。在操作性能和结构方面2种变速器均存在缺陷。
(1)无同步器变速器
无同步器的变速器多为老式变速器,这种变速器各变速齿轮与输出轴通过花键联接,各变速齿轮可在换挡拨叉的作用下在输出轴的花键上滑动,通过变速齿轮的滑动,使不同的速比齿轮副相啮合,以实现压路机不同的行驶速度。通过花键套与前进齿轮或倒退齿轮的内齿环相啮合,实现压路机前进和倒退。
在变速时,如果高速旋转的变速齿轮直接与静止的齿轮、花键套相啮合,极易出现齿轮、花键套打齿现象。为此在变速和换向操纵时必须先操纵离合器和制动器使压路机停止,使齿轮的转速下降,再将齿轮传递的动力完全脱开,才能进行变速和换向操纵。由于操作动作复杂、沉重,若操纵不当容易造成变速器打齿和断齿。
(2)有同步器变速器
有同步器的变速器,其同步器的接合套内均设有锥形摩擦环,当接合套与齿轮啮合前,锥形摩擦环先行接触,通过锥形摩擦环产生的摩擦力使接合套与齿轮转速相同,以避免出现打齿现象。
有同步器的变速器虽然解决了变速和换向时一出现打齿现象,但其前进和后退为2套同步器,制造成本较高,而且操纵压路机变速及换向时也必须使用离合器,操作动作依然复杂、沉重。
2.液控换向变速器组成及原理
为了解决操纵压路机机械传动变速器变速、换向时操作动作复杂、沉重、容易打齿等问题,我们设计了液控换向变速器,现简述如下。
(1)结构
该液控换向变速器主要由变速器和换向机构2部分组成,分别安装在主箱体和副箱体内,如附图所示。
变速器主要由输入轴1、联接盘2、中间轴3,中间齿轮4,班速主动齿轮5,II速主动齿轮6,I速主动齿轮7,主箱体8、二轴17,I速变速齿轮21, I速和II速同步器22、顶盖23, I速和II速拨叉24、变速操纵机构25、II速变速齿轮26,III速变速齿轮27,III速拨叉28,III速同步器29、上盖30等组成。
换向机构主要由输出轴9、副箱前壳体10,输出齿轮11、副箱后壳体12,.双联齿轮13,三轴14、惰轮15、倒车轴16、倒退齿轮18、液压双向离合器19、前进齿轮20等组成。二轴17横穿变速器和换向机构的主箱体和副箱体,使得变速器和换向机构之间串联,即变速器的输出轴为换向机构的输入轴。
(2)原理
变速变速器可使压路机变换不同行驶速度。输入轴齿轮1通过中间齿轮4将动力传递到中间轴3上,带动III速主动齿轮5,II速主动齿轮6,I速主动齿轮7旋转,通过这些齿轮将动力传递给二轴17上的III速变速齿轮27,II速变速齿轮26, I速变速齿轮21,变速操纵机构25为空挡时,各速变速齿轮均在二轴17上空转。
操纵变速操纵机构25挂I挡时,使I速和II速同步器22与I速变速齿轮21啮合,动力通过I速变速齿轮21传递到I速和II速同步器22上,I速和II速同步器22带动二轴17旋转,从而使二轴17以I挡的速度转动。其它挡位的变速与I挡原理相同。
换向换向机构可使实现压路机前进挡或倒退挡的切换。前进齿轮20和倒退齿轮18空套在二轴17上,液压双向离合器19安装在二轴17的前进齿轮20和倒退齿轮18之间。液压双向离合器19主动盘通过花键与二轴17啮合并随同二轴17旋转,前进齿轮20和倒退齿轮18内分别安装有双向离合器19的从动盘,并分别与前进齿轮20和倒退齿轮18联在一起。
当液压双向离合器19的A,B腔均处于泄油状态时,活塞位于中位,左、右侧的主动盘与从动盘分离,前进齿轮20和倒退齿轮18在二轴17空转,此时无动力输出。
当挂前进挡时,液压双向离合器19的B腔进油,压力油推动液压双向离合器19内的活塞向左移动,使双向离合器19左端主动盘压紧在前进齿轮20内从动盘上,二轴17输出的动力通过双向离合器19带动前进齿轮20同步旋转。前进齿轮20再带动双联齿轮13转动,双联齿轮13再将动力传递给输出齿轮11,输出齿轮11带动输出轴9转动,此时变速器以前进的方向输出动力。
为保证挂前进挡时倒退挡不产生干涉,在B腔进油时,A腔同时泄油,液压双向离合器19右端主动盘与倒退齿轮18内的从动盘脱开,此时双联齿轮13通过惰轮15带动倒退齿轮18在二轴上空转。
当双向离合器19的A腔进油时,压力油推动其活塞向右移动,使双向离合器19右端主动盘压紧在倒车齿轮18内的从动盘上,并带动倒退齿轮18同步旋转。倒退齿轮18再通过惰轮15带动双联齿轮13转动,双联齿轮13将动力传递给输出齿轮11。输出齿轮11带动输出轴9转动,此时变速器以倒退方向转动。同样,为保证挂倒退挡时前进挡不产生干涉,在A腔进油时,B腔同时泄油。A,B腔交替进油和泄油即可完成前进挡和倒退挡的切换。
3.应用效果
压路机采用液控换向变速器,不仅保持了原机械传动变速器结构简单、可靠性好、传动效率高的优点,还能够在不使用离合器的情况下实现前进与后退挡的切换,使换向操纵轻便、简单、柔和、平稳、快捷、舒适,同时进一步降低了压路机故障率,提高了压路机的可靠性。该液控换向变速器已获得国家发明专利,专利号为ZL 2010 1 0281179.4。