第65课 I 了解静液压驱动的成品驱动桥和转向驱动桥

【第六章】

静液压驱动装置输出端的延伸部件

了解静液压驱动的成品

驱动桥和转向驱动桥

在设计和研制静液压驱动的车辆和机械的实践中，常借用原本供纯机械或液力传动汽车、拖拉机和工程机械配套的通用成品驱动桥或转向驱动桥，将它们作为液压马达输出端和行走机构的驱动轮之间的耦合关联部件和整机的承载部件。

特别是诸如轮式装载机和单钢轮振动压路机之类的采用整体式静液压无级变速箱的车辆和机行走机械，它们的变速装置与驱动桥之间的基本传动链与纯机械或液力传动时并无明显差异，只是在布局形态、传动比匹配和操纵方式等内在性能方面有所变化。

各种车辆与行走机械用成品驱动桥的共同特点是都设置了集成于螺旋锥齿轮主减速器内的行星齿轮差速器，它们的输入轴与万向传动轴相连接，输入轴线均与驱动桥轴线垂直。由于静液压驱动装置主要用于中低速车辆，所以选用传动比较大的带有轮边减速器的双级非断开型刚性驱动桥者，较之不带轮边减速器的单级驱动桥的相对要更多一些。

然而现在国际上各大品牌车桥厂商也越来越多地提供专为静液压驱动装置配套的驱动桥和转向驱动桥。这种桥和上述通用驱动桥一样，设有主减速器、机械差速器、左右半轴和带轮边减速器的驱动轮毂；作为转向驱动桥时，也同样将轮边减速器装于带有转向主销、转向杆系和等速万向节的转向节上。

专用的静液压驱动桥的特点主要表现在其输入端的连接方式上。除了采用与前述轮边减速器类似的各种可与液压马达的轴伸同轴刚性连接的机械接口之外，有些静液压驱动的专用桥还将主减速器改为圆柱齿轮副，使输入轴线与驱动桥轴线平行。

另一种做法是如上节所述，将静液压驱动装置所需的后置变速箱也集成到专用驱动桥的输入端，两者构成了一个整体总成。这些专用驱动桥为需要缩短轴距的车辆和机械提供了布局上的方便。

但由于增加了接口零部件和相对较小的批量，静液压驱动专用桥的价格都要比通用桥贵一些，通常也会丧失与纯机械、液力传动车辆与行走机械所装用的通用驱动桥的整体互换性。

但采用静液压驱动专用车桥在优化整机配置以及由此而降低总体成本方面带来的好处往往却能够弥补这些不足，特别是在其本身也有了一定的批量以后。

以成套的液压马达和承载梁架等金属结构件组成的驱动桥作为总成部件商品，是静液压驱动装置中的液压马达的的重要外延部件。

其中利用液压元件的布局灵活和自动差速等优点制成的专用转向驱动桥，更有其独特的性能优势。

纯机械传动的传统驱动桥和转向驱动桥的功能包括承载、匹配传动比和实现在弯道行驶时左右驱动轮之间的无损耗、自适应的差速运动。

静液压驱动技术的特点使其不仅能利用传统的机械差速型驱动桥作为与车轮等行走机构的关联和匹配部件，也可以取消机械差速器，而代之以并联在同一回路中的两个液压马达，或由液压马达与轮边减速器构成的驱动单元体分别驱动左右车轮。

一对并联的液压马达之间的差速行为可以完全等同于由行星齿轮差速器连接起来的一对驱动半轴，只是成本较高。

从原则上说，如果没有两轮或多轮协同转向的要求，代替非转向的驱动桥的左右轮边驱动单元体完全可以用多种方式与车架连接，例如直接或通过独立悬架安装在车身纵梁或侧板上

而无需再拘泥于带有横向贯通梁架的车桥形态的传统承载方式，甚至可以取消这根车桥梁架来增大车体有效空间和提高车身离地间隙。

这些就是一些车辆与行走机械选用分置式轮边驱动和驱动轮间液压差速方式的主要原因。而这样的分置式静液压驱动轮的支承和连接系统大多由整机厂商自行设计和配置。

所以由专业工厂制造的由一对重系列液压马达构成、采用液压差速方式的成品驱动桥主要仅在叉车行业有所应用；而此类双马达静液压驱动桥更多的是进一步与变量液压泵集成在一起，构成如图6-19中和上一章中图5-63那样的T型驱动装置，供各种小型行走机械装用。

图6-19由小型内燃机、静液压驱动装置和驱动桥构成的一体化动力传动单元

a) 供小型市政园林机械使用的动力包，它集成了发动机、变量液压泵和液压差速的双马达驱动桥，通轴的变量液压泵后设置了可提供机械动力的输出轴  b) 久保田的VHT型运输车用动力传动模块，采用带机械差速器的驱动桥

以生产行走机械用内曲线车轮液压马达著称的法国Poclain公司，自身并没有车辆与行走机械的整机产品。但它生产的ES和ESE系列平衡重叉车用整体式静液压驱动桥，是作为独立的总成部件提供给整机用户的。此外，Poclain的驱动桥装用定量或有级变量的低速大扭矩车轮马达，马达输出轴直接与驱动轮的辐板相连，中间无需减速器。

EC系列叉车用静液压驱动桥所采用的液压马达的缸体、柱塞副和凸轮环等核心部件取自MS和MSE系列内曲线马达，每个型号的驱动桥也都有几种和马达相关的排量可供选择。选用较大的马达时输出转矩与排量成比例地增大，但许用转速却有所下降。

该公司的马达和驱动桥系列名称中的后缀“E”和单独的马达时一样，都表征其为采用阶梯型柱塞的承载能力略低的元件。驱动桥中左、右马达的配流装置共用一个带有外接油口的壳体，构成驱动桥的中间段，驻车制动器布置在左右马达的输出轴上，见图6-21所示。

图6-21 装有内曲线车轮液压马达的叉车驱动桥（Poclain）

1-带有车轮辐板安装法兰的输出半轴  2-桥壳  3-液控驻车制动器  4-内曲线液压马达的凸轮环和缸体柱塞副  5-配流盘  6-带油口和阀组的配流装置壳体  4叉车门架安装板

表6-2示出Poclain ES/ESE驱动桥的主要参数。这些驱动桥适合于1.5-5t级的中小型平衡重叉车使用。不过，由于小型工业车辆电动化过程的加速，此类液压驱动的应用已难于推广。

表6-2 Poclain公司ES/ESE系列叉车驱动桥的主要数据

从原则上说，在采用液压差速方式后，一对轴线相对固定的非转向左右驱动轮并不一定要先与承载梁架组装成车桥的形式，然后再将由此构成的整个驱动桥与车架相联结；而是可以将它们分别独立安装在车架上。

整机制造者一般都可自行完成这样的设计与配置。所以由专业车桥厂制造的非转向型液压差速静液压驱动桥的成品很少。

而同为液压差速的转向驱动轮的布置和匹配却不能那样随意而有更多的讲究。这是因为左右转向驱动轮除了产生推进力之外，它们各自的偏转角度之间还需要按照车辆转向理论的要求保持一定的联动关系，加之还要为转向轮的偏转提供操作力，并解决如何向空间位置经常变化的转向轮内的静液压驱动元件连接液压管道等特有的问题。

权衡起来，仍以将左右驱动轮由一些中间部件组合在一起构成整体的转向驱动桥的形式更为便于应用。

这种由一对静液压元件直接驱动左右转向轮的液压差速型转向驱动桥虽然还需要保留横向连接的梁架，但较之由单个液压马达驱动的传统的机械式转向驱动桥来说，在布局灵活性方面已经具备了许多优越之处，尤其是能够把转向轮的最大转向偏角由现在机械差速型转向驱动桥的约55°大幅度地提高到接近90°，对于减小车辆与行走机械的转向半径，提高其机动性十分有利。

同时左右转向驱动轮之间连接梁架只用来承受外载，无需像机械车桥那样为包容主减速器、行星差速器、半轴和等速万向节等设置封闭的容纳润滑油的承载壳体，也不需要在左右转向轮及相关传动部件之间保持较精确的同轴度。

由此不仅可以采用较为简单的焊接方式制作承载梁架，而且可以在相当大的程度上根据整机布局的要求，特别是所确定的轮距来灵活设计梁架的形状、尺寸和与车架的连接点的位置。

当然，和静液压驱动技术的其他共性特点一样，这些优点目前对于小批量的个性化产品更为突出，而对于有可能直接采用以液压马达和现成的机械式转向驱动桥构成的大宗产品来说，在价格上可能不占优势。

液压差速型转向驱动桥的转向轮之间的几何定位关系与机械转向桥相同。为获得大的转向轮偏转角度，除了要避免相对运动的部件之间产生机械干涉以外，如何布置与转向节上的液压驱动元件相连接的管道，是一个重要的课题。

虽然从原则上说，只要不是要求转向节能够绕转向主销360°连续回转，转向轮内的液压马达与固定的桥架或车架之间都可以使用液压软管连接。

但是由于所有液压软管都有一个随额定压力和通径增大的许用最小弯曲半径，管端两个接头之间的许用扭转角也十分有限，为连接大偏转角的车轮马达只能通过增加软管冗余长度的方式来满足所需的回转柔性的要求，而由此会造成配管系统臃肿、占用空间多、行驶中存在易于堵泥缠草、多个软管的外壁之间出现互相磨损以及管内流动阻力大等比较棘手的问题。

各整机厂在自行配置静液压转向轮的软管时自然都有一些经验和窍门，但彻底解决这些问题的方法则是在转向主销处设置多通道的液压回转接头系统（图6-23）。装用回转接头后，单独的液压驱动的转向轮理论上可绕转向主销360°连续旋转，当然实际的最大转角还要受到转向节联动杆件的制约。

回转接头的设置有两种模式：第一种是将其与转向主销一起集成在液压马达壳体上，这样可以得到一个最为紧凑和优化的流道系统，但为此需要对马达本身的油口和承受外载的安装部件作较大的改动，实际上是让马达增加一种新的变型产品，这几乎只能由液压马达制造厂在确认了技术和经济方面的可行性后方能实施。

第二种是通过优化设计的转向节、转向节叉、转向主销和专门配制的液压接头等部件，为通用型的液压马达或由液压马达与减速器组成的轮边静液压驱动单元体构筑一套外设的铰接支承及回转流道系统。

这种模式无需对液压马达等精密部件本身进行改动，对于所匹配的液压马达的品系规格原则上也不限定，从而可以有较为灵活的多种选择。不过与这些明显的优点同时存在的是它难以做出和第一种模式那样紧凑的结构，流道阻力也会略大。

 图6-23 转向轮液压马达完全用液压软管连接（左）和经由回转接头和硬质导管连接（右，阳光之路）两种配管状况的对比

法国Poclain公司的原有产品型谱中除上述叉车用静液压驱动桥外，也有几款供转向驱动轮使用的专用车轮马达，并配有转向节叉支座。这种可转向的专用车轮马达目前在全地形设备上应用有比较优势。

但它们只是将马达壳体制成了带有上下主销的转向节的形式，并将马达的油口用钢管延伸到了转向节叉上部，而没有设置回转接头系统。使用时整机制造厂自己还需配置梁架、转向杆系和连接软管，才能构成一套完整的转向驱动桥。

近期推出的MG系列转向轮专用马达中，排量较大的已把油口改到了集中于转向节叉上部的多通道回转接头上（图6-26a），

但其中较小规格的MG02型转向驱动轮用马达，则只是在壳体上设置了转向节、转向节叉和转向臂等机械性质的构件，液压接口仍然保留在马达壳体上而没有设置回转接头油口系统（图6-26b）。

实际上对于Poclain来说，以其强大的液压元件研发和制造实力，完成将车轮液压马达、转向节、回转接头、梁架和转向机构等整合成为完整的转向驱动桥并非困难的技术课题，所需要的转型和突破仅在于将它的产品线由单纯的液压元件向包含多个技术门类部件的系统集成类产品的合理延伸。

不过，Poclain却没有继续延伸，而留下来的这一块系统集成延伸空间，国内只要有人找到了合适的细分市场，可能会大有作为。比如在适应全地形应用的设备方面，如图6-26c。

图6-26转向驱动桥专用内曲线车轮马达与转向节叉的组合（Poclain）

a) MG21型，采用回转接头油口  b) MG02型，仅在壳体上设置了转向臂，油口仍设在马达壳体的一侧，只能用软管连接 

静液压驱动与驱动桥

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