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生产企业由1980年的20家增至现在的100余家，初步形成了规格为0.8～10t约19个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种。

1.2装载机的现状及发展

在我国工程机械行业市场中，装载机市场是一个发展最为成熟，也是一个发展最为与众不同的分支市场，其市场销量最大，但利润却是最低，而市场销量又一直保持持续的增长走势。

特别是在2000年装载机市场爆发价格战以来，市场销量呈现出几何倍数增长。

2009年中国装载机行业全行业总销售量为22万台左右，比2008年的19万台，增长了13.6%，净增了27366台，其净增量超过了中国装载机行业“八五”以前任何一年的总销售量。

2007年以来，中国装载机行业的发展乐观中充满曲折，市场需求先扬后抑，总体而言，仍创出同期历史最高水平，市场销量直逼16万台大关，市场销量比2000年扩大了8倍多。

国内产能过剩的压力和企业自身走出国门的目标，促使装载机的出口销售增长迅速。

2007年上半年共累计出口4,111台，与2006年同期的1,543台相比，增长2,568台，增幅达166.4%，远远大于总销量23.6%的同期增长率。

尽管如此，装载机出口量只占总销量的5%左右，出口潜力仍然巨大。

2008年上半年，我国装载机市场在克服原材料价格上涨和国家信货政策紧缩等不利因素的影响，依然表现出快速的增长势头。

特别是受益出口销量的增长，我国装载机市场正呈出一些新的发展特点。

而且随着整个工程机械行业的发展，以及外资企业在中国装载机市场的发力，我国装载机行业正进入新一轮整合期。

我国装载机行业的自主品牌通过十几年的发展，在跨国公司强势品牌的重重包围之下，摸爬滚打，走出了一条自主发展的道路，并逐渐发展壮大，牢牢控制了国内90%以上的市场份额。

国内装载机市场的营业额近年来一直约占我国整个工程机械行业总营业额的半壁江山，其行业地位十分重要。

同时国产装载机产品以其出色的性价比优势，已经开始在国际市场上崭露头脚，呈现出较好的发展势头。

我国装载机正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。

从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。

根据国外装载机的发展特点及外部环境影响，专家预测未来装载机的主要发展趋势是：

1、大型化与微型化仍是产品系列化的两极方向。

2、微电子及机电液仪一体化技术将获得越来越广泛的应用。

3、安全性及舒适性是产品发展的重要目标。

4、开发节能、高效、可靠、环保型产品，并研制无泄漏装载机。

5、技术进步、人才培养和售后服务将成为企业生存的三大关键内在因素。

1.3课题研究的意义以及维修行业的前景

中国国土面积大，各项建设事业正处于蓬勃发展过程中，对装载机的需求量大。

世界上工业发达国家著名的装载机制造商几乎全部进入中国，不少国有和民营企业也看好中国的装载机市场，纷纷进入装载机行业，进行装载机产品的生产和开发，而且产品的产量随着市场的需求量的提高而不断增长。

以致完善的维修服务也需要不断壮大和快速发展。

目前我国工程机械维修业的动向：

1.3.1维修理念的变革

1、事后维修思想

20世纪初期，工程机械维修一般都是在发生故障以后才进行的，即事后维修。

它的最大优点是充分地利用了零部件或系统部件的寿命，但事后维修是非计划性维修，浪费了较多的剩余修理，同时还存在一定的缺陷和不足。

2、以预防为主的维修思想

　　20世纪50年代，人们对设备的磨损机理认识有了更进一步的深入：

机件工作-产生磨损-发生故障-影响使用并危及安全。

为使每个机件都达到使用可靠和安全，维修工作就必须在故障发生之前进行，从而形成了以预防为主的维修思想。

这种维修思想包含了主动预防的思想内容，其实质是通过采取各种预防性措施，将故障消灭在萌芽状态，改变了事后维修缺乏计划性的被动局面。

但这种维修思想也存在一定的局限性，主要表现在三个方面：

一是维修工作以直接经验作为指导，只能提出一般性的维修原则，缺乏针对性；

二是只着重解决维修中的具体技术问题，忽视了维修的整体内涵，缺乏对维修管理的研究。

由于事先很难预料大量的随机性的故障，尽管做了许多的预防性维修工作，也很难获得预期效果；

三是刻板地实行定时定程维修的离位分解检测维修，不可避免地使维修工作出现频繁分解拆卸的现象，导致维修工作针对性差、工作量大、耗时多、费用高，而且还会因拆装可能埋下一些新的故障隐患，大大降低了机械设备的可靠性。

3、以可靠性为中心的维修思想

　　近二三十年来，在预防为主维修思想的基础上，运用现代管理科学，广泛采用先进的测试技术和诊断手段，逐步形成了以可靠性为中心的维修思想。

这种维修思想是以对维修对象的系统监控为手段，用大量的原位检测代替离位检测，将单一的定时定程维修改变以可靠性数据分析为依据的维修。

它使维修工作具有较强的针对性，使主客观更加一致，增强了科学性，减少了盲动性。

其基本要点如下：

（1）维修工作以可靠性理论为基础。

大到维修时机、维修方法、维修周期的选择和维修工作量计算、维修范围的界定，小到一个机件修复后的可靠性系数、一个项目的诊断检查的标准，都要以保证和提高设备的整体可靠性为依据。

（2）工程机械的可靠性是由设计、制造和使用三个方面因素综合决定的，因此，要提高其可靠性必须从这三个方面入手。

可靠性维修可以保持和恢复机械的性能，并且可以为设计、制造和使用单位提高设备的整体可靠性提供极有价值的数据信息。

（3）可靠性指标是评价维修质量最科学、最有效的依据和标准。

综上所述，以可靠性为中心的维修思想，遵循了设备发生故障的规律，增强了维修的针对性、灵活性，提高了维修的效率和效益，使维修工作达到了最终目的，实现了总体要求。

1.3.2维修业的现状

在国外，工业化发达国家都比较重视维修业发展，设有专职的维修管理机构，维修企业形式多样，维修市场已趋于成熟，民间维修团体也有40多年历史，经常举办维修设备展览和维修理论、维修工艺大型学术会议，有力地促进了维修业的发展。

70年代初，我国工程机械维修研究和应用才进入较快的发展时期，建立了科研机构、学术团体、推广应用维修新设备、新工艺，取得了一定成效。

目前，我国工程机械维修业还不够规范，主要表现在：

1、工程机械维修业的宏观管理缺乏统一的归口部门。

目前，工程机械维修业受到国家部委和工商行政管理部门等几个部门的管理，权力分散、责任不清，难以在政策上上协调统一，使我国的维修业人管理陷入“真空地带”。

2、缺乏保护维修业正常发展的法律法规，致使维修业发展无法可依，无章可循。

3、工程机械维修企业性质相对单一，基本上局限于集体、私营性质的中、小型维修企业，融资意识谈薄。

四是维修业竞争、评价、监督和激励机制还没有建立，标准、制度不够完善，维修质量评价无据可依。

1.3.3维修体制的改革设想

维修体制的改革，影响着维修业的正常运行和健康发展，要使工程机械的维修业与制造业协调发展，就必须构建适宜的维修体制。

第一，要尽快成立责权统一的管理部门，负责工程机械维修业的宏观调控和规划其整体发展。

第二，要加大行业的立法和执法力度，制定系统、完备的法规制度和标准，使维修业有法可依、有据可凭，加快从行政命令型向依法管理型发展的步伐。

第三，积极营造工程机械维修业多元化发展的外部环境。

制订扶持维修业发展的财政税收优惠政策，合理引进外资，加大合并和重组力度，改变维修企业性质相对单一的现状。

灵活多样的管理形式，逐步形成合资、独资、集体和私营多家并存竞争和相为补充的局面。

第四，促使工程机械维修业从专业分立向资源共享方向发展。

现代化的设备集机械、电子、液压、计算机、传感技术于一体，对维修提出了更高的要求。

只能完成单一专业和工种的维修企业将面临严峻的挑战，同时，重复性投资将造成资源的巨大浪费，拥有少量维修资源的企业，只有实现资源共享，优势互补，才能适应发展的趋势。

第五，将传统的定点维修方式转变为定点维修与机动维修相结合的方式，组建专业化的巡回维修队伍，配备高性能的机动维修设备，实现现场维修服务。

1.3.4维修业的发展方向

1、以状态监测和故障诊断的技术为主

随着科学技术的发展，特别是微电子、计算机、信息技术的迅速发展，光电机械一体化技术在工程机械上的应用将日益广泛。

目前，状态监测和故障诊断的技术已有了较大的发展。

实践表明，工程机械性能越先进，结构就越复杂，其维修活动就越依赖于状态监测和故障诊断的技术。

事后维修、预防维修，以可靠性为中心维修的思想，各有长短，都有一定的适用范围，机械地规定某个维修单位或某种机型只能采用某一种维修方式，即不符合实际，又难以奏效。

当前，发达国家的工程机械维修主要是，以状态监测为基础，可靠性维修为中心，以多种维修方式相结合，针对不同情况采取不同方式的视情维修。

今后，随着状态监测和故障诊断技术的广泛应用，先进的工程机械将装备机电一体化的在线自动监测和故障诊断等仪器设备，以可靠性为中心的维修思想将成为工程机械维修管理的主导思想。

2、建立智能网络维修服务系统

　　建立智能网络维修服务系统将成为21世纪工程机械维修业的重点发展方向。

在瑞士，工程机械维修服务网已遍布全国，各地区均有配件中心仓库，业务人员仅用两三分种就可以掌握维修站点和某种配件在全国的分布情况。

运用网络技术，还可以超越国家、地区和时空界限，将工程机械的科研机构、技术咨询、生产厂、维修厂、配件站和使用单位联系起来，实现远程、快速、优质和全方位的服务。

生产厂以此作为售后服务的主要手段，通过与工程机械配套的数据采集系统、运输管理系统、维修服务系统，直接或间接地从施工现场获得信息，按最佳效率时就有权取的措施完成售后服务。

3、发展改善性修理和复合修复工艺

传统的恢复性修理，只能使有故障的机械通过维修后其使用性能接近原机的性能，没有包含技术进步的因素。

而改善性修理是采用新装置、新材料和新技术修理旧机，使修复后的旧机大显神通到或接近新机的性能。

今后，随着电液技术、CAD技术和材料工程技术在工程机械上的广泛应用，具有集成化、智能化的新型工程机械的更新周期将进一步缩短，恢复性修理将更多地被改善性修理所取代。

另外，采用两种或两种以上的修复工艺来修复零件或设备的复合修理方法，如：

焊接+胶粘、多种表面修复技术等。

它们能综合各法之长、弥补各法之短，具有最佳的经济效益，将成为修理工艺重点研究和发展的方向。

第二章变速箱的构造介绍

2.1变速器发展历程

工程机械传动系的发展历程与主机的发展是同步的。

以装载机为例，其传动系皆从拖拉机、汽车传动系演变而来。

20世纪60年代初，装载机的特征结构形式已基本定型，其传动系的型式格局也随之框定，小型机多采用机械式传动，中型和大型装载机采用动力换挡（液力机械或全液压传动），超大型装载机（矿山开挖）采用电拖动及电动轮方式（如美国马拉松公司的产品）。

其中，液力机械传动的发展有两种流派，一是以克拉克为代表的定轴式，产品强度高、可靠、耐用：

另～类是以卡特彼勒为代表的行星式。

采埃孚是专业车桥制造商，前期也长期生产行星式变速器，结构与卡特彼勒相似。

行星式变速器和定轴式变速器在工程机械上都广泛采用。

各有优缺点，行星式变速器的优点是结构紧凑，尺寸小，可采用小模数齿轮和较小尺寸的轴和轴承，结构刚度大，工作寿命长，且便于实施系列化、通用化。

其缺点是结构复杂、零部件多、制造成本高。

定轴式变速器具有结构简单、加工及装配容易、造价低、离合器易于实现模块化设计，在同一系列中可以通过增减离合器和改变离合器的布置，很方便地改变变速器的挡位和输出方式，但尺寸较大，同时与之相配的变矩器采用单级、单涡轮结构，结构简单，成本低。

从结构而言，行星式优于定轴式，定轴式变速器因在成本上的优势（据行业专家计算同一技术水平的定轴式变速器制造成本仅为行星式变速器的65％），所以20世纪80年代以来，以采埃孚为首，包括卡特彼勒、小松皆由行星式转而采用定轴式（尤其在中小机型上），定轴式成为国际潮流发展方向。

2.2变速箱的功用

1、改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等，同时使发动机在有利的工况下工作；

2、实现倒档，在发动机旋转方向不变的前提下，使车辆能前进和倒退行驶；

3、实现空挡，可切断传动系统的动力传递，以使发动机能够起动、怠速，并可在发动机运转的情况下，车辆长时间停车，便于变速箱换档和动力输出。

2.3变速箱的类型

1、按操纵方式分类：

机械式换档和动力换档。

（1）机械式换档是人力通过操纵机构拨动齿轮或结合套进行换档。

变速箱中齿轮与轴的连接方式：

固定连接，表示齿轮与轴固定连接。

一般用键或花键连接在轴上，并轴向定位，不能轴向移动。

空转连接，表示齿轮通过轴承装在轴上，可相对轴转动，但不能轴向移动。

滑动连接，表示齿轮通过花键与轴连接，可轴向移动，但不能相对轴转动。

图2.1人力换挡示意图

（2）动力换档：

工作原理，如图2.2所示。

齿轮a、b用轴承支承在轴上，与轴是空转连接。

通过相应的换档离合器，分别将不同档位的齿轮与轴相固连，从而实现换档。

动力换档操纵轻便，换档快；

换档时切断动力的时间很短，可以实现带负荷不停车换档。

它的缺点是结构较复杂，传动效率低。

图2.2动力换挡工作原理

动力换档变速箱采用了液压缸操纵的换挡离合器。

一般用动力换档变速箱与液力变矩器结合组成液力机械传动，操作时不必预先切断动力，可以直接换档。

2、按轮系行式分类：

定轴式和行星式变速箱。

（1）定轴式变速箱：

变速箱中所有齿轮都有固定的旋转轴线。

其换档方式有机械式换档和动力换档。

（2）行星式变速箱：

变速箱中有些齿轮的轴线在旋转，这种轴线旋转的齿轮有两种运动，即自转与公转。

行星齿轮变速箱只有动力换档一种方式。

行星齿轮变速箱具有织构紧凑，重量轻，结构刚度大，输入轴和输出轴同心以及便于实现动力换档等优点，得到了广泛应用。

3、按传动比的变化方式分类：

有级式、无级式和综合式。

（1）有级式：

即具有有限个传动比的变速箱，采用齿轮传动，应用最为广泛。

对于汽车而言，所谓变速器档位，均指前进挡位数；

对于倒档较多的工程车辆，应分别说明其前进挡和倒挡档位数。

（2）无级式：

其传动比在一定范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式两种。

（3）综合式：

油液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械变速器。

其传动比可在最大值和最小值之间的几个间断范围内作无级变化，目前应用较多。

2.4工程机械变速器的分类及适用范围

图2.3变速器结构分类

分类

主要构成

工作原理

应用领域

机械变速器（DD）

有多组传动比不同的齿轮副，由操作机构、离合器、壳体等组成

采用离合器来完成动力的传递和切断；

采取滑移齿轮、啮合套、同步器等多种换挡形式，使变速器内不同的齿轮副工作，实现变速功能

主要用于外界阻力变化不大、换挡不频繁、主主机成本较低的行走机械，汽车及小型工程车使用较多

液力机械变速器（PS）

由变矩器、换挡离合器、多组传动比不同的齿轮副、操作机构、变速阀、变变速泵、壳体等组成

采用变矩器来完成动力的传递和切断，并可实现输出地转速和扭矩的自动变更。

从而自动改变机械的作业速度和牵引力；

采取换档离合器的结合、脱离，使变速器内不同的齿轮副工作，实现变速功能

主要用于外界阻力变化较大、换挡频繁的行走机械、内燃叉车等工程机械、重型车辆

静液压传动装置（HST）

由液压泵、阀、液压马达、驱动箱等组成

液压泵接受动力，输出液压动力油，通过阀控制液压马达变速、变矩。

可外带负荷换挡变速器，实现无级变速以及少挡变速

主要用于液压挖掘机以及主机性能要求较高的推土机、装载机、路面机械、压路机和内燃叉车等产品和静液压变速，主机具有良好的无级变速和操作性能

电驱动传动装置

由发电机（电源）、电控盒、电动机、驱动箱等组成

由内燃机驱动发电机，在用电能或电瓶驱动装在车轮轮边的减速装置带动车轮转动

电动叉车、电动转运车以及50t以上的矿用自卸车等大型工程机械产品

表2.1工程机械变速器的分类及适用范围

第三章装载机的液力机械变速箱

3.1液力机械变速箱的发展概述

随着社会经济的飞速发展，液力传动变速箱逐渐取代了机械式的变速箱。

据调查，美国Allison等液力传动变速箱市场用量很大，但其价格昂贵、结构发杂、修理技术含量高、故障判断难度大，而且还需要检测试验台带动，检测液力传动变速箱的油压、转速、温度等，录取各种技术参数，判断排除故障。

20世纪80年代中期，液力传动变速箱在国外得以迅速发展，普及率愈来愈高，除了大排量发动机继续装备液力传动变速箱之外，发动机排量在ZL以下的轿车也大量装备液力传动变速箱，而且不少车型都把它作为标准配置推出。

液力传动变速箱在我国一直是处于十分落后状态，除了70年代长春第一汽车制造厂曾为红旗牌轿车配置了液力传动变速箱之后，将近二十多年来，国产轿车从未出现过液力传动变速箱总成。

自从20世纪80年代以来，国外大量的现代轿车进人我国市场，特别在一些国际化大都市，装备有液力传动变速箱的进口轿车迅速增长。

随着我国改革开放的进一步深入，国家对汽车工业的投资规模日益扩大，国内外汽车生产企业对高质量、高水平、高效率的液力传动变速箱的需求越来越迫切。

液力传动变速箱故障诊断在设备故障诊断中的作用和意义，作为机械设备中一种必不可少的传递动力的通用零部件，在金属切削机床、航空、电力系统、农业机械、运输机械、冶金机械等现代工业设备中得到广泛的应用。

但由于其本身结构复杂，工作环境恶劣等原因，齿轮箱容易出现损坏和故障。

液力传动变速箱的运行状态监测及故障诊断技术是建立在多个学科基础之上的交叉学科，它综合了机械、电子、力学、数学、物理、计算机的精华，具有工程应用性强、技术基础可靠、与高技术发展密切相关的特点。

采用这一先进技术对齿轮箱进行状态监测与故障诊断，可实现齿轮箱由事后维修、定期维修到视情维修的根本转变，减少一些不必要的经济损失，具有重大意义。

3.2装载机对变速箱的要求

1、具有足够的挡位和合适的传动比，以满足装载机的使用要求。

2、工作可靠，使用寿命长，传动效率高，结构简单，制造维修方便。

3、换挡轻便，结合平稳，不出现滞和跳挡现象。

3.3装载机变速器结构形式

装载机传动系统由液力变矩器、变速器、变速器液压系统、传动轴、前后驱动桥和车轮等组成，国产装载机主要采用以下3种液力传动变速器：

1、双涡轮4元件变矩器+2进1退行星式变速器

该类变速器由双涡轮液力变矩器和行星式动力换挡变速器组成，有1个前进、1个后退2个行星排，加上1个直接挡（Il挡），结构简单、挡位少，完全实现了单杆操纵。

变矩器有两个涡轮，一级涡轮直接传给变速器输入轴，为各挡轻载变速状态。

二级涡轮通过超越离合器传给变速器输入轴，当各相应挡扭矩加大，速度降低到超越离合器结合时，2个涡轮同时参加工作，为相应挡的低速大扭矩状态，这一切都是由超越离合器根据速度的高低自动实现的。

实际上该变速器有4个前进挡，2个后退挡，每个挡都有一个高低速自动换挡，因此该变速器比普通多挡多杆操纵的变速器操纵性能要好。

但它也有两个很主要的缺点：

双涡轮变矩器比简单3元件变矩器效率低，功率损失大：

超越离合器易失效（造成变矩器不能输出重载工况）。

2、单涡轮3元件变矩器+4进3退定轴式变速器

此类变速器的特点是除输入和输出轴外，其他中间轴都是固定不转的：

变速泵采用效率较高的内啮合齿轮泵，并且安装在壳体内；

材质特殊，采用压淬等热处理新工艺，齿轮采用磨齿和齿面强化处理等。

换挡控制采取电子一液压动力换挡，只需1根电子换挡手柄就能实现换向和换挡操作，并且在换挡手柄端设置有能实现从Il挡到I挡的强制换挡KD键。

由于采用电脑控制换挡装置，因此除了实现4进3退之外，能很容易实现6进3退，扩展了变速器的使用范围。

变速操纵阀设有平稳结合阀，使变速器的变速过程平稳、冲击小。

结构紧凑、对材质和热处理工艺要求高、精度要求高、需要先进的设备和制造工艺、配件资源和维修技术要求较高、导致使用成本较高。

3、单涡轮3元件变矩器与4进4退．4进2退或3进3退液压机械半动力换挡变速器组合

此类变速器主变速部分一般采用3自由度机构（液压离合器换挡），副变速则采用机械换挡机构，每个挡位需结合2个离合器。

采用机械一液压动力变速方式时，需要2根变速操纵杆（1根进行换向操纵，1根进行换挡操纵）。

为了简化结构，一般采用软轴操纵，但软轴空行程较大，难以精确控制行程，因此操纵手柄难以用卡槽限位，使换挡操作没有空间铰接变速机构那么清晰准确，甚至有可能造成误挂挡位。

当增加机械换挡副变速时，需再增1根操纵杆，因变速操纵杆系太多，不仅增加了空间布置的难度，也增加了操作人员操纵的难度和疲劳强度，因此采用电子一液压变速方式是最好的选择。

3.4液力机械传动中的变速器的操纵方式

液力机械传动中的变速器的操纵方式可分为：

强制操纵、半自动操纵和自动操纵。

由于动力换档变速箱与液力变矩器组成液力机械传动，所以变速箱的液压操纵油路与变矩器补偿冷却油路、变速箱冷却润滑油路是连在一起的。

为此，所用油液一般采用液力传动油，以兼顾液压操纵、液力传动、冷却润滑的要求。

不同车辆、不同的传动系布置方式，其变速操纵液压回路也不尽相同，但其组成和工作原理基本相同。

3.5案例说明

3.5.1中小型装载机专用液力变速箱

图3.1装配该变速箱的装载机

目前斗容在2吨以下小型装载机普遍采用普通机械变速箱和弹簧压紧摩擦离合器。

装载机工作时需要不断变换前进和倒退档。

驾驶员需要不断地操纵离合器和换档杆，据统计驾驶员每天约需换上千次档，劳动强度非常大。

离合器片也很容易损坏，更换频繁，而更换离合器片非常麻烦，需要把变速箱的发动机分离，工作量很大。

本变速箱由液力变矩器、动力换档机构和机械换挡机构三部分组成，两个前进挡和两个后退挡。

取消了普通机械式变速箱的弹簧压紧摩擦离合器，驾驶员不需要再