S19《车辆与行走机械的静液压驱动》| 装载机和滑移装载机

轮式装载机也与平衡重叉车类似，是在应用静液压驱动装置技术方面发展较快的作业机械。

其实在国际市场上，现在静液压驱动的轮式装载机机型所占的比重甚至还高于静液压驱动的平衡重叉车，只是这方面的宣传似乎没有像在叉车业那样高调和张扬。

目前，发达国家制造的轮式装载机上不仅极少再能见到“纯”机械传动的，而且在中小功率的机型上，液力传动也越来越多地让位于静液压驱动装置。

只是在大功率机型中，液力传动仍保持着某些优势。这一趋势在欧洲市场上尤为明显。

目前业界已经基本取得共识，采用静液压驱动的行走装置是满足装载机作业特点所有要求的最好方式 。

较之曾经占有压倒优势的传统液力传动来说，静液压驱动技术为装载机带来的优越性至少有以下几点：

流行的液力传动的轮式装载机的综合型多相变矩器的高效区偏向变矩比小的高速段，而装载机铲取物料时，在需要强大的低速推进力的同时还必须把相当大的一部分功率提供给提升臂和铲斗臂，用以快速撕裂和提升物料，但液力变矩器的特性决定了它在此时的效率十分低下，并只有在发动机最大转速下才能输出最大转矩。

在这种工况下装载机行走装置的推进力已接近于驱动轮的滑转极限，而按照此时很低的实际行驶速度计算出的有效行走功率却并不大，为使变矩器输出足够转矩而需全速运转的发动机的很大部分功率都消耗在变矩器的发热上，能够分配给工作部件的功率比例受到很大影响。

这不仅使整机能耗增加，生产率降低，而且使得行走和工作装置的功率分配难以互补和优化，设计时往往不得不为此配置功率更大的发动机，从而进一步增加了尾气和噪声的排放。

静液压驱动能够具有接近于恒功率特性的速度- 推进力特性，低速大推进力工况下仍有良好的效率，而且在发动机较低转速下同样可以达到最大输出转矩并获得最大的推进力，还能够分配足够的剩余功率供工作部件使用。

通过推进力的有效控制又能减少驱动轮的滑转速度损失和轮胎的磨损；设计时选用较小的发动机即可满足功率平衡的要求，噪声及排放则能降低许多,加之变速、换向迅速，可更精确地主动控制车速，操作也更舒适。

由此可见，传动特性与负荷匹配上的优势是装载机采用静液压驱动技术后能耗降低、生产率提高和有害排放减少的主要原因；

静液压驱动装置既能使装载机加速行驶，也能控制其减速和制动，在频繁的进退换向过程中基本无需另行操作机械制动器，不仅提高了操作舒适性，也减少了制动元件的磨损；

采用静液压驱动的小型轮式装载机的发动机可以横置，大中型的可以斜置或飞轮端向后纵置。较之传统的液力机械传动的机型飞轮端向前纵置的方式，新的布局方式都有利于改善驾驶员视野和优化整车质心位置。

在同等最大倾翻载荷（系指装载机在最大转向偏角时不致发生倾翻时折算到铲斗质心处的最大载荷值）的条件下能够减轻机体结构质量，也为设计更为美观的车辆外形创造了良好的基础；

静液压驱动的轮式装载机常采用转速敏感型变量控制模式，可得到一个类似于液力变矩器的推进力和行驶速度之间的“软”特性的关系，而在起步和低速时的功率利用和分配特性却显著优于液力传动。

升级到采用电子调节装置后，更可对变量泵、变量马达、发动机转速、变速箱挡位和工作部件的操纵阀等多个参数进行综合管理，达到实时优化调节的目的。

行走机械领域中为扩大静液压驱动装置高效调速范围所采用的各种措施，很多都是首先应用在轮式装载机上，然后再推广到别的机型领域。

除了在欧洲农场中比较普遍的作为农具装于拖拉机底盘上的前装载机、带装载工作部件的 “两头忙”挖掘 – 装载机以及要在下文中专门介绍的滑移转向装载机以外，现代轮式装载机大多采用四轮驱动、铰接转向的方式。

其行走底盘由分别装有铲斗、举升臂等的前车节和动力机变速箱的后车节构成，四个等大的驱动轮分设于前后车节。已知的静液压驱动的铰接转向轮式装载机主要采用由一台或一组经机械耦合的液压马达经分动箱、传动轴和前后桥向四个驱动轮传输动力的集中式“桥驱动”方式。

这种方式特别适合前后轮同辙的铰接转向型机械应用，比较容易处理和防止个别驱动轮滑转引起整机失速的问题。像拖拉机那样的采用整体车架和导向轮几何转向方式的装载机不多，或仅作为叉车和拖拉机的一种多功能变型机械出现。

铰接转向的轮式装载机目前还没有广泛采用在拖拉机行业中业已大获成功的静液压机械功率分流无级变速箱，而主要在使用纯静液压驱动的方式，主要原因依然可以归结到负荷特点和布局要求这两个方面。

装载机需要在接近于失速的状态发挥最大推进力并保持较高的效率，以便分配足够的功率，使铲斗强力掘起物料并迅速提升；而拖拉机用静液压机械功率分流无级变速箱的高效区却优化到了6-8km/h及更高的速度区段，为此有些功率分流变速箱甚至牺牲了对于拖拉机作业不甚重要的起步和低速倒驶区间的一些效率以及其他性能。

当然也可以设计出适合装载机工况的静液机械功率分流的无级变速箱，但不仅开发费用昂贵，而且这种传承了拖拉机布局传统的整体式变速箱也不能完全适应现代中小型轮式装载机横置发动机的布局趋势。不过这种情况正在发生变化。

在2010年bauma展览上，已出现了Caterpillar（卡特皮勒）、 ZF以及Bosch Rexroth 与DANA合作研制的几种大型轮式装载机用静液压机械功率分流无级变速箱。

如同在叉车行业中的Linde那样，在装载机行业中，应用静液压驱动装置技术的先行者当属德国的Liebeherr（利勃海尔）公司。

它不仅较早地研制出静液压驱动装置驱动的轮式和履带式装载机，而且还率先应用了液压马达加负荷换挡机械变速箱的先进匹配方式。

Liebeherr 和日本小松公司的实测结果都表明，完成同样工作量时，同等规格的静液压驱动装载机的能耗比传统的液力机械传动的要节省25%以上，生产率则至少提高30%。

我国新疆等地的一些Liebeherr新型装载机的用户的经验也支持这些结论。电子控制技术的引入进一步完善了动力传动装置的匹配，有效地改善了驾驶员的操作舒适性。

随着高性能新型静液压驱动元件及与之配套的机械传动元件的优化应用，使得包括发动机和轮胎在内的整机系统的寿命和可靠性都有显著的提高。而静液压驱动装置的规模化生产也让它的价格相对于传统液力传动装置越来越具有竞争力。

现在，Liebeherr 拥有世界上最大功率级别的静液压驱动的装载机（斗容量6 – 6.5 m3，发动机功率250 kW）的制造技术，其2010年的全部16个系列的轮式装载机已全部采用了静液压驱动装置（图3-51），规格最大者的倾翻载荷达20.4 t。

由于该公司的其他工程机械产品，诸如履带推土机、液压挖掘机、全地面起重机和多功能自卸车等也广泛应用了液压传动和控制技术，所以在经过一段利用专业液压元件厂代工生产贴牌的液压元件以后，Liebeherr最终建立了自己的液压元件和相关的车辆电子装置生产和研发部门，连同柴油机一起实现了整机和部件的全面自产，其生产模式较之尚缺自产发动机的Linde叉车制造链又深化了一步。

由于一方面客观上采用静液压驱动技术确实能够提升产品的性能，另一方面主观上可以协调发挥各部门的制造能力以提高自身的综合效益，Liebeherr 和小松等力推静液压驱动的轮式装载机产品自然有其充分的技术的和经济的理由。

其他的工程机械一线厂商如Caterpillar（卡特皮勒）、Volvo（沃尔沃）、Case（凯斯）等也陆续推出了自己的静液压驱动的轮式装载机产品。

Liebeherr曾在中国的天津和辽阳合作生产几种较老型号的静液压驱动的装载机，不过最早进入中国的静液压驱动装载机却是在80年代间由四川公路机械厂从德国Zettlmeyer（蔡特曼）公司引进技术试制的“蔡特曼”的多功能装载机（图3-52a）。

目前国内似乎主要是一些新组建的工程机械厂在制造中小型的静液压驱动装载机（图3-52b），大型装载机应用静液压驱动技术的动向尚不明朗。

履带式装载机的负荷状态与轮式装载机类似，但受机动性较差等因素的限制它的应用面远不如轮式的那样广泛。

然而Liebeherr 生产的履带式装载机（图3-51）也和它的履带式推土机一样，很早就采用了为双侧履带各独立设置一套静液压驱动装置的传动方式。

许多履带式和滑移转向的轮式机械偏爱静液压驱动技术的重要原因，在于它比采用传统的转向离合器之类的转向机构能大幅度减小转向时的速度损失和功率损失，并使转向过程变得更为顺畅和更易于操控，这些优点足以抵消静液压驱动装置稳态效率较低和初始装机成本较高的缺点。

从这个意义上来说，作业中转向动作要频繁得多的履带式装载机较之履带式推土机更适宜采用静液压驱动。但前者的产量规模及其影响力却远不如后者。

源于农业机械，而今又广泛用于市政工程及装卸作业的滑移转向式装载机可以认为基本上是在静液压驱动装置技术的基础上研制出来的。

此类装载机的装载能力一般为300 – 1360 kg，以600 – 800kg者为最多，发动机功率15-55 kW。它们的标准配置是以两套独立的静液压驱动装置分别驱动左右两侧各一对装有充气橡胶轮胎的驱动轮，依靠两侧驱动轮的转速差实现转向。

虽然是轮式车辆，却采用履带车辆的转向方式，转向过程中就不可避免地会有轮胎的侧滑，“滑移转向（skid-steer）”即由此得名。

液压驱动装置保证了这种机械不仅能无级调节进退速度，而且还能得到从零（绕车体中心）到无穷大（直线行驶）的任意转问半径。

这种结构紧凑的装载机原本是为在农场畜厩中从事垫草和粪便的装卸作业而研制的，但它的优异的通过性和灵活性立即引起了其它行业的注意，加之制造者又为它配装了推土、清雪、钻孔、凿岩、货叉和半回转挖掘装置等多种工作部件，更使它成为一种小巧灵活的多用作业平台。

现在，它除继续作为一种多功能的农牧业机械外，也已大量用于市政工程和环卫事业，并在车站、码头的装卸作业中和某些抢险工作中发挥着重要作用。

人们还常常可以在电视上观赏驾驶这种由静液压驱动技术赋予了极大灵活性的机械进行的娱乐性竞赛和表演。

目前，全世界滑移转向式装载机的年产量超过5.5万台，已在相当大的程度上取代了中小功率的履带式装载机，也成为了中小功率静液压驱动装置和其他相关液压元器件的重要市场。

主要生产厂商有Ingersoll-Rand（英格索兰）、Caterpillar、Case、、New Holland （纽荷兰）、Terex（特勒克斯）、Gehl（盖尔）和Melroe（梅洛）等。

而其中最著名的则非今天Ingersoll-Rand旗下的Bobcat（山猫）莫属（图3-53）。在很多场合，Bobcat这一品牌几乎已成为了滑移转向式装载机的代名词。

滑移转向装载机前后轮之间的轴距很短，四个驱动轮都是与底盘刚性连接的以保证作业时整机的稳定性。

由于速度较低，仅靠充气轮胎缓冲减震已足。为了防止单个车轮滑转和准确控制滑移转向的过程，最简单有效的方法就是将同一侧的各个驱动轮联锁起来强制它们同步运转，因此滑移转向装载机大多采用每侧装一个液压马达，通过链条同时驱动同侧的两个驱动轮的传动方式。

其中一种方案是将该液压马达以车轮马达的形式直接装于其中一个驱动轮中，再于同侧的两个驱动轮毂之间设置传动比为1比1的链传动；另一种方案是用一个输出轴上装有双联链轮的液压马达分别通过传动比相同的链传动装置驱动前后车轮。

早些年间还出现过一些由多个中介齿轮或锥齿轮传动箱经传动轴构成的全齿轮传动方式，现在似乎已不再流行。

滑移转向装载机的驱动轮上可以直接套装橡胶履带以减低接地比压。而近年来又出现了带有悬架系统专门装履带的滑移转向装载机（图3-54）。它们实际上已经跨界进入了履带式车辆和装载机的领域。

北京施工机械厂在20世纪70年代参考国际展览留存的加拿大Thomas（托马斯）公司的样机开发生产此类装载机已有多年的历史，该厂甚至自制了配套所需的轴向柱塞变量液压泵和定量液压马达，堪称国内最早全面涉足这一领域的单位，但其批量一直不大。

90年代以后，陆续有徐州、泰安、柳州等许多厂家陆续从国外引进了相关技术，加上自主开发，国内开始大批制造这种装载机（图3-55a）。

其间，中国农机院液压所还曾于20世纪80年代后期研制过一台采用“二次调节系统”技术、且可有线遥控的滑移转向式装载机样机（图3-55b），技术创新的思维十分超前。