2.5 行走装置
以下是日立EX125W-5型轮式挖掘机行走装置的结构与原理叙述。
行走装置由行走马达、变速器、前传动轴、后传动轴、前桥和后桥组成。行走马达为斜轴式轴向柱塞变量马达。马达由来自泵的压力油驱动并带动变速器。行走马达上配有调节器，用于调节传递到变速器的扭矩。通过来自先导泵的压力，可在变速器中选择行走模式（高速和低速）。行走马达的转动传递到传动轴和车桥，如图2-72所示。
图2-72 行走装置
2.5.1 变速器
变速器主要包括输入轴1、齿轮3、齿轮7、齿轮10、输出轴6和停放制动器5，输入轴1连接到行走马达的输入轴上，输入轴1和低速齿轮2是一个整体。高速齿轮3是用花键连接到输入轴1上，如图2-73所示。
图2-73 变速器结构
1—输入轴；2—齿轮（28T）；3—齿轮（55T）；4—套筒；5—停放制动器；6—输出轴；7—齿轮（64T）；8—拨叉；9—变速器转换气缸；10—齿轮（91T）；11—滚针轴承
齿轮2与齿轮10以及齿轮3与齿轮7为长啮合齿轮。输出轴6上的齿轮7和齿轮10由滚针轴承11支承。
行走马达的转动通过套筒4而传递到输出轴6，停放制动器5安装在输出轴6的后桥一侧。
（1）当选择高速时
当行走方式开关转到高速位置时，从变速器转换电磁阀到变速器转换气缸9的压缩空气回路关闭，故没有压缩空气供应。变速器转换气缸被弹簧力推到右边，拨叉8也被移动到右边。由于拨叉8的运动，输出轴6和齿轮7连接上，如图2-74所示。
图2-74 高速运转时
1—输入轴；3—齿轮（55T）；4—套筒；6—输出轴；7—齿轮（64T）；8—拨叉；9—变速器转换气缸
行走马达的输出运动，通过输入轴1上的齿轮3而传递到输出轴6，通过套筒4而传递到输出轴6上的齿轮7。因此，输出轴6以高速转动。
（2）当选择低速时
当行走方式开关转到低速位置时，压缩空气从变速器转换电磁阀供应到变速器转换气缸9。由于被压缩空气所推动，拨叉8移动到左边。由于拨叉8的运动，输出轴6与齿轮10连接上，如图2-75所示。
图2-75 低速运转时
1—输入轴；2—齿轮（28T）；4—套筒；6—输出轴；8—拨叉；9—变速器转换气缸；10—齿轮（91T）
行走马达的旋转输出通过输入轴1上的齿轮2而传递到输出轴上的齿轮10，因此输出轴6以低速转动。
2.5.2 停放制动器
停放制动器安装在变速器的输出轴上，它是内胀式的闸瓦制动器，使后桥一侧上的传动轴停止转动。停放制动器主要包括制动鼓、制动闸瓦、凸轮轴、杠杆、调整器和复位弹簧。
（1）制动操作
当制动开关转到停放或工作位置时，供应到空气腔的压缩空气被停放制动电磁阀所切断。由于空气腔内的弹簧的弹力作用，推杆被向左拉动，如图2-76所示。所以停放制动器的杠杆被拉，从而使停放制动器工作。
图2-76 停放制动器
（2）释放操作
当制动开关转到向左或悬挂锁紧位置时，压缩空气通过停放制动电磁阀而供应到空气腔。压缩空气推动空气腔内的弹簧，故推杆被推动。所以停放制动器的杠杆被推，从而使停放制动器释放。
（3）空气腔
当压缩空气不供应到空气腔时，推杆被弹簧拉到左边（停放制动器制动位置），如图2-77所示。当压缩空气供应到空气腔时，压缩空气克服了弹簧力，把推杆推到右边（停放制动器释放的位置）。
图2-77 空气腔
2.5.3 前、后传动轴
前、后传动轴结构如图2-78所示。
图2-78 传动轴和接头
接头采用最普通的万向接头联轴器。万向接头联轴器由一对叉子和一个十字头组成。叉子和十字头由滚针轴承固定在指定的地方。
2.5.4 车桥
（1）前车桥
前车桥用以改变机器的方向，支承着机器的重量，并把前传动轴的动力传送到车轮上。在前车桥的两侧安装了转向节8，以便通过操作方向盘而使机器改变方向，如图2-79所示。前轮通过减速齿轮1而安装在转向节8上。
图2-79 前车桥
1—减速装置；2—制动器；3—转向节臂；4—拉杆；5—车轮；6—差速器；7—万向接头；8—转向节
（2）后车桥
后车桥用以支承机器的重量和把动力从后传动轴传递到车轮，如图2-80所示。
图2-80 后车桥
2.5.5 轮位对准
机器在工作时，为使方向盘的操作容易和保证机器方向的稳定性，前轮部件安装成彼此成一专门的角度。这种调整称为轮位对准，它包括以下几个要素。
（1）反翘
反翘是一种安装方法，在安装前轮时让它从垂直位置向外倾斜，如图2-81所示。反翘的主要目的是防止因转向销衬套或轮毂轴承的间隙过大而引起车轮向内倾斜，或防止因载荷而使车桥变形。
图2-81 反翘安装原理
反翘的第二个目的是让车轮与地面的接触点更靠近于转向销中心的延长线与地面的接触点。如图2-81（c）、（d）所示，车体重量向下施加在转向销上，而向下的反作用力是从地面接触点施加在轮胎上的。
如果没有反翘，如图2-81（c）所示，在轮胎中心和转向销之间的距离D（偏移）使得产生一个分离（它以箭头所示的方向推着车轮）。这个分力作用在转向销的顶部和端部，妨碍了转向节的运动。如果有了反翘，让车体重量的作用线对准转向销的中心线，就可以消除这个妨碍转向节运动的分力。
反翘的第三个目的是防止车轮偏离指定位置。反翘可以产生一个指向车轴内侧的力，所以，即使车轮上的销子螺母有些松动，车轮也不会从车轴上跑出去。
如上所述，反翘的作用是防止车桥变形，减少转向节的旋转力和防止车轮松动。但是，正如图2-82所示，具有反翘的车轮有一个特点，它的转动是围绕其中心点A的一个圆圈而进行的。因此，当机器直行时，轮胎有一部分在打滑。这个缺点可以通过车轮的前束来消除。
图2-82 反翘特性
（2）前束
前轮在笔直向前的位置上稍有一点转向，从上面俯视，两个车轮前部和后部之间的距离不相同。如果车轮前部的距离小于后部的距离，这就是前束。距离A和B之间的差就是实际的前束量，前束量的调整是通过把转向拉杆长度减小或增加而进行的，如图2-83所示。
图2-83 有前束与没有前束时的工作原理
前束的主要目的是通过消除前轮反翘的倾向而使齿轮笔直向前滚动。因此，前束量要根据反翘角度来确定。前束的调整应对是在反翘角和主销（转向销）角已正确调整完之后进行的，因为这两种角度是互相有影响的。如果前轮有反翘，即从垂直位置向外倾斜，那么车轮就有向外转动的倾向（从顶部俯视）。当有了适当的前束量时，前轮就笔直向前滚动，因为前束有使它向内转动的作用。
前束的第二个目的是，当机器笔直向前运动时，消除前轮向外的特性。通过采取这个措施，可以使拉杆不受到额外的力。
2.5.6 差速器
当机器在在转弯时或在崎岖不平的地面上行走时，差速器可以使左、右驱动轮以不同的速度转动。图2-84是差速器的结构。
图2-84 差速器
1—传动盘；2—准双曲面小齿轮轴；3—垫片；4，6，12，19—轴承；5—轴承罩；7—罩盖；8—法兰抛油圈；9—口盖叉架；10，21—调整螺母；11，20—轴承端盖；13—齿轮箱2；14—差速小齿轮；15—十字轴；16—差速侧齿轮；17—准双曲面环形齿轮；18—齿轮箱1
（1）功能
准双曲面小齿轮轴和环形齿轮在安装时是对中心有偏移的，如图2-85所示。
图2-85 小齿轮轴和环形齿轮的位置关系
差速器的作用：当机器转弯（或在崎岖地面行走）时，车轮的轨迹呈圆形，其中心是在后轮中心的延长线上，如图2-86所示，所以，外轮要比内轮转动得更快一些。如果齿轮之间安装在传动轴上而没有差速器，则外轮和内轮就同样转动（当驱动后轮时）。当机器在转弯时，外轮要比内轮转动得更多一些，因此，轮胎就发生打滑或磨损。此外，还有扭曲应力，使驱动功率的传送不稳定。如果安装了差速器，内轮和外轮就可以用不同的转动频率转动，上述问题就得以避免。
图2-86 机器转弯或路面不平轨迹
（2）差速器的原理
这里利用图中的齿条和小齿轮来说明差速器的工作原理。当载荷W均匀地作用在齿条A和齿条B上，C向上移动的高度为H，齿条A和齿条B移动高度为H，与小齿轮成为一体，如图2-87所示。
图2-87 差速器原理
当C移动时，作用在齿条B上的载荷撤走，小齿轮在齿条A上滚动（有载荷），使齿条B向上移动。这里，齿条B的移动长度大于小齿轮在齿条A上的滚动长度。齿条B的移动长度为H+H=2H。这种原理可应用到差速器上。
（3）差速器的工作
后桥的轴6、7是以花键连接到差速器的侧齿轮2、3上的。当这两根轴的阻力相同时，或当机器在平地上行走时，差速器的小齿轮1、4是不转动的，如图2-88所示。
图2-88 差速器没有起差速作用时
1，4—小齿轮；2，3—侧齿轮；5—壳体；6，7—轴；8—环形齿轮；9—驱动小齿轮
差速器小齿轮1、4和侧齿轮2、3是与连接到环形齿轮8上的壳体5作为一个整体而转动的，彼此啮合和固定。
如上所述，当所有的部件都作为一个整体而转动时，差速器的差速功能没有发挥出来，故齿轮1～4只起到连接后桥的轴6、7的作用。
当机器转弯时，不均匀的阻力作用在驱动轮上。由于作用在内轮和外轮上的阻力有差异，差动小齿轮1、4在自己的轴线上旋转，与小齿轮轴成为一体，并绕侧齿轮旋转。于是，当轴6的阻力大时，小齿轮在自己的轴线上旋转，其方向与在轴6的侧齿轮的旋转方向相同，故轴6的转动减小。减小的转动作用在轴7上，使差速器起作用，如图2-89所示。
图2-89 差速器起作用时
1，4—小齿轮；2，3—侧齿轮；5—壳体；6，7—轴；8—环形齿轮；9—驱动小齿轮
假设环形齿轮8被驱动小齿轮9所驱动的速度为100，当机器直行时，两个驱动轮以同样的速度转动。但是，当机器转弯时，右驱动轮的转动降低到90，减少的速度10（100-90=10）则加到左驱动轮上，所以作驱动轮的转动速度为100+10=110。
当环形齿轮以100来转动时，车轮总的转动频率为200，不论这两个轮的情况怎样都是如此。
2.5.7 减速装置
减速装置是一种行星一级减速装置，用于把驱动力从差速器传递到车轮，其结构如图2-90所示。
图2-90 减速器
1—行星齿轮；2—行星十字轴；3—行星销；4—十字轴；5—制动鼓；6—太阳齿轮；7—车桥轴；8—内齿轮；9—轮毂齿轮；10—轴承；11—轮毂
2.5.8 制动器
当踩下制动踏板时，压缩空气通过制动阀而供应到主气缸，主气缸被压缩空气所开动，把制动液排出。因此，制动液供应到制动器上的车轮油缸，把制动器开动。
制动器的结构如图2-91所示，它是领先-尾随式闸瓦制动器。
图2-91 制动器结构
1—闸瓦；2—防尘罩；3—车轮油缸；4—衬套；5—固定销；6—支架；7—弹簧
当制动鼓以图2-92中箭头所示方向转动时，领先侧的闸瓦以固定销A为支点进一步接触到制动鼓，使制动力增大。同时，尾随侧闸瓦上的衬垫接触压力比尾随侧闸瓦上的衬垫接触压力大3倍以上（图中斜线部分表示接触压力）。
图2-92 制动鼓制动
2.5.9 行走马达
行走马达是斜轴式轴向柱塞可变排量马达，它由旋转组件和调节器组成，如图2-93所示。
图2-93 行走马达
（1）旋转组件
旋转组件的输出轴有两个轴承支承在马达外壳上。把中心销插进转子的中心孔内，将输出轴与转子连接起来。阀块安装在转子顶部。弹簧以足够的力量作用在转子上，使转子和阀块紧密接触，如图2-94所示。
图2-94 马达旋转组件
转子有7个柱塞，来自泵的压力油经阀板上的AM油口流进转子。当压力油推动柱塞时，推力F的分力FV驱动输出轴转动，如图2-95所示。转子随着输出轴的转动，当柱塞到达BM油口时，液压油液流回油箱。
图2-95 马达工作原理
前进、后退的转换通过对油口AM或BM供应的压力油来实现。
（2）变量机构
①高速时 当马达的工作压力降低到26.5MPa或以下时，先导活塞被弹簧推向上方，故油口A和油口B之间的通道被先导活塞堵住，如图2-96所示。油口B和内部通道都连接到排放油路，故大腔也连接到排放油路。油口A连接到小腔，马达的工作压力始终如一地作用在小油腔上，故小腔里的马达工作压力把伺服活塞向下推。连接到伺服活塞上的控制杆移动阀板和转子，以把马达的斜盘角度调整到最小位置。这样，柱塞行程变为最小，故马达以高速转动。
图2-96 高速时伺服油路
②低速时 当马达的工作压力升高到24.5MPa或以上时，马达里的工作压力通过小油腔流进油口A，如图2-97所示。当工作压力大于弹簧的弹力时，先导活塞被向下推动。由于先导活塞向下移动，油口A和B接通，压力油液通过油口A、油口B和内部通道流进大油腔。由于大腔和小腔的有效作业面积差，伺服活塞向上移动。与伺服活塞相连的控制杆推动阀板和转子，把马达的角度调整到最大倾斜角度位置。这样，柱塞的行程变成最大，马达以低速转动。
图2-97 低速时伺服油路
2.5.10 制动阀
制动阀位于行走马达的头部，由平衡阀、溢流阀和补偿阀组成。每个阀的功能如下：
平衡阀：使行走马达平稳地启动和停止，并防止轨迹偏离。
溢流阀（R1、R2、R3）：用以释放因突然操作而产生的冲击压力，并能保护行走马达免受外力损坏。当溢流阀R3启动时，溢流阀R1和R2的设定压力在低压区。
补偿阀：防止马达产生气穴现象。
（1）当行走启动时
当行走启动时，来自控制阀的压力油供应到制动阀的油口BV。它把平衡阀阀柱里的提动头B打开，然后通过油口BM流进行走马达。马达回油流进油口AM，但均被平衡阀阀柱里的提动头A堵住。当压力油被提动头B堵住时，油口BM里的压力升高，压力油经过通道B和单向阀B而流到腔B。当腔B里的压力克服了弹簧A的弹力时，平衡阀阀柱移到左边，因此，油口AM与油口AV接通，故行走马达转动。来自腔A的回油通过喷口A，使得平衡阀阀柱慢慢移动，如图2-98所示。
图2-98 行走马达启动时的制动油路
由此，油口BV的压力，通过往复阀S1而作用在溢流阀R3的油腔C。由于压力油流到油腔C，先导提动头C被向上推动，使得弹簧腔a或溢流阀R1、R2和往复阀S1之间的油路关闭。
来自油口BM的压力作用在溢流阀R2的提动头上。由于溢流阀R2的弹簧腔a和往复阀S1之间的油路关闭，提动头不能打开，压力油通过提动头的喷口流到弹簧腔a，所以弹簧腔a里的压力等于油口BM的压力。
当油口BM内的压力升高，R2弹簧腔a里的压力克服弹簧b的压缩力，先导提动头打开。由于先导提动头打开，弹簧腔a里的压力降低，故提动头打开。来自油口BM的压力通过提动头而流到油口T，并流回油箱。因此，溢流阀R2的功能相当于高压操作的溢流阀。
此外，来自油口BV的压力油作用在行走马达的调节器上，把行走马达的斜盘角度切换到最大。因此当启动时和在大负载情况时，行走马达变为低速。
（2）当减速或下坡行走时
①用平衡阀进行制动操作 当减速或下坡行走时，机器靠惯性力运动，故行走马达被强迫进行转动。因此，油口BV里的压力降低，故推动往复阀S1而作用在腔C的压力消失，如图2-99所示。平衡阀阀柱被弹簧A推回到右边。由于腔B里的油受到平衡阀上的喷口A和喷口B的限制，平衡阀阀柱慢慢移动。由于平衡阀阀柱的返回缓慢，来自行走马达的压力油逐渐受到限制，故制动时慢慢作用在行走马达上。
图2-99 减速或下坡行走时制动油路
②用溢流阀进行制动操作 当来自行走马达的压力油被平衡阀阀柱限制时，油口AM里的压力再次升高。油口AM里的压力油通过提动头上的喷口而进入到溢流阀R1的弹簧腔a里。弹簧腔a里的压力油通过喷口和往复阀S2而流到溢流阀R3。当来自弹簧腔a的压力油克服了溢流阀R3的弹簧C，先导提动头C打开。因此，溢流阀R1的弹簧腔a里的压力降低，故提动头打开。油口AM里的压力油通过提动头而流到油口T，然后流回液压油箱。
由于上述溢流阀R1和R3的操作反复进行，故制动功能就施加到行走马达上。
③制动器工作时的补偿 与压力升高油路相反，有的油路压力降低。来自补偿阀的液压油可以防止压力降低油路产生气穴。
（3）当停放时
当机器在停放时，如果行走马达因受到外力而转动，则油口AM或BM里的压力就升高。
当油口BM里的压力升高，油口BM里的压力油通过提动头上的喷口而进入溢流阀R2的弹簧腔a。弹簧腔a里的压力油通过喷口和往复阀S2而流到溢流阀R3，如图2-100所示。
图2-100 停放时制动油路
当停放时，油口BV和AV里是没有压力的，故没有压力作用在腔C。当来自弹簧腔a的压力油克服了溢流阀R3里的弹簧C的弹力时，先导提动头打开，溢流阀R2的弹簧腔a里的压力降低，故提动头打开。油口BM里的压力油，通过提动头而流到油口T，并返回到液压油箱。
此外，当机器停放时，如果行走马达因受到外力而运动，压力升高侧的相反侧油路的压力会降低，就会产生气穴。补偿阀的作用就是为了防止产生气穴。