Modern diesel technology : Heavy equipment systems

MODERN DIESEL TECHNOLOGY:

HEAVY EQUIPMENT SYSTEMS

2ND EDITION

Robert Huzij, Angelo Spano,

Sean Bennett

Australia • Brazil • Japan • Korea • Mexico • Singapore • Spain • United Kingdom • United States

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Modern Diesel Technology: Heavy Equipment

Systems, 2nd Edition

Robert Huzij, Angelo Spano, Sean Bennett

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1 2 3 4 5 6 7 17 16 15 14 13

Brief Table of Contents

Preface for Series . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi

CHAPTER 1 Safety . ....................... ............................... 1

CHAPTER 2 Hoisting and Rigging Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

CHAPTER 3 Introduction to Hydraulics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

CHAPTER 4 Hydraulic System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

CHAPTER 5 Hydraulic Symbols and Schematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

CHAPTER 6 Hydraulic System Maintenance and Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

CHAPTER 7 Hydraulic Brakes . . . ............................. . . . . . . . . . . . . 137

CHAPTER 8 Spring-Applied Hydraulically Released Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

CHAPTER 9 Air and Air-Over-Hydraulic Brake Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

CHAPTER 10 Introduction to Powertrains . . ....................... . . . . . . . . . . . . 225

CHAPTER 11 Powershift Transmissions ........................... . . . . . . . . . . . . 239

CHAPTER 12 Hydrostatic Drive Systems and Hydraulic Retarder Systems . . . . . . . . . . . . . . 301

CHAPTER 13 Driveline Systems . . . ............................. . . . . . . . . . . . . 335

CHAPTER 14 Heavy-Duty Drive Axles ........................... . . . . . . . . . . . . 361

CHAPTER 15 Final Drives . . ............................ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405

CHAPTER 16 Steering Systems ........................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

CHAPTER 17 Tires, Tracks, and Rim Systems ...................... . . . . . . . . . . . . 457

iii

CHAPTER 18 Suspension Systems . . . ............................. . . . . . . . . . . . . 493

CHAPTER 19 Machine and Equipment Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521

CHAPTER 20 AC Electric Drive Systems . . . ....................... . . . . . . . . . . . . 531

Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563

Table of Contents

Preface for Series . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi

CHAPTER 1 Safety . ....................... ............................... 1

Introduction . . .................................................... 1

Shake Hands with Danger! . . . ....................................... 2

A Healthy Lifestyle . .............................................. 2

Personal Protective Equipment . . ....................................... 3

Safety Boots .................................................... 3

Safety Glasses ................................................... 3

Hearing Protection . .............................................. 4

Gloves ........................................................ 5

Back Care . . .................................................... 5

Coveralls . . .................................................... 6

Butane Lighters .................................................. 6

Hair and Jewelry . . . .............................................. 6

Safety Helmets ................................................... 6

Spill Response ................................................... 6

Fire Safety . . . .................................................... 7

Fire Extinguishers . . .............................................. 7

Shop Equipment ................................................... 7

Lifting Devices .................................................. 7

General Shop Precautions ............................................ 9

Exhaust Extraction . . .............................................. 9

Workplace Housekeeping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Components Under Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Compressed Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Pneumatics Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Hydraulics Personal Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Chassis and Shop Electrical Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Static Discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Chassis Wiring and Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Mains Electrical Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Oxyacetylene Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Acetylene Cylinders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Oxygen Cylinders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Regulators and Gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Hoses and Fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Torches and Tips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Backfire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Flashback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Eye Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Oxyacetylene Precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Adjustment of the Oxyacetylene Flame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Electric Arc Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Operator Protective Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Testing of OPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Rollover Protection System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Falling-Object Protection System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Who Uses OPS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Shop Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

CHAPTER 2 Hoisting and Rigging Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Hoisting and Rigging Hazards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Introduction to Hoisting and Rigging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Elements Affecting Hoisting Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Factors that Reduce Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Slings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Rigging, Lifting, and Landing Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Determining Weight of the Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Hardware, Wire Rope, Slings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Slings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Sling Configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Center of Gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Working Load Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Types of Slings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Wire Rope Slings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Chain Slings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Endless or Grommet Type Slings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Rigging Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Hoisting Hooks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Shackles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Eye Bolts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Wire Rope Clips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Spreader and Equalizing Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Lever-Operated Hoists or Come-Alongs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Crane Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Electric Chain Hoists, Electric Wire Rope Hoists, and Pendant Cranes . . . . . . . . . 45

Online Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

CHAPTER 3 Introduction to Hydraulics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Hydraulic Levers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Types of Hydraulic System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Shop Task . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

CHAPTER 4 Hydraulic System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Hydraulic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Reservoirs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Hydraulic Jacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Gas-Loaded Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Weight-Loaded Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Spring-Loaded Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Fixed-Displacement Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Variable-Displacement Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Gear Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Vane Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Piston Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Pump Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Pressure-Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Flow-Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Directional Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Hydraulic Cylinders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Hydraulic Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

Gear Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Vane Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Piston Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Conductors and Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Hydraulic Hoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Installing Hoses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Couplers (Connectors) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Permanent Hose Fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Reusable Hose Fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Assembling Hose Fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Coupling Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Pipes and Tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Hydraulic Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Viscosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Viscosity Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

vii

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

CHAPTER 5 Hydraulic Symbols and Schematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Symbols and Schematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Shapes and Marks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Valve Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Simple Hydraulic Circuit Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

ISO/ANSI Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Open Center/Closed Center Circuit Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Hydraulic Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Interesting Facts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

CHAPTER 6 Hydraulic System Maintenance and Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Safe Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Drain, Flush, and Refill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Leakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Intended Internal Leakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Unintended Internal Leakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

External Leakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

LS/PC and Torque Limiting System Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Troubleshooting Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Troubleshooting Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Swing Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Boom Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Stick Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Bucket Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Excavator Circuit Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Typical Excavator Circuit Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Visual Checks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Performance Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Typical Problems and Causes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Alternate Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

CHAPTER 7 Hydraulic Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Basic Hydraulic Brake System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Dual Circuit Master Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Hydrostatic Drive Brake Master Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Dual Master Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

viii

Boost-Assist Master Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Hydraulic-Assist Two-Stage Master Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Dual Power-Assist Master Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Hydraulic Brake-Control Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

Dual Pedal Brake Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

Hydraulic Slack Adjusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Diverter Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Drum Hydraulic Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Wheel Cylinders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Self-Adjusting Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Hydraulic External Caliper Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Internal Wet Disc Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Inboard Hydraulic Wet Disc Brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Mechanical Internal Park Brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Spring-Applied Park Brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Combination Service/Park Brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Hydraulic Brake Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Hydraulic Brake Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Basic Brake Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Hydraulic Wet Disc Brake Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Brake Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

Accumulator Pressure Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

Park Brake Control Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Service Brake Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Park Brake Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Testing/Adjusting and Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Brake System Pressure Release . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Brake Pump Flow Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Brake Accumulator Charge and Test Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Accumulator Charge Valve Test Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

CHAPTER 8 Spring-Applied Hydraulically Released Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Basic Brake System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Brake Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Hydraulic Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Piston-Type Accumulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

Accumulator Charge Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Hydraulic Return Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Pilot Pressure Sequence Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Accumulator Pressure Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Park Brake Selector Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

Foot-Operated Brake Control Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

Park Brake Solenoid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Driveline Park Brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Hydraulic Oil Cooler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Spring-Applied Hydraulically Released Wet Disc Brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Spring-Applied Brake System Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

Brake Cooling Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Testing and Adjusting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Testing and Recharging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Brake Performance Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Accumulator Charge Valve Test Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Brake Pump Flow Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Checking Internal Friction Disc Wear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Pressure Testing the Brake Cooling Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

Repairing the Brake Assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

CHAPTER 9 Air and Air-Over-Hydraulic Brake Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Air-Actuated Brake Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Overview of Air Brake Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Air Brake Subsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

The Air Supply Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

Air Compressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Governors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Air Dryers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Supply Tank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

Low-Pressure Indicator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Actuation Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Foot Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Brake Valves in the Primary Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

Dash Control and the Parking/Emergency Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

Single Hold-Off Chamber Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

Spring and Rotochamber Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

Foundation Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

S-Cam Foundation Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Wedge Brake Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

Air Disc Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Rotochambers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Slack Adjusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Air-Over-Hydraulic Brakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Air-Over-Hydraulic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Wheel Loader Brake Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Operating Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

Air Control Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

Hydraulic Foundation Brake Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

Secondary/Parking Brake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

Air-Over-Hydraulic ABS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

Bleeding an Air-Over-Hydraulic System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

CHAPTER 10 Introduction to Powertrains . . ....................... . . . . . . . . . . . . 225

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Gear Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Herringbone Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Plain Bevel Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Spiral Bevel Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Hypoid Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Amboid Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Planetary Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Worm Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Rack-and-Pinion Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Gear Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Gear Pitch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Gear Backlash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Gear Tooth Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

Gear Speed and Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

Gear Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

Speed and Torque Relationship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

Idler Gears . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Online Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Shop Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

CHAPTER 11 Powershift Transmissions ........................... . . . . . . . . . . . . 239

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Forward/Reverse Shuttled Transmissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Forward/Reverse Shuttle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Four-Wheel-Drive Option . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Hydraulic Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Torque Converters/Fluid Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

Fluid Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

Torque Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

Planetary Gearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Principles of Planetary Gearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Clutch Packs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Compound Planetary Transmissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Planetary Powerflows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Transmission Hydraulic System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

Powertrain Electronic Control System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

Electronic Control Module (ECM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

Neutral Start Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

Manual Shift Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

Automatic Shift Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

Parking Brake Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Back-Up Alarm Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Diagnostic Operation Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Data Link Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

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