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1、工程机械动力换挡变速器工作原理及应用13(1(1il(fte111ti(i?I!(河南科技学院机电学院,聂福全篮 2005g 第 10 期程机械动力换挡变速器作原理及应用随着近几年液压传动技术的发展,采用液力传动的工程机械由于具有无级变速(在某一速度范围内)及操纵轻便的特点,逐渐有取代传统机械式传动工程机械的趋势,但由于国产行走液压泵,液压马达质量不过关,而进口的价格又偏高,使得液压驱动的工程机械价格较高,而国内许多用户由于购买能力有限,制约了全液压驱动振动工程机械的推广应用.如何解决操纵方便和价格之间的矛盾,采用动力换挡变速器取代传统的手动机械变速器则是一个比较好的选择方案.动力换挡变速器的
2、结构及工作原理动力换挡变速器一股是由液力变矩器,整体箱体式多挡动力换挡变速器和控制系统三部分组成,能实现前,后桥驱动,且可以带闭锁离合器.某些变速器还可根据需要,在导轮上配置一个单向离合器.根据不同工程机械操作的需要,可选配前三例三,前四倒三,前六倒三MC 慢代露部件等不同速度挡位的箱体.由于在变速器中有若干个液压控制的多片离合器,能在带负荷的状态下接合和脱开,从而实现动力换挡.1.液力变矩器工作原理液力变矩器按其结构不同主要有综合式和非综合式两种结构.它的主要作用是通过变矩器可使输出转速无级变化,使驱动扭矩能自动适应所需的负载扭矩.如图 1 所示,变矩器主要由泵轮,涡轮,导轮三部分组成,并由
3、这三个工作轮组成一个循环圆系统,液体按照上述顺序通过循环圆流动.工作时,变矩器泵轮和变速器的供油泵不断使液压油通过变矩器,使变矩器开始起作用,增加发动机输出的扭矩,同时经变速器流出的油吸收了变矩器内产生的热量并将热量排出.变矩器在工作时,油液由泵轮流入涡轮,流经涡轮时液流改变方向,涡轮及输出轴所得到的扭矩大小取决于负载.导轮置于涡轮后面,其作用是将从涡轮流出的油i3 岫例 afien(液压气动密封经其油道再次改变液流方向并以适当的方向流人泵轮,因此会在导轮上产生一个反作用扭矩.涡轮与泵轮扭矩之比称为变矩比,此比值随涡轮与泵轮之间的转速比降低而增大.因此,涡轮不工作时变矩比最大,随着输出转速的提
4、高,变矩比的会降低.当涡轮转速达到泵轮转速的 80%左右时,变矩比接近 1,涡轮扭矩等于泵轮扭矩,此时变矩器的作用类似于一个偶合器.配置单向离合器的作用是在高速工况提高高效区的传动范围.在变矩工况时,离合器将扭矩传至导轮座,偶合工况时松开,此时导轮就能自由旋转.发动机起步工况中间工况达到闭锁工况冷1.50)2.5J1速器H 一=0盯一盯H 一一 0.8n图 1 液力变矩器结构及工作原理图 2 动力换挡变速器结构2.动力换挡变速器工作原理动力换挡变速器一般为平行轴(定轴) 结构,由液压控制的多片式摩擦离合器能在带负荷状态下接合和脱开,即实现在不切断动力情况下换挡.所有传动齿轮均由滚动轴承支承,齿
5、轮与齿轮之间为常啮合传动.三挡结构的变速箱有 5 个多片湿式摩擦离合器,4 挡至6 挡结构的有 6 个多片湿式摩擦离合器.动力换挡接合时,相应挡位的离合器摩擦片被受轴向作用的油压所推动的活塞压紧,实现该挡位的动力接合;换挡脱开时,该部位离合器摩擦片在复位弹簧的作用下使活塞返回,该挡位动力脱开,动力换挡变速器结构如图 2 所示.由于液力变矩器和动力换挡变速器使工程机械具有一定的自适应性能,图 3 动力换挡变速器液压工作回路-Ic 琢代零部件换挡轻便平稳,加速性能较好等优点,生产成本又比较适中,可以有效提高工程机械的作业效率和使用经济性,减小发热量,已为国内大多数工程机械生产厂家接受并采用.控制系
6、统类型及工作原理控制系统按照控制原理不同可分为机液控制阀和电液控制阀两种类型的控制方式.1.机液控制动力换挡液压系统原理动力换挡变速器液压系统主要元件包括液压泵(齿轮泵),滤清器,控制压力阀,压力控制阀,换挡阀,旁通阀等.齿轮泵用于向变矩器和操纵阀供油.齿轮泵由发动机直接驱动,动力换挡时,通过调整换挡(向)控制阀(前,后挡各一个), 油液经油路内的吸油滤清器(粗滤) 和旋转滤清器(精滤 )后,经控制压力阀(主调压阀 1,31.7MPa)限制其工作压力,再通过压力控制阀进入操纵阀.经操纵阀的液压油直接进入离合器,推动相应活塞动作,完成动力换挡.压力控制阀的主要作用是在换挡瞬间调节离合器液压缸的升
7、压特性,即换挡时使油压瞬间降低,换挡结束后油压再恢复到正常值,这样能减少换挡冲击,提高换挡的可靠性和稳定性.控制压力阀在限制最高油压的同时,将溢出的液压油送人变矩器和润滑油路.变矩器人口油压为 O,8MPa,出口油压为 O.25MPa.动力换挡变速器液压工作回路如图 3 所示.2.电液控制原理电液控制的油路与机液控制油路相类似,只不过是用 4 个电磁阀取20O5 第 10 朝锄H,(.(1lH/代了两个换挡(向) 阀.动力换挡时,通过手动操作挡位选择器,控制与选择器相连的各个电磁阀,操纵变速箱上的控制阀,实现控制油路的接通与断开,完成动力换挡操作.由于电液操纵具有简单,方便及电缆连接安装方便的
8、特点,因此,目前国产压路机大多采用此控制方式.动力换挡变速器在国内的发展和应用鉴于动力换挡变速器的许多优点,20 世纪 80 年代以来我国先后引进了日本 TCM 叉车的变速器和德国 ZF 公司电一液控制定轴式尺寸变速器等先进技术,使我国这一行业水平有了较大的提高.目前,动力换挡变速器已在许多工程机械品种如装载机,推土机,平地机,压路机等上得到普及和应用.作为国内相关生产企业而言,提高动力换挡变速器制造和应用水平的关键是必须加快行业间联合兼并步伐,引进世界一流技术,早日在我国建成具有世界一流技术水平和竞争能力的专业化企业集团.只有这样才能在我国实现动力换挡变速器产品的专业化,系列化与通用化,为我
9、国工程机械提供具有世界一流技术水平和价格适中的产品,使产品具有旺盛的生命力.目前,国内动力换挡变速器的主要生产厂家见表 l,表 2.表 1 装载机动力换挡变速器生产企业产品型号输入功率最大输入转速输入扭矩/kW/rmin 一/Nm四川 I 齿轮厂 ZL10,ZL15,40,532400,2400,355,150,ZL40,ZL50,125,147,2200,2200,1500,1560,ZL70l6222002200天津工程 ZL15,ZL16,53,53,2400,2400,170,170,机械研究院 ZL20,YB80166,742400,2000,205,392杭州前进 BS428,ZL
10、20A74,742500,2500650,650齿轮厂成都工程 ZL30,ZL50,75,154,2000,2200,392,751,机械液力 ZL40E,ZL60E93,1512200,2200,347,401变矩器厂福建三明 ZL40ZL50158,1582200,2200,1310,1310齿轮厂青海齿轮厂 ZL50,ZLM50,154,169,2200,2000,745,950,KLD85Zl5622008l3.4内蒙古汽车 SX132lB7432cH0360齿轮厂表 2ZF 动力换挡变速器生产企业产品型号输入功率最大输入转速输入扭矩/kW/rmin/Nm杭州前进 3WG180/200
11、17190280013501500齿轮厂 4WGl8O/200l70/l902800l35015006WG180/200l70/I902800135015003WGl8ll702800l3505WGl8ll702800l350不同工程机械动力换挡变速器的选用对于平地机,垃圾压实机,装载机等非匀速工作条件下的工程机械,由干其负载变化比较大,因而必须采用液力变矩器,以满足输出扭矩随负载自动变化的要求,变速器的类型以 zF 动力换挡变速器为主.变矩器与发动机篮 2oo50第 10 期 MC 琨代零部件的连接可以是直接连接,即采用传力膜片与飞轮壳连接.如果有特殊安装需要,也可以采用分离连接,即采用法兰
12、和万向节连接变矩器与发动机.对于压路机等一些基本处于匀速运动的工程机械,由于对动力扭矩输出变化要求不高,因而可以不使用液力变矩器,而直接采用动力换挡变速器,这样可以在满足设备动力换挡使用的前提下,有效降低变速器的采购成本.装载机等工程机械应选用装载机专用动力换挡变速器,以满足装载机械的特殊使用要求.动力换挡变速器使用时的注意事项(1)工程机械在工作状态下使用挡位控制器进行换挡时,操纵应依次进行,不可跳挡操纵.此外,一些变速器仅在 l 挡时可实现反向操纵,因而驾驶时必须给予充分的注意.另外在行驶中,下坡滑行时,应操纵相应的挡位,发动机的转速不得低干 1200r/min,以满足变速器各部位润滑的需要.(2)动力变速器总成一般采用 8号液力传动油.首次加油量应合适,进行油位检查时,先使发动机处于怠速状态,油温在 80C 时,油面应达到油标尺的上标记刻度;油温在40时油面应降至下标记刻度.变速箱首次工作 100h 后必须更换油,以后每工作 1000h 换一次油,并且在换油同时更换滤油器.(3)当发动机熄火主机被拖行时,要求变速器拖行速度不得超过10km/h,拖行距离不得超过 10km,以防止变速器的损坏.-C 文章查询编号:W1003
