行星齒輪減速機資訊減速機液力體係的性能剖析
1問題(Emerson)的提出
工程車輛如裝載機、推土機等為了提高對高強度負載的適應能力,主係多采用液力機械形式,但液力的效率(efficiency)較低,尤其是當遇到高強度負載需要係統(system)輸出較大功率(High-power)時,液力變矩器的效率反而大幅度下降,甚至降低為零。它使作業效率降低,造成了能源的浪費。
浪費的能源轉化為熱量使油溫升高,使機器工作環境惡化,故障率(failure rate)上升。P站最新版下载利用各級齒輪傳動來達到降速的目的.減速器就是由各級齒輪副組成的.比如用小齒輪帶動大齒輪就能達到一定的減速的目的,再采用多級這樣的結構,就可以大大降低轉速了。針對這一情況,近年來國內外的研究者與技術人員主要通過設計雙泵輪、雙導輪、雙渦輪(Turbo)和反轉導輪機構等措施來提高變矩器的效率(efficiency)和高效(指效能高的)區範圍,這些措施取得了一定成效,但並沒有從根本上解決重載下效率下降的問題(Emerson)(見1)。根據筆者對液力變矩器原始特性產裝載機、履帶推土機等工程車輛載荷譜的測試結果,各工況液力機械係統的平均效率隻有50%~70%.所以有必要改變傳統的係布局方案和通過新的技術途經來改變高強度(strength)負載下效率較低的問題。
以裝載機為例,在以往的設計中,一般將動力換檔變速箱的檔位設計為前二後一,例如杭州齒輪箱廠生產的ZL40A和ZL50D裝載機用變速箱的兩個前進檔比分別為21115與01578、後退檔為11577,其中前進一檔用於作業工況,前進二檔用於運輸工況。這樣設計的目的是使作業過程中變速箱的檔位始終在一檔位置,司機作業時隻需要操作方向盤與操縱杆就行了,因而可以讓司機把注意(attention)力更多地集中在作業上,以提高作業效率。檔位設置成前二後一的變速箱一般與雙渦輪液力變矩器配合,ZL50D裝載機用YJSW315型液力變矩器的原始(Original)特性見1.雙渦輪液力變矩器與一般三元件液力變矩器(原始特性見2)相比,具有高效範圍寬、變矩比較大等特點,但最高效率點的效率一般較三元件變矩器低,並且結構複雜,故障(fault)率相對較高。雙渦輪變矩器與前二後一的變速箱配合工作時,當遇到重載,對重載的適應主要靠液力變矩器實現,隨著載荷的增大,變矩器的工況點沿1中曲線(Curve)K向左上方移動,同時變矩器的效率沿Γ向左下方急速下降。在鏟入作業時,裝載機的運動速度一般小於1kmh,此時液力變矩器的效率一般小於25%(見3)。以ZL50D裝載機為例,若發動機額定功率為162kW,則經過液力變矩器再傳到驅動輪上,就隻剩下4015kW了,盡管此時司機已經把油門加到了最大,但裝載機的動作還是十分遲緩。所以這種係無法使發動機的功率得到充分發揮,其最根本原因在於車輛對重載的適應完全依靠液力變矩器而造成的。
為了克服上述缺點,有效辦法是增加動力換檔變速箱的檔位數,使用較多檔位的動力換檔變速箱。當負荷逐漸增加,液力變矩器的效率降低到出了高效(指效能高的)區後,隻需要將變速箱降低一個檔位,在保證牽引力不降低的情況(Condition)下,可把變矩器重新拉回到高效區工作。這種新方案其突出的特性是,主要依靠換檔來實現對強負荷的適應。新方案中變矩器的作用降低,隻起到小範圍適應負荷的變化和平穩起步的作用,因而隻要變速箱檔位設置得當,選擇成本較低、高效區範圍不寬的三元件變矩器就能滿足需要。此外三元件變矩器效率相對較高的特點可使工程車輛的平均效率進一步提高。
2計算比較
為了克服舊方案效率低、能耗高的缺點,徐州裝載機廠將過去的ZL50D裝載機(雙渦輪變矩器YJSW315配2個前進檔、1個後退檔變速箱ZL40A.30),經過改進設計成為ZL50E裝載機,采用三元件變矩器YJ355(原始特性曲線(Curve)見2)配4個前進檔、4個後退檔的變速箱4D180,方案改進前後發動機型號不變(6135K- 9a,其全負荷速度特性和調速特性見4),改進前後方案的比較見1.通過匹配計算,新舊方案各前進檔的牽引特性分別見3和5.從兩個牽引特性可以看出,新方案的高效區範圍更加偏向於低速區;在裝載機牽引力曲線的低速段,在相同的牽引力下,新方案變矩器的效率遠高於舊方案。效率的提高使得在相同工作阻力下車輛牽引速度提高,從而使工作效率大幅度提高;在鏟鬥插入作業時,因效率提高使鏟鬥插入功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)提高,相同的插入速度下插入力提高,裝載機顯得力量強勁。
正是由於這種新的液力機械方案所帶來的優越性,近年來,國外的工程車輛從總體來看有采用多檔位動力換檔變速箱配三元件液力變矩器的趨勢,但國外的工程車輛在增加了變速箱檔位數之後,一般采用自動換檔或半自動換檔技術。在我國,“八五”期間在國家計委的支持下,機械工業部實施了“工程機械引進、消化、吸收一條龍”項目以後,國內主要工程機械配套齒輪(Gear)箱廠相繼試製了工程車輛用多檔位動力換檔變速箱,有的已經應用在工程機械上並投入了試生產(Produce),但國內自行開發的多檔位動力換檔變速箱基本沒有采用自動換檔的,或者自動換檔控製(control)部分還在試製中。通過在徐工集團進行的試驗比較可以看出,對新、舊方案的裝載機同樣熟練的操作者,進行普通的堆填作業時,沒有自動換檔功能的新方案其作業效率不及舊方案的作業效率高,這是由於不斷操縱換檔手柄(Hand Shank)分散了操作者注意力,影響了作業時間,提高了司機勞動強度(strength)所造成的,所以在實施新方案的過程中,在增加了動力換檔變速箱的檔位數後,必須設置自動換檔才能夠真正提高作業效率。通過分析從國外進口工程車輛的自動變速器及國內合資企業為多檔位變速箱所提供的自動變速控製器可以看出,其中不少照般了汽車自動變速器的控製原理,如兩參數(油門與車速)換檔方法等。筆者認為,工程車輛不同於汽車,前者注重的是路麵加速性能而後者注重的是越野牽引性能,所以照般汽車的自動換檔規律不可能得到較好的動力性效果,從施工單位使用具有這些自動變速功能的裝載機現場運行結果可以清楚地看出這一點。
3總結(zǒng jié)
(1)在我國沿用多年的前二後一動力換檔變速箱配雙渦輪(Turbo)變矩器的傳統係形式,由於完全依靠變矩器來適應負載的變化,使得在重載作業時係效率很低,長期以來影響了工程車輛動力性的發揮。齒輪減速機是我國廣泛運用在華東地區、華東地區、用於塔引入式起重機機械的回轉機構,廣泛應用於冶金、礦山、起重、運輸、水泥、建築、化工、紡織、印染、製藥等領域。
(2)采用多檔位動力換檔變速箱配高效的三元件液力變矩器的方式,可以使重載作業時的效率(efficiency)大幅度提高,它現為在相同行駛阻力下提高了行駛速度,或者在相同的行駛速度下提高了牽引力,所以能大幅度提高工程(Engineering)車輛的作業效率、動力性和經濟性。
(3)采用多檔位動力換檔變速箱必須同時采用自動變速技術,否則不但不能提高工作效率,反而因需要不停地操縱換檔手柄,分散了注意(attention)力、延誤了作業時間、增加了勞動強度,使實際作業效率降低。行星齒輪減速機相對其他減速機,P站PROBURN手机网页版具有高剛性,高精度(單級可做到1分以內),高傳動效率(單級在97%-98%),高的 扭矩/體積比,終身免維護等特點。
(4)工程車輛的自動變速技術不能照般汽車的自動變速技術。隻有抓住工程車輛的低速重載和載荷急劇變化的作業特點找出最優的換檔規律,才能大幅度提高工程車輛的動力性和經濟(jīng jì)性。