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發布日期:2017-05-22 來源: 中國挖掘機網 查看次數: 178
核心提示:  某型高速輪式工程機械動力換擋變速器設計王永利S何建偉2,楊志毅S劉永躍3(1.濟南軍區司令部工程科研設計所;。鄭州宇通重工有限公司;3.濟南軍區司令部軍訓和兵種部)題,設計研制一種新型全動力換擋變

  某型高速輪式工程機械動力換擋變速器設計王永利S何建偉2,楊志毅S劉永躍3(1.濟南軍區司令部工程科研設計所;。鄭州宇通重工有限公司;3.濟南軍區司令部軍訓和兵種部)題,設計研制一種新型全動力換擋變速器。用高低擋換擋離合器總成取代原變速器撥叉嚙合套結構,使機械不停車即可實現高低擋位的切換。與原變速器相比,采用在同一根軸上背靠式布置雙離合器的結構形式,在增加兩個離合器的情況下,實現離合器的全內置布置,解決了新舊變速器的原位換裝問題;變速操縱桿由3根減少到2根,進一步提高機械的機動性能和操縱性能。

  在作業工況惡劣,行駛路況復雜的情況下,提高高速輪式工程機械的機動性能和操縱性能是非常必要的。根據某高速輪式工程機械使用過程中存在的必須停車才能實現高低擋切換的問題,對其傳動系統中的變速器進行了全新的改進設計,研制的新型變速器實現了全動力換擋,并簡化了換擋操縱方式。

  1原變速器的主體結構原變速器采用5軸系布置、外置式離合器、定軸式齒輪傳動,如和所不。離合器的分離、原變速器結構展開圖接合采用液壓換擋閥通過空間連桿機構用手直接操縱。變速器輸出軸的高低擋位上設有撥叉和嚙合套,在高低擋之間切換時,須停車,通過撥動撥叉換擋,即所謂部分(半)動力換擋變速器。

  變速器為四自由度變速器,獨立旋轉組件數為3,每個擋位通過接合2個離合器并配合高低擋撥叉的切換來實現。變速操縱比較繁瑣,需3根變速操縱桿:根為換向操縱桿(控制前進和后退離合器),1根換擋操縱桿(控制I、I擋和、IV擋離合器),還有1根高低擋操縱桿(控制撥叉和嚙合套)。

  可實現8個擋位(4前4后),低擋為I、擋,高擋為I、V擋,傳動簡圖如所示。

  原變速器傳動簡原變速器存在的不足安裝原變速器的機械一般工況下能滿足使用要求,作業與行駛不受影響,但對于野戰條件下伴隨工程保障,主要存在以下不足:在作業或不間斷行駛過程中,須停車才能實現高低擋的切換,在一定程度上降低了作業效率并限制了裝備的連續行駛性能;在西南高原及路況起伏較大地區、長坡路段和重載行駛時,停車換擋后起步困難;坡路停車換擋稍有不慎易發生溜車事故;3根變速操縱桿換擋操縱頻繁,在邊行駛邊作業的情況下,操作者勞動強度大,極易產生疲勞,分散注意力,影響作業與行駛的安全性。

  3新型變速器的設計變速器改進的主要目的是實現機械不停車高低擋切換,減輕操縱強度,能實現新舊變速器的原位換裝和便于實現操縱系統的電氣化控制改造等。

  3.1變速器的整體設計改進研制的變速器為前進4擋、后退4擋的三自由度定軸式全動力換擋變速器,可實現不切斷動力情況下的換擋。變速器采用5軸系布置,如所示,主要由箱體、前進擋離合器總成、倒擋離合器總成、高低擋換擋離合器總成、齒輪、軸、變速分配閥等組成。在變速器的5根軸中,有3根軸上布置了3對背靠式離合器,通過離合器將齒輪和軸連接或分離來實現換擋,如、所示。所有離合器的傳動齒輪軸均由滾動軸承支承,齒輪與齒輪之間為常嚙合傳動。由于采用三自由度傳動方案,通過接合2個離合器即可更換1個擋位,傳動簡圖如所示。

  變速器控制閥3.2傳動路線及傳動比為使機械行車性能大致不變,傳動比采用近似于原變速器的傳動比。經優化分析計算及試驗,確定了如下傳動路線:后退丨丨擋:離合器KR2、K1接合,輸入軸―.結構3.3箱體設計為實現改進后變速器的原位換裝,使整機車架結構不做改動,新變速器與原變速器保持了安裝尺寸的一致性。采用全內置式離合器結構設計,縮短了軸的長度,在增加兩個離合器的情況下,確保了輸入軸與輸出軸軸線相對于箱體的對中布置,且軸降符合現用機械的安裝尺寸。箱體一端裝有箱蓋,便于進行裝配及維修。控制及冷卻潤滑均采用外置油路系統,各油路系統清晰可見,易于通過箱體外側油路接口進行檢測與更換。

  3.4離合器的結構設計如所示,采用在同一軸上背靠式布置雙離合器的結構形式,螺旋彈簧回位,外轂體一體焊接。

  與原變速器單離合器布置方式相比,充分利用了箱體內部空間,結構緊湊。離合器的制造采用了齒圈氮化、齒輪磨齒等工藝方法以保證工作的可靠性。摩擦副由銅基粉末冶金外齒摩擦片與中碳鋼內齒摩擦片組成。外齒摩擦片表層開有交叉的圓弧油槽,在滑磨過程中能自行刮油,破壞油膜層,形成臨界摩擦。交叉的圓弧油槽相對于其它油槽來說具有較高的摩擦系數,加工方便,油槽供油通暢,冷卻效果好,便于磨屑等雜物的排除。

  離合器工作原理:由變速分配閥過來的液壓油通過外置油管及傳動軸11上的壓力油道7,進入離合器油腔,推動活塞5工作,活塞5移動使內摩擦片2、外摩擦片3接合,實現擋位齒輪傳遞轉矩。同時,通過潤滑油道8過來的液壓油對摩擦片2,3及I.雙聯坦輪2.內摩擦片3.外摩擦片4.卸油閥5.油道8.潤滑油道9.軸承10.螺旋彈簧11.傳動軸離合器結構圖軸承9潤滑。當擋位變化時,液壓油失去壓力,活塞5在螺旋彈簧10的壓力下回位,卸油閥4卸油,內外摩擦片分離,擋位齒輪空轉,脫擋。

  3.5密封與潤滑由于離合器內置,箱體內部油壓比原變速器要高,箱體密封性相對要求較高,采用變速器輸入、輸出軸雙油封結構提高箱體的密封性,活塞室密封、軸頭密封采用密封效果好的氟橡膠密封件。

  以變速器操縱液壓系統的油液對離合器摩擦片、齒輪和軸承等進行循環壓力潤滑和冷卻。潤滑油經油道至軸上的內孔后噴向離合器的內、外摩擦片,并順利進入摩擦片之間及四周,起到潤滑、散熱和清洗的作用。由于離合器內置,發熱量較大,設計時在變矩器出口處增大了管路通徑,保證各離合器的潤滑油量;在離合器結構上采用增多齒圈卸油孔設計,合理控制摩擦片間隙,采用高品質摩擦片材料等措施提高散熱及潤滑效果。

  3.6變速分配閥的選擇與設計為降低成本,改進后的變速器仍采用機械-液壓動力換擋,箱體頂部裝有變速器分配閥,采用2根變速操縱桿:根操縱桿控制I~IV擋操作,另1根桿控制前、空、后擋操作,與現有操作習慣一致。變速分配閥工作原理:從變矩器三聯閥來油通過進油口進入閥體,當處于空擋時,壓力油通過泄油孔直接泄入箱體內部。當掛擋之后,壓力油便被分配,從位于側面的某兩個出口流出,通過油管進入離合器總成。當車輛剎車時,便有一路氣壓進入閥上的剎車來氣口,推動內部閥桿,切斷壓力油路,實現脫擋。變速分配閥的工作原理如所示。變速器的控制方式也可升級采用電液操縱控制。

  4試驗及應用情況經工程機械綜合性能傳動試驗臺檢測,檢測項目包括:傳動效率試驗、空載功率損失試驗、噪聲測試和工作油壓試驗等。試驗表明,新變速器傳動效率在不同的擋位工況下,表現良好。前進I擋工況效率最高,為92.23%;后退擋低速工況效率最高,為95.01 %.空載功率損失、噪聲測試符合要求。控制油路壓力變化、變速器油溫、換擋操縱等均達到設計要求。

  裝有該新型變速器的機械經長時間惡劣工況下的強化耐久性試驗,變速器各項性能穩定,無重大故障出現,其可靠性得到了充分驗證;換擋操縱與原變速器相比更加便捷舒適,降低了勞動強度,達到設計要求。目前,新生產的該型工程機械已全部換裝改進后的變速器結構通信地址:山東省濟南市市中區英雄山路21號院濟南軍區司令部工程科研設計所(250002)(:2011-08-23)K英文

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