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        礦用車變速器開(kāi)發(fā)技術(shù)思路解析

        2014-12-25 08:30:06張海濤
        機(jī)械工程師 2014年11期
        關(guān)鍵詞:速器速比自卸車

        張海濤

        (陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院,西安710119)

        0 引言

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,重型卡車行業(yè)市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2013年,我國(guó)全年重型卡車銷量超過(guò)70萬(wàn)臺(tái)。隨著重型卡車的發(fā)展和升級(jí),各個(gè)主機(jī)廠不斷深化改革,各種車型不斷細(xì)化,我國(guó)的重型汽車已經(jīng)逐步向精細(xì)化方向發(fā)展。變速器是車輛的核心部件之一,變速器的性能直接影響到整車的動(dòng)力性能。

        礦用車作為重型卡車的細(xì)分車型之一,主要用于土方剝離和煤炭運(yùn)輸?shù)?。近年?lái)該細(xì)分市場(chǎng)迅速發(fā)展,已經(jīng)成為重卡市場(chǎng)的重要組成部分之一。礦用車雖然是重型汽車,但又有別于一般的重型汽車。在其發(fā)展初期,受市場(chǎng)資源限制,其動(dòng)力總成大多借用目前公路用車的動(dòng)力總成,隨著礦用車市場(chǎng)和技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)其動(dòng)力總成提出了新要求,對(duì)變速器也提出了有別于公路運(yùn)輸車變速器的特殊要求。

        1 現(xiàn)狀

        目前市場(chǎng)上銷售的礦用車,根據(jù)車架寬窄情況,分為普通自卸車和寬體自卸車。普通自卸車是在一般公路運(yùn)輸車底盤和動(dòng)力總成基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的,與普通重型車輛相比較,變化小,但也存在著載重量小、大箱舉升穩(wěn)定性差等弊端。寬體自卸車是一種專用自卸車,它具有載重量大、大箱舉升穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn),根據(jù)目前的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì),寬體自卸車已經(jīng)逐步贏得市場(chǎng)。

        圖1 普通自卸車

        圖2 寬體自卸車

        無(wú)論是寬體自卸車還是普通自卸車,在其發(fā)展初期均采用了普通重型汽車的動(dòng)力總成。經(jīng)過(guò)大量的用戶走訪和市場(chǎng)調(diào)研,我們對(duì)礦用車變速器的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了探討。

        2 技術(shù)思路

        1)大扭矩化。隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展,用戶對(duì)礦用車的效率要求也在逐步提升,用戶希望礦用車能夠不斷提升單趟運(yùn)輸效率,因而對(duì)變速器也提出了更高的要求。目前礦用車匹配的變速器輸入扭矩最大基本在1800 N·m左右。這一輸入扭矩已經(jīng)不能滿足未來(lái)需要,市場(chǎng)亟需輸入扭矩在2200~2600 N·m的變速器產(chǎn)品。

        2)可靠性要求更高。對(duì)于用戶而言,變速器的可靠性是至關(guān)重要的,因此,希望變速器在滿足使用條件的情況下,擋位數(shù)量盡量少,盡可能為單箱。目前的礦用車變速器產(chǎn)品,擋位數(shù)主要為7擋、9擋和10擋。對(duì)于7擋變速器產(chǎn)品,可以設(shè)計(jì)為單箱雙中間軸結(jié)構(gòu),不帶副箱氣路,可靠性更高,但受結(jié)構(gòu)限制,輸入扭矩只能達(dá)到1800~2000 N·m,一擋速比只能達(dá)到9~9.5,對(duì)于在正常礦區(qū)從事作業(yè)的自卸車,可按該原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)橄啾容^而言,這種變速器的可靠性更高。對(duì)于9擋和10擋變速器而言,只能設(shè)計(jì)為主副箱組合結(jié)構(gòu),以滿足更高的爬坡度要求,對(duì)于此類變速器,可將輸入扭矩設(shè)計(jì)到2200 N·m以上,一擋速比可達(dá)到14以上,對(duì)于從事深坑作業(yè),對(duì)爬坡度要求較高的自卸車,可按該原則進(jìn)行變速器設(shè)計(jì)。

        3)速比排布的特殊設(shè)計(jì)。由于礦區(qū)路面條件差,車輛載重量大,長(zhǎng)期工作在坡道,所以車輛長(zhǎng)期低速運(yùn)行。因此,無(wú)論是7擋箱、還是9擋、10擋箱,為了滿足礦用車的需求,速比極差的設(shè)計(jì)排布不能夠按照常規(guī)公路運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行,常規(guī)公路運(yùn)輸車輛的變速器速比極差是根據(jù)氣運(yùn)輸條件設(shè)置的,一般情況下,高擋速比極差小、低擋速比級(jí)差大,這非常適用于公路用車。對(duì)于礦用車變速器而言,為了更好地滿足其特殊工況,應(yīng)按照礦用車長(zhǎng)期運(yùn)行在低速重載條件下的實(shí)際情況進(jìn)行,一般推薦將長(zhǎng)期使用的低擋區(qū)速比極差設(shè)計(jì)得較小,而將使用率較低的高擋區(qū)速比極差設(shè)計(jì)得較大,這樣可以保證同樣的車輛使用該種設(shè)計(jì)原則變速器在礦區(qū)更加省油,用戶操作更加舒適。

        圖3 變速器冷卻系統(tǒng)布置

        4)潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自卸車輛不論從事何種作業(yè),均長(zhǎng)期在坡道上運(yùn)行,而且部分工況可能坡度較大,超出了變速器設(shè)計(jì)的最大限制,對(duì)于這種情況,應(yīng)當(dāng)從設(shè)計(jì)上降低坡道因素對(duì)變速器壽命及性能的影響。對(duì)此,我們建議在礦用車專用變速器設(shè)計(jì)時(shí),盡可能地設(shè)計(jì)潤(rùn)滑冷卻油泵,以滿足特殊工況要求,對(duì)于潤(rùn)滑系統(tǒng),盡可能設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)配置,將各關(guān)鍵部件,如齒輪、軸承等,分別進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑,以減輕坡道因素對(duì)變速器造成的影響。對(duì)于油泵,盡可能將其設(shè)計(jì)為外置油泵或者選擇可靠性較高的產(chǎn)品,由于礦用車工作條件惡劣,必須要考慮到維修。對(duì)于冷卻系統(tǒng),變速器本體設(shè)計(jì)時(shí)必須要預(yù)留冷卻接口,建議主機(jī)廠家匹配時(shí)匹配。

        5)防掉擋設(shè)計(jì)。礦區(qū)路面條件差,車輛運(yùn)行時(shí),載重量大,這種情況下,如果變速器發(fā)生掉擋,會(huì)產(chǎn)生諸多安全隱患,因此建議在進(jìn)行此類變速器設(shè)計(jì)時(shí),增加防掉擋的機(jī)械機(jī)構(gòu)或者氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。

        圖4 倒錐齒滑套

        6)預(yù)留輔助制動(dòng)接口。由于礦用車長(zhǎng)期以重載車況運(yùn)行在坡道上,因此對(duì)剎車系統(tǒng)造成極大壓力,長(zhǎng)期使用車輛主制動(dòng),會(huì)造成剎車片過(guò)熱等問(wèn)題,帶來(lái)諸多安全隱患。隨著輔助制動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展,為礦用車的匹配提供了新的選擇,緩速器無(wú)疑是其中最可靠的選擇之一,緩速器的選擇可以大大降低主制動(dòng)的工作壓力,因此,在礦用車變速器開(kāi)發(fā)時(shí),建議預(yù)留相關(guān)接口,以便于匹配緩速器等輔助制動(dòng)設(shè)備,對(duì)于設(shè)計(jì)實(shí)力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)單位,可以考慮將緩速器與變速器進(jìn)行集成設(shè)計(jì),已滿足客戶的特殊需求。

        圖5 變速器匹配液力緩速器

        3 結(jié)論

        本文對(duì)目前礦用車的市場(chǎng)現(xiàn)狀以及目前匹配變速器的現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析,分析了目前礦用車變速器存在的不足,根據(jù)細(xì)分市場(chǎng)的具體要求,提出了礦用車變速器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)要求,為后續(xù)該類型變速器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了一定的技術(shù)支持。為該類型變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)思路。

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