礦用車變速器開發技術思路解析

張海濤

（陜西法士特汽車傳動工程研究院，西安710119）

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展，重型卡車行業市場迅速擴大。據不完全統計，2013年，我國全年重型卡車銷量超過70萬臺。隨著重型卡車的發展和升級，各個主機廠不斷深化改革，各種車型不斷細化，我國的重型汽車已經逐步向精細化方向發展。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力性能。

礦用車作為重型卡車的細分車型之一，主要用于土方剝離和煤炭運輸等。近年來該細分市場迅速發展，已經成為重卡市場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。在其發展初期，受市場資源限制，其動力總成大多借用目前公路用車的動力總成，隨著礦用車市場和技術的不斷發展，對其動力總成提出了新要求，對變速器也提出了有別于公路運輸車變速器的特殊要求。

1 現狀

目前市場上銷售的礦用車，根據車架寬窄情況，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輸車底盤和動力總成基礎上設計的，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、大箱舉升穩定性好等諸多優點，根據目前的市場發展趨勢，寬體自卸車已經逐步贏得市場。

圖1 普通自卸車

圖2 寬體自卸車

無論是寬體自卸車還是普通自卸車，在其發展初期均采用了普通重型汽車的動力總成。經過大量的用戶走訪和市場調研，我們對礦用車變速器的開發進行了探討。

2 技術思路

1）大扭矩化。隨著市場的不斷發展，用戶對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輸效率，因而對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。這一輸入扭矩已經不能滿足未來需要，市場亟需輸入扭矩在2200～2600 N·m的變速器產品。

2）可靠性要求更高。對于用戶而言，變速器的可靠性是至關重要的，因此，希望變速器在滿足使用條件的情況下，擋位數量盡量少，盡可能為單箱。目前的礦用車變速器產品，擋位數主要為7擋、9擋和10擋。對于7擋變速器產品，可以設計為單箱雙中間軸結構，不帶副箱氣路，可靠性更高，但受結構限制，輸入扭矩只能達到1800～2000 N·m，一擋速比只能達到9～9.5，對于在正常礦區從事作業的自卸車，可按該原則進行設計。因為相比較而言，這種變速器的可靠性更高。對于9擋和10擋變速器而言，只能設計為主副箱組合結構，以滿足更高的爬坡度要求，對于此類變速器，可將輸入扭矩設計到2200 N·m以上，一擋速比可達到14以上，對于從事深坑作業，對爬坡度要求較高的自卸車，可按該原則進行變速器設計。

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

圖3 變速器冷卻系統布置

4）潤滑冷卻系統的設計。自卸車輛不論從事何種作業，均長期在坡道上運行，而且部分工況可能坡度較大，超出了變速器設計的最大限制，對于這種情況，應當從設計上降低坡道因素對變速器壽命及性能的影響。對此，我們建議在礦用車專用變速器設計時，盡可能地設計潤滑冷卻油泵，以滿足特殊工況要求，對于潤滑系統，盡可能設計成標準配置，將各關鍵部件，如齒輪、軸承等，分別進行強制潤滑，以減輕坡道因素對變速器造成的影響。對于油泵，盡可能將其設計為外置油泵或者選擇可靠性較高的產品，由于礦用車工作條件惡劣，必須要考慮到維修。對于冷卻系統，變速器本體設計時必須要預留冷卻接口，建議主機廠家匹配時匹配。

5）防掉擋設計。礦區路面條件差，車輛運行時，載重量大，這種情況下，如果變速器發生掉擋，會產生諸多安全隱患，因此建議在進行此類變速器設計時，增加防掉擋的機械機構或者氣動機構。

圖4 倒錐齒滑套

6）預留輔助制動接口。由于礦用車長期以重載車況運行在坡道上，因此對剎車系統造成極大壓力，長期使用車輛主制動，會造成剎車片過熱等問題，帶來諸多安全隱患。隨著輔助制動技術的不斷發展，為礦用車的匹配提供了新的選擇，緩速器無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的工作壓力，因此，在礦用車變速器開發時，建議預留相關接口，以便于匹配緩速器等輔助制動設備，對于設計實力較強的設計單位，可以考慮將緩速器與變速器進行集成設計，已滿足客戶的特殊需求。

圖5 變速器匹配液力緩速器

3 結論

本文對目前礦用車的市場現狀以及目前匹配變速器的現狀進行了深入分析，分析了目前礦用車變速器存在的不足，根據細分市場的具體要求，提出了礦用車變速器設計時應當滿足的設計原則和設計要求，為后續該類型變速器的設計開發提供了一定的技術支持。為該類型變速器的優化設計提供了技術思路。