小型輪式裝載機(jī)變速箱設(shè)計(jì)與傳動(dòng)試驗(yàn)

于愛武

（淄博職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 淄博 255314）

1 裝載機(jī)概述

裝載機(jī)是一種用途廣泛的工程機(jī)械，主要用于離散狀物體的裝載、短距離的輸送、輕度鏟挖工作等。

一臺(tái)完整的裝載機(jī)是由多個(gè)系統(tǒng)組成的，主要有傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系。傳動(dòng)系的主要作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪，傳動(dòng)系統(tǒng)需要有接通、斷開動(dòng)力的功能，也要有改變行駛速度和牽引力的能力。因此，傳動(dòng)系統(tǒng)由離合器、變速箱、傳動(dòng)軸、主減速器和半軸組成。

傳統(tǒng)的裝載機(jī)變速器傳動(dòng)比設(shè)計(jì)借鑒汽車傳動(dòng)比設(shè)計(jì)方法，先根據(jù)最高車速、最大牽引力和最大爬坡度要求選定發(fā)動(dòng)機(jī)，再根據(jù)速度特性曲線確定主減速器傳動(dòng)比、變速箱傳動(dòng)比，最后確定變速器檔位數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)這經(jīng)驗(yàn)分配各擋傳動(dòng)比。

本文基于小型輪式裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線建立傳動(dòng)比設(shè)計(jì)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)變速箱傳動(dòng)比，并進(jìn)行了試驗(yàn)，分析了幾種檔位的傳動(dòng)效率。

2 變速箱設(shè)計(jì)

變速箱設(shè)計(jì)包括變速箱類型選擇、變速箱輸入轉(zhuǎn)矩確定、變速箱傳動(dòng)比分配和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。本文主要介紹變速箱的傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1 變速箱傳動(dòng)比確定

要充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，就應(yīng)該在任何速度下使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作于額定點(diǎn)。因此，基于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性曲線，用不同檔位的傳動(dòng)關(guān)系，可以方便的換算為機(jī)器的牽引功率與理論行駛速度曲線的關(guān)系曲線，并得到相應(yīng)的曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分別代表三個(gè)不同的檔位。本設(shè)計(jì)的變速箱采用3個(gè)前進(jìn)檔，3個(gè)后退檔。

3個(gè)前進(jìn)檔各檔檔位及速比：iF1=2.862，iF2=1.448，iF3=0.5731。

3個(gè)后退檔各檔檔位及速比：iR1=2.809，iR2=1.422，iR3=0.5626。

2.2 變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

確定一個(gè)合理的變速箱設(shè)計(jì)方案，要從多個(gè)方面考慮。如軸的位置、軸的支撐方式、齒輪在軸上的布置等等。現(xiàn)以一、三檔總成為例說明，其設(shè)計(jì)圖如圖1所示。軸兩端軸承支撐，齒輪按照高檔位到低檔位順序排列，一檔齒輪靠近箱體。

圖1 一、三檔總成

3 變速箱試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)是變矩器和變速箱裝配在一起進(jìn)行試驗(yàn)的，變矩器在前，變速箱在后，輸入轉(zhuǎn)速即為變矩器輸入轉(zhuǎn)速，輸出轉(zhuǎn)速為變速箱輸出轉(zhuǎn)速。由外接的柴油機(jī)外特性知，柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2000 r/min，因此本試驗(yàn)變速箱輸入轉(zhuǎn)速應(yīng)為2000 r/min。負(fù)載由測(cè)功器提供，通過調(diào)整測(cè)功器的扭矩來改變負(fù)載扭矩的大小。功率、扭矩、轉(zhuǎn)速滿足下列關(guān)系：

式中：M1、M2、K、iTB和 ω1、ω2均可由試驗(yàn)直接測(cè)量得到。

3.2 試驗(yàn)步驟

保持變矩器的輸入轉(zhuǎn)速2000 r/min，調(diào)整測(cè)功器的扭矩（即輸出扭矩），從12 N·m至額定轉(zhuǎn)矩281.4 N·m中，選22個(gè)值，測(cè)試得到22組數(shù)據(jù)，從中得到共同工作效率的最大值。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

以前Ⅰ檔為例，試驗(yàn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

從表1得到，變矩器和變速箱共同工作的最大總效率為 η0max=0.749。

表1 前Ⅰ檔效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

基于同樣的測(cè)試方法，對(duì)所有檔位進(jìn)行試驗(yàn)，變矩器和變速箱共同工作的最大效率如表2所示。從表中可知，1檔的傳動(dòng)效率最高，傳動(dòng)比越小，最大效率越低。

表2 各檔位最大效率試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

文章利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線，確定變速箱檔數(shù)，基于等比級(jí)數(shù)，分配各檔位傳動(dòng)比，并通過試驗(yàn)測(cè)試變速箱的傳動(dòng)效率和性能，試驗(yàn)表明高扭矩時(shí)變速箱傳動(dòng)效率高，低扭矩時(shí)變速箱傳動(dòng)效率低，整體效率還有待提高。