液力變矩器自由導輪與閉鎖技術及應用

朱浩月/ZHU Hao-yue

（江蘇匯智高端工程機械創新中心有限公司，江蘇 徐州 221004）

隨著用戶對施工成本要求地不斷提高，節能成為工程機械的發展趨勢。裝載機、平地機、推土機等工程機械廣泛應用于物料鏟裝、場地平整、筑路養路等工程施工，由于自身作業特點及施工介質的多樣性，施工過程中工況復雜且負載波動性較大。為了適應作業過程中負載的不斷變化，裝載機、平地機、推土機等工程機械通常采用液力變矩器作為其傳動環節。液力變矩器具有扭矩自適應的優點，然而由于液力損失其傳動效率較低，成為制約節能減排的瓶頸。本文在介紹自由導輪和閉鎖技術的基礎上，分析了這兩種技術在不同負載下的節能效果，并對在裝載機、平地機和推土機節能上的應用進行了探討。

1 液力變矩器自由導輪技術

基本型三元件液力變矩器的導輪與外殼相連，其特性曲線如圖1所示。在泵輪與渦輪轉速差較大，即轉速比較小時，液力變矩器表現為增扭作用。當泵輪與渦輪轉速差較小時，即轉速比較大時，液力變矩器不再起增扭作用，傳動效率也隨著轉速比增大而不斷降低。

自由導輪技術，依靠導輪自由輪機構實現，一般通過單向離合器將泵輪與外殼相連。當轉速比較小，即泵輪與渦輪轉速差較大時，單向離合器被卡緊，導輪與外殼相連，液力變矩器起增扭作用；當轉速比增大，即渦輪轉速接近于泵輪轉速時，單向離合器介入，導輪隨泵輪按同一方向轉動，進入耦合器工況，變矩比保持為1。帶自由導輪液力變矩器特性曲線如圖2所示，在轉速比接近1時，液力變矩器進入耦合器工況后，變矩比保持為1，傳動效率得到改善。

圖1 基本型液力變矩器特性曲線

圖2 自由導輪型液力變矩器特性曲線

2 液力變矩器閉鎖技術

液力變矩器閉鎖技術是通過閉鎖離合器將泵輪和渦輪實現機械連接，如圖3所示，在泵輪與渦輪轉速差較大，即轉速比較小時，閉鎖離合器處于脫開狀態，充分利用液力變矩器的增扭優勢。當泵輪與渦輪轉速差較小時，液力變矩器的增扭作用減弱，此時控制閉鎖離合器閉合，實現泵輪與渦輪的直接機械連接，可以大大改善傳動效率。閉鎖離合器的脫開和結合通過電磁閥控制液壓油路的通斷實現。由于采用了電磁閥作為執行機構，變速箱控制器可以根據工況對閉鎖進行自動控制，選擇最佳的閉鎖時機。通常有兩種閉鎖策略，一種為選取耦合器工況作為閉鎖點，閉鎖前泵輪與渦輪轉速差小，閉鎖前后發動機、渦輪扭矩相一致。第二種為動力型的換擋策略，即將發動機扭矩與渦輪扭矩的交點作為閉鎖點，從而保證閉鎖前后渦輪輸出扭矩和轉速不變。如圖4所示，相比以耦合器工況為閉鎖點的策略，動力型閉鎖策略能更早地進入閉鎖工況，閉鎖工況的使用范圍更廣，節能效果最佳。

圖3 閉鎖液力變矩器特性曲線

圖4 閉鎖策略及閉鎖區域

3 液力變矩器閉鎖技術在工程機械節能上的應用

采用基本型、帶自由導輪及閉鎖離合器的液力變矩器在主機上應用，牽引力、作業速度及油耗的計算結果如圖5所示。在重載工況下，液力變矩器工作與增扭狀態，自由導輪及閉鎖均未起到作用，此時3種不同型式的液力變矩器的作業速度及油耗均相同。在中載工況下，閉鎖開始起作用，由于傳動效率改善，相比基本型液力變矩器，閉鎖技術能提高作業速度的同時降低了油耗。在輕載工況下，自由導輪開始起作用，相比基本型液力變矩器，自由導輪技術對作業速度略有改善，但作用并不明顯，在油耗方面，自由導輪技術具有一定的改善作用。在輕載工況下，閉鎖技術對作業速度和油耗皆有改善，效果優于自由導輪。

圖5 基本型、自由導輪、閉鎖對整機作業性能的影響

裝載機鏟掘時負載大通常使用低擋，此時液力變矩器工作于重載工況，自由導輪與閉鎖均不啟作用，對作業性能和油耗均無改善；在高擋位及行駛工況，采用自由導輪和閉鎖技術能提高行駛速度并降低油耗，能達到節能的效率。因此，對于裝載機而言，自由導輪和閉鎖技術通常在高擋位及行駛工況上應用。

對于平地機、推土機而言，在推鏟一些松軟介質時，載荷處于中載和輕載范圍，采用閉鎖技術能有效提高在這些工況下的作業速度，同時降低油耗，達到節能的效果；自由導輪技術可以在輕載工況下對油耗有改善作用，效果比閉鎖技術略差。 因此，自由導輪和閉鎖技術在平地機和推土機一些松軟介質施工工況下具有節能效果。

4 總 結

1）自由導輪和閉鎖技術在重載工況下均不起作用，無節能效果；自由導輪技術在輕載工況下起作用，能降低油耗；閉鎖技術在中載和輕載工況下能提升作業速度的同時降低油耗，節能效果比自由導輪技術好。

2）自由導輪和閉鎖技術在裝載機高擋位及行駛工況具有節能效果，在平地機和推土機一些松軟介質施工工況下具有節能作用。