重型專用汽車取力器選型及匹配技術分析

莫飛，呂慧杰，程慷慨

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

重型車輛普遍擁有大功率發(fā)動機和足夠的儲備功率。因此在實現(xiàn)車輛行駛運輸?shù)然竟δ艿幕A上，通過從發(fā)動機或傳動系統(tǒng)的動力傳遞過程中取出部分動力輸出用于驅動其他專用設備的裝置稱之為取力器，英文簡稱PTO（Power take off的縮寫），重型汽車常見的動力傳動路線及取力位置如圖1所示。

圖1 重型專用汽車常見的動力輸出路線和取力位置

重型專用汽車就是在重型車輛底盤基礎上通過預留的取力器驅動一系列裝置或設備，從而實現(xiàn)特定功能的車輛。由于專用車輛附加裝置或設備的功率、轉速、旋向、安裝空間等參數(shù)各不相同。為了避免因取力器選型與車輛使用工況不符而導致取力器損壞或出現(xiàn)質量事故的情況發(fā)生，在車輛改裝設計之初就需要對取力器的類型、布置位置和接口形式選取進行認真的匹配分析，使改裝后的專用車輛在實現(xiàn)預期功能的基礎上，還能夠優(yōu)化性能和提高可靠性，避免造成不必要的資源浪費。

1 常用取力器類型、結構及特點

由于重型汽車的總體布置和動力傳遞路線基本相同。因此，根據(jù)取力部位來源大致可分為發(fā)動機取力、變速器取力、分動器取力等，此外還有消防車等大功率設備加裝的斷軸式取力器。而根據(jù)取力器控制方式的不同，可分為機械控制、液壓控制、氣動控制、真空源控制、電控等，其中氣動控制取力器在重型汽車上較為常用。同時，取力器的輸出方式也多種多樣，有單輸出、雙輸出、法蘭輸出、內外花鍵輸出、直連泵等等。

發(fā)動機取力主要由發(fā)動機前端的齒輪組、皮帶輪系或后端的飛輪驅動，主要用于驅動發(fā)動機外圍附件或需要長時間工作的專用設備，但由于發(fā)動機周圍安裝空間較為緊湊，取力設備轉速受發(fā)動機運行波動影響較大，所以范圍相對較為固定，產品種類較少。

分動器取力主要限定于安裝有分動器的全驅車輛，且分動器處于傳動系統(tǒng)的中間位置，還受到變速器檔位配合因素的影響，具有較大的局限性，與斷軸式取力器相類似，適合大功率取力的需求，因此應用范圍也比較窄。

相對而言，變速器取力不僅在空間布置上相對容易，而且取力器的種類和輸出位置也有多種類型可供選擇，尤其是國內重型汽車普遍裝配的機械變速器均開發(fā)有相適應的取力器產品。根據(jù)在變速器上布置位置的不同，大致可分為變速器前取力、后取力、側取力等，具體布置位置見圖2。

圖2 重型專用汽車常見的變速器取力位置

改裝廠家及用戶需根據(jù)重型專用車輛的不同需求來選擇取力器，現(xiàn)以陜齒富勒系列機械變速器為例，對幾種較為常見的變速器取力器結構類型特點做以下簡要說明：

a.前置取力器：安裝在離合器殼和變速器本體之間，通過變速器一軸取力，主要產品有 QQ60、QQ60A、QQ90、QF60型取力器；取力口在變速器上方，與發(fā)動機后取力器相類似，但QQ60、QQ60A和QQ90取力器會受離合器的影響；而QF60取力器采用特殊的主副離合器結構，動力輸出不受離合器分離和換擋操縱的影響，也稱“全功率取力器”，適合為精度要求較高的發(fā)電機負載取力。

b.側置取力器：安裝在變速器本體周圍，通過中間軸齒輪取力，根據(jù)安裝位置還可分為側置和底置，主要產品有QC40、QC40A、QC40B、QD50、QD60、QD60A型取力器，其中QC開頭的為側置，QD開頭的為底置；取力口位于變速器側面或底部，動力輸出不受檔位影響，適合對側部或底部空間要求不大的專用車輛取力。

c.后置取力器：安裝在變速器副箱殼體的后端面上，通過變速器加長的副箱中間軸驅動，主要產品有QH50、QH70、QH70A、QH70C型取力器；取力口位置略有不同，但均在變速器后方，動力輸出受檔位速比的影響，適合為油泵、水泵等非長時間工作的設備取力。

此外，以上變速器取力器均采用氣動控制，與變速器副箱空擋配合可輕松實現(xiàn)停車或行車狀態(tài)下的取力，還可通過專門的氣路系統(tǒng)防止取力器誤操作，確保行車安全。

2 取力器選型、匹配及注意事項

取力器的選型不僅要根據(jù)車輛的用途和使用工況而定，還必須與車輛動力傳動系統(tǒng)的性能參數(shù)相匹配，才能在確保使用功能的基礎上兼顧經濟性和可靠性。因此，在設計或選擇上裝附加裝置的傳動系和驅動零部件時應盡量選擇較低的發(fā)動機轉速和較高的發(fā)動機負荷率，此時車輛的燃油經濟性較好，發(fā)動機噪聲也相對較小，也有利于提高傳動零部件的使用壽命和可靠性。

以某型6×6重型專用車改裝為例，改裝單位要求在該底盤基礎上分別選擇合適的取力器為兩個設備在非行駛狀態(tài)下同時進行驅動，車輛及上裝設備主要參數(shù)見表1。

表1 車輛及上裝設備主要參數(shù)表

根據(jù)上裝設備的取力需求和已知參數(shù)條件及底盤空間布置情況，選擇變速器QH70取力器驅動液壓油泵，QF60取力器驅動發(fā)電機，布置結構圖見圖3。

圖3 某型重型專用汽車取力器布置結構圖

已知QH70取力器傳動比為0.8，QF60取力器傳動比為1，但QH70取力器屬于后取力，其輸出轉速與變速器檔位相關，而QF60取力器不受變速器的影響。變速器各檔與QH70取力器匹配的總速比見表2。

表2 變速器各檔與QH70取力器匹配總速比表

參考經驗公式可以分別計算出液壓油泵、發(fā)電機的扭矩值TP和TE，如下：

式中，TP—液壓油泵扭矩，N·m；

P—額定壓力，MPa；

Vg—公稱排量，ml/r；

式中，TE—發(fā)電機扭矩，N·m；

P—發(fā)電機功率，kW；

n—發(fā)電機轉速，r/min。

代入數(shù)據(jù)計算得：N·m

根據(jù)計算結果，結合發(fā)動機萬有特性曲線和經濟性原則，發(fā)動機轉速應控制在保證發(fā)電機正常工作的1500 r/min，該轉速也處于發(fā)動機經濟轉速范圍內，并且兩個取力設備同時工作時，也未超過此轉速下發(fā)動機的功率和扭矩范圍，可滿足使用要求。但由于QH70取力器受變速器檔位控制，因此還需要對液壓油泵的轉速進行校核如下：

式中，nOH70—QH70取力器輸出轉速，r/min；

ne—發(fā)動機轉速，設定為1500 r/min；

in—見表2，QH70取力器各檔位下總速比。

代入數(shù)據(jù)計算結果見表3。

表3 變速器各檔位時QH70取力器輸出轉速

計算結果顯示，發(fā)動機1500 r/min，變速器掛1檔時，QH70取力器輸出轉速無法滿足液壓油泵的轉速要求，但對發(fā)電機無影響；需2檔及以上的檔位方能保證液壓油泵正常工作，同時只要不超過油泵的最高額定轉速，檔位數(shù)越高液壓油泵驅動的設備工作效率也相應提高。

通過以上實例，在取力器的選取和使用過程中還應注意以下幾個方面的要求：

a.取力器的輸出功率(扭矩)、轉速(傳動比)、旋向應與專用裝置的性能匹配。

b.取力器的輸出法蘭位置應保證專用裝置的設計布置，取力器取力方式需有利于整車布置。

c.應關注取力器的操縱型式。

d.取力器選取應與底盤性能匹配。

e.變速器一般不允許高檔區(qū)取力。

最后需特別注意的是，對于輸出轉速受變速器檔位影響的取力器而言，取力器的傳動比與取力器的總速比是兩個不同的概念。取力器的總速比是指發(fā)動機轉速與取力器輸出端的轉速之比，它不但與取力器的傳動比有關，還與變速器對應檔位或分動器有關。而取力器的傳動比僅指取力器自身固有的傳動比，與取力器自身結構有關，僅在不受變速器檔位影響的情況與總速比相同。因此，用戶或改裝單位在選取力器時一定要注意兩者的區(qū)別。

3 結束語

近年來，隨著重型專用汽車不斷向專業(yè)化、自動化方向發(fā)展，我國專用車市場步入了高速發(fā)展的時期，國家的相關職能部門對專用車行業(yè)愈加重視，市場和法規(guī)也日益完善。取力器以傳動效率高、穩(wěn)定性好、性價比高、制造工藝成熟等優(yōu)點成為專用車輛必備的重要部件。本文通過對重型專用車常用取力器的布置形式、結構等特點進行簡單介紹，為取力器與上裝設備的配合與優(yōu)化提供了理論依據(jù)，幫助用戶和企業(yè)在專用車產品設計，取力器產品選型時提供參考。

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