液力變矩器自由導(dǎo)輪與閉鎖技術(shù)及應(yīng)用

朱浩月/ZHU Hao-yue

（江蘇匯智高端工程機(jī)械創(chuàng)新中心有限公司，江蘇 徐州 221004）

隨著用戶對(duì)施工成本要求地不斷提高，節(jié)能成為工程機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)。裝載機(jī)、平地機(jī)、推土機(jī)等工程機(jī)械廣泛應(yīng)用于物料鏟裝、場(chǎng)地平整、筑路養(yǎng)路等工程施工，由于自身作業(yè)特點(diǎn)及施工介質(zhì)的多樣性，施工過(guò)程中工況復(fù)雜且負(fù)載波動(dòng)性較大。為了適應(yīng)作業(yè)過(guò)程中負(fù)載的不斷變化，裝載機(jī)、平地機(jī)、推土機(jī)等工程機(jī)械通常采用液力變矩器作為其傳動(dòng)環(huán)節(jié)。液力變矩器具有扭矩自適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，然而由于液力損失其傳動(dòng)效率較低，成為制約節(jié)能減排的瓶頸。本文在介紹自由導(dǎo)輪和閉鎖技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了這兩種技術(shù)在不同負(fù)載下的節(jié)能效果，并對(duì)在裝載機(jī)、平地機(jī)和推土機(jī)節(jié)能上的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 液力變矩器自由導(dǎo)輪技術(shù)

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

自由導(dǎo)輪技術(shù)，依靠導(dǎo)輪自由輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，一般通過(guò)單向離合器將泵輪與外殼相連。當(dāng)轉(zhuǎn)速比較小，即泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，單向離合器被卡緊，導(dǎo)輪與外殼相連，液力變矩器起增扭作用；當(dāng)轉(zhuǎn)速比增大，即渦輪轉(zhuǎn)速接近于泵輪轉(zhuǎn)速時(shí)，單向離合器介入，導(dǎo)輪隨泵輪按同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入耦合器工況，變矩比保持為1。帶自由導(dǎo)輪液力變矩器特性曲線如圖2所示，在轉(zhuǎn)速比接近1時(shí)，液力變矩器進(jìn)入耦合器工況后，變矩比保持為1，傳動(dòng)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(dǎo)輪型液力變矩器特性曲線

2 液力變矩器閉鎖技術(shù)

液力變矩器閉鎖技術(shù)是通過(guò)閉鎖離合器將泵輪和渦輪實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接，如圖3所示，在泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差較大，即轉(zhuǎn)速比較小時(shí)，閉鎖離合器處于脫開(kāi)狀態(tài)，充分利用液力變矩器的增扭優(yōu)勢(shì)。當(dāng)泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差較小時(shí)，液力變矩器的增扭作用減弱，此時(shí)控制閉鎖離合器閉合，實(shí)現(xiàn)泵輪與渦輪的直接機(jī)械連接，可以大大改善傳動(dòng)效率。閉鎖離合器的脫開(kāi)和結(jié)合通過(guò)電磁閥控制液壓油路的通斷實(shí)現(xiàn)。由于采用了電磁閥作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，變速箱控制器可以根據(jù)工況對(duì)閉鎖進(jìn)行自動(dòng)控制，選擇最佳的閉鎖時(shí)機(jī)。通常有兩種閉鎖策略，一種為選取耦合器工況作為閉鎖點(diǎn)，閉鎖前泵輪與渦輪轉(zhuǎn)速差小，閉鎖前后發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪扭矩相一致。第二種為動(dòng)力型的換擋策略，即將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩與渦輪扭矩的交點(diǎn)作為閉鎖點(diǎn)，從而保證閉鎖前后渦輪輸出扭矩和轉(zhuǎn)速不變。如圖4所示，相比以耦合器工況為閉鎖點(diǎn)的策略，動(dòng)力型閉鎖策略能更早地進(jìn)入閉鎖工況，閉鎖工況的使用范圍更廣，節(jié)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(qū)域

3 液力變矩器閉鎖技術(shù)在工程機(jī)械節(jié)能上的應(yīng)用

采用基本型、帶自由導(dǎo)輪及閉鎖離合器的液力變矩器在主機(jī)上應(yīng)用，牽引力、作業(yè)速度及油耗的計(jì)算結(jié)果如圖5所示。在重載工況下，液力變矩器工作與增扭狀態(tài)，自由導(dǎo)輪及閉鎖均未起到作用，此時(shí)3種不同型式的液力變矩器的作業(yè)速度及油耗均相同。在中載工況下，閉鎖開(kāi)始起作用，由于傳動(dòng)效率改善，相比基本型液力變矩器，閉鎖技術(shù)能提高作業(yè)速度的同時(shí)降低了油耗。在輕載工況下，自由導(dǎo)輪開(kāi)始起作用，相比基本型液力變矩器，自由導(dǎo)輪技術(shù)對(duì)作業(yè)速度略有改善，但作用并不明顯，在油耗方面，自由導(dǎo)輪技術(shù)具有一定的改善作用。在輕載工況下，閉鎖技術(shù)對(duì)作業(yè)速度和油耗皆有改善，效果優(yōu)于自由導(dǎo)輪。

圖5 基本型、自由導(dǎo)輪、閉鎖對(duì)整機(jī)作業(yè)性能的影響

裝載機(jī)鏟掘時(shí)負(fù)載大通常使用低擋，此時(shí)液力變矩器工作于重載工況，自由導(dǎo)輪與閉鎖均不啟作用，對(duì)作業(yè)性能和油耗均無(wú)改善；在高擋位及行駛工況，采用自由導(dǎo)輪和閉鎖技術(shù)能提高行駛速度并降低油耗，能達(dá)到節(jié)能的效率。因此，對(duì)于裝載機(jī)而言，自由導(dǎo)輪和閉鎖技術(shù)通常在高擋位及行駛工況上應(yīng)用。

對(duì)于平地機(jī)、推土機(jī)而言，在推鏟一些松軟介質(zhì)時(shí)，載荷處于中載和輕載范圍，采用閉鎖技術(shù)能有效提高在這些工況下的作業(yè)速度，同時(shí)降低油耗，達(dá)到節(jié)能的效果；自由導(dǎo)輪技術(shù)可以在輕載工況下對(duì)油耗有改善作用，效果比閉鎖技術(shù)略差。 因此，自由導(dǎo)輪和閉鎖技術(shù)在平地機(jī)和推土機(jī)一些松軟介質(zhì)施工工況下具有節(jié)能效果。

4 總 結(jié)

1）自由導(dǎo)輪和閉鎖技術(shù)在重載工況下均不起作用，無(wú)節(jié)能效果；自由導(dǎo)輪技術(shù)在輕載工況下起作用，能降低油耗；閉鎖技術(shù)在中載和輕載工況下能提升作業(yè)速度的同時(shí)降低油耗，節(jié)能效果比自由導(dǎo)輪技術(shù)好。

2）自由導(dǎo)輪和閉鎖技術(shù)在裝載機(jī)高擋位及行駛工況具有節(jié)能效果，在平地機(jī)和推土機(jī)一些松軟介質(zhì)施工工況下具有節(jié)能作用。