浅析液力变矩器在工程机械的运用

浅析液力变矩器在工程机械的运用

程财

摘要:介绍工程机械中液力变矩器的正确使用与检查方法、液力传动油的牌号及其选用。

关键词:液力变矩器;传动油;压力补偿

引言：液力变矩器由于能够自动适应负载变化、调整工作速度，并且缓和冲击、延长机械寿命，从而在工程车辆上得到了广泛使用。其主要缺点是成本较高，传动效率较低。工作中必须注意正确使用工作油、正确使用液力元件，作好定期检查和维护，才能提高工作的可靠性。保障机械的正常使用寿命。

1液力变矩器正常工作的压力补偿系统

液力变矩器正常工作时需要解决两个问题:第一，正常工作的变矩器平均效率大约为0.7左右，故约有30%的能量消耗掉。损耗的能量使油及有关零件的温度升高。油温是决定变矩器油液使用寿命的重要因素。如果热量不能及时散出，将加速油的氧化，使油液变质。同时，油温过高将使润滑作用下降，泄漏增大。因此变矩器工作时要考虑散热和冷却问题。第二，液力变矩器的泵轮高速转动(1000~3600r/min)，循环圆内液流质点沿工作轮叶片流动时受离心惯性力的作用，叶片上各点处液流压力均不相同。在泵轮叶片出口处压力最大，而在泵轮叶片进口处的叶片背面压力最低。在液流过程中，当局部压力过低到空气分离压以下时，溶解于油液中的空气大量从油中分离出来产生气泡，气泡使液体成为不连续状态，这种现象称为气穴。气泡随液流运动到压力较高的区域时，气泡在周围液力油的冲击下迅速破裂，使体积骤然减小，周围的液体便以高速填补这些空间，从而产生局部液压冲击和过热，同时伴随噪声。此外，这些分离出来的空气气泡中含有氧气。由于受高温下分离出来的氧气侵蚀和高速液流的冲击，液力元件的内壁表面产生剥落，这种现象称为气蚀。由此可见，气穴和气蚀的产生，将影响变矩器正常工作，使其效率降低、寿命缩短。因此在变矩器的液流通路中，各处的油液压力都不应低于油液的空气分离压。另外，液力变矩器一般都与传动系动力换挡变速器的工作油路接通，而动力换挡变速器的工作油路采用液压传动，因而液压传动管路中同样也要防止气穴和气蚀的产生。为了解决上述问题，工程车辆的液力变矩器都设置有油的补偿系统，工作时一部分油在一定油压下不停地通过变矩器外循环进行强制冷却，以使变矩器中保持一定油量、油压和油温。并且多采用水冷式的油冷却器。

2正确使用液力传动油

由上可知液力变矩器一般都与动力换挡变速器的工作油路接通，而动力换挡变速器的工作油路采用液压传动，因此液力变矩器用油既要满足液力传动也要满足液压传动的工作要求。要强调指出盲目将液压油代替液力传动油是错误的。因为液压传动与液力传动的工作条件不一样。液压油的最大流速一般限制在5~7 m/s，工作温度一般控制在509℃左右，不得超过60℃℃而液力油的最大流速一般可达20m/s，工作温度一般控制在90℃左右，最高不得超过120℃。因此，液压油不能保证液力传动设备的抗高温氧化、旋转速度(1000~3600 r/min)、油流速(可达20m/s)、油温(可达1209℃)等工作要求。因为液力变矩器油既要用于液力传动也要用于液压传动，既要冷却变矩器也要冷却变速器，同时要润滑各种传动零件、还要抗氧化、抗气泡等等，所以对油料提出了诸多的性能要求。概括起来主要有以下几个方面:(1)相对密度:相对密度对液力元件传递转矩起着重要的作用。变矩器传递的转矩与油液相对密度成正比，增大相对密度便能增大传递转矩的能力。(2)热容:显然，热容越大，油液传递热能的能力越强，对变矩器和变速器的冷却效率越高。(3)粘温特性:无论液力传动还是液压传动对粘温特性都有较高的要求。否则，冬季易使变矩器、油泵的搅拌损失增大，效率下降;同时流动阻力增大、起动困难。夏季易使液压泵的容积效率下降，油压不足，离合器片接合不紧;同时润滑性能变坏、密封不良。(4)热氧化稳定性:是指长期高温下油液能保持清洁而无胶质和沉积物的能力。显然，这是一项重要的性能指标。此外，对摩擦特性、抗泡沫性、抗腐蚀性和临界载荷等指标都提出了要求。

3双流差速式液力变矩器

该型液力变矩器属外功率分流式，其机械元件为双行星差速器，液力元件是三级液力变矩器。它虽然综合了液力传动与机械传动的优点，如最大效率高、高效区宽、结构紧凑、可以减少随后变速箱排档数，但其结构非常复杂，同时对动负荷的吸收和保护作用相应较弱。与其它类型变矩器相比，并未显示出更多的优越性。美国卡特彼勒公司系列产品履带推土机D4D、D5、D6C、D7F、D8H、D9G采用了该型变矩器。

美国材料和实验学会、石油学会把液力传动油根据性能要求分为PTF- 1、PTF- 2、PTF-3三类。PTF- 1型对低温粘度要求较高、较严，对抗磨性、抗泡沫性也要求严格。PTF- 2型对抗磨、极压性要求较高，适用于重负荷的车辆，对低温流动性则放宽要求。PTF-3型适用于低速、重负荷的机械，对抗磨性要求高，对低温粘度也要求严格。我国现已生产数种液力传动油。过去传动油按100℃时的运动粘度分为6号和8号，现在分为N32*(相当于原6号液力传动油)、N46*(相当于原8号液力传动油)、N46D*普通液力传动油和N68*抗磨液力传动油。N32*主要用于工程机械，相当于国外的PTF - 2类;N46*主要用于轿车，相当于国外的PTF- 1类;N46D*是普通液力传动油，主要用于严寒地区的轿车;N68*是抗磨液力传动油，主要用于拖拉机，相当于国外的PTF- 3类。应按照液力传动油的说明正确选用传动油。

4工程机械对液力变矩器性能的基本要求

自行式工程机械的发动机动力，经传动系传到车轮后，借助于地面的反作用力所产生的驱动力来行驶和进行作业。当行驶阻力一定时，驱动力越大，所产生的作业牵引力也越大。为提高作业效率，必需提高发动机传到驱动轮的驱动转矩。因此，在发动机转矩不变的条件下，如何提高传动部件的效率显得非常重要。

检查导轮(带有单向离合器)是否正常工作。可通过观察油温下降的快慢检查。在变矩器输出轴0速工况下使发动机油门全开，使变矩器出口油温升高到100℃，然后松开变矩器的输出轴，使输出转速到最大值，立即检查油温下降速度。温度应该在15s之后开始下降。温度下降速度慢，表示导轮可能闭锁，单向离合器自由轮卡死。如果温度迅速下降，导轮工作正常。有些工程车辆的变矩器，装有变矩器进口压力测试螺塞，装上油压表可以检查变矩器进口压力(如WA380装载机)。检查办法是:在发动机油门全开、变矩器输出轴零速工况下，此时的变矩器进口压力最低为0.35 MPa，最高为0.54 MPa;在发动机油门全开、变矩器空载工况下所允许的最高工作压力为0.85 MPa。一般不能超过所规定的极限值，否则会发生故障。

5结束语：

工程机械工作中通常负荷变化剧烈，为达到必要的作业能力和生产率，需要根据负荷大小不断改变工作机构的速度，同时还要防止发动机熄火，使得驾驶员劳动强度大、生产力低、作业能力小。利用液力变矩器可改善上述缺点，生产率可提高30%~50%，驾驶员劳动强度降低，发动机不会熄火，可以重载启动，简化变速箱结构，减少档数，延长机械使用寿命等。液力变矩器是利用液力传动的原理将发动机的动力传递给动力换档变速器的输人轴，是工程机械传动系中的重要总成，其工作的正常与否直接关系到工程机械正常的行驶作业。

参考文献:

[1]杨国平,刘忠.现代工程机械液压与液力实用技术[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]祖炳洁,贾粮棉,郑明军.液力变矩器在工程机械中的正确使用与检查[J].起运输机械,2003(8):62-64.

[3]李文耀.工程机械底盘构造与维修[M].北京:电子工业出版社,2008.