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龙工850八年历程总结评测报告--传动系统

五零武林 2019-12-20

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龙工850是国产短轴距五吨级产品中市场表现比较优秀的产品,普遍反映省油,动作轻快。这和其较轻的体重和传动系统有密切的关系。龙工850采用的是双涡轮液力-机械变速箱,该变速箱的结构和原理在国内各大厂商中普遍应用。
上两图为变速箱原理图和实物图。
以上图示是双变总成的传动原理。该变速糸统的设计出发点在于装载机工作中的一个重要特征:铲掘时需要最大轮胎驱动力和液压力,而在结束铲掘后,驱动力大幅下降。这种结构从1970年代的ZL50系列开始使用,限于当时的研究水平和齿轮材质,人们认为变矩器的变矩系数越大越好,借以减少变速箱的档位。双泵轮变矩器和超越离合器的组合能够使变矩器的输出转速和扭矩自动分成两个档。经过多年改进,其潜力已经枯竭。其适装性在5吨级已经到顶,再加大到6吨级的尝试已经失败,因为其先天性结构缺陷无法克服:那就是效率低下,在结构上一/倒档隔离架、一档行星架依靠浮动定位,在冲击力的作用下易损坏,而冲击力主要来自于双涡变矩、分时驱动。
这种双涡轮变矩器是和滚柱式超越离合器共同作为一个传动部件工作的,用功率内分流的方式调节输出功率,即最大输出力是双涡共同输出(此时超越离合器内外齿同时工作),而在行驶阻力减小速度提高时由第二涡轮单独输出。为了了解其原理,需要先解释一下变速器的原理。
在科普文章中,变矩器变矩原理被描述较为专业和晦涩难懂,在这里我用相对形象(但不太符合专业理论)的例子来说明其原理。在专业书上变矩器用的是流动液体动量矩的变化:泵轮从发动机获得转速转矩拨动传动液使之获得速度,在流向涡轮叶片时利用液流的冲击力使涡轮转动。在现实中相似的例子是大型泳馆中人工涌浪对人体的拍击现象。变矩器中导轮的作用就像是泳池壁在涌浪拍过人体撞击池壁后反弹后的再次拍击。就单个变矩器径向剖面而言,把单个人比喻成涡轮叶片,把圆形的变矩器比喻成圆形的人工涌浪池,把导轮叶片比喻成以特定角度突出的泳池壁。涌浪沿池壁奔跑把人体撞过一个距离后拍击池壁,在反弹后再次追尾人体。因为这个原理,变矩器的叶片形状都是在空间扭曲的。
双涡轮顾名思义就是有两个涡轮,这两个涡轮在不同的工况下时而共同面对泵轮发射出的液流,相当于两个人手牵手(此时超越离合器内外环齿结合在一起),时而一个侧过身子放开手随波逐流只有一个挨拍(此时超越离合器松脱)。在实际的工作中表现为输出力矩的台阶式跳动。超越离合器的内环齿经变矩器输出齿向上连接二级涡轮,向下连接倒档行星排太阳轮。而套在内环齿上的外环齿向上连接一级涡轮,接受到的泵轮射流(涌浪)力矩较大。在实际的双涡轮变矩器中,液流总是沿泵轮-一级涡轮--二级涡轮--导轮--泵轮的路径循环的,循环的液流总是有将一二级涡轮拉成同一角速度的趋势,这就使内外齿和一二级输出齿的传动比设置必须使得超越离合器能迅速打破这种趋势,所以一级涡轮输出齿--外环齿被设计成减速,二级涡轮输出齿--内环齿被设计成增速。外环齿上的力矩更大,当超越离合器结合时,如果车速或油发动机转速配合不当就会产生很大的冲击。这也是该种功率内分流的直白解释:两人推磨,有人一人推,有时两人推,力气大的那个有时光跑不伸手推,力气小的哪个经常推。与之相似的是卡特彼勒的双泵轮变矩器,它调节的是液流的循环量和速度。
在该种传动系统的原始设计中,发动机功率被定量分配给了液压系统和液力变矩-变速箱,主要是针对堆垛作业时需要最大驱动力和液压系统功率的工况设计的。在单纯的铲装运输时,变矩器并不能吸收发动机的全部输出功率,此时的液压系统只是在将液压油从油箱泵出然后又泵回去。卡特彼勒的双泵轮设计就是针对此种情况,用两个泵轮分/合工作的方式调整变矩器能容,使一部分功率在两个系统间来回倒腾。
这张表格是国产5吨级装载机上用的最多的YJSW315-6型液力变矩器的试验数据,由浙江临海机械有限公司得出。注意泵轮转速那一栏,这是在发动机油门全开的状态下得到的,实际工作中没有人会一直踩着不松的,该表格表示了油门到底时超越离合器输出的力矩和转速。泵轮吸收的最大扭矩是512牛.米。而在双涡轮共同输出最出扭矩时,发动机能提供给液压泵的剩余扭矩约为400牛.米,正好符合驱动力最大和液压系统出力最大的需求。
龙工LG850的节油贡献者还有它的驾驶操作系统采用的是负荷传感同轴流量自动放大全液压转向,所用的转向器能根据外载荷的增加,流量具有自动放大的功能,保证转向轻便灵活,同时还具有特殊的人力转向功能,通俗的来讲如按一般的施工强度来讲,装载机装卸作业是前车架从最左边转向到最右边,方向盘均数的打方向盘需要打三圈半,但如果施工紧急,快速的打方向盘只需要两圈半就能把前车架实现从左到右的转向,操作起来安全、非常灵活。
同时也使用节油降耗、提高效率一举两得的双泵合流技术。LG850采用全液压转向,使得在转向操作中更加轻便灵活,同时,双泵更加轻便灵活,同时,双泵合流技术提高工作效率,在保障转向系统所需的液压油后,转向泵排出多余的压力油会与工作液压系统合流,实现转向泵和工作泵共同向工作液压系统提供压力油,这样就一方面减轻了工作泵的负荷,提高了转向泵压力油的利用率,另一方面加快了动臂提升速度,提高了工作效率,又达到了节能减耗的目的。
因为有这个功能,龙工的产品比同行业的同样的机型在满负荷工作情况下不仅效率更高,而且更加省油。而且双泵合流液压系统可靠性高,设计的使用寿命长,维护成本低。这个功能的实现状态是转向器中始终有少量压力油流过,转向泵输出的剩余流量并入工作泵输出的流量中供给工作装置。以下图片为该机使用的开芯无反应型全型压转向器实物分解图和原理图。
核心功能部件:内控式优先阀
核心功能部件:内控式优先阀
该种系统的最大优点就是减小了转向系统的发热量,应对高压溢流做的不够,但是高压溢流这种工况持续时间一般都不会长,常见的使用工况下对液压油温的影响不大。
该款装载机的另一个缺点是短轴距、空载时前后车架尺寸重量差距大,而传动轴和车桥间用的是强制四驱,所有状况下前后桥分配扭矩相等。而空驶和前部重量负重较轻的情况下,受附着重量小相应摩擦力不足以支持较大的驱动力前轮易滑转,最明显的是在斜向推进被顶住的时候容易出现前部被横推而轮胎滑磨的现象。在道路上快速行驶时对路面的平整度比较敏感。
总结,总体设计在追求低成本和足够性能上做到了平衡,是属于符合轻负荷、工作场地分布广的个体用户需求的。
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