陳小國(guó)，張海濤，鄭直（陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院，陜西 西安 710119）

一種礦用車專用變速器設(shè)計(jì)

陳小國(guó)，張海濤，鄭直
（陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院，陜西 西安 710119）

摘 要：結(jié)合礦用車工況，提出礦用車變速器的開(kāi)發(fā)要求，作為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)輸入，據(jù)此設(shè)計(jì)了一種專用車變速器，并詳細(xì)介紹了該變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理。

關(guān)鍵詞：礦用車；變速器；雙中間軸；單中間軸；工作原理；設(shè)計(jì)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.003

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-05-03

引言

重型卡車技術(shù)迅速發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，細(xì)分市場(chǎng)對(duì)車型提出了更加具體、特殊的要求，針對(duì)性、專業(yè)性成為產(chǎn)品致勝的關(guān)鍵。

礦用車作為重型卡車的細(xì)分車型之一，近年來(lái)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為重卡市場(chǎng)的重要組成部分。在其發(fā)展初期，受市場(chǎng)資源限制，其動(dòng)力總成大多借用目前公路用車的動(dòng)力總成。隨著礦用車市場(chǎng)和技術(shù)的不斷發(fā)展，客戶對(duì)其動(dòng)力總成的特殊要求逐漸具體，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等主要部件的性能提出了具體要求。為滿足特定市場(chǎng)需求，變速器的設(shè)計(jì)也應(yīng)朝著專業(yè)化方向發(fā)展。

1、礦用車變速器的現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)礦用車變速器以手動(dòng)變速器為主，有極少數(shù)進(jìn)口液力變速器。而手動(dòng)變速器產(chǎn)品，擋位數(shù)主要為7擋、9擋和10擋。9擋和10擋變速器，只能做成主副箱組合結(jié)構(gòu)，頭檔速比可以更大，但因?yàn)榈V用車主要工作在低擋區(qū)，重載爬坡工況多、擋位過(guò)多，導(dǎo)致?lián)Q擋頻繁、功率損失大，燃油消耗率高。且?guī)细毕浜螅?擋、10擋變速器副箱速比都在3.3-4.7之間，而該速比段也正是礦用車使用頻率最高的速比段，勢(shì)必造成變速器副箱頻繁換擋，副箱同步器過(guò)早損壞，變速器某幾個(gè)擋位使用頻率特別高，大部分擋位長(zhǎng)期用不上，且9、10擋主副箱結(jié)構(gòu)變速器，頭擋速比達(dá)14以上，副箱減速齒輪處承載力最大，易造成副箱低檔區(qū)軸齒點(diǎn)蝕甚至斷齒。一般對(duì)于深坑作業(yè)，爬坡度要求特別高的自卸車，可以選用9,10擋變速器。從工作可靠性考慮，7擋單箱變速器優(yōu)勢(shì)明顯，目前法士特7DS180系列變速器已廣泛使用，速比1-9.14，最大額定輸入扭矩可以達(dá)到2000N.m。該系列變速器為單箱雙中間軸結(jié)構(gòu)，因無(wú)副箱氣路，不帶同步器，可靠性更高，但受制于結(jié)構(gòu)限制，額定輸入扭矩只能達(dá)到1800～2000N.m，為滿足起步要求，頭檔速比大，因此只能做出直接擋變速器，最高車速有限，新車出廠送車，空車返程略顯不足。基于以上原因，目前市場(chǎng)急需一種既有7DS180系列變速器高可靠性，且承載能力更大，空載時(shí)又能高速行駛的變速器。通過(guò)廣泛深入的市場(chǎng)調(diào)研和礦用車工作現(xiàn)場(chǎng)了解，我們開(kāi)發(fā)了礦用車專用變速器8FKY260。

2、8FKY260礦用車專用變速器的開(kāi)發(fā)

2.1 結(jié)構(gòu)介紹

2.1.1 整體結(jié)構(gòu)

8FKY260變速器為主副箱結(jié)構(gòu)，主箱采用直齒、雙中間軸結(jié)構(gòu)，7個(gè)前進(jìn)擋，1個(gè)倒擋；副箱采用直齒，單中間軸結(jié)構(gòu)，僅掛超速擋時(shí)使用；副箱集成了取力器，取力器采用花鍵輸出，可直接匹配礦用車自卸舉升泵，標(biāo)配并聯(lián)液力變矩器，提高車輛安全性。為確保礦用車的可靠性，主箱各擋采用大錐角滑套嚙合，副箱采用鎖環(huán)式慣性同步器。

圖1為變速器結(jié)構(gòu)示意圖，虛線框A區(qū)域內(nèi)為主箱部分，B區(qū)域?yàn)楦毕洳糠郑珻區(qū)域?yàn)榫徦倨髦鞅粍?dòng)輪部分，D區(qū)域?yàn)榧扇×ζ鞑糠?。主箱為主要工作區(qū)，仍然采用了在重型汽車上具有明顯優(yōu)勢(shì)的雙中間軸結(jié)構(gòu)，雙中間軸對(duì)稱布置，繼承了雙中間軸變速器的所有優(yōu)點(diǎn)：中間軸功率分流，一軸齒輪、二軸上齒輪浮動(dòng)，二軸只承受扭矩而不承受彎矩，消除由于二軸彎曲變形引起的齒輪嚙合區(qū)的破壞，降低變速器的噪音，提高齒輪壽命；同時(shí)，由于每個(gè)齒輪及軸承受力減小，便可延長(zhǎng)變速器使用壽命，確保變速器高承載能力和高可靠性。主箱7個(gè)前進(jìn)擋，一個(gè)倒擋，中間軸較長(zhǎng)，為提高主箱中間軸剛性，確保低檔區(qū)齒輪壽命，中間軸采用了中間支撐結(jié)構(gòu)，即中間軸分為兩段。

副箱部分僅有超速檔，依據(jù)礦用車的工作特點(diǎn)，僅在空車時(shí)使用，主要用于空車轉(zhuǎn)場(chǎng)、送車使用。近年，用戶對(duì)礦用車效率要求逐步提升，礦用車發(fā)展趨勢(shì)為發(fā)動(dòng)機(jī)大扭矩、低轉(zhuǎn)速，變速器大扭矩，驅(qū)動(dòng)橋大速比，這導(dǎo)致的結(jié)果是，礦用車直接擋速度也很低，一般不超過(guò)50Km/h?？哲嚂r(shí)，車速低，尤其是長(zhǎng)距離送車，轉(zhuǎn)場(chǎng)等。因此，高超速擋成為一種迫切需求。為滿足這一需求，8FKY260變速器方案通過(guò)多方論證，設(shè)置了副箱單中間軸，超速擋這一結(jié)構(gòu)。

礦用車朝超重型方向發(fā)展，安全性必須第一位考慮，因此，添加輔助制動(dòng)成為必須。從結(jié)構(gòu)示意圖1可以看出，變速器整體分為A、B、C三個(gè)腔，C腔部分主要為并聯(lián)緩速器主被動(dòng)齒輪部分，標(biāo)配液力并聯(lián)緩速器。

礦用車都有自卸裝置，因此，取力器成為標(biāo)配。副箱B的上部，虛線框D區(qū)為集成式兩軸取力器，從變速器主箱右（從后往前看）上中間軸取力，滿足大箱舉升自卸需要。

2.1.2 細(xì)節(jié)特征

速比排布的特殊設(shè)計(jì)：針對(duì)礦用車長(zhǎng)期在低速重載條件下的實(shí)際情況，高頻率使用的低擋區(qū)采用小極差，兩端低頻率使用區(qū)，采用較大極差，超速檔速比值低至0.62，滿足空載高速需要。

提高承載能力：齒輪齒形齒向修形，采用“K”形齒、鼓形齒設(shè)計(jì)。

潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)：考慮到礦用車長(zhǎng)期在坡道上低速重載的工作特殊性，為降低坡道因素對(duì)變速器壽命及性能的影響，標(biāo)配有潤(rùn)滑冷卻油泵，箱體內(nèi)對(duì)關(guān)鍵齒輪、軸承設(shè)置了潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)；預(yù)留冷卻接口，可根據(jù)車輛實(shí)際工作需要，選配冷卻系統(tǒng)。

2.2 工作原理

普通主副箱結(jié)構(gòu)變速器，副箱的存在，使得變速器擋位數(shù)翻倍，即NX2擋（N為變速器主箱前進(jìn)擋位數(shù)），而8FKY260為主副箱結(jié)構(gòu)7+1變速器。圖2為其動(dòng)力傳動(dòng)路線圖，圖3為變速器擋位排布圖，圖4為變速器氣路原理圖。

圖2可以看出，副箱僅在超速擋時(shí)使用。實(shí)際用于整車空載狀態(tài)。礦用車7+1結(jié)構(gòu)，源于礦用車實(shí)際使用需求。圖4中，各部件為變速器處于超速擋時(shí)的位置。礦用車滿載時(shí)，車速一般不超過(guò)40Km/h，滿載情況，不可能用到直接擋。從保護(hù)副箱同步器角度考慮，副箱掛檔時(shí)，不允許跳檔，因此，8FKY260設(shè)計(jì)時(shí)，只允許7擋（直接擋）和8擋（超速擋）之間的切換。

7擋升8擋，操縱過(guò)程為：1）直接擋掛擋到位，氣路控制閥11打開(kāi)；2）預(yù)選閥10預(yù)選到高檔區(qū)，單H閥高檔氣管通氣，低檔氣管排氣；3）踩下離合器踏板3，后副箱氣缸從前往后掛，完成升檔操縱。

8擋降7擋，操縱過(guò)程為：1）預(yù)選閥10預(yù)選到低檔區(qū)，單H閥低檔氣管通氣，高檔氣管排氣；2）踩下離合器踏板3，后副箱氣缸從后往前掛，完成降檔操縱。

副箱氣缸活塞離開(kāi)低檔區(qū)（從低向高掛擋）后，氣路控制閥5開(kāi)啟，鎖止氣缸6通氣，6/7擋撥叉軸被鎖止，主箱操縱桿不能再撥動(dòng)。即：只要副箱不在低檔區(qū)，主箱操縱桿均無(wú)法撥動(dòng)，有效防止亂擋和操縱跳擋；僅當(dāng)副箱回到低檔區(qū)后，氣路控制閥5斷開(kāi)，鎖止氣缸6排氣，6/7擋撥叉軸7解鎖，主箱部分可正常操縱。

圖4中，氣路控制閥5、11的作用是接通與中斷所在氣路，觸頭自由狀態(tài)時(shí)，氣路接通，觸頭被壓縮時(shí)，氣路中斷，同時(shí)，與出氣口連接的氣管內(nèi)氣體從通氣塞排出。單H閥12為兩位五通閥，主要起氣路切換作用，預(yù)選閥10在低擋區(qū)時(shí)，進(jìn)氣管與低擋氣路接通；預(yù)選閥10在高擋區(qū)時(shí)，進(jìn)氣管與高擋氣路接通，另外一出氣管與一通氣塞接通。離合器踏板3下氣閥4的作用是，當(dāng)離合踏板3踩到底時(shí)，氣路接通，否則氣路斷開(kāi)。

3、結(jié)論

大扭矩化、高可靠性、特殊速比、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)、標(biāo)配輔助制動(dòng)將成為一種趨勢(shì)，8FKY260的設(shè)計(jì)是一次專用變速器開(kāi)發(fā)的大膽嘗試，將為礦用車提供一款更符合工況需求的變速器產(chǎn)品，將激發(fā)專用變速器開(kāi)發(fā)更豐富、更大膽的思路，提供更個(gè)性化的產(chǎn)品需求，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

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Design of a special transmission for a mine car

Chen Xiaoguo, Zhang Haitao, Zheng Zhi
( Shaanxi Fast Auto Drive Engineering Research Institute, Shaanxi Xi’an 710119 )

Abstract:Combined with the working condition of the mine, the paper puts forward the development requirement of the transmission. As the input of design and development, a special kind of special vehicle transmission is designed, and its structure and working principle are introduced.

Keywords:Mine Car; Transmission; Dual Countershaft; Single Countershaft; Working principle; Design

作者簡(jiǎn)介：陳小國(guó)，工程師，就職于陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院，從事變速器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工作。

中圖分類號(hào)：U463.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2015)10-05-03