工程机械变速箱综述.doc

工程机械变速器综述 摘要：论述了我国工程机械用齿轮传动装置的发展状况，介绍了该行业的研究现状和研究内容，并指出了发展存在的关键科学问题，预测了我国变速箱行业的发展趋势关键词：工程机械，重载汽车，变数箱，齿轮箱 Key words: Construction Machinery,Heavy vehicles,Transmission,Gearbox　前言：变速器变是工程机械车的关键部件，通过变速器来改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要工程机械作业条件，作业环境十分复杂，多变，机动性强，工作过程中发动机负载变化大，机械运行速度变化频繁，为保证工程机械能够实现高效的节能作业，快速机动，需要不断调节机械的档位在工程领域，变速箱技术的应用还待快速的发展，工程机械多数是边行边施工，且作业环境复杂多变，操作手劳动强度大，更加凸显了变速箱的重要性目前，欧洲是变速器技术最成熟的地区之一，我国商用车的变速器主要依赖从欧洲进口本文作者详细阐述了国内外工程机械变速器的特点以及研究现状，探讨了变速箱存在的关键科学问题，最后对国内变速箱行业的发展趋势进行了预测。

1国内外工程机械变速箱的发展现状1.1我国重型变速器行业不断发展壮大 从1983年，我国开始引进奥地利斯太尔公司整车制造技术(含发动机、变速器、车桥)，其中配套变速器的任务交给了陕西齿轮厂(“陕西法士特传动集团有限公司”的前身)和重庆綦江齿轮厂，1984年，陕西齿轮厂与美国伊顿公司签署技术转让协议，并在西安建立新的生产基地，开始生产双中间轴变速器1985年，重庆綦江齿轮厂引进德国采埃孚公司机械变速器系列制造技术，生产重型车变速器，为斯太尔重卡配套1986年，大齿引进日产柴TMH402变速器制造技术，生产5、6档的产品，主要为东风卡车配套1986年12月，哈齿正式更名为第一汽车制造厂哈尔滨汽车齿轮厂，在吸收日野变速器技术基础上开发出一系列产品，主要为一汽解放卡车配套大齿和哈齿的变速器与陕齿和綦齿不同，其传递扭矩要小些，在800Nm左右，而陕齿和綦齿的变速器传递扭矩在1000Nm以上上世纪80年代中后期，法士特主要配备260马力以上产品，綦齿是260马力以下产品，哈齿和大齿则为准重卡配套，彼此间利益冲突小，市场相对平和有序至90年代初，大齿进入客车市场并迅速发展，曾经一度占领了国内客车变速器总量的60%，后来因产能问题，大齿向卡车市场转向，但是错过2001年~2004年15吨级以上重卡市场的井喷，但法士特借机一跃成为行业领先者。

綦齿虽然也错过重卡井喷，但因大齿的方向调整而夺取客车变速器行业的领先地位进入新世纪，法士特加入湘火炬后得到充足发展，与伊顿合资后技术上也得到支持，几年资产就翻了数倍，目前，8t以上重型汽车市场占有率超过86%、15t以上超过92%、并广泛出口十多个国家和地区大齿因产能问题得到解决，从2006年开始发力客车市场，重新成为宇通、安凯、黄海、申沃和恒通等客车厂家的配套供应商目前，国内重型汽车变速器几乎由陕西法士特齿轮有限责任公司、綦江齿轮传动有限公司、山西大同齿轮集团有限责任公司、一汽哈尔滨变速器厂等几大家包揽1.2国外变速箱行业的发展现状1.21　德国ZF9S109多档变速器结构特点德国ZF公司生产的9S109同步器型倍档9档组合式变速器，主变速器有5个前进档，副变速器为行星齿轮系传动结构当副变速器中的同步器接合套与固定外齿圈接合时，行星齿轮内齿圈被固定而不能转动，则副变速器挂入低档，此时将主变速器分别挂入5个不同档位可得到组合式变速器5个较大的传动比当使接合套与副变速器高档齿圈接合时，行星齿轮轴、输出轴、行星齿轮内齿圈和副变速器输入轴齿轮固定在一起而同步旋转，则副变速器挂入高档(直接档)，主变速器的5个档位传动比即分别等于组合式变速器5个较小的传动比。

由于有两个传动比数值很接近，故省掉一个传动比，组成9档变速器变速器最大输入扭矩1250Nm，总质量310kg，与发动机直接连接或独立安装，左卧式或右卧式变速器的操纵系统由旋转轴远距离操纵或直接操纵，双XH型换档排列，副变速器由压缩空气自动换档，爬行档和倒档用啮合套换档，其他档用同步器换档1.22美国伊顿公司富勒系列双副轴变速器结构特点　 美国伊顿公司生产的BT-11509C双中间轴倍档9档组合式机械变速器，主副变速器皆采用双中间轴结构主变速器有5个前进档副变速器为2档(高档和低档)齿轮传动，由于有2个传动比很接近，故省掉一个，组成9档变速器双中间轴倍档组合式变速器具有如下优点：(1)由于一轴和二轴上各档齿轮同时与两根中间轴上对应的齿轮相啮合，功率分流，从理论上讲，每对齿轮上传递的扭矩为1/2，这就使每对齿轮传递的扭矩减少50%，使变速器的中心距、齿轮模数和宽度可以减小，从而减小变速器的质量和尺寸，特别是长度尺寸2)由于二轴从动齿轮在轴上处于径向浮动状态，两根中间轴的轴心线均匀分布在以二轴理论轴心为圆心、以中心距为半径的圆柱面上，所以二轴上各档齿轮及一轴齿轮在与两根中间轴上的对应齿轮相啮合产生的径向力达到平衡，即互相抵消。

二轴不承受径向力，只传递扭矩，这样二轴可以设计得细一些，结构可以简单一些，其后轴承可以选择较小的规格，这也有助于减小变速器的质量和尺寸3)由于二轴齿轮的径向浮动和二轴的铰接式　浮动的结果，使得齿轮在啮合时能自动抵消一部分制造和装配误差，啮合质量优于单中间轴啮合区容易达到设计要求，实际使用情况也证实了这点这就有利于降低啮合噪声和提高耐用度　(4)由于双中间轴倍档组合式变速器可以明显地减小变速器的质量和轴向尺寸，利用这种优点，可提高变速器的最大传递功率和扭矩，扩大使用范围这是短轴距大功率重型汽车和特种车辆最理想的变速器RT-11509C型变速器最大输入扭矩1500Nm，最大输入功率265kW，总长度735mm，XXH或单H操纵，可左操纵亦可右操纵，总质量270kg2国内外变速箱的研究现状变速箱是工程机械中必不可少的部件，到目前为止，国内外主要研究的是动力换挡变速箱，采用液压多片式离合器换挡，按操纵方式可分为机械操纵电控及介于两者之间的电气液控按结构型式可分为行星式和定轴式两类行星式输入轴与输出轴同轴布置由行星齿轮排传递动力，传动齿轮为直齿齿轮，模数比定轴式小，传动效率比定轴式低常用于推土机，装载机等，定轴式各传动轴平行布置，传动齿轮为直齿或斜齿，齿轮模数较大，传动效率高，常用于装载机，叉车，平地机和压路机等。

行星式液力变速箱采用双涡轮液力变矩器，在轮式装载机上的应用较为广泛，如我国柳工和厦工生产的ZL50型装载机和日本神钢生产的CM200型装载机$这种双涡轮4元件变矩器+2进1退行星式变速器，因有超越离合器自动对变矩器的1涡轮和2涡轮进行动力整合输出，使变矩器能实现重载和轻载两种工况的自动转换.实际上这种变速器具有4进2退的挡位，因此采用双涡轮*元件变矩器可减少变速器的挡位数，简化变速器的结构，尤其是可简化变速操纵机构，只用1个变速手柄即可完成所有换挡换向操作定轴式变速箱以单涡轮3元件变矩器Z4进3退电液动力换挡为主，代表厂家为柳州ZF和杭州前进齿轮箱集团.由于其性能可靠，国内高档的产品几乎皆使用这种变速箱$该变矩器的特点是采用冲焊型一体机芯，结构紧凑，相对于双涡轮变速器其变矩比小，高效区较窄，但这种变速器每根轴上的零件都能准确定位，故障率比行星式变速器低.此外国内少数厂家和少数产品使用一种单涡轮3元件变矩器4进2退，4进2退或3进3退定轴式变速器，这种变速器一般采用3自由度变速器，采用机械-液压动力变速时，需要2个变速操纵杆，1个用于换向操纵，1个进行换挡操纵，会增加司机的劳动强度和操纵难度，但其结构合理，故障点少，若能采用电子-液压变速方式则是最好的选择。

3 变速箱存在的关键科学问题及缺陷3.1我国变速箱的研制存在的关键技术问题根据我国目前的情况，研制工程机械变速箱需要解决的关键技术如下：(1)液力变矩器技术包括带有扭转减振器的闭锁离合器和液力减速器的产品技术2)变速传动装置技术包括有：变速传动的设计、加工技术；摩擦元件的设计与制造技术；高速精密轴承；密封技术等3)液压操纵系统技术及设计变速器精密液压系统的设计及加工技术4)系列化、通用化的电子控制系统软硬件技术(智能化换挡控制软件技术，包括故障诊断、容错设计等)5)复杂箱体件和阀体的精密铸造技术6)动力传动一体化技术包括高功率密度的动力传动组合技术；动力传动系统一体化控制及总线技术7)AT的台架试验及道路试验技术8）变速箱二档齿轮是工程机械行驶中靠摩擦作用换档的重要部件，其换档时的接触部位是一个锥面，该齿轮由于整体加工困难，所以必须分别制造后，再采用电子柬焊接连接，因而焊接时必须保证零件的整体精度和焊接强度，以达到整体加工的效果3.2工程机械变速箱存在的缺陷 由于变速箱在我国发展比较晚，国产的重型变速箱主要是8,9档手动变速箱为主，部分高档变速箱需从国外进口现阶段我国的变速箱技术主要是引进美国，德国，日本上世纪80~90年代的产品，虽然已经取得了长足的进步，但是还是存在这很多的缺陷：(1)结构较复杂，制造精度要求高，成本较高。

2)传动效率低，可通过结构和控制技术的改进来克服这一缺点3)燃油消耗比机械变速器高，但如果与发动机匹配较好，并采用液力变矩器闭锁等措施，也可使燃油消耗与机械变速器持平甚至更低4）没有真正的核心技术产品，只是一般的简单的开发过程，国内自主开发的变速箱产品很少，开发能力也很薄弱4我国工程机械变速箱行业和国外的差距1，规模小工程机械行业齿轮生产企业规模普遍较小而分散,，缺乏话语权，必须依托大的主机厂，规模较大的只有杭州前进齿轮箱公司，柳州ZF，厦门厦工桥箱有限公司，徐州美驰，三明齿轮箱有限公司等少数企业2，产品水平与国外差距较大国内几家外资企业的产品水平虽然高,,但其所占市场份额较小.绝大部分国内企业的产品水平与国外先进水平差距较大,可靠性差,寿命只是国外产品的一半左右,目前是以极低的价格火拼市场.产品可靠性差将制约主机产品出口区域,无法拓展欧洲和北美市场,只能选择非洲,东南亚,中东和俄罗斯.3，设备装备和加工技术落后这几年工程机械行业火爆,,很多企业乘势而上,加大技术改造力度#引进了一些先进设备特别是关键设备,但原有基础薄弱,现有的装备水平离国外企业有不小差距,特别是试验设备距较大.4，自主创新能力差产品设计手段落后,试验手段缺乏,产品多年不变,这将直接导致产品附加值低,竞争力低.5国内外研究工程变速箱的主要内容在工程领域，变速箱技术的应用还待快速的发展，工程机械多数是边行边施工，且作业环境复杂多变，操作手劳动强度大，更加凸显了变速箱的重要性。

国内外对工程变速箱都做了很多的研究，研究的主要热点主要集中在以下几个问题：1．对工程机械的特点及适合其应用的自动变速技术进行了研究2．分析了电控机械式自动变速器的组成及其关键技术，重点研究了对换档品质影响巨大的换档规律和离合器控制，分析了目前研究的最新成果3．研究了适合工程机械的自动变速控制策略，完成了换档规律的选择，并列出了计算方程；设计了离合器控制方法，找到了离合器控制速度变化点，并给出了离合器最大接合速度公式4．分析了电控机械自动变速系统操纵部分的组成和设计要求，并以采用四根换档拨叉轴的手动变速器为基础，进行了自动变速换档机构和离合器控制机构的设计；设计了新的执行液压缸，并采用了新的传感器控制、检测机构5．完成了电控系统设计，根据所选择的控制策略和工程机械的特点选择80C196KB单片机，并进行了硬件电路设计和相应软件开发6. 工程机械变速。