礦用車變速器開發(fā)技術(shù)思路解析

張海濤

（陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院，西安710119）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，重型卡車行業(yè)市場迅速擴(kuò)大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2013年，我國全年重型卡車銷量超過70萬臺(tái)。隨著重型卡車的發(fā)展和升級(jí)，各個(gè)主機(jī)廠不斷深化改革，各種車型不斷細(xì)化，我國的重型汽車已經(jīng)逐步向精細(xì)化方向發(fā)展。變速器是車輛的核心部件之一，變速器的性能直接影響到整車的動(dòng)力性能。

礦用車作為重型卡車的細(xì)分車型之一，主要用于土方剝離和煤炭運(yùn)輸?shù)?。近年來該?xì)分市場迅速發(fā)展，已經(jīng)成為重卡市場的重要組成部分之一。礦用車雖然是重型汽車，但又有別于一般的重型汽車。在其發(fā)展初期，受市場資源限制，其動(dòng)力總成大多借用目前公路用車的動(dòng)力總成，隨著礦用車市場和技術(shù)的不斷發(fā)展，對其動(dòng)力總成提出了新要求，對變速器也提出了有別于公路運(yùn)輸車變速器的特殊要求。

1 現(xiàn)狀

目前市場上銷售的礦用車，根據(jù)車架寬窄情況，分為普通自卸車和寬體自卸車。普通自卸車是在一般公路運(yùn)輸車底盤和動(dòng)力總成基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，與普通重型車輛相比較，變化小，但也存在著載重量小、大箱舉升穩(wěn)定性差等弊端。寬體自卸車是一種專用自卸車，它具有載重量大、大箱舉升穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)目前的市場發(fā)展趨勢，寬體自卸車已經(jīng)逐步贏得市場。

圖1 普通自卸車

圖2 寬體自卸車

無論是寬體自卸車還是普通自卸車，在其發(fā)展初期均采用了普通重型汽車的動(dòng)力總成。經(jīng)過大量的用戶走訪和市場調(diào)研，我們對礦用車變速器的開發(fā)進(jìn)行了探討。

2 技術(shù)思路

1）大扭矩化。隨著市場的不斷發(fā)展，用戶對礦用車的效率要求也在逐步提升，用戶希望礦用車能夠不斷提升單趟運(yùn)輸效率，因而對變速器也提出了更高的要求。目前礦用車匹配的變速器輸入扭矩最大基本在1800 N·m左右。這一輸入扭矩已經(jīng)不能滿足未來需要，市場亟需輸入扭矩在2200～2600 N·m的變速器產(chǎn)品。

2）可靠性要求更高。對于用戶而言，變速器的可靠性是至關(guān)重要的，因此，希望變速器在滿足使用條件的情況下，擋位數(shù)量盡量少，盡可能為單箱。目前的礦用車變速器產(chǎn)品，擋位數(shù)主要為7擋、9擋和10擋。對于7擋變速器產(chǎn)品，可以設(shè)計(jì)為單箱雙中間軸結(jié)構(gòu)，不帶副箱氣路，可靠性更高，但受結(jié)構(gòu)限制，輸入扭矩只能達(dá)到1800～2000 N·m，一擋速比只能達(dá)到9～9.5，對于在正常礦區(qū)從事作業(yè)的自卸車，可按該原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)橄啾容^而言，這種變速器的可靠性更高。對于9擋和10擋變速器而言，只能設(shè)計(jì)為主副箱組合結(jié)構(gòu)，以滿足更高的爬坡度要求，對于此類變速器，可將輸入扭矩設(shè)計(jì)到2200 N·m以上，一擋速比可達(dá)到14以上，對于從事深坑作業(yè)，對爬坡度要求較高的自卸車，可按該原則進(jìn)行變速器設(shè)計(jì)。

3）速比排布的特殊設(shè)計(jì)。由于礦區(qū)路面條件差，車輛載重量大，長期工作在坡道，所以車輛長期低速運(yùn)行。因此，無論是7擋箱、還是9擋、10擋箱，為了滿足礦用車的需求，速比極差的設(shè)計(jì)排布不能夠按照常規(guī)公路運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行，常規(guī)公路運(yùn)輸車輛的變速器速比極差是根據(jù)氣運(yùn)輸條件設(shè)置的，一般情況下，高擋速比極差小、低擋速比級(jí)差大，這非常適用于公路用車。對于礦用車變速器而言，為了更好地滿足其特殊工況，應(yīng)按照礦用車長期運(yùn)行在低速重載條件下的實(shí)際情況進(jìn)行，一般推薦將長期使用的低擋區(qū)速比極差設(shè)計(jì)得較小，而將使用率較低的高擋區(qū)速比極差設(shè)計(jì)得較大，這樣可以保證同樣的車輛使用該種設(shè)計(jì)原則變速器在礦區(qū)更加省油，用戶操作更加舒適。

圖3 變速器冷卻系統(tǒng)布置

4）潤滑冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自卸車輛不論從事何種作業(yè)，均長期在坡道上運(yùn)行，而且部分工況可能坡度較大，超出了變速器設(shè)計(jì)的最大限制，對于這種情況，應(yīng)當(dāng)從設(shè)計(jì)上降低坡道因素對變速器壽命及性能的影響。對此，我們建議在礦用車專用變速器設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能地設(shè)計(jì)潤滑冷卻油泵，以滿足特殊工況要求，對于潤滑系統(tǒng)，盡可能設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)配置，將各關(guān)鍵部件，如齒輪、軸承等，分別進(jìn)行強(qiáng)制潤滑，以減輕坡道因素對變速器造成的影響。對于油泵，盡可能將其設(shè)計(jì)為外置油泵或者選擇可靠性較高的產(chǎn)品，由于礦用車工作條件惡劣，必須要考慮到維修。對于冷卻系統(tǒng)，變速器本體設(shè)計(jì)時(shí)必須要預(yù)留冷卻接口，建議主機(jī)廠家匹配時(shí)匹配。

5）防掉擋設(shè)計(jì)。礦區(qū)路面條件差，車輛運(yùn)行時(shí)，載重量大，這種情況下，如果變速器發(fā)生掉擋，會(huì)產(chǎn)生諸多安全隱患，因此建議在進(jìn)行此類變速器設(shè)計(jì)時(shí)，增加防掉擋的機(jī)械機(jī)構(gòu)或者氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。

圖4 倒錐齒滑套

6）預(yù)留輔助制動(dòng)接口。由于礦用車長期以重載車況運(yùn)行在坡道上，因此對剎車系統(tǒng)造成極大壓力，長期使用車輛主制動(dòng)，會(huì)造成剎車片過熱等問題，帶來諸多安全隱患。隨著輔助制動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，為礦用車的匹配提供了新的選擇，緩速器無疑是其中最可靠的選擇之一，緩速器的選擇可以大大降低主制動(dòng)的工作壓力，因此，在礦用車變速器開發(fā)時(shí)，建議預(yù)留相關(guān)接口，以便于匹配緩速器等輔助制動(dòng)設(shè)備，對于設(shè)計(jì)實(shí)力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)單位，可以考慮將緩速器與變速器進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，已滿足客戶的特殊需求。

圖5 變速器匹配液力緩速器

3 結(jié)論

本文對目前礦用車的市場現(xiàn)狀以及目前匹配變速器的現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析，分析了目前礦用車變速器存在的不足，根據(jù)細(xì)分市場的具體要求，提出了礦用車變速器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)該類型變速器的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了一定的技術(shù)支持。為該類型變速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)思路。