高效節(jié)油雙聯(lián)驅(qū)動橋在重型牽引車上的應(yīng)用分析

李向陽，遲述迪，王立帥，王紅強(qiáng)，任國華

1.煙臺市蓬萊區(qū)企業(yè)服務(wù)中心 山東煙臺 265600

2.山東蓬翔汽車有限公司 山東煙臺 265600

從中國重型貨車發(fā)展趨勢來看，未來10年中國新能源貨車市場潛力將進(jìn)一步釋放，輕型貨車將以純電動為主，重型貨車受限于特殊工況和電量高要求的限制，混合動力和高效率、低油耗將成為主流發(fā)展方向，輕量化、免維護(hù)和舒適性也將成為判定重型貨車等級的核心要素。

車橋作為重型貨車的重要部件，起著傳動、承載和制動的關(guān)鍵作用，未來車橋必將朝著高效率、輕量化、節(jié)能型和免維護(hù)的方向發(fā)展，以滿足中高端重型貨車市場的需求。目前市場保有量最大的重型商用車為6×4牽引車，該車型具有4個驅(qū)動輪為整車提供強(qiáng)勁驅(qū)動力，相較于其他6×2和4×2車型長期受到用戶青睞。

根據(jù)市場測算統(tǒng)計，15%的牽引車是在完全滿載的情況下行駛，其余85%的牽引車一般狀況下為非滿載狀況行駛。當(dāng)汽車空載返程或所載貨物為輕質(zhì)物品時，車輛按最大載質(zhì)量設(shè)計的驅(qū)動橋的承載與驅(qū)動能力將極大過剩，并且由于參與的驅(qū)動橋數(shù)量多，導(dǎo)致輪胎摩擦阻力大、輪胎磨損快、整車傳動效率低、油耗大及運營成本高。

本文將主要圍繞車橋動力斷開技術(shù)、后橋提升技術(shù)、車橋輕量化技術(shù)、高效主動潤滑技術(shù)和免維護(hù)輪轂單元技術(shù)等方面進(jìn)行分析，探討雙聯(lián)驅(qū)動橋設(shè)計可行性，最終目標(biāo)為：實現(xiàn)6×4雙驅(qū)橋向6×2單驅(qū)橋的轉(zhuǎn)換，提高車輛在空載或輕載狀態(tài)下的傳動效率，解決重型6×4商用車高油耗、低效率、質(zhì)量大等技術(shù)難題，達(dá)到降低整車油耗的目的。

關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

1.后橋提升技術(shù)

目前整車可以實現(xiàn)后橋提升功能的橋分為三種類型：

1）氣囊提升后支承橋（僅承載無驅(qū)動功能）——位于驅(qū)動橋之后。

2）氣囊提升中橋（僅承載無驅(qū)動功能）——位于驅(qū)動橋之前。

3）液壓提升后支承橋（僅承載無驅(qū)動功能）——位于驅(qū)動橋之后。

如果采用雙驅(qū)橋中橋提升方案，一是結(jié)構(gòu)復(fù)雜實現(xiàn)難度大；二是提升機(jī)構(gòu)布置困難；三是中橋提升后整車轉(zhuǎn)彎半徑增加，機(jī)動性變差。故本項目采用后驅(qū)動橋提升方案（見圖1和圖2）。

圖1 整車中后橋全承載

圖2 整車中橋承載，后驅(qū)動橋提升

中橋動力斷開技術(shù)

（1）雙橋全驅(qū)動狀態(tài)——常嚙合態(tài) 動力傳遞路線：從發(fā)動機(jī)經(jīng)變速器傳遞來的轉(zhuǎn)矩經(jīng)輸入軸輸入并一分為二，一部分轉(zhuǎn)矩經(jīng)中橋主動圓柱齒輪→中橋從動圓柱齒輪→中橋主動錐齒輪→中橋從動錐齒輪→中橋左/右半軸輪→中橋左/右半軸→中橋左右車輪實現(xiàn)中橋總成驅(qū)動功能；另一部分通過軸間差速器后半軸輪→貫通軸→貫通軸突緣→傳動軸→后橋總成，實現(xiàn)雙聯(lián)橋的全驅(qū)功能（見圖3）。

圖3 雙驅(qū)狀態(tài)中橋動力分配路線

（2）后橋提升狀態(tài)——中橋動力斷開 當(dāng)需要后橋總成動力中斷并進(jìn)行提升時，操縱機(jī)構(gòu)總成具體操作如下：

1）高壓氣體通過氣管接口進(jìn)入氣缸與活塞形成的密封腔內(nèi)，并作用于活塞上產(chǎn)生軸向推力，活塞推動撥叉軸、撥叉壓縮回位彈簧做軸向運動，進(jìn)而撥叉帶動嚙合套與軸間差速器后半軸輪分離。

2）同時軸間差速鎖在高壓氣體的作用下聯(lián)動，將中橋主動圓柱齒輪與輸入軸剛性連接。

3）當(dāng)嚙合套與軸間差速器后半軸輪分離時，由車輛發(fā)動機(jī)變速器通過輸入軸向后橋總成傳遞的動力中斷，所有動力經(jīng)中橋主動圓柱齒輪→中橋從動圓柱齒輪→中橋主動錐齒輪→中橋從動錐齒輪→中橋左/右半軸輪→中橋左/右半軸→中橋總成左右車輪，實現(xiàn)車輛單橋驅(qū)動行駛（見圖4）。

圖4 單驅(qū)狀態(tài)中橋動力分配路線

車橋輕量化技術(shù)

1）在精確受力分析基礎(chǔ)上，主要殼體類零部件采用等壁厚、等強(qiáng)度設(shè)計理念，借助于有限元分析，根據(jù)有限元分析結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計。該種設(shè)計方法有如下優(yōu)點：鑄件壁厚均勻，不易出現(xiàn)鑄造縮松等鑄造缺陷；零部件重量輕、成本低；重要部位得以特別加強(qiáng)，齒輪支撐剛度好、壽命長（見圖5）。

圖5 部分殼體優(yōu)化設(shè)計示意

2）采用高強(qiáng)度鋁合金輪轂軸承單元進(jìn)一步降重。高強(qiáng)度鋁合金輪轂軸承單元通過了徑向沖擊疲勞試驗（27.5t，200萬次+32.5t，80萬次未損壞）、扭轉(zhuǎn)疲勞試驗（45 000N·m，145萬次未損壞）和三輪軸承壽命疲勞試驗（532h、564h、800h未損壞）等6項臺架試驗。

3）匹配楔式制動器質(zhì)量減輕9kg，制動力矩提升11%。

主動潤滑技術(shù)方案

中橋主減速器總成潤滑方式為齒輪泵主動強(qiáng)制潤滑，并采用兩級潤滑油過濾的結(jié)構(gòu)。主動潤滑方式取代通用的齒輪飛濺潤滑方式，有效增強(qiáng)了潤滑效果，可有效解決車輛長時間、長上坡、低速行駛齒輪油飛濺不起來而導(dǎo)致的齒輪和軸承燒蝕故障。第二級過濾器采用外置式精濾過濾器——更換方便，過濾效果好、進(jìn)一步延長了潤滑油及傳動零部件的使用壽命。

免維護(hù)輪轂單元技術(shù)方案

該項目采用全新脂潤滑結(jié)構(gòu)的一體式分腔潤滑超長維護(hù)輪轂單元產(chǎn)品，該產(chǎn)品與傳統(tǒng)輪轂單元結(jié)構(gòu)最為相似，主要變化點如下：

1）增加了內(nèi)外軸承油脂隔圈。

2）在原輪轂油封的基礎(chǔ)上增加外軸承油封。

3）采用耐高溫、長壽命潤滑脂。

4）兩端增加孔用軸向擋圈實現(xiàn)了整體拆裝。

5）通過采用特殊鎖緊螺母鎖緊工藝，鎖緊螺母扭緊到指定轉(zhuǎn)矩可將軸承的游隙精確調(diào)整到最佳的范圍內(nèi)（見圖6）。

圖6 輪轂結(jié)構(gòu)

結(jié)語

1）根據(jù)車輛載重及路況可實現(xiàn)雙驅(qū)橋全部參加承載與驅(qū)動。當(dāng)車輛空載或輕載時，通過創(chuàng)新設(shè)計的操縱機(jī)構(gòu)斷開中橋向后橋動力的輸出，同時通過懸架系統(tǒng)實現(xiàn)后驅(qū)動橋提升，從而提高車輛傳動效率，減少油耗（平均節(jié)油率4.76%），節(jié)能減排，降低整車運營費用和提高車輛機(jī)動性。

2）中橋總成采用主動潤滑方式取代通用的齒輪飛濺潤滑方式。該潤滑方式效果好，可有效解決車輛長上坡、低速行駛齒輪油飛濺不起來而導(dǎo)致的齒輪和軸承燒蝕故障。同時為布置強(qiáng)制潤滑油過濾器提供了條件。

3）通過創(chuàng)新設(shè)計，在中橋主減速器總成上實現(xiàn)了主動強(qiáng)制潤滑及兩級潤滑油過濾器的設(shè)計。二級過濾器采用外置式，更換方便，過濾效果好，潤滑油使用壽命長，為車輛常換油提供了保障。

4）通過后驅(qū)動橋提升，縮短了傳動鏈長度，減少摩擦副，提高傳動效率。

5）通過結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及長壽命齒輪油的選擇，實現(xiàn)整橋50萬km免維護(hù)。

6）通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和有色金屬材料在重型貨車驅(qū)動橋領(lǐng)域的應(yīng)用，單橋降重30kg以上。