94液力变矩器

液力变矩器一、液力机械式传动特点优点：能根据外载荷的变化自动改变牵引力矩大小，能吸收冲击载荷。另外，采用液力机械传动还提高推土机的通过性能，具有起步平稳、操纵轻便、使用寿命长、生产效率高等优点。缺点：传动效率较低（变矩器本身的最高效率很少能达到92％），结构复杂，重量较大，使燃油消耗增加；制造精度要求高，使造价增加；维修技术要求高，使施工成本加大。当前，履带式推土机上主要采用液力变矩器和液力机械变矩器。目前，国内履带推土机主要采用三元件单级单相液力变矩器，美国卡特皮勒公司主要采用功率外分流的液力机械变矩器，日本小松公司主要采用闭锁式液力变矩器。二、推土机液力变矩器的组成三元件指液力变矩器有三个工作轮，分别是泵轮、涡轮和导轮。水泵与水轮机的工作情况液力传动的原始结构推土机上应用的变矩器多为三元件单级单相液力变矩器，元件数指泵轮、涡轮和导轮的个数；级数指涡轮叶片的栅数；相指变矩器的工作状态数，如单导轮固定则为单相（只有变矩器工况）；若导轮能单向转动则为两相，如图2-18所示，导轮通过单向离合器（超越离合器）安装在导轮轴上，既有变矩器工况，也有偶合器工况。日本小松D85-18型推土机变矩器（图2-23所示）就是三元件单级两相式液力变矩器。液力耦合器的构造简图1.泵轮壳2-涡轮3-泵轮4-输入轴5-输出轴6、7-尾部切去一片的叶片液力偶合器三、液力变矩器工作原理泵轮、涡轮和导轮叶栅组成的环形空腔称为循环圆。为了分析方便，通常将循环圆在轴面上的断面来表示整个循环圆，并把这个断面图称之为液力变矩器的循环圆。循环圆的最大直径D，称为液力变矩器的有效直径。变矩器循环圆示意图液力传动油在循环圆内循环流动。由泵轮到涡轮再到导轮，然后回到泵轮的液流称为涡流，沿液力变矩器旋转方向的液流称为环流，实际的液流方向是涡流与环流的合成螺旋状。液流自泵轮冲向涡轮时使涡轮受一力矩，此力矩的大小和方向与发动机传给泵轮的力矩MB相同。液流自涡轮冲向导轮时也使导轮受一力矩，由于导轮固定不动，此时便以一大小相等、方向相反的反作用力矩MD作用于涡轮上。因此涡轮所受的总力矩MT等于泵轮力矩MB力矩MD的向量和，即TBDMMM液力变矩器的变矩原理a)当n1=常数，n2=0时；b)当n1=常数，n2逐渐增加时；当推土机低速行驶时，涡流速度va大，环流速度vb小，合成的液流vc冲击导轮的正面，导轮的单向离合器起作用而锁止。推土机中速行驶，当涡轮的转速是泵轮转速的0.85倍时，合成的液流方向正好与导轮叶片相切，此时MD=0，变矩器相当于偶合器，对应的转速称为“偶合器工作点”。当推土机高速行驶，涡轮与泵轮的速度相近时，涡流速度最小，环流速度最大，合成速度的方向变为冲击导轮的背面，此时单向离合器解除锁止，导轮随之转动。此时的变矩器相当于液力偶合器，此时的工况称为“偶合器工况”，涡轮的输出力矩与泵轮的输入力矩相等。即BTMM四、国产TY220型推土机液力变矩器的构造该液力变矩器的特点是效率较高、构造简单、制造较容易、出故障较少，在推土机中应用最为广泛。1-驱动齿轮，2-罩壳，3-涡轮，4-变矩器壳体，5-泵轮，6-过桥轮，7-导轮座；8-油封座，9-接盘，10-输出轴，11-导轮接盘，12-导轮，13-回油泵，14-主动轮；15-滤清器，16-放油堵，17-涡轮接盘，18-档板，19-支撑盘TY220型推土机用液力变矩器气蚀的产生在工作轮中由于压力低于空气分离压后，溶解在油液中的空气便会析出；如果压力进一步低于饱和蒸气压，则油液会汽化。这两种情况下产生的气泡会凝聚在工作轮（泵轮）的叶片上。压力升高后，气泡会溃灭，空气会重新溶解于液体中，这时气泡四周的液体便会流过来补充气泡溃灭后原来的空间，液体相互碰撞，产生瞬时的高温和高压，这种高温可以使金属融化和氧化，高压则会产生局部液压冲击，并把氧化产生的氧化膜冲刷掉，因此在叶片上会留下一个个的小坑，并伴随有振动和噪声，这就是气蚀。气蚀的其它坏处气泡还会引起其它不良后果，如气泡附在叶片上以后，会减小液流通道的面积，从而使油液流速加快，动能损失加大，叶片对介质的作用力减小，使变矩器的效率降低，传递的功率减小，等等。液力补偿系统工作泵为CB63型齿轮泵，与发动机的分动箱连接。工作介质为6号或8号液力传动油。油液由工作泵经粗滤器从推土机后桥箱中吸上来，经细滤器之后由分流阀分为两股油路，分别进入动力换档变速箱和变矩器。供变矩器补偿用的液力传动油经过进口压力阀（溢流阀）之后，从变矩器泵轮进口处进入变矩器泵轮B。从变矩器涡轮T出来的油液经出口压力阀去冷却器，冷却器安装在发动机的右侧。油液冷却之后分别进入分动箱和变速箱，润滑分动箱之后油液流至变矩器壳体内，润滑变速箱之后经回油泵把多余的油液泵回至后桥箱内，避免变矩器壳体内油面过高，产生搅油损失。进口压力阀调定压力为0.87Mpa，该阀作用有两点：①保持变矩器进口处的压力恒定，不因负荷的变化而变化，不至由于进口处压力太低而发生气蚀；②自动调节进入变矩器的油液流量。在低传动比时，液力变矩器的效率低，产生的热量较大，进口压力较小，补偿油液只有少量由进口压力阀溢流，绝大部分流经液力变矩器，从而把变矩器中的热量带走。随着传动比的增加，进口压力增大，由进口压力阀溢流的补偿油液流量增加，进入液力变矩器的流量减少，这时，液力变矩器的效率较高，产生的热量较少。这就起到了一定的自动调节作用。对于这样的系统，在选用补偿油泵时，应考虑到溢流，流量应该选大一些。出口压力阀（背压阀）的调定压力为0.45Mpa。其作用是保证液力变矩器中油液的压力不低于背压阀所限定的压力，以防止工作时变矩器因为压力过低产生气蚀现象或工作时液体全部流空。液力变矩器液力补偿系统的作用（1）补偿工作液体的漏损。由于泄漏（液压与液力系统的顽疾）、氧化变质、生成胶质沉淀等原因，使工作油量减少，需要考虑及时补充。（2）防止液力变矩器产生气蚀。在泵轮进口处，由于油压低，极易产生气蚀，尤其是泵轮叶片的前段。工作油液经过泵轮后，压力升高，故涡轮和导轮一般不会产生气蚀。（3）强制冷却工作液。变矩器的散热有两种方式：自然冷却和强制冷却，以后者为主。油温不能太高的原因①会产生气泡，加速油液的氧化，使油很快劣化；②橡胶密封件的耐热能力有限，油温太高，会破坏密封，增大漏损；③油温太高，粘度下降，在运动件的配合间隙处容易产生泄漏，外泄污染环境，内泄影响传动效率。五、液力机械变矩器液力机械变矩器是指液力变矩器与机械传动元件以不同方式组合起来后，所得到的一种液力传动元件的总称。液力机械变矩器和液力变矩器一样具有无级变速和变矩以及自动适应性的特点，但其性能指标却与原有的液力变矩器不同。采用液力机械变矩器的目的是为了改善液力变矩器效率低的缺点。因为液力机械变矩器既可通过液力传动路线、又可经过机械传动路线来传递发动机的功率，从而可以利用机械传动元件和功率分流原理来改变和改善液力变矩器的性能。它兼有自动适应外载荷变化和传动效率高的优点，扩大了液力变矩器的应用范围。液力变矩器和机械传动元件可有多种组合方式，根据液力机械变矩器内实现功率分流的方法不同，液力机械变矩器有外分流和内分流之别。前者功率的分流是在液力变矩器的外部，后者是在内部。美国卡特皮勒公司D8N型推土机上采用的液力机械变矩器该液力机械变矩器由右边的单级单相液力变矩器和左边的单行星排组成。动力由发动机的飞轮一路经齿圈、泵轮、涡轮、齿圈，另一路经飞轮、太阳轮、行星齿轮，二者合流到行星架，经花键传到输出轴。各种工况分析如下：（1）发动机运转，推土机无负荷时，输出轴与行星架无旋转阻力，这时飞轮、泵轮、太阳轮、行星齿轮、行星架、齿圈以相同速度转动。（2）当推土机有负荷时，输出轴与行星架受到阻力而转速下降，此时太阳轮和泵轮依然以发动机的转速旋转，输出轴与行星架的转速下降引起行星轮在其轴上自转，自转方向与齿圈的旋转方向相反，从而造成齿圈的转速降低，涡轮的转速随之降低，使泵轮与涡轮的转速差增大。从涡轮叶片流出的液流经导轮叶片改变方向后，又作用于泵轮叶片上使泵轮转矩增大，同时涡轮转矩也同步增大。增大的转矩通过齿圈和行星轮被传递到输出轴上。（3）随着推土机负荷不断增大，输出轴与行星架阻力相应增大，同时转速降低。当负荷增大到一定程度时，输出轴与行星架的转动停止，行星轮的自转速度达到最大，齿圈与涡轮会停止转动（或出现反向缓转），此时液力变矩器和行星排放大的转矩也处于最大值。六、闭锁液力变矩器履带推土机在作业工况（如推土）时，需要利用液力变矩器变矩。但在行驶工况时，载荷平稳，就没有必要应用液力变矩器。在这种情况下，为了解决液力变矩器效率较低（不大于70％）的问题，可使液力变矩器闭锁，将泵轮与涡轮闭锁在一起整体旋转，导轮空转，变成机械传动，使传动效率接近于1，从而提高燃油经济性和工作效率。这种闭锁装置通常是借助电液控制系统自动实现，它能随时响应车速、油门和换档信号的指令。图2-32所示为日本小松公司的闭锁液力变矩器结构。导轮装在超越离合器上。闭锁时，油液从涡轮轴的中心孔进入活塞左腔，推动活塞右移，通过摩擦片压紧在支承环上，使涡轮组件与泵轮组件结合为一体，导轮则自由旋转（空转）。从而，从而涡轮轴与飞轮刚性地连接在一起，变成机械传动。七、常见故障a功率不足1、故障现象变速箱工作正常，但推土机行驶无力，满铲时推土即失速，甚至连一个山坡也爬不上去。2、故障原因分析当车辆的阻力大到一定值时，变矩器的输出扭矩达到最大值，但涡轮转速为零，车辆停止，而发动机却既不冒黑烟，也不熄火，仍照样以的数值输给变矩器能量，这种现象叫失速。三元件变矩器输出特性(外特性)特性参数变矩比K＝T2/T1传动比i＝n2/n1传动效率ŋ＝P2/P1＝T2n2/T1n1＝Ki在失速状况下，变矩器的传动效率η为零。发动机供给变矩器的能量全部转变为搅油损失，即全部转变成热能使变矩器的工作油温升高。液力传动可以无极变速，但必须是在一定范围内使用，需要根据载荷的不同而更换档位。而且最好把发动机的油门置于额定转速附近。正确的操作是大油门、勤换档，应该随时注意的是变矩器的工作油温和油压。对于TY220推土机来说，油温不高于120℃，油压不得低于77㎏f/㎝2。此外，安装精度对效率也有影响。b、变矩器油温过高1、故障现象：温度超过130℃。2、故障原因分析引起变矩器油温过高的原因，可从液力补偿系统进行分析。以TY220型推土机为例，引起变矩器油温过高的具体原因如下：（1）冷却器的冷却效果不良；（2）补偿油压不对;（3）油量不够;（4）油质不良;（5）推土机失速过多;（6）回油泵失效;（7）其他.c、变矩器供油压力过低1、故障现象当发动机油门全时，变短器进口油压小于标准值（TY220型推土机进口油压为0.87MPa）。2、故障原因（1）供油量少，油位低于吸油平面；（2）油管泄漏或堵塞流到变速5的油过多（3）进油管或滤油网堵塞；（4）液压泵磨损严重或损坏；（5）吸油滤网安装不当；（6）油液起泡沫；（7）进出口压力阀不能关闭或弹簧刚度减小。d、变矩器漏油1、故障现象变矩器与发动机的连接处、变矩器的加油口或放油口等处有明显漏油痕迹。2、故障原因（1）变矩器后盖与泵轮接合面不可靠（如连接螺栓松动、密封圈损坏）；（2）泵轮与泵轮驱动壳体连接处的连接螺栓松动或密封件老化或损坏；（3）加油口或放油口连接螺栓松动或有裂纹等；（4）密封件老化；（5）油液粘度过低。e、变矩器异响1、故障现象变矩器工作时，内部发出金属摩擦或撞击声。2、故障原因（1）涡轮固定挡圈损坏，涡轮与泵轮工作面摩擦；（2）齿轮轴承、花键等磨损严重，间隙增大；（3）管道吸进空气，或油量不足；（4）与发动机连接螺栓松动。f、变矩器串油1、故障现象液力传动油从气窗或透气塞中冒出。2、故障原因工作装置油泵或转向油泵轴端骨架油封损坏。八、项目实现任务1液力变矩器总成的拆卸任务2液力