基于AMESim的装载机变速箱润滑系统仿真分析.pdf

2023.04 建设机械技术与管理 45设计计算基于 AMESim 的装载机变速箱润滑系统仿真分析Simulation Analysis of Loader Gearbox Lubrication System Based on AMESim Software王新超1,2（1.临沂科技职业学院，山东 临沂 276000；2.山东临工工程机械有限公司，山东 临沂 276000）摘要：某装载机挂前进挡位行走无力，经检查发现自动变速箱摩擦片有异常磨损，分析了变速器润滑系统工作原理，从增加润滑流量入手，解决此处故障，利用 AMESim 软件进行仿真分析，找到更改安全阀方案，且能保证各个转速下变矩器入口压力都在安全范围内并进行试验验证。关键词：变速箱;润滑;仿真试验中图分类号：F416.42 文献标识码：A 1 引 言变速箱是车辆传动系统的重要组成部分，它的性能对车辆性能有很大影响，由于变速箱结构紧凑，散热条件恶劣，如果系统散热能力不足，工作时产生的热量不能及时被带走，会造成变速箱离合器失效。润滑是降低相对运动件磨损、减少传动功率损失的重要手段。变速器润滑系统包括离合器摩擦片组的冷却润滑、变矩器的冷却、轴承的润滑和齿轮的润滑等部分。1其中变矩器的冷却主要是通过润滑油的循环带走热量，达到冷却的目的，可见变速器润滑系统对其正常运行起着非常重要的作用。对变速器润滑油系统进行仿真和试验能够比较准确地得到变矩器入口润滑油的压力，实现润滑油的量化，根据实际量化值可进行进一步的优化，提高变速器的寿命。2 变速箱润滑系统的工作原理箱体内部摩擦片组和轴承的润滑主要通过喷油润滑方式实现2。润滑油存储在变速箱壳体底部，冷却润滑油泵通过吸油管路与壳体底部的油口相连接。发动机动力通过变速箱取力器，带动油泵工作。油泵将润滑油从壳体底部吸出后进入变矩器为其提供润滑及冷却油，变矩器进口安全阀和变矩器润滑阀为变矩器提供压力保护。从变矩器出来的润滑油进入散热器，散热冷却，然后进入变速器为变速器旋转轴上的各个润滑点进行润滑4。变速器润滑系统的工作原理如图1 所示。变速器有多个轴总成，具有一个总的进油口，润滑油经过冷却器后将分成多个润滑支路，每一个支路连接一个轴总成，然后为每一个润滑点进行喷油润滑。每一个轴总成在空间布置上具有特殊性，会对润滑油的分配造成影响。图1 变速器润滑系统的工作原理图润滑系统功能为降低阻力降低温度，减少各零部件的磨损，提高整机耐用性等3。离合器片啮合时，由于摩擦作用离合器片表面产生很大热量，需要用润滑油对其进行冷却，如果冷却油量不足或流量过小无法及时冷却，不能及时带走因滑摩产生的热量，将造成离合器片局部温度过高，超出其临界值引发烧损。湿式离合器局部温度上升，润滑油膜建立不充分，最终无法起到对零件的保护作用，导致零件磨损失效。3 变速箱润滑系统液压仿真利用AMESim软件，根据变速箱润滑系统的结构组成、工作原理及相关零部件的几何尺寸，建立润滑系统液压仿真46建设机械技术与管理 2023.04 设计计算模型，如图 2 所示。通过虚拟仿真分析可以得到理论状态下变矩器输入口压力，根据变矩器输入口压力确定其压力值是否超出了变矩器的安全阀设计上限。如果超出设计安全上限则需要优化设计，为了使虚拟仿真系统更加接近实际使用情况，通过仿真值与测试值对比（表 1 和图 2）可知，在变矩器各个转速内，仿真值与测试值数值及变化趋势基本吻合，说明该仿真模型能够较好地反应自动变速箱润滑系统的特性，可利用此仿真模型对各种变更方案进行效果评估。阀阀芯尺寸的三种方案，变矩器入口处压力值降低的幅值很小，在转速 2280r/min 时，变矩器入口压力值超过 10.9bar,不符合设计要求，此方案很难有效降低变矩器入口处压力。方案二：短接变矩器及润滑阀与散热器，在变矩器润滑油入口处增加旁通油路至散热器出口，如图 4 所示。图中红色虚线方框内区域表示增加的旁通油路。图 2 润滑系统仿真模型图 3 测试值与仿真值对比转速/rpm变矩器入口压力/bar 变矩器出口压力/bar润滑压力/bar测试值仿真值测试值仿真值测试值 仿真值7205.566.024.34.741.91.749006.146.574.34.772.52.36110077.264.54.82.72.6715009.28.995.35.093.143.1418001010.185.65.753.283.41228011.4511.456.46.393.63.64表 1 测试值与仿真值变更方案阀芯直径/mm阀杆直径/mm原始值变更值原始值变更值1.1232512121.223101.32510表 2 润滑阀阀芯尺寸变更方案变更方案变矩器入口压力仿真结果/bar72090011001500180022801.15.35.856.558.879.9811.251.26.026.577.268.9710.111.421.35.35.856.558.849.9411.23表 3 方案一仿真结果转速/rpm7209001100 1500 1800 2280变矩器入口压力/bar5.215.656.117.288.229.9散热器流量/L/min1934507895117表 4 方案三仿真结果转速/rpm7201100150018002280入口压力/bar6.027.268.99.179.38表 5 方案三仿真结果4 变速箱润滑系统优化分析自动变速箱在运行过程中，发现摩擦片有异常磨损，为降低此处故障增加润滑流量，加大变速泵排量，但是加大变速泵排量后，变矩器入口压力变大，并且超出了变矩器的安全阀设计上限。为了降低变矩器入口处压力，重新匹配润滑系统，润滑流量不能减小，并保证各个转速下变矩器入口压力不超过 10.9bar。故进行以下三种方案分析：方案一：更改润滑阀阀芯尺寸，通过更改阀芯及阀杆直径的方式实现，如表 2 所示。仿真结果如表 3 所示。从仿真结果可知，通过变更润滑仿真结果如表 4 所示。从仿真结果知，此方案可有效降低变矩器入口处压力。变矩器转算为 2280r/min 时，变矩器入口压力低于 10.9bar，符合设计要求。但转速低于 900r/2023.04 建设机械技术与管理 47设计计算图 4 短接变矩器及润滑阀与散热器方案图 5 变更安全阀方案转速/rpm变矩器入口压力/bar变矩器出口压力/bar润滑压力/bar11006.964.62.8915008.855.63.3918009.545.613.6320809.95.654.03228010.035.683.99表 7 方案四测试结果min 时，通过散热器的流量为原系统的一半，是否存在高温风险需进一步评估。方案三：变更安全阀，调整弹簧刚度，将安全阀弹簧刚度由 13N/mm 调整为 16.93N/mm，如图 5 所示。红色虚线边框表示变更的安全阀。仿真结果如表 5 所示。从仿真结果可知，此方案可有效降低变矩器入口处压力，并且高速时对转速的波动不敏感，可较好的保证变矩器入口压力的稳定性。所有转速下变矩器入口压力低于 10.9bar，符合设计要求。5 试验验证为了更加真实反映方案三（变更安全阀方案）的改进效果，故对方案三进行了试验测试验证，结果如表 7 所示。从测试结果可知，各压力值均满足系统对压力的要求，所有转速下变矩器入口压力低于 10.9bar，符合设计要求，变更安全阀方案可行。6 结 论利用 AMESim 软件进行润滑系统分析，可以得出每个转速下变矩器入口压力，此仿真计算值可以作为试验测试的参考值。通过对以上三种方案进行仿真计算，分析，方案三变更安全阀方案可有效降低变矩器入口处压力，保护变矩器系统，并满足润滑系统对压力的要求。为后续设计指明了方向。参考文献1 侯广猛,李 翊,丁平芳.变速器润滑系统仿真及试验优化 J.工程机械,2018（6）：21-25.2 朱浩月,蔡祖戈.工程机械变速箱润滑流量仿真分析 J.建筑机械,2018（9）：50-52.3 袁哲,臧宏达,马文星,等.变速箱润滑油路仿真分析及结构优化 J.吉林大学学报(工学版),2020,50(04)：1257-1264.4 宋友成.汽车变速器润滑系统设计分析 J.机械工程师,2022(10)：116-118.收稿日期：2023-03-22作者简介：王新超,硕士,工程师,主要从事虚拟仿真技术研究。