工程机械液力变速器传动效率影响因素的试验研究.pdf

CONSTRUCTION MACHINERY 1152023/09总第571期工程机械液力变速器传动效率影响因素的试验研究周朋辉1，2，刘小成1，2，魏哲雷1，2（1.江苏徐工工程机械研究院有限公司，江苏 徐州 221004；2.高端工程机械智能制造国家重点实验室，江苏 徐州 221004）摘要液力变速器是工程机械车辆传动系统中重要组成之一，研究如何提高变速器传动效率对于降低油耗、提升动力具有重要意义。本文通过变速器性能台架测试，研究变速器的挡位、油位、油温和油黏度对变速器传动效率的影响。研究结果表明，高速挡位传动效率低于低速挡位；在满足变速器润滑的前提下，变速器油位越低，传动效率越高；油温在8090范围内，变速器的传动效率最佳；应用黏度相对较低的润滑油，变速器传动效率较高。关键词变速器；挡位；润滑油油位；润滑油油温；传动效率中图分类号U463.212 文献标识码A 文章编号1001-554X（2023）09-0115-03Experimental study on the factors influencing the transmission efficiency of hydraulic transmission in construction machineryZHOU Peng-hui，LIU Xiao-cheng，WEI Zhe-lei变速器作为传动系统中的关键部件之一，其传动效率的高低直接影响整个车辆的油耗水平和动力性能。影响变速器传动效率的因素有多个方面，文献1研究了润滑油对乘用车变速器传动效率的影响，提出了低黏化是变速器润滑油改善的方向之一；文献2对齿轮传动中摩擦产生的能量损失进行了预测，提出了变速器功率损失预测公式；文献3对自动变速器油位判定方法进行了研究，制定了自动变速器加油量的测试判断 标准。上述文献对润滑油的黏度、齿轮传动中的摩擦对传动效率的影响进行了研究，本文以某款工程机械液力变速器为研究对象，搭建变速器试验台架，进一步开展液力变速器传动效率关键影响因子试验研究，分析挡位、润滑油温、润滑油位、润滑油黏度对传动效率的影响。1 试验研究1.1 液力变速器传动效率试验台架搭建变速器加载采用电机直驱的方式，试验台主要由驱动电机、加载电机、转矩传感器、被试件及传动连接装置构成（见图1）。变速器驱动电机转矩传感器转矩传感器加载电机图1 变速器台架试验台布置图1.2 试验方案选取变速器挡位2个水平、润滑油温度5个水平、润滑油位3个水平、润滑油黏度2个水平进行试验设计，如表1-表4所示。表1 变速器挡位对传动效率影响的试验设计序号挡位1低速作业挡位2高速行驶挡位表2 润滑油温对传动效率影响的试验设计序号润滑油温/160270 DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.09.018收稿日期2023-01-12通讯地址周朋辉，江苏省徐州市金山桥经济开发区驮蓝山路26号116 建筑机械设计计算DESIGN&CALCULATION序号润滑油温/3804905100表3 润滑油位对传动效率影响的试验设计序号润滑油位1低油位2标准油位3高油位表4 润滑油品黏度对传动效率影响影响的试验设计编号油品100油品黏度/（mm2/s）1油品一82油品二101.3 试验方法变速器传动效率测试方法参照标准GB/T 25627-2010工程机械 动力换挡变速器，输入转速均为2000r/min，按照扭矩从小到大的顺序进行加载。通过监控冷却器进出口油温，控制润滑油冷却水的流量来控制设定油温，油温稳定后波动范围在2范围内。每次试验前，在变速器输入转速800r/min，油温40时测量该工况下的油位，以保证油位测量的一致性。2 试验数据分析（1）不同挡位下变速器传动效率的对比分析。由图2可知，试验条件相同，变速器高低速挡位对传动效率影响显著，尤其是在变矩器变速比较大的范围内，传动效率差异愈加明显。此时传动效率的差异主要是由齿轮高速转动带来的搅油损失和齿轮啮合摩擦生热损失引起。（2）不同润滑油温下变速器传动效率的对比分析。由图3、图4可知，对于低速挡位，润滑油温的变化对传动效率影响不显著；对于高速挡位，润滑油温对传动效率的影响显著，尤其在变矩器变速比大于0.5时，差异明显；润滑油温在8090范围内，变速器传动效率达到最佳；当润滑油温升高到100或低于70，变速器传动效率均降低。原因分析，变速器低速挡转速较低，齿轮搅油损失小，传动效率随温度变化不明显；高速挡位时，搅油损失占总体损失比值大，随着油温的升高，润滑油的黏度降低，搅油损失降低，传动效率随着油温的升高有显著提升；但随着油温继续升高到100时，由黏度降低带来的变矩器效率降低成为主导，传动效率反而开始降低。0.0202530404550556065707580传动效率/%350.10.20.30.40.50.6变速比低速挡位不同挡位传动效率高速挡位0.70.80.91.0图2 变速器不同挡位传动效率对比低速挡位不同油温下传动效率低速挡-60低速挡-70低速挡-80低速挡-90低速挡-1000.02015102530404550556065707580传动效率/%350.10.20.30.40.50.6变速比0.70.80.91.0图3 变速器低速挡位不同油温下传动效率对比高速挡位不同油温下传动效率高速挡-60高速挡-70高速挡-80高速挡-90高速挡-1000.030404550556065707580传动效率/%350.10.20.30.40.50.6变速比0.70.80.91.0图4 变速器高速挡位不同油温下传动效率对比（3）不同油位下变速器传动效率的对比分析。由图5、图6可知，变速器在低速挡时，油位的续表CONSTRUCTION MACHINERY 1172023/09总第571期高低对传动效率影响不显著；变速器在高速挡时，润滑油位高低对传动效率影响显著，油位越高，传动效率越低。原因分析，变速器挡位越高，输出转速越高，当油位较高时，搅油损失越大，传动效率越低。30404550556065707580传动效率/%350.20.30.40.50.6变速比低速挡低油位低速挡标准油位低速挡高油位低速挡不同油位传动效率对比0.70.80.91.0图5 变速器不同油位下低速挡传动效率对比高速挡低油位高速挡标准油位高速挡高油位高速挡不同油位传动效率对比0.20.30.40.50.6变速比0.70.80.91.0202530404550556065707580传动效率/%35图6 变速器不同油位下高速挡传动效率对比（4）不同润滑油黏度变速器传动效率的对比分析。由图7、图8可知，应用两种不同黏度的油品，对于低速挡位，传动效率影响不显著；对于高速挡位，应用黏度较低的油品时，传动效率较高。原因分析，传动效率损失主要是齿轮啮合时摩擦产生的损失，以及由于部分旋转件搅油引起的搅油损失等。变速器在低速挡位时，输出转速较低，搅油损失小，润滑油黏度对低速挡传动效率影响不显著；变速器在高速挡时，黏度小的油品产生的搅油损失偏小，因此相对于黏度大的油品，传动效率有所增加。3 结论通过挡位、润滑油温、润滑油位、润滑油黏度对变速器传动效率影响的试验研究，在本文所研究的试验工况及条件下得出如下结论：202530404550556065707580传动效率/%350.10.20.30.40.50.6变速比油品一油品二不同油品下低速挡位传动效率0.70.80.91.0图7 润滑油黏度对低速挡传动效率的影响30404550556065707580传动效率/%35油品一油品二不同油品下高速挡位传动效率0.20.30.40.50.6变速比0.70.80.91.0图8 油品黏度对高速挡传动效率的影响变速器挡位、润滑油温、润滑油位、润滑黏度对于变速器低速挡位影响均不显著，对于高速挡位影响均较显著。润滑油温在8090范围内时，变速器的传动效率最佳，当油温过低或过高时，传动效率都有所下降。变速器内油位越高，传动效率越低，因此，在保证变速器润滑、散热的情况下，应尽量降低变速器油位，有利于传动效率的提升；润滑油的黏度增加，搅油损失会增加，高速挡位的传动效率相应也会降低，但是过低的黏度不容易形成油膜且容易引起活塞腔内部的泄露，因此需综合考虑黏度的合理性。参考文献1莫易敏，雷志丹，姜宏夏，等.润滑油对变速箱传动效率影响的试验研究J.机械设计与制造，2019，07（07）：131-134.2 高勇.微型汽车变速器传动效率的影响因素分析及试验研究D.武汉：武汉理工大学，2013.3 李伟，梁俊洁，江文，等.自动变速器油位判定方法的研究J.内燃机与配件，2019，12（22）：9-10.