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1、RM LM 16=#1 11&施工技术 C o n s t r u c t i o n M a c h i n e ry&C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y50型轮式装载机液力变矩器工作热特性分析以足-r itua l 几刀寸工二到眨致熟胜困日厅 工井 力以 置圳 置通互芷 工 上 写秦四成，郑雪松，王雪莲，郝晓梅2QI N S i-c h e n g ,Z H E N G X u e-s o n g ,WAN G X u e-l ia n ,H A O X ia o-me i21.吉林大学 机械科学与工程学院，吉林 长春 1 3 0 0 2
2、 22包头市产品质量计童检测所，内蒙古 包头 0 1 4 0 4 01.S c h o o l o f Me c h a n ic a l S c ie n c e a n d E n g in e e r i n g,J i li n U n iv e r s it y,C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 2,J il in,C h i n a2.B a o t o u I n s t it u t e o f P r o d u c t Qu a l it y a n d Me t r o lo g y I n s p e c t io n,B a o t o u 0
3、1 4 0 4 0,I n n e r Mo n g o l ia,C h i n a坦 盆.t l】针对5 0 型装载机液力变矩器系统的工作特征，通过对装载机3 种典型工况下变矩器系统热状态的试验研究，进行了各工况下的系统发热与散热的分析与计算，从系统热平衡要求出发，对各工况的温度特征进行了评价，给出具体温度参数、热状态参数，为系统地开展相关研究提供了借鉴。.至口扭口妞j T h e t h e r m a l s t a t e o f t h e h y d r a u li c t o r q u e c o n v e rt e r o f lo a d e r i n t h r
4、e e t y p ic a l w o r k in g c o n d it io n s a r e t e s t e da imi n g a t t h e wo r k in g c h a r a c t e r is t ic s o f t h e h y d r a u l ic t o r q u e c o n v e rt e r o f 5 0 t y p e wh e e le d l o a d e r,t h e s y s t e m s h e a tg e n e r a t io n a n d o u t p u t u n d e r e a c
5、 h c o n d it io n a r e a n a ly z e d a n d c a lc u la t e d.T h e t e mp e r a t u r e f e a t u r e is e v a l u a t e d,a n d t h es p e c if ic p a r a me t e r s o f t e mp e r a t u r e a n d t h e r ma l s t a t e a r e g iv e n,wh ic h c a n b e c o n s u lt e d b y in t e r r e la t e d
6、r e s e a r c h e s.口舀flI 液力变矩器;热特性;试验;分析坦遥勿心灼石口l h y d r a u lic t o r q u e c o n v e rt e r;t h e r m a l p r o p e r t y;e x p e r im e n t;a n a ly s is中图分 类 号 二 U4 1 5.5 1文 献 标 识码:B文章 编 号:1 0 0 0-0 3 3 X(2 0 0 8)0 4-0 0 4 2-0 3口 引言 液力变矩器是以液体为介质的液力传动机械装置，对负载变化有良好的自 动适应能力。它能简化车辆的操纵，使车辆起步平稳，加速迅速、
7、柔和，在工程机械行业得到了广泛应用，但系统效率较低、发热量较大的不足又引起人们的重视1 U。液力传动系统油温过高，影响油液的粘温特性，使系统的润滑性能变差，导致其他传动件磨损加速;使系统的容积效率降低，压力偏低;油液本身长时间处于高温下，容易变质老化，使相关密封件也迅速老化，失去密封作用12 1。故液力传动系统油温过高对施工机械的危害极大，应该避免该现象的发生13 1 本文以某5 0 型轮式装载机的液力变矩器系统为例，通过有关系统热状态的试验研究，对装载机典型工况下的液力变矩器工作过程中的热特性进行了分析，得出了高速跑、铲土、推土工况下液力变矩器系统的发热量和散热里。效率7 1 与转速比i 之
8、间的关系。5 0 型装载机液力变矩器原始特性见图1。由图1 还可得出装载机的其他系统特性。b州、尺-、月斗内J气乙口廿匕匕曰olf砂0气105 .，.-，、，乙.二10 心刀夕名7石j滩32Joon00OnU1100 食圈 1 液 力 变 矩 器原 始 特 性 曲跳目 液力变矩i s 的原始特性 液力变矩器原始特性是指泵轮力矩系数人、变矩比k 和目 试验方法 结合5 0 型装载机实际应用的各工况条件及市场上出现高温问题的特定情况，确定了主要的试验工况如下。(1)高速跑工况发动机处于最大油门，变速箱处在行驶最高挡位，路面为水泥结构。.4 2万方数据C o n s t r u c t i o n
9、M a c h i n e ry&C o n s t r u c t i o nT e c h n o lo g y U 2#L f t&U=M*RM CM (2)铲土工况保证装载机铲装每2 0s 左右完成一次作业循环，发动机处于最大油门，变速箱处于工作最低挡位，保证每次铲装载荷不低于额定载荷的8 0%，铲装物料为砂子。(3)推土工况发动机处于最大油门，变速箱处于工作最低挡位。使铲斗中留有相当数量的物料，铲斗在地面推着物料行驶，并保证在行驶过程中轮胎有一定的滑转。根据装载机散热系统的实际结构特征(图2)，针对变矩器系统具体热源分析的要求，确定了传动油散热器的进、出端口温度，发动机和散热器之间空
10、气温度、环境温度等测点，分别用热电阻型、热电祸型温度传感器测量系统温度参数，并由测At计算机系统记录、分析。试验结果见 图3 0目 变矩器系统热平衡计算 液力变矩器系统工作中产生热里的散失是通过工作油的循环解决的，液压系统见图4。该系统由变速泵、滤油器、变速操纵阀、散热器和管路组成，保证了变矩器与变速箱系统的正常工作及冷却。一-一 严 竺 嘿油冷却器IJ-*l-J变矩油滤清器变速泵变速箱润滑系统 圈a 液 力变矩器液压 系统 变速泵在工作时，从变速箱油底壳吸油，出油经滤油器过滤后分2 路:一路经调压阀进入变速操纵阀供换挡变速用;一路经变速箱壁油道进入液力变矩器。由图4 可以看出:散热器、液力变
11、矩器和变速箱壳体 的散热量应等干液力变矩器、变速箱及液压系统产生的热量之和，即 A Q 充 休+A Q 傲=A Q 箱 十 Q 系 统 十 Q 知(1)式中:A Q 壳 休 液力 变 矩器和变 速 箱壳 体本身散热量,J;A Q 1m 散热器散热量,J;A Q,一变速箱损失的热量,J;峥峥峥园网四门圃翩网口峥峥峥峥峥峥向曲，1，工t风UUU.2 5 0 型轮式 装毅机傲热 系统传动油散热器进口温度传动油散热器出口温度 60尸、侧州环境温度加 占1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 时间/s (a)高速跑工况温度曲线八 口
12、 系 统变速泵、管路、变速阀和变矩油滤清器损失 的热盆,J;1 0 0 oo传动油散热器进口温度O Q,一变矩器损失的热盆,J.传动油散热器出口温度环境温度807060504D 尸、侧阴3 0 105 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0 时间/s (b)铲土工况温度曲线曰 液力变矩器系统的生热分析翻陌 -m-d 取高速跑工况传动油散热器进出口温度趋于稳定的一个循环(约4 0 0 m 环形跑道)作为研究对象。液力变矩器及变速箱的损失功率与发动机净输入功率、液力变矩器及变速箱的传动效率有关，由装载机行驶速度计算出液
13、力变矩器及变速箱损失功率为1 8.8 7 k W。液力变矩器系统的总发热盆与液力变矩器、变速箱等的损失功率之和及时间有关。由此计算出高速跑工况一个循环内液力变矩器系统产生的热a为0.8 6 x 1 0 6 J o尸侧阴 时间/s(c)推土工况温度曲线圈3变矩器 系统 沮度 参数试验 曲线娜 必邢 M WIN 铲土工况由前进至料堆、减速铲装、后退举升、前进卸料、后退5 个步骤构成一个循环。截取稳定工况时传动油散热器进、出口温度数据流，取其中一个循环作为研究对象，由各过程的速度得出液力变矩器的效率，再根据发动机的 4 3.万方数据RM CM=1 1&A _ m*C o n s t r u c t
14、i o n M a c h i n e ry&C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y净输入功率，计算出铲土工况一个循环液力变矩器系统产生的总热盆为0.6 7 x 1 0 6 J o四少盆 羞 鱼亘川 截取推土工况传动油散热器进、出口温度趋于稳定时的数据流，取其中的一个循环作为研究对象，推土工况分前进推土与后退空载2 种状态，这2 种状态下的速度、工作阻力不同，损失的功率也不相同，分别计算液力变矩器系统的生热量。推土工况一个循环液力变矩器系统产生的总热量为5.1 2 x 1 0 6 J o目 厄 班 石 多 日 渔 互3 R 推土工况一个循环传动油
15、散热器进、出端口平均温差为1 7.7 3 9 C;计算得一个循环内散热器散出热量为4.3 0 x 1 0 6 J。推土工况前进、后退过程中液力变矩器壳体与空气的换热系数分别为5.2 1 W/(m 2.K)与5.1 7 W/(m 2 K)，温差分别为5 5.0 3 与5 2.5 7 9 C。计算得装载机在前进过程中液力变矩器与变速箱壳体本身散热It为3.3 3 x 1 0 6 J，后退过程散热童为4.7 4 x 1 0 0 J,所以推土工况液力变矩器系统总散热量为4.3 8 x 1 0 6 J o口 结语125005038乐4.以或675400464o.ao.a目 液I r 变Wt系统散A分析一
16、一一一一 液力变矩器系统的热量主要由传动油散热器散热和系统元件的表面散出。表面散热主要是对流散热，可由牛顿公式计算阁 Q=a A A t(2)式中:A 流体和固体之间的界面面积，m 2 A t 表面和静止流体之间的温差，;一为表面换热系数。散热器散 出热量为 Q=C m A t(3)式中:C 传动油比热，J/(k g-9 C);由上述试验及计算所得各工况下液力变矩器系统的热量关系如表 1 所示。表1 各工况液 力变矩器 系统热皿特 性1 0 1.1 系统牛热里散热器散热且元件表面散热盆 系统散热t0.8 60.8 40.0 1 50.85A s 传动油散热器进、出端口温度差，;一传动油质量I
17、k g.高速跑工况一个循环传动油散热器进出端 口平均温差为7.2 4 9 C，传动油密度为0.8 4 k 叭。计算得一个循环散热器散出热 a 为0.8 4 x 1 0 6 J o 高速跑工况下的液力变矩器壳体与空气的换热系数为4.4 5 W/(m 2-K)，壳体表面积约为2.3 1 m 2，温差为3 2.7 0，计算得装载机在一个循环过程中液力变矩器与变速箱壳体本身散热量为1.5 3 x 1 0 0 J。所以高速跑工况液力变矩器系统总散热量为0.8 5 x 1 0 6 J o显巫务 超 鱼亘喇 铲土工况一个循环传动油散热器进、出端口平均温差为1 2.4 2 9 C;计算得一个循环散热器散出热量
18、为0.5 4 x 1 0 6 J o液力变矩器壳体与空气的换热系数为4.5 9 W/(m 2 K)，温差为2 7.5 T，计算得装载机在一个循环过程中液力变矩器与变速箱壳体本身散热量为3.9 5 x 1 0 3 J。所 以铲土工况液力变矩器系统总散热量为0.5 4 x 1 0 6 J o (1)根据试验分析得出液力变矩器系统热量的散发主要由散热器来完成，液力变矩器及变速箱箱体也散发一定的热量。(2)分析液力变矩器3 种工况热特性的试验结果，由液力变矩器系统的生热与散热分析可以看出:高速跑工况散热器基本能满足液力变矩器系统的散热需求，而在铲土工况与推土工况中液力变矩器系统产生的热量高出散热器的散
19、热量较多，可见散热器在铲土与推土过程中散热能力不足，需引起重视，必要时应增加散热器的散热功率等。(3)上述分析结果可由图3 的试验曲线得以验证，高速跑工况变矩器系统工作油温为8 0左右、铲土工况近9 0 9 C、推土工况超过】0 0 9 C，应保证系统温度在合适范围内，使系统高效、可靠地工作。参考 文献:I l l 张新荣.黄宗 益.液力变 拒器的闭锁及其控制研究口 .筑路机械与施 工机械化.2 0 0 2,1 9(2):7-9.2 l王月.工程机械液力传动系统油温过高原因分析及时策 探讨f i l.筑路机械与施工机械化，2 0 0 6,2 3(1):5 4-5 7.3 张中 元.装载机液力变矩器油温过高的原因分析 J l 北工矿物与加 工，2 0 0 0,2 9(6):2 4-2 1 4 朱经昌，魏襄官.车辆液力传动 M.A t 京:国防工业出版社，1 9 8 1 5 柳波，何清年，杨忠炯.基于传速感应的液压旋挖钻机功率匹配模 糊控制口 中国-A-路学 报，2 0 0 7,2 0(l):1 2 3-1 2 6.收稿 日期 二 2 侧片-1 0-1 8 资任 编辑:张 宗 涛.闷 4万方数据