小型轮式装载机变速箱设计与传动试验

于爱武

（淄博职业学院机电工程学院，山东 淄博 255314）

1 装载机概述

装载机是一种用途广泛的工程机械，主要用于离散状物体的装载、短距离的输送、轻度铲挖工作等。

一台完整的装载机是由多个系统组成的，主要有传动系、行驶系、转向系和制动系。传动系的主要作用是将发动机动力传递到驱动轮，传动系统需要有接通、断开动力的功能，也要有改变行驶速度和牵引力的能力。因此，传动系统由离合器、变速箱、传动轴、主减速器和半轴组成。

传统的装载机变速器传动比设计借鉴汽车传动比设计方法，先根据最高车速、最大牵引力和最大爬坡度要求选定发动机，再根据速度特性曲线确定主减速器传动比、变速箱传动比，最后确定变速器档位数，根据设计这经验分配各挡传动比。

本文基于小型轮式装载机发动机特性曲线建立传动比设计模型，在此基础上设计变速箱传动比，并进行了试验，分析了几种档位的传动效率。

2 变速箱设计

变速箱设计包括变速箱类型选择、变速箱输入转矩确定、变速箱传动比分配和结构设计等。本文主要介绍变速箱的传动比和结构设计。

2.1 变速箱传动比确定

要充分利用发动机的功率，就应该在任何速度下使发动机始终工作于额定点。因此，基于发动机的功率特性曲线，用不同档位的传动关系，可以方便的换算为机器的牵引功率与理论行驶速度曲线的关系曲线，并得到相应的曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分别代表三个不同的档位。本设计的变速箱采用3个前进档，3个后退档。

3个前进档各档档位及速比：iF1=2.862，iF2=1.448，iF3=0.5731。

3个后退档各档档位及速比：iR1=2.809，iR2=1.422，iR3=0.5626。

2.2 变速箱结构设计

确定一个合理的变速箱设计方案，要从多个方面考虑。如轴的位置、轴的支撑方式、齿轮在轴上的布置等等。现以一、三档总成为例说明，其设计图如图1所示。轴两端轴承支撑，齿轮按照高档位到低档位顺序排列，一档齿轮靠近箱体。

图1 一、三档总成

3 变速箱试验

3.1 试验原理

本试验是变矩器和变速箱装配在一起进行试验的，变矩器在前，变速箱在后，输入转速即为变矩器输入转速，输出转速为变速箱输出转速。由外接的柴油机外特性知，柴油机额定转速为2000 r/min，因此本试验变速箱输入转速应为2000 r/min。负载由测功器提供，通过调整测功器的扭矩来改变负载扭矩的大小。功率、扭矩、转速满足下列关系：

式中：M1、M2、K、iTB和 ω1、ω2均可由试验直接测量得到。

3.2 试验步骤

保持变矩器的输入转速2000 r/min，调整测功器的扭矩（即输出扭矩），从12 N·m至额定转矩281.4 N·m中，选22个值，测试得到22组数据，从中得到共同工作效率的最大值。

3.3 试验结果

以前Ⅰ档为例，试验的部分数据如表1所示。

从表1得到，变矩器和变速箱共同工作的最大总效率为 η0max=0.749。

表1 前Ⅰ档效率试验数据

基于同样的测试方法，对所有档位进行试验，变矩器和变速箱共同工作的最大效率如表2所示。从表中可知，1档的传动效率最高，传动比越小，最大效率越低。

表2 各档位最大效率试验结果

4 结语

文章利用发动机功率曲线，确定变速箱档数，基于等比级数，分配各档位传动比，并通过试验测试变速箱的传动效率和性能，试验表明高扭矩时变速箱传动效率高，低扭矩时变速箱传动效率低，整体效率还有待提高。