1问题的提出

　　工程车辆如装载机、推土机等为了提高对高强度负载的适应能力，主传动系多采用液力机械传动形式，但液力传动的传动效率较低，尤其是当遇到高强度负载需要传动系统输出较大功率时，液力变矩器的传动效率反而大幅度下降，甚至降低为零。它使作业效率降低，造成了能源的浪费。

　　浪费的能源转化为热量使油温升高，使机器工作环境恶化，故障率上升。针对这一情况，近年来国内外的研究者与技术人员主要通过设计双泵轮、双导轮、双涡轮和反转导轮机构等措施来提高变矩器的效率和高效区范围，这些措施取得了一定成效，但并没有从根本上解决重载下传动效率下降的问题（见1）。根据笔者对液力变矩器原始特性产装载机、履带推土机等工程车辆载荷谱的测试结果，各工况液力机械传动系统的平均传动效率只有50%～70%.所以有必要改变传统的传动系布局方案和通过新的技术途经来改变高强度负载下传动效率较低的问题。

　　以装载机为例，在以往的设计中，一般将动力换档变速箱的档位设计为前二后一，例如杭州齿轮箱厂生产的ZL40A和ZL50D装载机用变速箱的两个前进档传动比分别为21115与01578、后退档为11577，其中前进一档用于作业工况，前进二档用于运输工况。这样设计的目的是使作业过程中变速箱的档位始终在一档位置，司机作业时只需要操作方向盘与操纵杆就行了，因而可以让司机把注意力更多地集中在作业上，以提高作业效率。档位设置成前二后一的变速箱一般与双涡轮液力变矩器配合，ZL50D装载机用YJSW315型液力变矩器的原始特性见1.双涡轮液力变矩器与一般三元件液力变矩器（原始特性见2）相比，具有高效范围宽、变矩比较大等特点，但最高效率点的效率一般较三元件变矩器低，并且结构复杂，故障率相对较高。双涡轮变矩器与前二后一的变速箱配合工作时，当遇到重载，对重载的适应主要靠液力变矩器实现，随着载荷的增大，变矩器的工况点沿1中曲线K向左上方移动，同时变矩器的传动效率沿Γ向左下方急速下降。在铲入作业时，装载机的运动速度一般小于1kmh，此时液力变矩器的传动效率一般小于25%（见3）。以ZL50D装载机为例，若发动机额定功率为162kW，则经过液力变矩器再传到驱动轮上，就只剩下4015kW了，尽管此时司机已经把油门加到了最大，但装载机的动作还是十分迟缓。所以这种传动系无法使发动机的功率得到充分发挥，其最根本原因在于车辆对重载的适应完全依靠液力变矩器而造成的。

　　为了克服上述缺点，有效办法是增加动力换档变速箱的档位数，使用较多档位的动力换档变速箱。当负荷逐渐增加，液力变矩器的传动效率降低到出了高效区后，只需要将变速箱降低一个档位，在保证牵引力不降低的情况下，可把变矩器重新拉回到高效区工作。这种新方案其突出的特点是，主要依靠换档来实现对强负荷的适应。新方案中变矩器的作用降低，只起到小范围适应负荷的变化和平稳起步的作用，因而只要变速箱档位设置得当，选择成本较低、高效区范围不宽的三元件变矩器就能满足需要。此外三元件变矩器传动效率相对较高的特点可使工程车辆的平均传动效率进一步提高。

　　2计算比较

　　为了克服旧传动方案传动效率低、能耗高的缺点，徐州装载机厂将过去的ZL50D装载机（双涡轮变矩器YJSW315配2个前进档、1个后退档变速箱ZL40A.30），经过改进设计成为ZL50E装载机，采用三元件变矩器YJ355（原始特性曲线见2）配4个前进档、4个后退档的变速箱4D180，方案改进前后发动机型号不变（6135K- 9a，其全负荷速度特性和调速特性见4），改进前后传动方案的比较见1.通过匹配计算，新旧方案各前进档的牵引特性分别见3和5.从两个牵引特性可以看出，新方案的高效区范围更加偏向于低速区；在装载机牵引力曲线的低速段，在相同的牵引力下，新方案变矩器的传动效率远高于旧方案。传动效率的提高使得在相同工作阻力下车辆牵引速度提高，从而使工作效率大幅度提高；在铲斗插入作业时，因传动效率提高使铲斗插入功率提高，相同的插入速度下插入力提高，装载机显得力量强劲。

　　正是由于这种新的液力机械传动方案所带来的优越性，近年来，国外的工程车辆从总体来看有采用多档位动力换档变速箱配三元件液力变矩器的趋势，但国外的工程车辆在增加了变速箱档位数之后，一般采用自动换档或半自动换档技术。在我国，“八五”期间在国家计委的支持下，机械工业部实施了“工程机械引进、消化、吸收一条龙”项目以后，国内主要工程机械配套齿轮箱厂相继试制了工程车辆用多档位动力换档变速箱，有的已经应用在工程机械上并投入了试生产，但国内自行开发的多档位动力换档变速箱基本没有采用自动换档的，或者自动换档控制部分还在试制中。通过在徐工集团进行的试验比较可以看出，对新、旧方案的装载机同样熟练的操作者，进行普通的堆填作业时，没有自动换档功能的新方案其作业效率不及旧方案的作业效率高，这是由于不断操纵换档手柄分散了操作者注意力，影响了作业时间，提高了司机劳动强度所造成的，所以在实施新方案的过程中，在增加了动力换档变速箱的档位数后，必须设置自动换档才能够真正提高作业效率。通过分析从国外进口工程车辆的自动变速器及国内合资企业为多档位变速箱所提供的自动变速控制器可以看出，其中不少照般了汽车自动变速器的控制原理，如两参数（油门与车速）换档方法等。笔者认为，工程车辆不同于汽车，前者注重的是路面加速性能而后者注重的是越野牵引性能，所以照般汽车的自动换档规律不可能得到较好的动力性效果，从施工单位使用具有这些自动变速功能的装载机现场运行结果可以清楚地看出这一点。

　　3总结

　　（1）在我国沿用多年的前二后一动力换档变速箱配双涡轮变矩器的传统传动系形式，由于完全依靠变矩器来适应负载的变化，使得在重载作业时传动系传动效率很低，长期以来影响了工程车辆动力性的发挥。

　　（2）采用多档位动力换档变速箱配高效的三元件液力变矩器的传动方式，可以使重载作业时的传动效率大幅度提高，它现为在相同行驶阻力下提高了行驶速度，或者在相同的行驶速度下提高了牵引力，所以能大幅度提高工程车辆的作业效率、动力性和经济性。

　　（3）采用多档位动力换档变速箱必须同时采用自动变速技术，否则不但不能提高工作效率，反而因需要不停地操纵换档手柄，分散了注意力、延误了作业时间、增加了劳动强度，使实际作业效率降低。

　　（4）工程车辆的自动变速技术不能照般汽车的自动变速技术。只有抓住工程车辆的低速重载和载荷急剧变化的作业特点找出最优的换档规律，才能大幅度提高工程车辆的动力性和经济性。