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【摘 要】在传动系统中，变速箱作为重要的一个构成部分，由于液力变速箱具备起步平稳、无冲击、结构紧凑以及换挡平稳等优势，因此，其目前也成为部分机械变速箱中的主流产品。鉴于此，本文就液力换挡变速箱进行研究和分析，以青海华鼎齿轮箱有限责任公司所设计的TY410液力换挡变速箱为例来进行详细地阐述。
【关键词】液力；换挡；变速箱；设计
1 前言
随着社会经济发展速度的加快，信息技术水平的提高，变速箱也获得了相应的发展，随之出现了一种液力换挡变速箱，这种变速箱具备较强的变化负载适应性以及传动平稳性，目前已广泛应用于各种类型的车辆上。鉴于此，为解决目前我国在大马力推土机上所存在的依赖进口性较强问题，青海华鼎齿轮箱有限责任公司也开始加大了410马力推土机核心装置液力换档变试制的开发力度，研发设计了一种新的变速箱，即TY410液力换挡变速箱，下面笔者就该变速箱设计进行研究和探讨。
2 TY410液力换挡变速箱的概述
2.1 技术内容
第一，在TY410液力换挡变速箱的设计中，所采用技术为日本小松技术，该变速箱为一种3自由度行星式的动力换挡变速箱，所用技术主要包含当前国际较为先进的齿轮零件齿形修形技术、行星传动技术、摩擦离合器制动锁定技术以及液压控制技术等，该变速箱主要用于大马力的推土机动力传输。
第二，TY410液力换挡变速箱的技术指标主要如下：最大的输出扭矩超过4410Nm；平均传动的效率，其前进挡高于90%，后退挡高于87%；共有六个档位，即前进三档与后退三档，其中TY410液力换挡变速箱变速箱各档位的速比如表1所示。
表1 TY410液力换挡变速箱变速箱各档位的速比
2.2 技术攻关
基于该变速箱技术特点，该公司在设计过程中，其技术的攻关主要表现为以下几个方面：第一，参照JB/T10135-1999《工程机械 液力传动装置 技术条件》的要求，制定该大马力行星动力换挡变速箱的整体性能评定方式、接收准则以及检测方式等；第二，行星架与油缸等一系列的大型高强度铸件材料，开发研制铸造毛坯质量的稳定性控制、变形控制以及加工中关键尺寸精度检测的工艺方案与方法；第三，润滑阀国产化元件、操纵控制元件、油压操作控制法以及离合器片的可靠性开发；第四，冷热工艺方案、高速行星齿轮啮合特性的匹配优化研制，齿圈薄壁件与太阳轮的热处理变形控制。
3 TY410液力换挡变速箱的设计
3.1 大型高强度铸件的生产工艺
在TY410液力换挡变速箱中，油缸与行星架等相关铸件为重要的构件，这些构件不仅为支撑受力件，同时也为液压功能部件，对构件强度要求较高，属于薄壁且为异型结构，在3MPa耐压试验中，要求这些构件不可出现任何泄露。同时对于毛坯材料外观、强度以及组织等的要求也较高。在设计之前，由于在国内还未有生产过相似零件的厂家，对此，在设计过程中，经过调研遴选，通过不同省市几十个厂家的筛选，明确了构件铸造厂，且要求所用铸件材料为鞍钢HT250，以此解决大型高强度铸件所存在的质量不稳定这一问题。
由于行星架属于铸钢件，其体积相对较大，且结构也较为复杂，在加工时，零件易发生变形，同时孔位精度也得不到相应的保障，这样不仅加大了装配的难度，同时也容易对整机性能造成影响。而油缸类铸件在加工时易出现缸壁椭圆现象，若油缸椭圆整机不可产生相应的压力，就会对推动机正常工作造成影响，同时也保障不了密封槽形位公差。基于上述这些问题的研究发现，导致这些问题出现的一个重要原因就是内应力不可在短时间内完成释放，借此，在完成了粗车以后，在第二次进行数控车床的添置与人工实效时，实施了精加工，借助于这一方式，有效解决了在加工中所存在的槽精度、变形以及密封面等各种问题。
在应用过程中，假设行星齿轮排中的太阳轮转速是ns，输出轴的速度是nr，齿圈的转速是nr，行星架的转速是np，且输出轴的转速是no，则行星齿轮特征方程式如下：，基于该公式来明确来计算行星架各项参数值。
3.2 摩擦片、控制阀以及润滑阀等元件的国产化研发
变速箱中操纵阀主要由换向阀、调压阀、变速阀、快速返回阀、起动安全阀以及减压阀所构成，在众多阀中，调压阀为关键部分，决定了变速箱整个压力是否达到需求的一个关键。摩擦片为变速箱扭矩输出的关键，由于之前所设计的变速箱，其摩擦片基体和摩擦粉末之间的结合强度较低，其输出扭矩满足不了需求，鉴于此，在本次研究设计中，将基体材料和黏结剂进行了相应的调整，以此确保摩擦片满足应用需求。
3.3 行星齿轮啮合特性匹配的优化研发
在变速箱使用过程中，噪音为非常重要的一项综合性技术指标，由于齿轮精度中各项误差参数的匹配为影响变速箱的主要因素，鉴于此，在本次研究中，采用齿形修形技术来解决这一问题，即按照变速箱齿轮传动装置安装误差、齿轮刚性、润滑温度、制造工艺、整体性能和传动方式等相关情况，基于测量齿轮齿轮啮合的分析结果，结合标准的齿形，对于参与啮合工作的齿轮两端实施齿向与齿形的修形设计，其中在齿高上，其修形设计包含齿顶和齿根修缘方式的明确，并计算修缘长度与修缘量；在齿长上，不仅包含渐开线与鼓形齿修形方式的明确，同时还包含修形量与修形长度的计算。
采取齿形修形技术原则主要如下：在齿高上将齿轮变形与安装误差对于啮合过程所造影响消除，通过啮合载荷的变化，减少齿轮在传动过程中所产生的噪声、振动以及冲击等；在齿长上则主要是将齿轮变形与安装误差对于接触区所造影响的消除，以此确保齿接触区可处在正确位置，确保齿宽载荷的分布均匀。采取齿形修形技术的主要目的并非为提高齿轮安装以及制造的精度，而是基于齿轮传动性能的综合考虑，将齿轮在制造与安装过程中所产生的误差及时消除，降低各种误差对于齿轮运行质量所造影响，继而使齿轮传动性能得到有效地改善。 在加工时，由于齿圈类零件易发生变形，因此这种类型的零件在实施加工时，相对较为困难，尤其在热处理这一环节中。对此，对这一类型零件的钢性需求较高。针对上述内容，为有效地解决这一问题，在变速箱的研发过程中，对加工路线实施了相应的调整，修正的加工路线如下：等温正火—粗车—调质—半精车—低温时效—精车—磨平面—滚齿—插齿—剃齿—热处理，借助于这一加工路线，使得齿圈变形问题得到了有效地解决，同时各参数也满足图纸要求。
3.4 性能检测标准与方式的研发
由于目前在国内缺乏相应的参考测试标准依据，加上产品自身功率相对较大，青海华鼎齿轮箱有限责任公司通过国外同种类型产品标准需求的结合，明确了空载损失与噪音等一系列的关键性能指标，就TY410动力换档变速箱制定了相应的试验规范、检验规范、作业指导书等一系列的标准。
4 TY410液力换档变速箱应用
经过不断地研究以及技术的攻关，按照最终明确的工艺方式与路线所生产的这一TY410大马力推土机液力换挡变速箱的各指标均满足需求。从该产品的实际应用情况来看，用户的反映良好，且已逐渐成为当前国内市场上所有变速箱中，马力最大的一种，通过该变速箱的研发，不仅提高了青海华鼎齿轮箱有限责任公司的生产能力以及技术水平，同时也在很大程度上意味着我国以往在大马力推土机依赖于进口这一局面的结束，并在基础上也为今后研发马力更大的变速箱提供了相应的参考依据。
5 结束语
综上所述，为提高当前我国变速箱的运行质量与水平，增强变速箱的马力，本文就TY410液力换档变速箱的设计进行了详细地阐述，同时本次研究设计的这一TY410液力换档变速箱在实际应用中，所获成效也较为显著，在社会市场具有一定的推广价值与应用价值。望通过本文内容的阐述，可加强人们对TY410液力换档变速箱的认识，为今后研发更新、更合理且更为先进变速箱提供相应的技术支撑，继而进一步推动我国社会经济的快速发展。
参考文献：
[1]白显著.捣固车液力机械变速箱电气控制系统的调试及降功原理分析[J].铁道建筑，2009（1）.
[2]刘武发，明五一，沈娣丽.等.液力变矩变速器自动换挡控制技术研究[J].机械设计与制造，2011（6）.
[3]蒋鹏程，蒋斌武.捣固车液力机械变速箱试验台开发研究[J].中国铁路，2012（7）.
[4]朱思洪，朱永刚，朱星星.等.大型拖拉机动力换挡变速箱试验台[J].农业机械学报，2011（4）.
[5]胡玉军，王际成，程伟.等.装载机变速箱自动控制系统的设计与开发[J].机床与液压，2012（17）.
[6]王光明，朱思洪，史立新.等.拖拉机液压机械无级变速箱换段控制优化与试验[J].农业工程学报，2013（18）.
【关键词】液力；换挡；变速箱；设计
1 前言
随着社会经济发展速度的加快，信息技术水平的提高，变速箱也获得了相应的发展，随之出现了一种液力换挡变速箱，这种变速箱具备较强的变化负载适应性以及传动平稳性，目前已广泛应用于各种类型的车辆上。鉴于此，为解决目前我国在大马力推土机上所存在的依赖进口性较强问题，青海华鼎齿轮箱有限责任公司也开始加大了410马力推土机核心装置液力换档变试制的开发力度，研发设计了一种新的变速箱，即TY410液力换挡变速箱，下面笔者就该变速箱设计进行研究和探讨。
2 TY410液力换挡变速箱的概述
2.1 技术内容
第一，在TY410液力换挡变速箱的设计中，所采用技术为日本小松技术，该变速箱为一种3自由度行星式的动力换挡变速箱，所用技术主要包含当前国际较为先进的齿轮零件齿形修形技术、行星传动技术、摩擦离合器制动锁定技术以及液压控制技术等，该变速箱主要用于大马力的推土机动力传输。
第二，TY410液力换挡变速箱的技术指标主要如下：最大的输出扭矩超过4410Nm；平均传动的效率，其前进挡高于90%，后退挡高于87%；共有六个档位，即前进三档与后退三档，其中TY410液力换挡变速箱变速箱各档位的速比如表1所示。
表1 TY410液力换挡变速箱变速箱各档位的速比
2.2 技术攻关
基于该变速箱技术特点，该公司在设计过程中，其技术的攻关主要表现为以下几个方面：第一，参照JB/T10135-1999《工程机械 液力传动装置 技术条件》的要求，制定该大马力行星动力换挡变速箱的整体性能评定方式、接收准则以及检测方式等；第二，行星架与油缸等一系列的大型高强度铸件材料，开发研制铸造毛坯质量的稳定性控制、变形控制以及加工中关键尺寸精度检测的工艺方案与方法；第三，润滑阀国产化元件、操纵控制元件、油压操作控制法以及离合器片的可靠性开发；第四，冷热工艺方案、高速行星齿轮啮合特性的匹配优化研制，齿圈薄壁件与太阳轮的热处理变形控制。
3 TY410液力换挡变速箱的设计
3.1 大型高强度铸件的生产工艺
在TY410液力换挡变速箱中，油缸与行星架等相关铸件为重要的构件，这些构件不仅为支撑受力件，同时也为液压功能部件，对构件强度要求较高，属于薄壁且为异型结构，在3MPa耐压试验中，要求这些构件不可出现任何泄露。同时对于毛坯材料外观、强度以及组织等的要求也较高。在设计之前，由于在国内还未有生产过相似零件的厂家，对此，在设计过程中，经过调研遴选，通过不同省市几十个厂家的筛选，明确了构件铸造厂，且要求所用铸件材料为鞍钢HT250，以此解决大型高强度铸件所存在的质量不稳定这一问题。
由于行星架属于铸钢件，其体积相对较大，且结构也较为复杂，在加工时，零件易发生变形，同时孔位精度也得不到相应的保障，这样不仅加大了装配的难度，同时也容易对整机性能造成影响。而油缸类铸件在加工时易出现缸壁椭圆现象，若油缸椭圆整机不可产生相应的压力，就会对推动机正常工作造成影响，同时也保障不了密封槽形位公差。基于上述这些问题的研究发现，导致这些问题出现的一个重要原因就是内应力不可在短时间内完成释放，借此，在完成了粗车以后，在第二次进行数控车床的添置与人工实效时，实施了精加工，借助于这一方式，有效解决了在加工中所存在的槽精度、变形以及密封面等各种问题。
在应用过程中，假设行星齿轮排中的太阳轮转速是ns，输出轴的速度是nr，齿圈的转速是nr，行星架的转速是np，且输出轴的转速是no，则行星齿轮特征方程式如下：，基于该公式来明确来计算行星架各项参数值。
3.2 摩擦片、控制阀以及润滑阀等元件的国产化研发
变速箱中操纵阀主要由换向阀、调压阀、变速阀、快速返回阀、起动安全阀以及减压阀所构成，在众多阀中，调压阀为关键部分，决定了变速箱整个压力是否达到需求的一个关键。摩擦片为变速箱扭矩输出的关键，由于之前所设计的变速箱，其摩擦片基体和摩擦粉末之间的结合强度较低，其输出扭矩满足不了需求，鉴于此，在本次研究设计中，将基体材料和黏结剂进行了相应的调整，以此确保摩擦片满足应用需求。
3.3 行星齿轮啮合特性匹配的优化研发
在变速箱使用过程中，噪音为非常重要的一项综合性技术指标，由于齿轮精度中各项误差参数的匹配为影响变速箱的主要因素，鉴于此，在本次研究中，采用齿形修形技术来解决这一问题，即按照变速箱齿轮传动装置安装误差、齿轮刚性、润滑温度、制造工艺、整体性能和传动方式等相关情况，基于测量齿轮齿轮啮合的分析结果，结合标准的齿形，对于参与啮合工作的齿轮两端实施齿向与齿形的修形设计，其中在齿高上，其修形设计包含齿顶和齿根修缘方式的明确，并计算修缘长度与修缘量；在齿长上，不仅包含渐开线与鼓形齿修形方式的明确，同时还包含修形量与修形长度的计算。
采取齿形修形技术原则主要如下：在齿高上将齿轮变形与安装误差对于啮合过程所造影响消除，通过啮合载荷的变化，减少齿轮在传动过程中所产生的噪声、振动以及冲击等；在齿长上则主要是将齿轮变形与安装误差对于接触区所造影响的消除，以此确保齿接触区可处在正确位置，确保齿宽载荷的分布均匀。采取齿形修形技术的主要目的并非为提高齿轮安装以及制造的精度，而是基于齿轮传动性能的综合考虑，将齿轮在制造与安装过程中所产生的误差及时消除，降低各种误差对于齿轮运行质量所造影响，继而使齿轮传动性能得到有效地改善。 在加工时，由于齿圈类零件易发生变形，因此这种类型的零件在实施加工时，相对较为困难，尤其在热处理这一环节中。对此，对这一类型零件的钢性需求较高。针对上述内容，为有效地解决这一问题，在变速箱的研发过程中，对加工路线实施了相应的调整，修正的加工路线如下：等温正火—粗车—调质—半精车—低温时效—精车—磨平面—滚齿—插齿—剃齿—热处理，借助于这一加工路线，使得齿圈变形问题得到了有效地解决，同时各参数也满足图纸要求。
3.4 性能检测标准与方式的研发
由于目前在国内缺乏相应的参考测试标准依据，加上产品自身功率相对较大，青海华鼎齿轮箱有限责任公司通过国外同种类型产品标准需求的结合，明确了空载损失与噪音等一系列的关键性能指标，就TY410动力换档变速箱制定了相应的试验规范、检验规范、作业指导书等一系列的标准。
4 TY410液力换档变速箱应用
经过不断地研究以及技术的攻关，按照最终明确的工艺方式与路线所生产的这一TY410大马力推土机液力换挡变速箱的各指标均满足需求。从该产品的实际应用情况来看，用户的反映良好，且已逐渐成为当前国内市场上所有变速箱中，马力最大的一种，通过该变速箱的研发，不仅提高了青海华鼎齿轮箱有限责任公司的生产能力以及技术水平，同时也在很大程度上意味着我国以往在大马力推土机依赖于进口这一局面的结束，并在基础上也为今后研发马力更大的变速箱提供了相应的参考依据。
5 结束语
综上所述，为提高当前我国变速箱的运行质量与水平，增强变速箱的马力，本文就TY410液力换档变速箱的设计进行了详细地阐述，同时本次研究设计的这一TY410液力换档变速箱在实际应用中，所获成效也较为显著，在社会市场具有一定的推广价值与应用价值。望通过本文内容的阐述，可加强人们对TY410液力换档变速箱的认识，为今后研发更新、更合理且更为先进变速箱提供相应的技术支撑，继而进一步推动我国社会经济的快速发展。
参考文献：
[1]白显著.捣固车液力机械变速箱电气控制系统的调试及降功原理分析[J].铁道建筑，2009（1）.
[2]刘武发，明五一，沈娣丽.等.液力变矩变速器自动换挡控制技术研究[J].机械设计与制造，2011（6）.
[3]蒋鹏程，蒋斌武.捣固车液力机械变速箱试验台开发研究[J].中国铁路，2012（7）.
[4]朱思洪，朱永刚，朱星星.等.大型拖拉机动力换挡变速箱试验台[J].农业机械学报，2011（4）.
[5]胡玉军，王际成，程伟.等.装载机变速箱自动控制系统的设计与开发[J].机床与液压，2012（17）.
[6]王光明，朱思洪，史立新.等.拖拉机液压机械无级变速箱换段控制优化与试验[J].农业工程学报，2013（18）.