本發(fā)明涉及機械傳動及液壓控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大載荷分動器強制潤滑冷卻方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大載荷分動器作為重載車輛底盤傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，具有傳遞扭矩大、轉(zhuǎn)速高的使用特點，單純的依靠飛濺潤滑已不能滿足使用需求，需采用強制潤滑系統(tǒng)對分動器內(nèi)部產(chǎn)熱點進行潤滑冷卻，并根據(jù)分動器熱平衡需求匹配外接的油冷散熱器。

潤滑與散熱是大載荷分動器潤滑冷卻系統(tǒng)設(shè)計需考慮的兩個重要方面，潤滑系統(tǒng)的作用是保證零部件得到足夠的潤滑油，防止系統(tǒng)因局部過熱而發(fā)生燒蝕；散熱系統(tǒng)的作用是將分動器內(nèi)部產(chǎn)生熱量通過熱交換的方式散發(fā)出去，保證分動器長期穩(wěn)定運行在設(shè)計工作溫度。分動器內(nèi)潤滑系統(tǒng)與散熱系統(tǒng)密不可分，需進行系統(tǒng)級匹配設(shè)計，潤滑與散熱系統(tǒng)設(shè)計涉及到機械摩擦、液壓管路和散熱器匹配等多個領(lǐng)域，需深入剖析其內(nèi)部機理，建立成熟完整的潤滑與散熱匹配設(shè)計方法。

大載荷分動器具有高速和重載的使用特點，若潤滑系統(tǒng)匹配設(shè)計不合理，就會存在局部溫度過高引發(fā)軸承燒結(jié)、傳動部件卡死等故障。同時，分動器自身結(jié)構(gòu)緊湊、功率大，箱體自身散熱功率難以滿足冷卻系統(tǒng)熱平衡需求，長期使用將導致分動器油液工作溫度過高、密封元件失效，因此匹配合適的外接油冷散熱器尤為重要。

因此，研究摸索出一種大載荷分動器的強制潤滑冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少克服上述缺陷之一提供一種大載荷分動器強制潤滑冷卻方法、裝置及系統(tǒng)，以快速準確地實現(xiàn)大載荷分動器強制潤滑冷卻。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明的一個方面提供了一種大載荷分動器強制潤滑冷卻方法，包括：根據(jù)分動器傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主傳動部件的特性建立熱力學分析模型，其中，熱力學分析模型用于計算主傳動部件的發(fā)熱功率；根據(jù)特種車輛的設(shè)計使用工況計算主傳動部件的載荷和轉(zhuǎn)速，并將結(jié)果代入到熱力學分析模型中，計算主傳動部件的各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量與分動器總產(chǎn)熱量；按照設(shè)計工況的熱平衡溫度，根據(jù)分動器表面風速、散熱表面積計算分動器箱體外表面的理論散熱量；根據(jù)熱平衡溫度下分動器總產(chǎn)熱量和分動器箱體的理論散熱量的差值，確定油冷散熱器的散熱功率需求，并根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求，確定分動器潤滑系統(tǒng)齒輪泵的排量；根據(jù)各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量值，計算對應的熱平衡流量需求；根據(jù)分動器潤滑系統(tǒng)工作原理，建立液壓仿真分析模型，設(shè)置匹配的分動器潤滑系統(tǒng)的管路；根據(jù)液壓仿真分析模型將各潤滑點的仿真分配流量分別與各產(chǎn)熱點的熱平衡需求流量進行對比，控制管路的流量分配，以使管路分配的流量滿足各產(chǎn)熱點的熱平衡流量需求。

另外，主傳動部件的特性包括：主傳動部件的載荷、轉(zhuǎn)速以及潤滑介質(zhì)特性，主傳動部件至少包括：齒輪和軸承。

另外，根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求包括：根據(jù)潤滑油的比熱、密度、溫降計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)流量需求。

另外，在油冷散熱器進出口間設(shè)置單向閥，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加溢流閥。

另外，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加擋油板、集油槽、導油道和中間軸高擋齒輪底部油池。

本發(fā)明另一方面提供了一種大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置，包括：計算模塊，用于根據(jù)分動器傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主傳動部件的特性建立熱力學分析模型，其中，熱力學分析模型用于計算主傳動部件的發(fā)熱功率；根據(jù)特種車輛的設(shè)計使用工況計算主傳動部件的載荷和轉(zhuǎn)速，并將結(jié)果代入到熱力學分析模型中，計算主傳動部件的各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量與分動器總產(chǎn)熱量；按照設(shè)計工況的熱平衡溫度，根據(jù)分動器表面風速、散熱表面積計算分動器箱體外表面的理論散熱量；根據(jù)熱平衡溫度下分動器總產(chǎn)熱量和分動器箱體的理論散熱量的差值，確定油冷散熱器的散熱功率需求，并根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求，確定分動器潤滑系統(tǒng)齒輪泵的排量；根據(jù)各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量值，計算對應的熱平衡流量需求；根據(jù)分動器潤滑系統(tǒng)工作原理，建立液壓仿真分析模型，設(shè)置匹配的分動器潤滑系統(tǒng)的管路；控制模塊，用于根據(jù)液壓仿真分析模型將各潤滑點的仿真分配流量分別與各產(chǎn)熱點的熱平衡需求流量進行對比，控制管路的流量分配，以使管路分配的流量滿足各產(chǎn)熱點的熱平衡流量需求。

另外，主傳動部件的特性包括：主傳動部件的載荷、轉(zhuǎn)速以及潤滑介質(zhì)特性，主傳動部件至少包括：齒輪和軸承。

另外，計算模塊用于通過如下方式根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求：根據(jù)潤滑油的比熱、密度、溫降計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)流量需求。

本發(fā)明又一方面提供了一種大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置，包括上述大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置，以及在油冷散熱器進出口間設(shè)置單向閥，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加溢流閥，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加擋油板、集油槽、導油道和中間軸高擋齒輪底部油池。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻方法、裝置及系統(tǒng)，能夠快速準確地實現(xiàn)大載荷分動器強制潤滑冷卻。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻系統(tǒng)的原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。

圖1為本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻方法的流程圖，參見圖1，本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻方法，包括：

s101，根據(jù)分動器傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主傳動部件的特性建立熱力學分析模型，其中，熱力學分析模型用于計算主傳動部件的發(fā)熱功率；

作為本發(fā)明實施例的一個可選實施方式，主傳動部件的特性包括：主傳動部件的載荷、轉(zhuǎn)速以及潤滑介質(zhì)特性，主傳動部件至少包括：齒輪和軸承。具體地，根據(jù)分動器傳動系統(tǒng)的布置形式建立齒輪和軸承的熱力學仿真分析模型，根據(jù)仿真計算設(shè)計工況(最高車速及額定工況)計算齒輪及軸承的載荷和受力情況，例如依據(jù)gbz22559.2標準，根據(jù)主傳動部件(齒輪和軸承)的載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑介質(zhì)特性，建立熱力學分析模型，用以計算發(fā)熱功率，其中齒輪和軸承產(chǎn)熱量由與載荷相關(guān)和與載荷無關(guān)兩部分組成。

s102，根據(jù)特種車輛的設(shè)計使用工況計算主傳動部件的載荷和轉(zhuǎn)速，并將結(jié)果代入到熱力學分析模型中，計算主傳動部件的各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量與分動器總產(chǎn)熱量；

具體地，根據(jù)特種車輛的設(shè)計使用工況(最大功率及70％最大功率的使用工況)計算齒輪和軸承的載荷、轉(zhuǎn)速，并將結(jié)果代入到熱力學分析模型中，計算齒輪和軸承各部件的發(fā)熱量與總體發(fā)熱量；

更具體地，依據(jù)標準gbz22559.2，根據(jù)主傳動部件(齒輪和軸承)的載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑介質(zhì)特性，計算各個產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量q1、q2……q13，分動器產(chǎn)生的熱總量σq；

根據(jù)公式(1)和公式(2)進行分動器箱體散熱量的計算：

qca＝kaca(θoil-θ∞)(1)

式中，k—傳熱系數(shù)包括油與箱體內(nèi)部的熱傳導，通過箱體壁與周圍環(huán)境的外部熱傳導，；aca—箱體外表面總面積，m²；θ∞—環(huán)境溫度，；aoil—箱體內(nèi)表面總面積，m²；αoil—潤滑油側(cè)的傳熱系數(shù)，取αoil＝200w/(m²·k)；δwall—殼壁的平均厚度，m；λwall—箱體的熱傳導率，w/(m·k)，；αca—空氣側(cè)的傳熱系數(shù)，w/(m²·k)。

s103，按照設(shè)計工況的熱平衡溫度，根據(jù)分動器表面風速、散熱表面積計算分動器箱體外表面的理論散熱量，根據(jù)熱平衡溫度下分動器總產(chǎn)熱量和分動器箱體的理論散熱量的差值，確定油冷散熱器的散熱功率需求，并根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求，確定分動器潤滑系統(tǒng)齒輪泵的排量；

作為本發(fā)明實施例的一個可選實施方式，根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求包括：根據(jù)潤滑油的比熱、密度、溫降計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)流量需求。

具體地，分動器齒輪傳動裝置的功率損耗表現(xiàn)為產(chǎn)熱，產(chǎn)熱量和散熱量在一個溫度值上達到平衡，這個溫度叫做分動器的平衡溫度。分動器散熱量由以下兩部分組成：一是箱體的散熱量qca，二是強制潤滑冷卻散熱量。根據(jù)產(chǎn)熱量與散熱量的差值，見公式(3)，確定需經(jīng)油冷散熱器強制冷卻的的散熱功率δhoil；

δhoil＝σq-qca(3)

根據(jù)公式(4)計算熱平衡溫度下油冷散熱器的散熱功率，及對應潤滑冷卻系統(tǒng)高溫油流經(jīng)油冷散熱器的流量需求，進而可確定強制潤滑冷卻系統(tǒng)齒輪泵的排量，選取合宜齒輪泵；

式中，voil—潤滑流量，ρoil—潤滑油密度，coil—潤滑介質(zhì)比熱容，對應分動器齒輪油coil＝(1.7～2.1)×10³。δθoil—液壓油散熱器中溫差的近似值δθoil，較大齒輪箱帶冷卻器，通常在額定功率下連續(xù)運行：δθoil＝10～15℃。

s104，根據(jù)各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量值，計算對應的熱平衡流量需求；

具體地，根據(jù)各分動器產(chǎn)熱點產(chǎn)熱量值應用公式(4)，計算各潤滑點對應的熱平衡流量需求熱平衡流量需求l1、l2……l13,及總的流量需求σl，結(jié)果見表1：

表1最高車速工況產(chǎn)熱量及潤滑流量需求

s105，根據(jù)分動器潤滑系統(tǒng)工作原理，建立液壓仿真分析模型，設(shè)置匹配的分動器潤滑系統(tǒng)的管路；

具體地，根據(jù)分動器潤滑系統(tǒng)工作原理，建立液壓仿真分析模型，匹配潤滑系統(tǒng)管路設(shè)計。

s106，根據(jù)液壓仿真分析模型將各潤滑點的仿真分配流量分別與各產(chǎn)熱點的熱平衡需求流量進行對比，控制管路的流量分配，以使管路分配的流量滿足各產(chǎn)熱點的熱平衡流量需求。

具體地，通過液壓仿真分析可獲得各潤滑點分配的流量，將各點分配流量與熱平衡所需流量進行對比分析，并調(diào)整液壓系統(tǒng)管路設(shè)計以保證所分配流量不小于熱平衡所需流量，必要時可在潤滑系統(tǒng)管路中設(shè)置阻尼孔調(diào)整流量分配。

作為本發(fā)明實施例的一個可選實施方式，在油冷散熱器進出口間設(shè)置單向閥，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加溢流閥。其中，為滿足分動器低溫環(huán)境(-40℃)使用要求，應在油冷散熱器進出口間設(shè)置壓力適宜的單向閥，避免潤滑油低溫粘度過高、油冷散熱器壓力過大、潤滑系統(tǒng)無法正常工作，而導致軸承燒結(jié)；由于分動器載荷及轉(zhuǎn)速變化范圍大，在某些工況下，會出現(xiàn)潤滑系統(tǒng)齒輪泵流量過高的問題，為保證齒輪比的長期穩(wěn)定工作，要在分動器潤滑系統(tǒng)中增加溢流閥；針對分動器所有工況，采用液壓仿真模型進行校核，確定各工況下設(shè)計的潤滑冷卻系統(tǒng)滿足分動器熱平衡需求，完成分動器強制潤滑冷卻系統(tǒng)初步方案設(shè)計。具體可參見圖3。

為保證分動器在高、低速工況下的潤滑效果，作為本發(fā)明實施例的一個可選實施方式，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加擋油板、集油槽、導油道和中間軸高擋齒輪底部油池。具體地，潤滑系統(tǒng)還要結(jié)合分動器箱體及軸承蓋等結(jié)構(gòu)件的設(shè)計，增加擋油板、集油槽、導油道和油池。如一般區(qū)分高、低擋的分動器，應在中間軸高擋齒輪嚙合副底部設(shè)計油池；針對差速器齒輪浸入油面較深的結(jié)構(gòu)，為降低攪油損失、提高飛濺效果和減少油液泡沫化對潤滑系統(tǒng)的影響，分動器差速器輸出齒輪的外側(cè)應安裝擋油板。

由此可見，采用本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻方法，能夠快速準確地實現(xiàn)大載荷分動器強制潤滑冷卻。同時，能夠快速、準確、有效地設(shè)計出大載荷分動器的潤滑冷卻系統(tǒng)方案，對工程設(shè)計人員有著重要的指導意義。

同時，采用上述潤滑冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計的國產(chǎn)化大載荷分動箱，通過了試驗驗證，其潤滑和熱平衡狀況均能滿足設(shè)計要求。

在某特種車底盤國產(chǎn)化大功率分動器使用過程中，未出現(xiàn)潤滑不充分現(xiàn)象，系統(tǒng)溫升正常，各工況下運轉(zhuǎn)狀況良好。

采用此設(shè)計方法有效地提高了傳動部件的設(shè)計效率和設(shè)計水平，可以推廣至其它傳動裝置設(shè)計。

圖2示出了本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其應用于上述方法，在此僅對其結(jié)構(gòu)進行簡要說明，其他未盡事宜，可參見上述方法的相關(guān)說明，參見圖2，一種大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置，包括：

計算模塊201，用于根據(jù)分動器傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中主傳動部件的特性建立熱力學分析模型，其中，熱力學分析模型用于計算主傳動部件的發(fā)熱功率；根據(jù)特種車輛的設(shè)計使用工況計算主傳動部件的載荷和轉(zhuǎn)速，并將結(jié)果代入到熱力學分析模型中，計算主傳動部件的各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量與分動器總產(chǎn)熱量；按照設(shè)計工況的熱平衡溫度，根據(jù)分動器表面風速、散熱表面積計算分動器箱體外表面的理論散熱量；根據(jù)熱平衡溫度下分動器總產(chǎn)熱量和分動器箱體的理論散熱量的差值，確定油冷散熱器的散熱功率需求，并根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求，確定分動器潤滑系統(tǒng)齒輪泵的排量；根據(jù)各產(chǎn)熱點的產(chǎn)熱量值，計算對應的熱平衡流量需求；根據(jù)分動器潤滑系統(tǒng)工作原理，建立液壓仿真分析模型，設(shè)置匹配的分動器潤滑系統(tǒng)的管路；

控制模塊202，用于根據(jù)液壓仿真分析模型將各潤滑點的仿真分配流量分別與各產(chǎn)熱點的熱平衡需求流量進行對比，控制管路的流量分配，以使管路分配的流量滿足各產(chǎn)熱點的熱平衡流量需求。

作為本發(fā)明實施例的一個可選實施方式，主傳動部件的特性包括：主傳動部件的載荷、轉(zhuǎn)速以及潤滑介質(zhì)特性，主傳動部件至少包括：齒輪和軸承。

作為本發(fā)明實施例的一個可選實施方式，計算模塊用于通過如下方式根據(jù)散熱功率需求計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)的流量需求：根據(jù)潤滑油的比熱、密度、溫降計算對應的分動器潤滑系統(tǒng)流量需求。

由此可見，采用本發(fā)明實施例提供的大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置，能夠快速準確地實現(xiàn)大載荷分動器強制潤滑冷卻。同時，能夠快速、準確、有效地設(shè)計出大載荷分動器的潤滑冷卻系統(tǒng)方案，對工程設(shè)計人員有著重要的指導意義。

同時，采用上述潤滑冷卻系統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計的國產(chǎn)化大載荷分動箱，通過了試驗驗證，其潤滑和熱平衡狀況均能滿足設(shè)計要求。

在某特種車底盤國產(chǎn)化大功率分動器使用過程中，未出現(xiàn)潤滑不充分現(xiàn)象，系統(tǒng)溫升正常，各工況下運轉(zhuǎn)狀況良好。

采用此設(shè)計方法有效地提高了傳動部件的設(shè)計效率和設(shè)計水平，可以推廣至其它傳動裝置設(shè)計。

另外，本發(fā)明實施例還提供了一種大載荷分動器強制潤滑冷卻系統(tǒng)，包括上述的大載荷分動器強制潤滑冷卻裝置，以及在油冷散熱器進出口間設(shè)置單向閥，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加溢流閥，在分動器潤滑系統(tǒng)中增加擋油板、集油槽、導油道和中間軸高擋齒輪底部油池。以滿足分動器低溫環(huán)境(-40℃)使用要求，以及保證分動器在高、低速工況下的潤滑效果。具體可以參見圖3進行設(shè)置。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應被本發(fā)明的實施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上的實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。