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浅谈变速器润滑-冷却系统的改进

2019-01-23

　　一、改进背景
　　随着重卡大扭矩发动机逐渐成为主流，变速器的“润滑”和“冷却’旧趋重要。2016年2月份，某型号变速器进行“润滑一冷却”系统测试时，发现其工作压力约1.8MPa，高于系统设计压力Z大值（Pmax=1.5MPa）。并且在温度较低时这个压力值更大。为了避免因系统压力高而导致油管拔脱或冷却器漏油等不良现象，需在不影响系统功能的前提下对系统进行改进，降低系统工作压力、提高工作效率。

　　二、初步分析并制定方案
　　从图1（a）可以看出，油泵101出油后由内部油道a经过外接油管a1进入风冷油冷器2实现系统的“冷却”功能；经过冷却的油液再经过外接油管b1进入变速器内部油道b，油液经过润滑油路103实现“润滑”功能，Z终回油。经过试验，油温80℃、输入流量25L/min时，油泵建立的压力约0.8MPa。但当油温较低且流量较大时，油泵建立的压力会接近2MPa。为了保护系统及元件，必须限制其Z大压力。因此需要在泵口并联安全阀，溢流压力设定在0.7～0.85MPa。即变速器“润滑-冷却”新系统I，如图1（b）所示。

　　由于“润滑一冷却”系统的油管A1和b1比较长（约4m/个），再加上风冷油冷器的油阻，在油温较低时，冷却系统油阻很大。油液全部从油泵安全阀105流回变速器，而不流经风冷油冷器2及润滑油道103。因此这种工况下系统的润滑功能和冷却功能失效，直到变速器持续工作使油温上升，从而恢复系统的润滑功能和冷却功能。
　　油温低时不需要冷却，所以冷却功能失效可以接受。但是如果润滑功能失效，会导致变速器的润滑不良。所以需要1种方法能够在低温时保证润滑功能正常。因此提出了变速器“润滑一冷却”新系统II，如图1（c）所示。

　　新系统II在变速器内部建立带有节流功能的油道a2，即使油液没有通过风冷油冷器2，还会有部分油液通过油道a2流经润滑油路103、从而保证系统的润滑功能在低温下或者风冷油冷器堵塞时也能正常工作。需要注意的是，新系统II油温高时，节流油路106必须保证系统也有足够的压力使得油液可以克服冷却系统的油阻，流经风冷油冷器，保证冷却功能正常工作。因此节流油路106的节流能力也很重要。
　　原系统长接头安装位置如图2所示，可对细节A进行改进，实现图1（c）所示的新系统II的功能。

　　如图3（b），长接头与高低压油隔墙上的孔为间隙配合。通过取消长接头上的O型圈图3（a），使得油液可以从配合间隙流过。该配合间隙很小，因此也能起到节流的作用。对应图（c）中106的功能。

　　三、方案实施并进行试验验证
　　为了证明新系统II的有效性，分2种工况试验：
　　1.长接头带O型圈（新系统I）；
　　2.长接头不带O型圈（新系统II）。
　　试验方案：油温在65℃左右时。测试不同输入转速下经过冷却系统的流量。
　　试验结果显示：在8=0.25±0.05mm时，新系统II冷却系统流经的流量是新系统I的60%，这是由于节流油路106分流的原因。变速器持续运转，油温接近70℃时到达平衡温度（10min温度上升小于1℃）。也就是说，取消O型圈使用缝隙节流的方法对系统的冷却效果影响很小（缝隙的大小8比较重要，经过试验取值8=0.25±0.05mm）。
　　在齿轮油为0℃时车辆开始运行，新系统II中的油液更容易流经缝隙8进入变速器润滑油道。经理论仿真，该工况下，新系统II的变速器润滑油道流量是新系统I的130%。该工况常出现在较长时间放置在低温环境下的车辆（如在北方冬天隔夜放置的车辆）初始起动运行时。
　　当车辆较长时间运行再停车后在寒冷环境下放置一段时间。这时变速器“冷却-润滑”系统的冷却系统降温较快，而变速器内的齿轮油降温较慢。此时起动车辆，流量会与之前分析的结果有所不同。在变速器内部油温高于变速器外部油温较多时，新系统II的变速器润滑油道流量明显较多，可以有效保证车辆在初始起动后润滑系统正常工作。比如在环境温度为-10℃时，车辆运行较长时间再停车放置半小时后，冷却系统管路和冷却器内的齿轮油温度为0℃；变速器内部齿轮油温度为20℃。经理论仿真，该工况下，新系统且的变速器润滑油道流量是新系统I的264%。该工况常出现在车辆运行过程中短时间停车后，再继续运行的工况（如司机停车短时间的休息、吃饭等）。
　　四、总结
　　通过增加安全阀，保证变速器“润滑一冷却”系统的压力在合理范围内；通过取消长接头上的O型圈，并调整长接头与隔墙孔的间隙，保证在低温时润滑功能仍然有效，同时又不降低高温时的冷却性能。这2处改进，增加的成本很少，提高了产品可靠性，带来了较大的经济效益和社会效益。

（来源：汽车维修）