修機(jī)｜驅(qū)動(dòng)橋冷卻系統(tǒng)在工程機(jī)械上的應(yīng)用及改進(jìn)

大噸位裝載機(jī)通常配置濕式制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)橋，在制動(dòng)過程中該種制動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生大量熱量，尤其是在惡劣工況長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，僅靠橋殼表面散熱無法滿足要求。若驅(qū)動(dòng)橋長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)下工作，會(huì)影響驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)密封件以及齒輪使用壽命。本文闡述大噸位裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋冷卻系統(tǒng)在使用過程中遇到的問題以及改進(jìn)方法。

1 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)

1.1 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

國(guó)內(nèi)品牌的大噸位裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋大都配裝 Kessler 公司生產(chǎn)的濕式制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)橋，該型驅(qū)動(dòng)橋采用多片濕式制動(dòng)器，制動(dòng)摩擦片安裝制動(dòng)室內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

該型驅(qū)動(dòng)橋?qū)⑤嗊厹p速器和制動(dòng)器2 個(gè)腔體分開，避免了頻繁制動(dòng)產(chǎn)生的高溫以及摩擦片磨損出的碎屑進(jìn)入輪邊減速器造成其齒輪加速磨損，保證了輪邊減速器齒輪油清潔。輪邊減速器以及主減采用 API GL-5 型齒輪油，制動(dòng)室采用美孚 10W 液壓油加LZ9990A 型添加劑。

1.2 制動(dòng)冷卻系統(tǒng)工作原理

大噸位裝載機(jī)在鏟裝作業(yè)時(shí)需要頻繁制動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)橋的濕式制動(dòng)器會(huì)造成油液溫度增高，僅靠驅(qū)動(dòng)橋本身自然冷卻不能快速有效降低油液溫度。設(shè)置輔助冷卻系統(tǒng)后，制動(dòng)室內(nèi)冷卻油液通過冷卻系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行外循環(huán)，進(jìn)行散熱及過濾，可改善制動(dòng)器油液的冷卻效果。冷卻油液冷卻后可保持制動(dòng)器的熱平衡及清潔，可保證裝載機(jī)制動(dòng)穩(wěn)定性，還可防止驅(qū)動(dòng)橋各部位密封件因高溫造成老化失效，防止油液氧化，延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)橋的使用壽命及換油周期。

改進(jìn)前制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)工作原理如圖 2 所示，冷卻油經(jīng)液壓泵 1 輸出，通過溢流閥 9調(diào)定液壓泵 1 出口壓力后，經(jīng)濾清器 2 過濾后進(jìn)入二位二通電磁閥 7。

二位二通電磁閥 7 由控制器控制其是否得電，得電后處于常通狀態(tài)，經(jīng)過二位二通電磁閥 7 的冷卻油對(duì)制動(dòng)室內(nèi)摩擦片 4 進(jìn)行冷卻，然后流回冷卻油箱。若制動(dòng)室內(nèi)因油液堵塞，造成背壓高于0.034MPa 時(shí)，單向閥 3 開啟，冷卻油不經(jīng)制動(dòng)室內(nèi)摩擦片 4 返回冷卻油箱。當(dāng)冷卻油溫度超過 71℃，油溫傳感器 8向控制器發(fā)出信號(hào)，控制器使二位二通電磁閥斷電，將油路截?cái)?，由濾清器 2輸出的冷卻油進(jìn)入冷卻馬達(dá) 6，驅(qū)動(dòng)冷卻馬達(dá) 6轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，冷卻馬達(dá) 6轉(zhuǎn)動(dòng)后輸出的油液進(jìn)入冷卻器 5，冷卻風(fēng)扇對(duì)冷卻器 5 內(nèi)的冷卻油進(jìn)行冷卻，冷卻后的冷卻油對(duì)制動(dòng)室內(nèi)摩擦片 4 進(jìn)行冷卻，然后流回冷卻油箱。

2 存在問題

某大噸位裝載機(jī)在鄂爾多斯民達(dá)露天煤礦工作了約 3 個(gè)月，平均每天作業(yè) 20h，共運(yùn)行約1800h，客戶反饋該機(jī)驅(qū)動(dòng)橋冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)溫度過高故障。

針對(duì)驅(qū)動(dòng)橋溫度過高問題我們進(jìn)行了連續(xù)3 天的測(cè)試，采用手持式測(cè)溫儀測(cè)試前、后驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器殼體以及制動(dòng)器殼體表面溫度，測(cè)試的數(shù)據(jù)如附表所示。

該裝載機(jī)每天連續(xù)作業(yè)且惡劣工況，其驅(qū)動(dòng)橋齒輪油會(huì)出現(xiàn)高溫，馬達(dá)風(fēng)扇已經(jīng)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)試發(fā)現(xiàn)前、后驅(qū)動(dòng)橋溫度差異較大，后驅(qū)動(dòng)橋冷卻器進(jìn)口壓力略大于前驅(qū)動(dòng)橋冷卻器進(jìn)口壓力。該裝載機(jī)在其他工地反饋有馬達(dá)吸空現(xiàn)象，故障率較高。

3 改進(jìn)方法

針對(duì)該裝載機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)油溫過高問題，我們參考國(guó)外濕式制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)橋冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)制動(dòng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。

3.1 結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后的制動(dòng)冷卻系統(tǒng)增設(shè)集成閥組 5，集成閥組 5 內(nèi)集成了 3 個(gè)單向閥、2 個(gè)集油分流閥8 以及 1 個(gè)二位二通電磁閥。改進(jìn)后的驅(qū)動(dòng)橋冷卻系統(tǒng)工作原理如圖 3 所示。

將 3 個(gè)單向閥、2 個(gè)集油分流閥及 1 個(gè)二位二通電磁閥集成在 1個(gè)集成閥組內(nèi)，解決了多個(gè)元件的管路連接、固定造成的布置凌亂，維修不便問題。

3.2 原理

原冷卻風(fēng)扇馬達(dá)由冷卻油驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇時(shí)所消耗能量使會(huì)冷卻油溫度升高。改進(jìn)后，冷卻風(fēng)扇馬達(dá)由裝載機(jī)主液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，避免了冷卻油的溫升。

在集成閥組內(nèi)冷卻馬達(dá)的油路內(nèi)新增了單向閥，若裝載機(jī)突然停機(jī)，該單向閥可為冷卻馬達(dá)進(jìn)行補(bǔ)油，保證其以慣性持續(xù)旋轉(zhuǎn)，避免馬達(dá)出現(xiàn)吸空燒毀故障。

新增的 2 個(gè)集油分流閥既可保證前、后驅(qū)動(dòng)橋循環(huán)冷卻油路的油液平均分配到前、后驅(qū)動(dòng)橋和 2 個(gè)冷卻器，又可保證 2 個(gè)冷卻風(fēng)扇馬達(dá)油量相同、轉(zhuǎn)速相等，使前、后驅(qū)動(dòng)橋循環(huán)冷卻的溫度基本保持一致。

4 改進(jìn)效果

驅(qū)動(dòng)橋冷卻系統(tǒng)改進(jìn)后，經(jīng)過試驗(yàn)、驗(yàn)證，前、后驅(qū)動(dòng)橋油溫?zé)o明顯差別，驅(qū)動(dòng)橋輪邊減速器殼體及制動(dòng)器殼體溫度均未超過 60℃。

因采用集成閥組，兩種油液可在同一個(gè)閥塊不同油道內(nèi)流通，提高了元件的集成性，減少管路連接與布置，降低了油液泄漏的概率，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

改進(jìn)后的驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)冷卻系統(tǒng)適應(yīng)了惡劣工況，驅(qū)動(dòng)橋冷卻油高溫現(xiàn)象消除，整機(jī)可靠性得到了提高，取得了客戶的認(rèn)可。

作者：李建胡 丁平芳 賈軍華 王 壯

來源：《工程機(jī)械與維修》2018年第4期