装载机液力变矩器的结构原理与常见故障的诊断与处理
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【摘 要】 本文介绍了装载机液力变矩器的结构组成和工作原理，详细论证了液力变矩器在使用中常见的几类故障现象及故障的处理办法。
【关键词】 装载机液力变矩器 结构组成 工作原理 常见故障 处理办法
前言
液力变矩器是液力传动中的又一种型式，是构成液力自动变速器不可缺少的重要组成部分之一。装载机的液力变矩器与发动机的飞轮相连，其作用是将发动机的动力传递给机械变速箱的齿轮机构，并具有一定的自动变速功能。液力变矩器的传动效率主要取决于变矩器的结构和性能。
1. 装载机液力变矩器的结构组成与工作原理。
1.1液力变矩器的结构组成
装载机液力变矩器有3个工作轮即泵轮、涡轮和导轮组成。泵轮和涡轮的构造与液力耦合器基本相同；导轮则位于泵轮和涡轮之间，并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙，通过导轮固定套固定于变矩器壳体上（图1-1）
1.2液力变矩器工作原理
当发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘，形成循环的液流。导轮的作用是改变涡轮上的输出扭矩。由于从涡轮叶片下缘流向导轮的油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出扭矩。为说明这一原理，可以假想地将液力变矩器的3个工作轮叶片从循环流动的液流中心线处剖开并展平，得到图1-2（a）所示的叶片展开示意图；并假设在液力变矩器工作中，发动机转速和负荷都不变，即液力变矩器泵轮的转速np和扭矩Mp为常数。
（1）装载机起步前，涡轮转速为0，发动机通过液力变矩器壳体带动泵轮转动，并对液压油产生一个大小为Mp的扭矩，该扭矩即为液力变矩器的输入扭矩。油在泵轮叶片的推动下，以一定的速度，按图1-2（b）中箭头1所示方向冲向涡轮上缘处的叶片，对涡轮产生冲击扭矩，该扭矩即为液力变矩器的输出扭矩。此时涡轮静止不动，冲向涡轮的油沿叶片流向涡轮下缘，在涡轮下缘以一定的速度，沿着与涡轮下缘出口处叶片相同的方向冲向导轮，对导轮也产生一个冲击力矩，并沿固定不动的导轮叶片流回泵轮。当油对涡轮和导轮产生冲击扭矩时，涡轮和导轮也对油产生一个与冲击扭矩大小相等、方向相反的反作用扭矩Mt和Ms，其中Mt的方向与Mp的方向相反，而Ms的方向与Mp的方向相同。根据油受力平衡原理，可得：Mt=Mp+Ms。由于涡轮对油的反作用，扭矩Mt与油对涡轮的冲击扭矩（即变矩器的输出扭矩）大小相等，方向相反，因此可知，液力变矩器的输出扭矩在数值上等于输入扭矩与导轮对液压油的反作用扭矩之和。显然这一扭矩要大于输入扭矩，即液力变矩器具有增大扭矩的作用。液力变矩器输出扭矩增大的部分即为固定不动的导轮对循环流动的油的作用力矩，其数值不但取决于由涡轮冲向导轮的液流速度，也取决于液流方向与导轮叶片之间的夹角。当液流速度不变时，叶片与液流的夹角愈大，反作用力矩亦愈大，液力变矩器的增扭作用也就愈大。一般液力变矩器的最大输出扭矩可达输入扭矩的2.6倍左右
（2）当装载机在液力变矩器输出扭矩的作用下起步后，与驱动轮相连接的涡轮也开始转动，其转速随着汽车的加速不断增加。这时由泵轮冲向涡轮的油除了沿着涡轮叶片流动之外，还要随着涡轮一同转动，使得由涡轮下缘出口处冲向导轮的油的方向发生变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同，而是顺着涡轮转动的方向向前偏斜了一个角度，使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小，导轮上所受到的冲击力矩也减小，液力变矩器的增扭作用亦随之减小。车速愈高，涡轮转速愈大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就愈小，液力变矩器的增扭作用亦愈小；反之，车速愈低，液力变矩器的增扭作用就愈小。因此，与液力耦合器相比，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输出扭矩，在汽车起步，上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动力矩.
（3）当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时，冲向导轮的液压油的方向与导轮叶片之间的夹角减小为0，这时导轮将不受液压油的冲击作用，液力变矩器失去增扭作用，其输出扭矩等于输入扭矩
（4）若涡轮转速进一步增大，冲向导轮的液压油方向继续向前斜，使油冲击在导轮叶片的背面，如图1-2（c）所示，这时导轮对油的反作用扭矩Ms的方向与泵轮对油扭矩Mp的方向相反，故此涡轮上的输出扭矩为二者之差，即Mt=Mp-Ms，液力变矩器的输出扭矩反而比输入扭矩小，其传动效率也随之减小。当涡轮转速较低时，液力变矩器的传动效率高于液力耦合器的传动效率；当涡轮的转速增加到某一数值时，液力变矩器的传动效率等于液力耦合器的传动效率；当涡轮转速继续增大后，液力变矩器的传动效率将小于液力耦合器的传动效率，其输出扭矩也随之下降。因此，上述这种液力变矩器是不适合实际使用的。
2. 液力变矩器常见的故障现象及处理办法
故障现象有：油温过高、供油压力过低、变矩器工作时有异响、机器行驶速度过低或行驶无力，变矩器漏油等5种。
2.1油温过高
油温过高表现为机器工作时油温表超过120°C或用手触摸感觉汤手，主要有以下几种原因：变速器油位过低；冷却系中水位过低；油管及冷却器堵塞或太脏；变矩器在低效率范围内工作时间太长；工作轮的紧固螺钉松动；轴承配合松旷或损坏；综合式液力变矩器因自由轮卡死而闭锁；导轮装配时自由轮机构化机构缺少零件
液力变矩器油温过高故障的诊断和排除方法如下：出现油温过高时，首先应立即停车，让发动机怠速运转，查看冷却系统有无泄漏，水箱是否加满水；若冷却系正常，则应检查变速器油位是否位于油尺两标记之间。若油位太低，应补充同一牌号的油液；若油位太高，则必须排油至适当油位。如果油位符合要求，应调整机器，使变矩器在高效区范围内工作，尽量避免在低效区长时间工作。如果调整机器工作状况后油温仍过高，应检查油管和冷却器的温度，若用手触摸时温度低，说明泄油管或冷却器堵塞或太脏，应将泄油管拆下，检查是否有沉积物堵塞，若有沉积物应予以清除，再装上接头和密封泄油管。若触摸冷却器时感到温度很高，应从变矩器壳体内放出少量油液进行检查。若油液内有金属末，说明轴承松旷或损坏，导致工作轮磨损，应对其进行分解，更换轴承，并检查泵轮与泵轮毂紧固螺栓是否松动，若松动应予以紧固。以上检查项目均正常，但油温仍高时，应检查导轮工作是否正常。将发动机油门全开，使液力变矩器处于零速工况，待液力变矩器出口油温上升到一定值后，再将液力变矩器换入液力耦合器工况，以观察油温下降程度。若油温下降速度很慢，则可能是由于自由轮卡死而使导轮闭锁，应拆解液力变矩器进行检查。
2.2供油压力过低
现象为：当发动机油门全开时，变矩器进口油压仍小于标准值。主要由以下几种原因引起：供油量少，油位低于吸油口平面；油管泄漏或堵塞；流到变速器的油过多；进油管或滤油网堵塞；液压泵磨损严重或损坏；吸油滤网安装不当；油液起泡沫；进出口压力阀不能关闭或弹簧刚度减小。如果出现供油压力过低，应首先检查油位：若油位低于最低刻度，应补充油液；若油位正常，应检查进、出油管有无泄漏，若有漏油，应予以排除。若进、出管密封良好，应检查进、出口压力阀的工作情况，若进、出口压力阀不能关闭，应将其拆下，检查其上零件有无裂纹或伤痕，油路和油孔是否畅通，以及弹簧刚度是否变小，发现问题应及时解决。如果压力阀正常，应拆下油管或滤网进行检查。如有堵塞，应进行清洗并清除沉积物；如油管畅通，则需检查液压泵，必要时更换液压泵。如果液压油起泡沫，应检查回油管的安装情况，如回油管的油位低于油池的油位，应重新安装回油管。
2.3液力变矩器工作时有异常响声
这种故障主要是由于轴承或损坏，工作轮连接松动或与发动机连接松动等原因造成的。出现这种情况，应首先检查各连接产部位是否松动，然后检查各轴承，如有松旷应进行调整或更换新轴承。此外，还应检查液压油的油量和质量，必要时添加或更换新油。
2.4机器行驶速度过低或行驶无力
这种故障主要是由以下几种原因引起的：液力变矩器内部密封件损坏，使工作腔液流冲击下降；自由轮机构卡死，造成导轮闭锁；自由轮磨损失效；工作轮叶片损坏；进、出口压力阀损坏；液压泵磨损，供油不足；液压油油位太低；变速器的磨擦式主离合器有故障.
机器挂挡起步后，如果行驶无力或行驶缓慢，应首先检查挂挡压力表的指示压力是否在正常范围内，如果压力过低应予以排除；如果压力正常，则可能是自由轮磨损失效或工作轮叶片损坏；还可能是变速器磨擦式离合器存在故障，应进行具体分析并予以排除。
2.5变矩器漏油
变矩器漏油主要是由于变矩器后盖与泵轮拼命面、泵轮与轮毂拼命处连接螺栓松动或密封件老化或损坏造成的。发现漏油应启动发动机，检查漏油部位。如果从变矩器与发动机的连接处漏油，说明泵轮与泵轮罩连接螺栓松动或密封圈老化，应紧固连接螺栓或更换O形密封圈；如果从变矩器与变速器连接处甩油，说明泵轮与泵轮毂连接螺栓松动或密封圈损坏，应紧固螺栓或检查密封圈；如果漏油部位在加油口或放油口位置，应检查螺栓连接的松紧度以及是否有裂纹等。
参考文献：
[1] 郑明辉《机电技术》《装载机液力变矩器应用及常见故障分析》 2007年03期.
[2] 杨小强《建筑机械》《装载机液力变矩器的故障与维修》1999年11期.
（作者单位：酒钢宏兴股份公司镜铁山矿）