1問題(Emerson)的提出
　　工程車輛如裝載機(jī)、推土機(jī)等為了提高對高強(qiáng)度負(fù)載的適應(yīng)能力，主系多采用液力機(jī)械形式，但液力的效率(efficiency)較低，尤其是當(dāng)遇到高強(qiáng)度負(fù)載需要系統(tǒng)(system)輸出較大功率(High-power)時，液力變矩器的效率反而大幅度下降，甚至降低為零。它使作業(yè)效率降低，造成了能源的浪費(fèi)。
　　浪費(fèi)的能源轉(zhuǎn)化為熱量使油溫升高，使機(jī)器工作環(huán)境惡化，故障率（failure rate）上升。齒輪減速電機(jī)利用各級齒輪傳動來達(dá)到降速的目的.減速器就是由各級齒輪副組成的.比如用小齒輪帶動大齒輪就能達(dá)到一定的減速的目的,再采用多級這樣的結(jié)構(gòu),就可以大大降低轉(zhuǎn)速了。針對這一情況，近年來國內(nèi)外的研究者與技術(shù)人員主要通過設(shè)計雙泵輪、雙導(dǎo)輪、雙渦輪（Turbo）和反轉(zhuǎn)導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)等措施來提高變矩器的效率(efficiency)和高效（指效能高的）區(qū)范圍，這些措施取得了一定成效，但并沒有從根本上解決重載下效率下降的問題(Emerson)（見1）。根據(jù)筆者對液力變矩器原始特性產(chǎn)裝載機(jī)、履帶推土機(jī)等工程車輛載荷譜的測試結(jié)果，各工況液力機(jī)械系統(tǒng)的平均效率只有50%～70%.所以有必要改變傳統(tǒng)的系布局方案和通過新的技術(shù)途經(jīng)來改變高強(qiáng)度（strength)負(fù)載下效率較低的問題。
　　以裝載機(jī)為例，在以往的設(shè)計中，一般將動力換檔變速箱的檔位設(shè)計為前二后一，例如杭州齒輪箱廠生產(chǎn)的ZL40A和ZL50D裝載機(jī)用變速箱的兩個前進(jìn)檔比分別為21115與01578、后退檔為11577，其中前進(jìn)一檔用于作業(yè)工況，前進(jìn)二檔用于運(yùn)輸工況。這樣設(shè)計的目的是使作業(yè)過程中變速箱的檔位始終在一檔位置，司機(jī)作業(yè)時只需要操作方向盤與操縱桿就行了，因而可以讓司機(jī)把注意(attention)力更多地集中在作業(yè)上，以提高作業(yè)效率。檔位設(shè)置成前二后一的變速箱一般與雙渦輪液力變矩器配合，ZL50D裝載機(jī)用YJSW315型液力變矩器的原始（Original)特性見1.雙渦輪液力變矩器與一般三元件液力變矩器（原始特性見2）相比，具有高效范圍寬、變矩比較大等特點(diǎn)，但最高效率點(diǎn)的效率一般較三元件變矩器低，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障（fault）率相對較高。雙渦輪變矩器與前二后一的變速箱配合工作時，當(dāng)遇到重載，對重載的適應(yīng)主要靠液力變矩器實(shí)現(xiàn)，隨著載荷的增大，變矩器的工況點(diǎn)沿1中曲線（Curve）K向左上方移動，同時變矩器的效率沿Γ向左下方急速下降。在鏟入作業(yè)時，裝載機(jī)的運(yùn)動速度一般小于1kmh，此時液力變矩器的效率一般小于25%（見3）。以ZL50D裝載機(jī)為例，若發(fā)動機(jī)額定功率為162kW，則經(jīng)過液力變矩器再傳到驅(qū)動輪上，就只剩下4015kW了，盡管此時司機(jī)已經(jīng)把油門加到了最大，但裝載機(jī)的動作還是十分遲緩。所以這種系無法使發(fā)動機(jī)的功率得到充分發(fā)揮，其最根本原因在于車輛對重載的適應(yīng)完全依靠液力變矩器而造成的。
　　為了克服上述缺點(diǎn)，有效辦法是增加動力換檔變速箱的檔位數(shù)，使用較多檔位的動力換檔變速箱。當(dāng)負(fù)荷逐漸增加，液力變矩器的效率降低到出了高效（指效能高的）區(qū)后，只需要將變速箱降低一個檔位，在保證牽引力不降低的情況(Condition)下，可把變矩器重新拉回到高效區(qū)工作。這種新方案其突出的特性是，主要依靠換檔來實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)負(fù)荷的適應(yīng)。新方案中變矩器的作用降低，只起到小范圍適應(yīng)負(fù)荷的變化和平穩(wěn)起步的作用，因而只要變速箱檔位設(shè)置得當(dāng)，選擇成本較低、高效區(qū)范圍不寬的三元件變矩器就能滿足需要。此外三元件變矩器效率相對較高的特點(diǎn)可使工程車輛的平均效率進(jìn)一步提高。
　　2計算比較
　　為了克服舊方案效率低、能耗高的缺點(diǎn)，徐州裝載機(jī)廠將過去的ZL50D裝載機(jī)（雙渦輪變矩器YJSW315配2個前進(jìn)檔、1個后退檔變速箱ZL40A.30），經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計成為ZL50E裝載機(jī)，采用三元件變矩器YJ355（原始特性曲線（Curve）見2）配4個前進(jìn)檔、4個后退檔的變速箱4D180，方案改進(jìn)前后發(fā)動機(jī)型號不變（6135K- 9a，其全負(fù)荷速度特性和調(diào)速特性見4），改進(jìn)前后方案的比較見1.通過匹配計算，新舊方案各前進(jìn)檔的牽引特性分別見3和5.從兩個牽引特性可以看出，新方案的高效區(qū)范圍更加偏向于低速區(qū)；在裝載機(jī)牽引力曲線的低速段，在相同的牽引力下，新方案變矩器的效率遠(yuǎn)高于舊方案。效率的提高使得在相同工作阻力下車輛牽引速度提高，從而使工作效率大幅度提高；在鏟斗插入作業(yè)時，因效率提高使鏟斗插入功率（指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少）提高，相同的插入速度下插入力提高，裝載機(jī)顯得力量強(qiáng)勁。
　　正是由于這種新的液力機(jī)械方案所帶來的優(yōu)越性，近年來，國外的工程車輛從總體來看有采用多檔位動力換檔變速箱配三元件液力變矩器的趨勢，但國外的工程車輛在增加了變速箱檔位數(shù)之后，一般采用自動換檔或半自動換檔技術(shù)。在我國，“八五”期間在國家計委的支持下，機(jī)械工業(yè)部實(shí)施了“工程機(jī)械引進(jìn)、消化、吸收一條龍”項(xiàng)目以后，國內(nèi)主要工程機(jī)械配套齒輪（Gear）箱廠相繼試制了工程車輛用多檔位動力換檔變速箱，有的已經(jīng)應(yīng)用在工程機(jī)械上并投入了試生產(chǎn)(Produce)，但國內(nèi)自行開發(fā)的多檔位動力換檔變速箱基本沒有采用自動換檔的，或者自動換檔控制（control)部分還在試制中。通過在徐工集團(tuán)進(jìn)行的試驗(yàn)比較可以看出，對新、舊方案的裝載機(jī)同樣熟練的操作者，進(jìn)行普通的堆填作業(yè)時，沒有自動換檔功能的新方案其作業(yè)效率不及舊方案的作業(yè)效率高，這是由于不斷操縱換檔手柄(Hand Shank)分散了操作者注意力，影響了作業(yè)時間，提高了司機(jī)勞動強(qiáng)度（strength)所造成的，所以在實(shí)施新方案的過程中，在增加了動力換檔變速箱的檔位數(shù)后，必須設(shè)置自動換檔才能夠真正提高作業(yè)效率。通過分析從國外進(jìn)口工程車輛的自動變速器及國內(nèi)合資企業(yè)為多檔位變速箱所提供的自動變速控制器可以看出，其中不少照般了汽車自動變速器的控制原理，如兩參數(shù)（油門與車速）換檔方法等。筆者認(rèn)為，工程車輛不同于汽車，前者注重的是路面加速性能而后者注重的是越野牽引性能，所以照般汽車的自動換檔規(guī)律不可能得到較好的動力性效果，從施工單位使用具有這些自動變速功能的裝載機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果可以清楚地看出這一點(diǎn)。
　　3總結(jié)(zǒng jié)
　?。?）在我國沿用多年的前二后一動力換檔變速箱配雙渦輪（Turbo）變矩器的傳統(tǒng)系形式，由于完全依靠變矩器來適應(yīng)負(fù)載的變化，使得在重載作業(yè)時系效率很低，長期以來影響了工程車輛動力性的發(fā)揮。齒輪減速機(jī)是我國廣泛運(yùn)用在華東地區(qū)、華東地區(qū)、用于塔引入式起重機(jī)機(jī)械的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、起重、運(yùn)輸、水泥、建筑、化工、紡織、印染、制藥等領(lǐng)域。
　?。?）采用多檔位動力換檔變速箱配高效的三元件液力變矩器的方式，可以使重載作業(yè)時的效率(efficiency)大幅度提高，它現(xiàn)為在相同行駛阻力下提高了行駛速度，或者在相同的行駛速度下提高了牽引力，所以能大幅度提高工程(Engineering)車輛的作業(yè)效率、動力性和經(jīng)濟(jì)性。
　?。?）采用多檔位動力換檔變速箱必須同時采用自動變速技術(shù)，否則不但不能提高工作效率，反而因需要不停地操縱換檔手柄，分散了注意(attention)力、延誤了作業(yè)時間、增加了勞動強(qiáng)度，使實(shí)際作業(yè)效率降低。行星齒輪減速機(jī)相對其他減速機(jī),行星減速機(jī)具有高剛性,高精度(單級可做到1分以內(nèi)),高傳動效率(單級在97%-98%),高的 扭矩/體積比,終身免維護(hù)等特點(diǎn)。
　?。?）工程車輛的自動變速技術(shù)不能照般汽車的自動變速技術(shù)。只有抓住工程車輛的低速重載和載荷急劇變化的作業(yè)特點(diǎn)找出最優(yōu)的換檔規(guī)律，才能大幅度提高工程車輛的動力性和經(jīng)濟(jì)(jīng jì)性。