轮式装载机湿式驱动桥制动热平衡仿真计算与改进.pdf

... .. .... ... ... ..


轮式装载机湿式驱动桥制动热平衡
仿真计算与改进







重庆大学硕士学位论文
(学术学位)


学生姓名:王帅帅
指导教师:孙冬野教授
专业:车辆工程
学科门类:工学


重庆大学机械工程学院
二 O 一三年五月
... .. .... ... ... ..
... .. .... ... ... ..

Simulation and Improvement on Braking
Thermal Equilibrium in Wet Drive Axle of
Wheel Loader



A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Master’s Degree of Engineering
By
Wang Shuaishuai


Supervised by Prof. Sun Dongye
Specialty:Vehicle Engineering


College of Mechanical Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
May, 2013
... .. .... ... ... ..
中文摘要

摘要

轮式装载机作为工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一,
其广泛应用于公路、铁路、港口、码头、煤炭、矿山、水利、国防等工程和城市
建设等场所。驱动桥是轮式装载机的关键部件之一,其能否正常有效的工作直接
影响着装载机的工作状况。在轮式装载机驱动桥中推广湿式多片制动器,是提高
工程机械驱动桥产品技术水平的途径之一,也是国产轮式装载机发展的必然趋势。
湿式驱动桥的摩擦片置于冷却油中,循环冷却油可带走制动时产生的大部分
热量,其制动效果和制动稳定性均优于钳盘式驱动桥。但由于轮毂内存在多个紧
密装配的构件,导致轮毂内的冷却油量有限,其热容量有限。大量工程车辆实践
证明,当轮式装载机在高强度作业时需要长时间高频次制动,这使得轮毂内的冷
却油温度过高,造成摩擦片生成的热量不断积聚。长此以往,冷却油的性质将发
生变化而失效,摩擦片的使用寿命也将会缩短,甚至会发生翘曲或烧蚀,最终使
得装载机无法正常工作,影响了工作效率。
目前对轮式装载机湿式驱动桥热平衡的研究多是针对湿式多片制动器而展开
的,由于轮毂内空间狭小且结构紧密,很难对制动器的结构和尺寸做出优化。本
文将从湿式驱动桥整体出发,研究造成轮式装载机湿式驱动桥长时间高频次制动
工况下热平衡失效的原因,并提出散热改进方案。
本文以 ZL50 式装载机为研究对象,首先根据一个循环周期所用时间总结划分
装载机的循环工况,并针对不同的循环工况分别对制动能量进行了理论计算。同
时对装载机驱动桥中主减速器、差速器、轮边减速器、轴承因摩擦造成的功率损
失和齿轮搅油损失进行了分析,并给出了计算方法。
其次,利用 CATIA 软件对 ZL50 装载机的湿式驱动桥进行了建模,并利用网
格划分软件 GAMBIT 对三维模型进行了网格的划分和边界条件的设置,最终生成
了 FLUENT 计算模型。利用计算流体力学方法,对驱动桥制动工况下的流场、温
度场进行了数值模拟,初步总结温度分布情况。
最后,通过试验过程和进一步的数值模拟,分析影响制动能量大小的因素和
造成驱动桥制动热平衡温度过高的原因,提出了通过循环冷却以改善驱动桥散热
的措施,并通过试验过程验证了方案的可行性。

关键词:轮式装载机,湿式驱动桥,热平衡,数值模拟,温度场



I
... .. .... ... ... ..
重庆大学硕士学位论文



II
... .. .... ... ... ..
英文摘要

ABSTRACT

As one of the fast growing and marketing construction machinery, the wheel loader
is widely used in urban construction and many projects, such as highway, railway, port,
wharf, cool, mine, w