重型专用汽车取力器选型及匹配技术分析

莫飞，吕慧杰，程慷慨

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

前言

重型车辆普遍拥有大功率发动机和足够的储备功率。因此在实现车辆行驶运输等基本功能的基础上，通过从发动机或传动系统的动力传递过程中取出部分动力输出用于驱动其他专用设备的装置称之为取力器，英文简称PTO（Power take off的缩写），重型汽车常见的动力传动路线及取力位置如图1所示。

图1 重型专用汽车常见的动力输出路线和取力位置

重型专用汽车就是在重型车辆底盘基础上通过预留的取力器驱动一系列装置或设备，从而实现特定功能的车辆。由于专用车辆附加装置或设备的功率、转速、旋向、安装空间等参数各不相同。为了避免因取力器选型与车辆使用工况不符而导致取力器损坏或出现质量事故的情况发生，在车辆改装设计之初就需要对取力器的类型、布置位置和接口形式选取进行认真的匹配分析，使改装后的专用车辆在实现预期功能的基础上，还能够优化性能和提高可靠性，避免造成不必要的资源浪费。

1 常用取力器类型、结构及特点

由于重型汽车的总体布置和动力传递路线基本相同。因此，根据取力部位来源大致可分为发动机取力、变速器取力、分动器取力等，此外还有消防车等大功率设备加装的断轴式取力器。而根据取力器控制方式的不同，可分为机械控制、液压控制、气动控制、真空源控制、电控等，其中气动控制取力器在重型汽车上较为常用。同时，取力器的输出方式也多种多样，有单输出、双输出、法兰输出、内外花键输出、直连泵等等。

发动机取力主要由发动机前端的齿轮组、皮带轮系或后端的飞轮驱动，主要用于驱动发动机外围附件或需要长时间工作的专用设备，但由于发动机周围安装空间较为紧凑，取力设备转速受发动机运行波动影响较大，所以范围相对较为固定，产品种类较少。

分动器取力主要限定于安装有分动器的全驱车辆，且分动器处于传动系统的中间位置，还受到变速器档位配合因素的影响，具有较大的局限性，与断轴式取力器相类似，适合大功率取力的需求，因此应用范围也比较窄。

相对而言，变速器取力不仅在空间布置上相对容易，而且取力器的种类和输出位置也有多种类型可供选择，尤其是国内重型汽车普遍装配的机械变速器均开发有相适应的取力器产品。根据在变速器上布置位置的不同，大致可分为变速器前取力、后取力、侧取力等，具体布置位置见图2。

图2 重型专用汽车常见的变速器取力位置

改装厂家及用户需根据重型专用车辆的不同需求来选择取力器，现以陕齿富勒系列机械变速器为例，对几种较为常见的变速器取力器结构类型特点做以下简要说明：

a.前置取力器：安装在离合器壳和变速器本体之间，通过变速器一轴取力，主要产品有 QQ60、QQ60A、QQ90、QF60型取力器；取力口在变速器上方，与发动机后取力器相类似，但QQ60、QQ60A和QQ90取力器会受离合器的影响；而QF60取力器采用特殊的主副离合器结构，动力输出不受离合器分离和换挡操纵的影响，也称“全功率取力器”，适合为精度要求较高的发电机负载取力。

b.侧置取力器：安装在变速器本体周围，通过中间轴齿轮取力，根据安装位置还可分为侧置和底置，主要产品有QC40、QC40A、QC40B、QD50、QD60、QD60A型取力器，其中QC开头的为侧置，QD开头的为底置；取力口位于变速器侧面或底部，动力输出不受档位影响，适合对侧部或底部空间要求不大的专用车辆取力。

c.后置取力器：安装在变速器副箱壳体的后端面上，通过变速器加长的副箱中间轴驱动，主要产品有QH50、QH70、QH70A、QH70C型取力器；取力口位置略有不同，但均在变速器后方，动力输出受档位速比的影响，适合为油泵、水泵等非长时间工作的设备取力。

此外，以上变速器取力器均采用气动控制，与变速器副箱空挡配合可轻松实现停车或行车状态下的取力，还可通过专门的气路系统防止取力器误操作，确保行车安全。

2 取力器选型、匹配及注意事项

取力器的选型不仅要根据车辆的用途和使用工况而定，还必须与车辆动力传动系统的性能参数相匹配，才能在确保使用功能的基础上兼顾经济性和可靠性。因此，在设计或选择上装附加装置的传动系和驱动零部件时应尽量选择较低的发动机转速和较高的发动机负荷率，此时车辆的燃油经济性较好，发动机噪声也相对较小，也有利于提高传动零部件的使用寿命和可靠性。

以某型6×6重型专用车改装为例，改装单位要求在该底盘基础上分别选择合适的取力器为两个设备在非行驶状态下同时进行驱动，车辆及上装设备主要参数见表1。

表1 车辆及上装设备主要参数表

根据上装设备的取力需求和已知参数条件及底盘空间布置情况，选择变速器QH70取力器驱动液压油泵，QF60取力器驱动发电机，布置结构图见图3。

图3 某型重型专用汽车取力器布置结构图

已知QH70取力器传动比为0.8，QF60取力器传动比为1，但QH70取力器属于后取力，其输出转速与变速器档位相关，而QF60取力器不受变速器的影响。变速器各档与QH70取力器匹配的总速比见表2。

表2 变速器各档与QH70取力器匹配总速比表

参考经验公式可以分别计算出液压油泵、发电机的扭矩值TP和TE，如下：

式中，TP—液压油泵扭矩，N·m；

P—额定压力，MPa；

Vg—公称排量，ml/r；

式中，TE—发电机扭矩，N·m；

P—发电机功率，kW；

n—发电机转速，r/min。

代入数据计算得：N·m

根据计算结果，结合发动机万有特性曲线和经济性原则，发动机转速应控制在保证发电机正常工作的1500 r/min，该转速也处于发动机经济转速范围内，并且两个取力设备同时工作时，也未超过此转速下发动机的功率和扭矩范围，可满足使用要求。但由于QH70取力器受变速器档位控制，因此还需要对液压油泵的转速进行校核如下：

式中，nOH70—QH70取力器输出转速，r/min；

ne—发动机转速，设定为1500 r/min；

in—见表2，QH70取力器各档位下总速比。

代入数据计算结果见表3。

表3 变速器各档位时QH70取力器输出转速

计算结果显示，发动机1500 r/min，变速器挂1档时，QH70取力器输出转速无法满足液压油泵的转速要求，但对发电机无影响；需2档及以上的档位方能保证液压油泵正常工作，同时只要不超过油泵的最高额定转速，档位数越高液压油泵驱动的设备工作效率也相应提高。

通过以上实例，在取力器的选取和使用过程中还应注意以下几个方面的要求：

a.取力器的输出功率(扭矩)、转速(传动比)、旋向应与专用装置的性能匹配。

b.取力器的输出法兰位置应保证专用装置的设计布置，取力器取力方式需有利于整车布置。

c.应关注取力器的操纵型式。

d.取力器选取应与底盘性能匹配。

e.变速器一般不允许高档区取力。

最后需特别注意的是，对于输出转速受变速器档位影响的取力器而言，取力器的传动比与取力器的总速比是两个不同的概念。取力器的总速比是指发动机转速与取力器输出端的转速之比，它不但与取力器的传动比有关，还与变速器对应档位或分动器有关。而取力器的传动比仅指取力器自身固有的传动比，与取力器自身结构有关，仅在不受变速器档位影响的情况与总速比相同。因此，用户或改装单位在选取力器时一定要注意两者的区别。

3 结束语

近年来，随着重型专用汽车不断向专业化、自动化方向发展，我国专用车市场步入了高速发展的时期，国家的相关职能部门对专用车行业愈加重视，市场和法规也日益完善。取力器以传动效率高、稳定性好、性价比高、制造工艺成熟等优点成为专用车辆必备的重要部件。本文通过对重型专用车常用取力器的布置形式、结构等特点进行简单介绍，为取力器与上装设备的配合与优化提供了理论依据，帮助用户和企业在专用车产品设计，取力器产品选型时提供参考。

参考文献

[1] 王望予.汽车设计[M].4 版.北京:机械工业出版社.2007.

[2] 高维山,张思浦.变速器[M].北京:人民交通出版社.1990.

[3] 藏杰,阎岩.汽车构造[M].机械工业出版社, 2008.

[4] 成大先.机械设计手册第四版三卷,化学工业出版社2002.

[5] 蔺习英,傅正勇.关于汽车取力器选型的几点建议.专用汽车.2004(2).

[6] 刘建.关于专用汽车取力器的研究与市场分析[J].重型汽车,2008(5).