TH48-E80 Petroleum Transmission Caterpillar

Transmission Cooling System

Usage:

变速箱冷却（一般建议）

由于变矩器打滑、加注泵损失以及转动部件摩擦，自动变速箱会产生热量。变速箱油液吸收此热量，并需要油冷却器将热量排出。保持油冷可维持油的润滑性、确保变速箱正常工作和延长变速箱部件的寿命。

发动机冷却液（防冻剂）和变速箱油液（TDTO）吸收发动机和变速箱产生的热量。两种油液将热量带到热交换器（散热器或冷却器），在此完成机油或防冻剂的冷却。

有关具体的变速箱动力传动系机油和发动机油液要求，请参考变速箱应用和安装指南、发动机应用和安装指南以及专门出版物, SEBU6250, "Caterpillar 机器油液建议"。

变矩器冷却

Caterpillar 石油变速箱具有锁定离合器，可减少所有齿轮中变矩器产生的热量。正常工况下，变速箱将升档和降档到正确的传动比。此外，变速箱大部分工作时间处于变矩器锁止离合器模式下。锁止离合器可降低变矩器冷却要求。此工作模式将连续使用变矩器，因此变矩器打滑将产生更高的热负荷。应用场合、环境温度、传输功率和变矩器驱动时间长度将决定变速箱的冷却要求。

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注意

在变矩器传动时长时间运转的变速箱可能会过热。为达到最佳的工作温度，可能需要额外的冷却容量，以避免变速箱的损坏。

工作温度限值

正常（连续）和间歇条件下的最大允许变速箱油温如下：

连续集油槽 ... 90 °C (194 °F)

连续变矩器出口 ... 99 °C (210 °F)

间歇集油槽 ... 99 °C (210 °F)

间歇变矩器出口 ... 121 °C (250 °F)

油温表

如果 OEM 选择使用有变速箱/变矩器颜色编码的变矩器出口温度表，则下列要求和建议适用：

绿色 - 安全区低于 99 °C (210 °F)

黄色 - 警告区为 99 °C (210 °F) 至 121 °C (250 °F)

应满足以下要求：

红色 - 警告高于 121 °C (250 °F)

如果 OEM 选择使用有变速箱颜色编码的油池温度表，则下列要求和建议适用：

绿色 - 安全低于 90 °C (194 °F)

黄色 - 警告在 90 °C (194 °F) 和 99 °C (210 °F) 之间

应满足以下要求：

红色 - 警告区高于 99 °C (210 °F)

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注意

操作员可在短周期内间歇性地使用黄色区。即使短时间在红色线以上运行也会损害机油和变速箱。

变速箱过热

尽管发生的可能性低，但一旦变速箱过热，应将变速箱打到空档，并将发动机转速提高到高怠速，直至变速箱温度恢复到正常工作温度。将发动机转速升至高怠速使发动机风扇为散热器提供最高空气流量。此外，较高的发动机转速可使通过冷却器的机油流量最大。

由于变矩器打滑、加注泵损失以及转动部件摩擦，自动变速箱会产生热量。变速箱油液吸收此热量，并需要油冷却器将热量排出。保持机油冷却可维持机油的润滑特性、确保变速箱正常工作和延长变速箱部件的寿命。发动机冷却液（防冻剂）和变速箱油液（TDTO）吸收发动机和变速箱产生的热量。两种油液将热量带到热交换器（散热器或冷却器），在此完成机油或防冻剂的冷却。对于在逆流式热交换器中由发动机冷却液冷却变速箱机油的情况，Caterpillar 建议使用油液-油液冷却器。发动机冷却液随后流过油液-空气散热冷却器。

为正确选择变速箱冷却器的尺寸，必须考虑以下因素：应用中的变速箱行星齿轮热负载、发动机功率和扭矩能力、环境温度以及变矩器驱动操作的频率和持续时间。通常来说，效率为 70% 时，变矩器驱动装置中动力换档变速箱产生的热损耗不超过相当于发动机总输出功率 30% 的热负载。大多数应用需要的冷却器热损耗容量约为发动机总输出功率的 20%。等于发动机净功率输出功率的 10% 的热损耗适用于一些当变速箱大部分时间在锁止离合器模式下工作时的应用。压裂应用需要的冷却器热损耗容量约为发动机总输出功率的 10% 到 15%。客户通常会选择余量小的热损耗容量以适应非预期的应用，并且保持旧的、低效率的单位能运行更长的时间。

对于大多数液压压裂应用，Caterpillar 建议使用两个平行 141-4109 机油冷却器芯总成。这些冷却器适用于使用 Caterpillar 3512C 发动机的发动机安装配置。如果 OEM 计划主要以变矩器驱动操作或在高环境温度下操作，则需要选用具有较大容量的冷却器。

表 3 和表 4 中列出了直接驱动热损耗值。这些值假定变速箱一直以直接驱动运行，从不使用变矩器驱动装置。该情况并不存在，因为变矩器驱动装置在换档和从静止（空档）位置对行星齿轮进行加速时使用。专门说明书, RCHS2893, "机械应用和安装指南", "附录"中列出了变矩器传动热损耗值。这些值假定变速箱一直以变矩器驱动运行，从动设备可以应对变速箱输出的全扭矩容量。这种情况其实也不存在，因为变速箱超过了从动设备的最大扭矩容量，并且配备了锁止离合器以使热损耗要求最小化。实际热损耗要求将介于这两个值之间。

由于变速箱在石油应用中用于驱动泵，因此通过考虑泵的最大允许输入扭矩，可以大大降低变速箱冷却器所需的热负载容量。使用以下等式计算最大输入扭矩：

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图 1	g02344324

对于冷却器计算，应除以泵的机械效率。该计算提供计算中的一些安全系数补偿。泵的最大允许输入扭矩与最大允许变速箱输出扭矩相同。该值可与以下参数一起使用以满足变速箱散热要求：传动效率、传动比、变矩器的特性和发动机转速。下表列出了在特定泵最大输入扭矩及对应的变矩器失速条件下的变速箱冷却器的热损耗要求。这些最大扭矩对应市场上可用的特定泵。冷却要求与最大泵输入扭矩成正比，后者与出于计算目的得出的最大允许变速箱输出扭矩相同。可通过插入特定泵的最大泵输入扭矩和表 1 中列出的值来找到特定泵的变速箱冷却要求。

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表 1
TH48-E80 变速箱热损耗要求		TH48-E80 (1 档 = 3.34)
泵的额定功率	泵的最大输入扭矩（lb ft）	热损耗（hp）变矩器失速时	变速箱机油流速（gpm）	发动机 rpm
2000	12776	404	65.2	1156
2250	13222	425	66.4	1176
2500	17845	666	76.3	1366
2500	20877	843	81.5	1478
2700	26505	1206	90.3	1665
3000	28383	1336	93.0	1723

表 1 中列出的变速箱冷却要求受下列假设约束：

变速箱输出扭矩不超过表 1 中列出的泵的最大输入扭矩。（否则，必须通过插入特定泵的最大泵输入扭矩来调整热损耗要求，相关值如表 1 所列）。
变矩器驱动装置的长时间运行限制在第一档。
变矩器驱动装置的间歇操作在第二档至最高档。仅在换档以及动力传动系和泵加速时使用变矩器驱动装置。
至冷却器的最高油温为 121° C (250° F)。
至冷却器的最高水温为 91° C (196° F)。
冷却器的最大压力为 750 kPa (108 psi)。
通过冷却器回路的最大油压降为 210 kPa (30 psi)。
变矩器在最大泵输入扭矩时处于失速状态。

Caterpillar 建议定型冷却器，以适应表 1 中描述的最恶劣情况。压裂作业之前，在第一档执行的标准管路压力可能会造成变矩器失速或接近失速的状态。表 2 显示在最大泵进口扭矩时，热负载如何随变矩器效率而变化。

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表 2
变矩器近似效率	与失速状态相比的近似热负载百分比
失速	100%
25%	88%
50%	68%
70%	58%

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表 3
TH48-E80 锁定/直接驱动热损耗
齿轮	1			2			3			4
发动机	变速箱	冷却器	热	变速箱	冷却器	热	变速箱	冷却器	热	变速箱	冷却器	热
车速	车速	流	损耗	车速	流	损耗	车速	流	损耗	车速	流	损耗
RPM	RPM	GPM	HP	RPM	GPM	HP	RPM	GPM	HP	RPM	GPM	HP
700	210	37.4	15.9	285	38.1	17.2	318	38.4	17.1	387	37.0	14.5
800	240	43.5	21.1	326	43.4	23.0	364	43.7	22.0	443	42.2	22.4
900	270	49.6	26.3	367	48.7	28.8	409	49.0	26.9	498	47.4	30.3
1000	300	55.7	31.5	408	54.0	34.6	455	54.3	31.7	553	52.6	38.2
1100	329	61.8	36.8	448	59.3	40.3	509	59.6	36.6	609	57.8	48.1
1200	359	67.9	42.1	489	64.6	46.1	546	64.9	41.5	664	63.0	54.0
1300	389	73.2	48.9	530	69.8	53.8	591	70.1	47.7	719	68.3	64.3
1400	419	77.9	57.3	571	75.0	63.5	636	75.4	55.4	774	73.5	75.9
1500	449	82.6	65.7	611	80.3	73.2	682	80.6	63.1	830	78.7	89.6
1600	479	87.2	74.2	652	85.5	82.9	727	85.8	70.7	885	83.9	102.2
1700	509	91.9	82.6	693	90.7	92.6	773	91.0	78.4	940	89.1	114.8
1800	539	96.6	91.0	734	95.9	102.3	818	96.2	86.0	995	94.4	127.5
1900	569	101.2	99.4	774	101.1	112.0	864	101.5	93.7	1051	99.6	140.1

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表 4
TH48-E80 锁定/直接驱动热损耗
齿轮	5			6			7			8
发动机	变速箱	冷却器	热	变速箱	冷却器	热	变速箱	冷却器	热	变速箱	冷却器	热
车速	车速	流	损耗	车速	流	损耗	车速	流	损耗	车速	流	损耗
RPM	RPM	GPM	HP	RPM	GPM	HP	RPM	GPM	HP	RPM	GPM	HP
700	433	38.3	17.0	515	35.9	14.9	588	37.0	14.1	701	35.9	14.7
800	495	43.6	22.2	588	41.2	19.7	672	42.2	21.2	801	41.0	20.1
900	557	48.8	27.4	652	46.5	24.5	756	47.4	28.3	901	46.1	25.5
1000	619	54.1	32.6	736	51.8	29.3	840	52.6	35.5	1001	51.2	31.0
1100	681	59.3	37.8	809	57.1	34.1	924	57.8	42.6	1101	56.3	36.4
1200	742	64.6	43.0	883	62.4	38.9	1007	63.0	49.7	1201	61.4	41.9
1300	804	69.8	49.8	956	67.6	45.1	1091	68.2	58.8	1301	66.6	48.3
1400	866	75.1	58.2	1030	72.8	52.8	1175	73.5	69.8	1402	72.0	55.7
1500	928	80.4	66.5	1103	78.1	60.5	1259	78.8	80.8	1502	77.3	63.1
1600	990	85.7	74.9	1177	83.3	68.2	1343	84.1	91.8	1602	82.7	70.6
1700	1052	91.0	83.3	1251	88.5	75.9	1427	89.3	102.8	1702	88.1	78.0
1800	1114	96.2	91.6	1324	93.7	83.6	1511	94.6	113.8	1802	93.4	85.4
1900	1175	101.5	100.0	1398	98.9	91.3	1595	99.9	124.8	1902	98.8	92.8

冷却液流速是发动机的一个特征，可随发动机和制造商的不同而异。有关具体的变速箱动力传动系机油和发动机油液要求及流速，请参考变速箱应用和安装指南、发动机应用和安装指南以及专门出版物, SEBU6250, "Caterpillar 机器油液建议"。上述表 3 和 4 中列出了 TH48-E80 各档位至冷却器的变速箱流速。

最大环境温度将随位置而异。附录给出了针对不同国家的最大环境设计温度的指南。针对大多数应用，Caterpillar 使用 43° C (109° F) 的最大环境温度。

各个独有安装都需要进行冷却系统测试。进行这些测试以验证设计假设和计算，并确保安装的冷却系统是否正确。有关更多信息，请参考专门出版物, REHS4757, "所有石油变速箱的安装审核清单"。

冷却器系统压力下降

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图 2	g02905156

通过变速箱冷却器和管路的压力下降由以下情况确定：冷却器进口 (21) 和冷却器出口 (23) 之间的压差。

变矩器进口压力 (7) 的测量值应为 827 kPa (120 psi)，润滑压力 (3) 在高怠速（1900 rpm）下的测量值应为 276 kPa (40 psi)。从变矩器进口压力 827 kPa (120 psi) 减去变矩器两端的压力降约 345 kPa (50 psi) 和润滑压力所需的 276 kPa (40 psi) ，结果为冷却器允许压力下降。

过高的冷却器压力降会降低冷却器油流量，从而导致过热，并进而导致变速箱油过早变质。表 5 列出了正常工作温度下流经变速箱冷却器和管路的最大允许压降。

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表 5
TH48 在正常工作温度下变速箱冷却器和管路之间的最大可允许压力降
发动机转速	预计冷却器流量		允许压力降
RPM	L/min	US gpm	kPa	psi
700	135.8	35.9	-	-
800	155.9	41.2	-	-
900	175.9	46.5	-	-
1000	196.0	51.8	-	-
1100	216.0	57.1	-	-
1200	236.0	62.4	-	-
1300	255.9	67.6	-	-
1400	275.7	72.8	-	-
1500	295.5	78.1	-	-
1600	315.2	83.3	-	-
1700	335.0	88.5	-	-
1800	354.8	93.7	-	-
1900	374.5	98.9	206.8	30.0

动力输出（PTO）

下面的图 3 和 4 显示了 TH48-E80 石油变速箱有三个动力输出（PTO）选项。可以通过售后供应商获得螺栓固定式 PTO 装置，并且可以定制各种输出选项。 PTO 装置以及相关防护装置安装的指定和设计由 OEM 厂商、车身制造商或最终用户负责。

变速箱 PTO 垫允许的最大扭矩是恒定值，最大功率视转速而定。通过将扭矩（ft lb）乘以转速（rpm）再除以 5252 来计算功率。

有关 PTO 及泵设计的更多详情，请通过应用支持中心直接联系 Caterpillar 动力传动系系统（变速箱）业务部门。应用支持中心的网站：http://applicationsupport.cat.com

注: 本章中所有对于转动方向的参考是对于 PTO 齿轮由变速箱输出端看到的。

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图 3	g02933457
左侧 (1) 9 点方向的 PTO

(1) 9 点方向的 PTO

上驱动装置 ... 9 点方向

旋向 ... 逆时针

最大功率 ... 1900 rpm 时为 150 hp

发动机扭矩限制 ... 415 lb-ft

PTO 安装垫的扭矩限制 ... 382 lb-ft

斗齿数量 ... 57

纵倾 ... 6

宽度 ... 19.05 mm (0.750 inch)

比 ... 62/57 = 1.09 乘以发动机转速

PTO 安装件 ... SAE J704 标准八个螺栓

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图 4	g02933438
右侧 (2) 3 点方向的 PTO (3) 5 点钟 PTO

(2) 3 点方向的 PTO

上驱动装置 ... 3 点方向

旋向 ... 逆时针

最大功率 ... 1900 rpm 时为 150 hp

发动机扭矩限制 ... 415 lb-ft

PTO 安装垫的扭矩限制 ... 382 lb-ft

斗齿数量 ... 57

纵倾 ... 6

宽度 ... 19.05 mm (0.750 inch)

比 ... 62/57 = 1.09 乘以发动机转速

PTO 安装件 ... SAE J704 标准八个螺栓

(3) 5 点钟 PTO

下驱动装置 ... 5 点方向

旋向 ... 顺时针

最大功率 ... 1900 rpm 时为 150 hp

发动机扭矩限制 ... 415 lb-ft

PTO 安装垫的扭矩限制 ... 341 lb-ft

斗齿数量 ... 51

纵倾 ... 6

宽度 ... 16 mm (0.63 inch)

比 ... 62/51 = 1.22 乘以发动机转速

PTO 安装件 ... SAE J704 标准八个螺栓

注: 考虑到耐久性和可靠性，动力限制以 Caterpillar 对配合 PTO 档位的批准为准。未经批准的齿轮限制为 20 hp @ 1900 rpm。

可计算任意发动机转速下，变速箱 PTO 安装垫处可允许的最大扭矩。变速箱 PTO 垫允许的最大功率视转速而定。通过将扭矩（lb ft）乘以转速（rpm）再除以 5252 来计算功率。发动机和 PTO 垫的转速不同。功率和转速限制很有可能被所选的售后 PTO 和泵限制，而不是受到变速箱性能限制。

PTO 润滑

按规定，应连接一条管路向侧安装 PTO 提供动力传动系机油。图示 5 所示即为该管路连接口的位置。该孔口为 3/4 in - 16 (SAE #8) 直螺纹 O 形密封孔口，并以 3172 to 3516 kPa (460 to 510 psi) 供油。必须使用尺寸不大于 1 mm (0.04 inch) 的节流孔来调节通过该管路的油流。

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图 5	g02136115
左视图 (4) PTO 润滑口

PTO 轴的安全

适当的驱动轴护罩可以防止严重伤害发生。 Caterpillar 强烈建议为 PTO 应用上安装的所有轴使用护罩。动力输出装置必须有固定的护罩，能够在操作过程中覆盖住 PTO 全长之上的所有移动零件。固定护罩，顾名思义，是指没有正确固定件就无法保持在位，只能借助工具才能拆下。使用简单万向节时，护罩必须覆盖到变速箱内部棘爪的端部，使用宽角万向节时，则必须至少覆盖到外接头的中部。机械移动时，必须有足够的空间来防止驱动轴损坏护罩。轴护罩不能作阶梯使用，除非是基于此目的而设计和制造的。 OEM 负责设计 PTO 设备。 OEM 或辅助 PTO 安装方负责为裸露的旋转件提供护罩。

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为避免由于有旋转轴的转动造成人员伤害，保持PTO主盖和所有的动力传动系盖在位。当系统没有使用时安装PTO轴护罩。

尺寸和安装图纸

更多信息可参见尺寸/安装图。表 6 中列出的图纸在专门说明书, RCHS2817, "TH48-E80 石油变速箱的机械应用和安装指南"的"附录"中。

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表 6
TH48-E80 尺寸/安装图纸
额定功率	发动机	零件号
2,300 hp	MTU 12V4000 Tier 2	357-4929
	MTU 12V4000 Tier 1	357-4931
	CAT 3512	360-7666
	康明斯 QSK45	360-7667
	康明斯 QSK50	360-7668
	仅限变速箱	308-6271

螺栓扭矩

标准螺栓扭矩

标准扭矩值可参见下表 7 和 8。非标准（特殊）扭矩值可参见技术规格、系统操作、测试和调整, RENR9663的技术规格部分。技术规格部分优先于下表列出的标准扭矩值。

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注意

下列表格中的扭矩是基于公制 10.9 级或更高的紧固件（SAE 8 级或更高等级的英制紧固件）。使用硬垫圈。不允许使用开口锁定垫圈。

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表 7
英制螺母和螺栓
螺纹尺寸（英制）	标准扭矩
1/4	12 ± 3 N·m (9 ± 2 lb ft)
5/16	25 ± 6 N·m (18 ± 4 lb ft)
3/8	47 ± 9 N·m (35 ± 7 lb ft)
7/16	70 ± 15 N·m (52 ± 11 lb ft)
1/2	105 ± 20 N·m (77 ± 15 lb ft)
9/16	160 ± 30 N·m (118 ± 22 lb ft)
5/8	215 ± 40 N·m (159 ± 30 lb ft)
3/4	370 ± 50 N·m (273 ± 37 lb ft)
7/8	620 ± 80 N·m (457 ± 59 lb ft)
1	900 ± 100 N·m (664 ± 74 lb ft)
1 1/8	1300 ± 150 N·m (959 ± 111 lb ft)
1 1/4	1800 ± 200 N·m (1328 ± 148 lb ft)
1 3/8	2400 ± 300 N·m (1770 ± 221 lb ft)
1 1/2	3100 ± 350 N·m (2286 ± 258 lb ft)

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表 8
公制螺母和螺栓
螺纹尺寸（公制）	标准扭矩
M6	12 ± 3 N·m (9 ± 2 lb ft)
M8	28 ± 7 N·m (21 ± 5 lb ft)
M10	55 ± 10 N·m (41 ± 7 lb ft)
M12	100 ± 20 N·m (74 ± 15 lb ft)
M14	160 ± 30 N·m (118 ± 22 lb ft)
M16	240 ± 40 N·m (177 ± 30 lb ft)
M20	460 ± 60 N·m (340 ± 44 lb ft)
M24	800 ± 100 N·m (590 ± 74 lb ft)
M30	1600 ± 200 N·m (1180 ± 148 lb ft)
M36	2800 ± 350 N·m (2065 ± 258 lb ft)