拖拉機液壓機械無級變速器的設(shè)計研究

郝朝增+趙宏帥+蘇建偉+呂東亞

摘 要：拖拉機液壓機械無極變速器可以根據(jù)拖拉機不同的作業(yè)模式實現(xiàn)不同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的匹配?；谝簤簷C械換段等比傳動的連續(xù)性，對各區(qū)段齒輪的參數(shù)和傳動比進行了設(shè)計，并對變量泵和定量馬達的匹配進行了選型。根據(jù)拖拉機液壓機械無級變速器試驗要求，分析了變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并提出了變速器的試驗臺設(shè)計方案。結(jié)果顯示，所設(shè)計的試驗臺自動化程度高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，滿足設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：拖拉機；液壓機械；無級變速器；試驗臺

中圖分類號：S219.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.105

拖拉機液壓機械無級變速器是一種并聯(lián)機械功率流與液壓功率流的新型傳動裝置，利用機械傳統(tǒng)聯(lián)合和液壓傳動達到無極變速，并利用機械傳動達到傳動高效率。該變速器具有無級調(diào)速的良好特性，不僅可以極大地提升車輛的燃油動力性和經(jīng)濟性，還可以實現(xiàn)大功率的傳遞，因此在大功率車輛中有著非常廣闊的應用前景。自1970年后，液壓機械無級變速器開始進入商品化應用階段。1990年后，液壓機械無級變速器開始被應用于拖拉機中。而我國對液壓機械無級變速器的研發(fā)起步較晚，因此在1970年后才開發(fā)出樣機。

1 無級變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理

拖拉機液壓機械無級變速器是由定量馬達和變量泵構(gòu)成，具體由多擋有級變速箱、液壓傳動系統(tǒng)、單行星排機構(gòu)等構(gòu)成。發(fā)動機的輸出功率通過分流機構(gòu)可以分為機械功率流和液壓功率流，機械功率流通過換擋離合器傳遞到行星排的行星架或齒圈，液壓功率流通過變量泵定量馬達組成的傳動系統(tǒng)傳遞到太陽輪。機械功率流和液壓功率流在行星排機構(gòu)合流，經(jīng)過齒圈或行星架后通過換擋離合器將功率傳遞到多擋有級變速箱，之后通過離合器將功率傳送到變速器輸出動力的軸部。定量馬達排量比、傳動系統(tǒng)變量泵的反復變化及換擋離合器接合狀態(tài)的差異使液壓機械無級變速器的前行方向有6個連續(xù)變速段，倒行方向有3個連續(xù)變速段，無級變速器速比在相應的范圍內(nèi)逐段無級變化，實現(xiàn)無級變速功能。

2 無級變速器的試驗臺設(shè)計

液壓機械無級變速器試驗臺主要用于液壓機械無級變速器性能的試驗，試驗內(nèi)容包括傳動效率特性試驗、空載損耗特性試驗、無極調(diào)速特性試驗、自動調(diào)速特性試驗。傳動效率特性試驗用于檢查液壓機械無級變速器速比不同情況下的傳動效率，查驗變速器傳動的高效率特性；空載損耗試驗用于檢查液壓機械無級變速器輸出軸不加載狀態(tài)下變速器功率消耗隨變速器速比變化的情況；無極調(diào)速特性試驗用于檢查發(fā)動機工作在最佳工作點下液壓機械無級變速器的無級調(diào)速范圍；自動調(diào)速特性試驗用于檢查負載連續(xù)變化時液壓機械無級變速器速比對發(fā)動機最佳工作點的跟隨情況。

液壓機械無級變速器試驗臺主要由動力裝置、參與試驗的液壓機械無級變速器、加載裝置、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、分動箱、聯(lián)軸器、軟件系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)、多擋升速箱等組成。動力裝置為參與試驗的液壓機械無級變速器供給動力傳輸，實現(xiàn)被試傳動裝置對輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的要求。動力裝置中有發(fā)動機、液壓馬達、交流電動機和直流電動機。加載裝置用于模擬車輛的實際使用工況，對參與試驗的液壓機械無級變速器進行增加裝載量。將交流電機發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化為電能的是交流電力測功機，通過變頻逆變單元將電能返饋至電網(wǎng)中，達到電力能源的二次利用。加載裝置具有高速恒功率和加載低俗恒扭矩加載特性，可以雙向加載。發(fā)動機輸出動力經(jīng)過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和主離合器后輸送到分動箱，并且將動力分成兩路，一路用于驅(qū)動液壓機械無級變速器的液壓系統(tǒng)，另一路用于驅(qū)動液壓機械無級變速器的機械系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)液壓機械無級變速器輸出軸輸出，輸出動力通過多擋升速箱和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器后輸送到交流電力測功機。多擋升速箱應用于不同的試驗工況下液壓機械無級變速器輸出軸轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的查驗中，讓被試液壓機械無級變速器輸出端的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速與交流電力測功機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性互相配合。

液壓機械無級變速器試驗臺控制系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、工控機、壓力傳感器、流量傳感器、各控制器與執(zhí)行器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡等構(gòu)成。工控機的作用是依據(jù)試驗任務實施程序，并且向各控制器發(fā)出相關(guān)控制指令，對系統(tǒng)實施實時的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)安全監(jiān)控、保護、故障診斷等多種功能。工控機主要通過以下兩種方法執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集工作：①將信號傳送給控制器，經(jīng)過控制器運算處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，之后發(fā)送到工控機，工控機對試驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，并最終輸出；②將傳感器采集的信號經(jīng)過調(diào)整模塊處理后傳輸給數(shù)據(jù)采集卡執(zhí)行運算處理，之后通過各通信端口獲取數(shù)據(jù)。液壓機械無級變速器試驗臺控制系統(tǒng)對發(fā)動機、被試液壓機械無級變速器、交流電力測功機和多擋升速箱進行控制?？刂葡到y(tǒng)控制發(fā)動機是通過油門控制器來接收工控機的油門控制指令，發(fā)動機油門大小的調(diào)節(jié)由控制油門執(zhí)行器完成。

3 結(jié)束語

本文首先提出了拖拉機液壓機械無級變速器試驗臺的具體設(shè)計方案，設(shè)計了變速器試驗臺的加載裝置、動力裝置、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；其次對拖拉機液壓機械無級變速器自動調(diào)速特性進行了試驗。液壓機械無級變速器具有連續(xù)無級的變速功能，試驗臺自動化程度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的二次利用。

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〔編輯：劉曉芳〕