液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速箱在大功率拖拉機(jī)中的應(yīng)用研究

張偉超，鄭小雯，趙 振，肖茂華（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，南京 210031）

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液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速箱在大功率拖拉機(jī)中的應(yīng)用研究

張偉超，鄭小雯，趙 振，肖茂華
（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，南京 210031）

摘 要：闡述了液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的原理，并根據(jù)分、匯流形式進(jìn)行了分類；指出了液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的特點(diǎn)及發(fā)展優(yōu)勢(shì)；詳細(xì)分析了液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用情況，為液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的深入研究提供了借鑒資料。

關(guān)鍵詞：液壓機(jī)械；無(wú)級(jí)變速；應(yīng)用

1　液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)原理及分類

液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器（HMCVT）是基于17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理，與機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合的新型傳動(dòng)裝置。變速箱系統(tǒng)可分為兩部分，液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要由泵和馬達(dá)組成，機(jī)械系統(tǒng)主要由機(jī)械傳動(dòng)部分組成。功率流由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出后經(jīng)分流機(jī)構(gòu)分成兩路，一路經(jīng)液壓系統(tǒng)傳遞，另一路經(jīng)機(jī)械系統(tǒng)傳遞，最終通過(guò)匯流機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功率匯流，并向后傳動(dòng)部分輸出。HMCVT結(jié)合了液壓傳動(dòng)功率大、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速和機(jī)械傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)功率的有效利用。

由于液壓機(jī)械傳動(dòng)采用分流和匯流機(jī)構(gòu)，因此可根據(jù)功率分流與匯流的形式入手，將液壓機(jī)械傳動(dòng)方式進(jìn)行分類。分、匯流形式有定軸齒輪副和行星齒輪機(jī)構(gòu)兩種［1］。從加工工藝及成本來(lái)講，分流機(jī)構(gòu)以定軸式居多，匯流式以行星式居多。根據(jù)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的變量元件的不同可分為變量泵與定量馬達(dá)、定量泵與變量馬達(dá)、變量泵與變量馬達(dá)三種調(diào)速回路系統(tǒng)。

2　液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的特點(diǎn)

2.1傳動(dòng)功率大、效率高

液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)采用了機(jī)械傳動(dòng)部分傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)和液壓傳動(dòng)部分傳動(dòng)功率大的特點(diǎn)，結(jié)合了機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)規(guī)避了兩者的缺點(diǎn)，使得液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)傳動(dòng)功率大，傳動(dòng)效率高，相比于傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式傳動(dòng)功率增大了2倍，效率提高30%左右。

2.2可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)級(jí)變速

液壓裝置與機(jī)械裝置的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了機(jī)械有級(jí)變速基礎(chǔ)上的無(wú)級(jí)變速，使車輛運(yùn)行更加平穩(wěn)。液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)可采用改變變量泵排量的方式實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)變速，提高了工作效率，降低了駕駛員的駕駛強(qiáng)度。

3　應(yīng)用現(xiàn)狀分析

3.1國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)于液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的研究起于上世紀(jì)70年代，北京理工大學(xué)的研究最為深入，主要集中在坦克和履帶裝甲車輛等重型車輛的傳動(dòng)方向。魏超教授對(duì)HMCVT在換段過(guò)程中的沖擊因素進(jìn)行了研究，指出了匯流行星排三構(gòu)件的轉(zhuǎn)速在換段時(shí)刻有突變是形成沖擊的根本原因［2］。倪向東副教授對(duì)HMCVT的速比匹配進(jìn)行了研究，從而實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)在不同的工況模式下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的匹配。河南科技大學(xué)周志立教授研究了充油壓力和充油時(shí)間對(duì)變速器的換段品質(zhì)的影響。重慶大學(xué)孫冬野教授著重對(duì)變速箱的起步控制進(jìn)行了研究，制定了起步控制策略，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)很多高校都對(duì)液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的設(shè)計(jì)、控制、優(yōu)化進(jìn)行了深入的研究如：吉林大學(xué)、燕山大學(xué)、西安理工大學(xué)等。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)毛恩榮教授等則對(duì)機(jī)械式自動(dòng)變速器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)朱思洪教授研制了200馬力負(fù)載的HMCVT，并進(jìn)行了各類加載與自動(dòng)控制的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。這些研究促進(jìn)了我國(guó)HMCVT的研發(fā)和應(yīng)用。

3.2國(guó)外研究現(xiàn)狀

液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)原理提出于上世紀(jì)初，但由于液壓元件制造精度和控制技術(shù)水平的限制，直到上世紀(jì)六、七十年代才達(dá)到商品化，并開始在軍車和重型汽車上應(yīng)用。GE公司繼研制了HMPT-100和HMPT-250液壓機(jī)械分流傳動(dòng)后，上世紀(jì)70年代又研制了集變速轉(zhuǎn)向于一體的新式三段式液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)系列產(chǎn)品HMPT-400和HMPT-500等。德國(guó)RENK公司研制了用于汽車Andi100的HMCVT，Komatsu公司研制的HMST也為液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)裝置，于1982年由日本防衛(wèi)廳第四研究所試驗(yàn)成功。德國(guó)變速箱專業(yè)生產(chǎn)公司ZF也推出了先進(jìn)的S-Matic和Eccom系列HMCVT產(chǎn)品［3］。如圖1所示。

HMCVT在拖拉機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用始于上世紀(jì)90年代末，目前在國(guó)外已成功地應(yīng)用于多種大、中型拖拉機(jī)上。Deutz-Fahr公司的Agrotron系列拖拉機(jī)裝備了前進(jìn)和倒車各四段的HMCVT，可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比連續(xù)變化；Fendt公司的Vario和Favorit系列拖拉機(jī)裝備了由一個(gè)行星排、兩檔有級(jí)齒輪組和變量泵-變量馬達(dá)組成的HMCVT［4］；John-Deere公司、Caterpillar公司和Komatsu公司等也在其產(chǎn)品中應(yīng)用了HMCVT。

4　結(jié)論

本文介紹了液壓機(jī)械無(wú)級(jí)傳動(dòng)的工作原理以及分類，依據(jù)其傳動(dòng)功率大、傳遞效率高以及可實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的自動(dòng)無(wú)級(jí)變速的特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于工程車輛上。但是由于國(guó)內(nèi)對(duì)其研究的起步較晚，目前的研究還停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及自動(dòng)控制領(lǐng)域。而國(guó)外已經(jīng)著手于液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速車輛的起步以及換段品質(zhì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)上。因此，國(guó)家應(yīng)該重視在相關(guān)領(lǐng)域的研究，提高工程車輛作業(yè)的效率。

參考文獻(xiàn)：

［1］史俊龍.非道路車輛液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器設(shè)計(jì)及變量泵控制性能研究［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012（04）：6-7.

［2］劉修驥.車輛傳動(dòng)系統(tǒng)分析［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

項(xiàng)目來(lái)源：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)SRT計(jì)劃項(xiàng)目資助（1530A20）

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.232

作者簡(jiǎn)介：張偉超（1993-），男，河北邯鄲人，本科在讀，研究方向：材料成型及控制工程。