拖拉機(jī)自動變速箱技術(shù)及其發(fā)展趨勢

王志艷

摘 要：拖拉機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最常用的動力機(jī)械，隨著拖拉機(jī)可裝配農(nóng)機(jī)具的不斷增多，拖拉機(jī)所能實現(xiàn)的功能也越來越豐富，這對拖拉機(jī)的性能提出了更高的要求。隨著傳統(tǒng)的手動變速箱難以滿足現(xiàn)代化高效生產(chǎn)的要求，自動變速箱更多的應(yīng)用到了拖拉機(jī)領(lǐng)域，并顯著改善和優(yōu)化了拖拉機(jī)的動力性和操作便捷程度。

關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)；自動變速箱；技術(shù)；趨勢

中圖分類號：S219.07 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.054

拖拉機(jī)是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要動力機(jī)械，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的不斷發(fā)展，拖拉機(jī)在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用量和作業(yè)范圍越來越大，拖拉機(jī)通過懸掛或背負(fù)的方式能夠裝配多種農(nóng)機(jī)具進(jìn)行作業(yè)，同時還能承擔(dān)運(yùn)輸和牽引的任務(wù)，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的功能不可取代。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對拖拉機(jī)的功能要求越來越高，為優(yōu)化拖拉機(jī)的操作方式，提高拖拉機(jī)的作業(yè)性能，對于傳統(tǒng)的手動變速箱進(jìn)行改良與替代，已成為拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的必然趨勢，先進(jìn)的自動變速箱的引進(jìn)，有效提高了拖拉機(jī)的作業(yè)效率，也對拖拉機(jī)更多新功能的開發(fā)創(chuàng)造了可能。

1 拖拉機(jī)自動變速箱的特點

拖拉機(jī)與普通汽車相比，最大的不同就在于動力的使用方式，生產(chǎn)中的拖拉機(jī)對于動力的需求是低速和大牽引力，這樣能夠保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多種機(jī)具的使用要求。盡管汽車領(lǐng)域的自動變速箱的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是對于拖拉機(jī)而言，仍然不能對其進(jìn)行照搬。針對拖拉機(jī)作業(yè)更為復(fù)雜的情況和機(jī)具作業(yè)的行駛要求，拖拉機(jī)在自動換擋的策略上應(yīng)具備自身特點。

當(dāng)拖拉機(jī)在田間作業(yè)時，由于受到牽引力、外界阻力、輪胎與土壤之間的相互作用，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)工作參數(shù)不斷處于變化狀態(tài)，這與道路行駛具有很大差異。同時，當(dāng)拖拉機(jī)懸掛不同農(nóng)機(jī)具作業(yè)時，對于牽引力和行駛方式的要求也不相同，例如耕地作業(yè)，需要拖拉機(jī)提供持續(xù)及較大的牽引力，而對于播種作業(yè)所需的牽引力不大，低速平穩(wěn)行駛的要求很高。因此，利用現(xiàn)代化的電子、微機(jī)和智能控制等技術(shù)來使拖拉機(jī)的自動變速箱能夠勝任低速大牽引力的作業(yè)要求，同時還能滿足道路運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)要求，才能保證拖拉機(jī)的自動變速技術(shù)滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)要求。

2 拖拉機(jī)自動變速箱的類型

拖拉機(jī)的自動變速箱主要是為降低操作人員頻繁換擋的勞動負(fù)擔(dān)，通過制定的程序?qū)崿F(xiàn)不同情況下的自動變速。根據(jù)現(xiàn)階段使用的變速箱原理的不同，拖拉機(jī)使用的自動變速箱主要包括液力機(jī)械式變速箱、靜液壓式變速箱和液壓機(jī)械式變速箱三類。

2.1 液力機(jī)械式變速箱

液力機(jī)械式變速箱主要是利用液力變矩器或液力偶合器與機(jī)械式變速箱進(jìn)行串聯(lián)的自動變速箱形式，這種結(jié)構(gòu)能保證拖拉機(jī)起步平穩(wěn)，有效防止傳動系統(tǒng)過載。液力機(jī)械式變速箱能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機(jī)在單獨的機(jī)械排擋內(nèi)的無級變速要求，但液力變矩器本身的傳動效率比較低，而液力偶合器在發(fā)動機(jī)正常功率下能發(fā)揮較高的效率，但在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時效率仍較低，這不利于拖拉機(jī)耕整地或播種作業(yè)等慢速作業(yè)的效率要求，導(dǎo)致液力機(jī)械式變速箱在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中所占比例不高。

2.2 靜液壓式變速箱

靜液壓式變速箱主要采用了液壓傳動裝置與機(jī)械式變速箱串聯(lián)的組合形式 ，發(fā)動機(jī)的輸出功率主要通過液壓傳動裝置進(jìn)行控制。液壓傳動裝置多采用變量泵和變量馬達(dá)為主要工作部件，能夠有效實現(xiàn)更大的變速范圍，并提高拖拉機(jī)的傳動效率。靜液壓式變速箱具有無級變速的特點，使用過程變速平穩(wěn)、無明顯沖擊載荷，且通過先進(jìn)的電子化控制，有效減輕了操作者的勞動負(fù)擔(dān)。靜液壓式變速箱也存在傳動效率低的缺點，與傳統(tǒng)的機(jī)械式變速箱相比，傳動效率約低15%左右，由于傳動效率的不足，靜液壓式變速箱更多的應(yīng)用于中小型拖拉機(jī)使用，大馬力拖拉機(jī)使用較少。

2.3 液壓機(jī)械式變速箱

液壓機(jī)械式變速箱采用了液壓傳動裝置與機(jī)械式變速箱并聯(lián)的方式進(jìn)行傳動，由于使用了差動機(jī)構(gòu)將發(fā)動機(jī)功率進(jìn)行合流或分流，使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力不必全部通過液壓傳動裝置，且具備將液壓傳動關(guān)閉實現(xiàn)純機(jī)械傳動的功能。由于技術(shù)上的優(yōu)勢，液壓機(jī)械式變速箱具備較高的機(jī)械傳動效率，且有利于實現(xiàn)拖拉機(jī)的平穩(wěn)起步和勻速行駛，再通過與電子控制系統(tǒng)的結(jié)合，更有利于適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境和農(nóng)藝要求，適應(yīng)負(fù)載變化的要求，顯著提高了拖拉機(jī)的自動化程度及作業(yè)效率，是現(xiàn)階段使用最多的自動變速箱。

3 拖拉機(jī)自動變速技術(shù)發(fā)展趨勢

盡管現(xiàn)階段的拖拉機(jī)自動變速箱在技術(shù)上取得了一定的成績，但相對于技術(shù)成熟的要求而言，仍存在一定的距離，仍需根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)要求進(jìn)行優(yōu)化。自動變速箱的發(fā)展應(yīng)重視以下幾個方面：

一是重視與高新技術(shù)的緊密結(jié)合，嘗試與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動檢測技術(shù)和先進(jìn)控制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，通過先進(jìn)的電子技術(shù)及可控制元件來突破機(jī)械結(jié)構(gòu)難以解決的困難，并提升自動變速箱的科技含量。

二是為滿足田間作業(yè)的功能需求，應(yīng)適當(dāng)增加自動變速箱的擋位數(shù)，這不僅能夠提升拖拉機(jī)作業(yè)的平順程度，還能顯著降低燃油消耗，在田間作業(yè)時能保證拖拉機(jī)有更廣的速比分配模式。

三是實現(xiàn)工作模式的分類選擇，除正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)外，為提高拖拉機(jī)在運(yùn)輸作業(yè)的生產(chǎn)率和燃油經(jīng)濟(jì)性，可根據(jù)需求增加運(yùn)輸擋。為提高拖拉機(jī)的開溝、爬坡等低速作業(yè)項目，可增加專用的爬行擋。工作模式的增加顯著減低了拖拉機(jī)自動換擋的復(fù)雜性，增加了拖拉機(jī)的工作適應(yīng)能力。