基于液压机械变速器的研究
基于液压机械变速器的研究
1 绪论
1.1 本课题的意义
机械车辆工程在建设农田、作业农田、运输农业等农业生产领域用途十分广泛。随着农民生活水平的提高科学技术发展、和，液压机械变速器的使用更加普遍。而中国地大物博，可耕作地面积大，耕范围跨距很大，因此不同地区对液压机械变速器的性能有很高的要求。因国家辅助政策此液压机械变速器的工况非常复杂，出现的结果很多即使在同一个季节同一个地区不同作业要求对拖拉机工作条件都会产生很大的影响，。
变速器可以分为有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器顾名思义就是速度在有限个速度段内变动，速度从一个范围切换到另外一个范围的变化是不连续，并且需要通过不停的变化档位来实现。这必然给工作机构带来冲击、降低驾驶的舒适性并且增加操作的复杂性。无级变速器通常采用电子电路，液压系统等控制方式实现拖拉机速度连续变化。速度连续变化不仅增加了驾驶员的舒适性、提高了效率和燃油经济性。增加了拖拉机的寿命而且液压机械中拖拉机的变速传动系统对车辆性能的提高起着绝地作用[2。
而变速器是提高拖拉机操纵性能的关键零部件，它不仅决定着拖拉机的动力性和燃油经济性，增加舒适性，和提高驾驶效率的，采用先进的发动机技术、动力换挡技术逐步被用于拖拉机变速系统同时也决定了作业效率。为了提高拖拉机对外界负载的适应能力。
1.2 变速器分类
能解决转速连续变化或者能够实现在任何位置都能平稳运转的都能称之为变速器。根据实现方式的不同无级变速器可以分为：
1)电传动液压变速器：以电磁流为介质的传动，利用柔性介质传动有、交流电动机式和直流电动机式。
2)流体式液压变速器：，有液力电磁滑差式传动无级变速器和液压传动无级变速器。
3)摩擦式无级变速器：主从动件之间以摩擦的方式接触的摩擦传动。
1.3 各种类型机械变速器的优缺点
1.3.1 流体式液压机械变速器
流体式无级变速器主要分为液压传动无级变速器和液力传动无级变速器，下面分别介绍液力传动无级变速器和液压传动无级变速器工作性能。
常用的液力传动无级变速器由涡轮、泵轮、导轮三个主要部分组成。原动机带动泵轮旋转，对油液做功，机械能转变为油液的动能，具有一定动能的油液冲击涡轮叶片使液体动能转变为机械能，车轮与涡轮相联以驱动车辆前进。
液力传动机械变速器的优点：在无级变速的过程中，车辆加速均匀、柔和，提高了传动系零部件的寿命和乘坐舒适性。液力变矩器能适应行驶阻力的变化，自动地、连续地改变输出轴的转速和扭矩，也容易与电子系统结合构成自动变速器，大大简化了操纵复杂性，提高了安全性。液力变速器所具有的增矩作用，有利于提高液压机械车辆的爬坡能力和作业能力。
液力传动变速器的缺点：效率低，结构复杂，制造困难，成本高。
液压传动与液力传动同属流体传动范畴，其区别主要在于：液压传动主要依靠液体压能的变化来变换或传递能量。它是利用变量液压元件的容积变化工作，液压元件主要由液压泵和液压马达组成。液压泵将发动机输出功率变为工作油压并由控制元件将其输入液压马达。
液压传动无级变速器优点：单位质量输出功率大，容易获得较大的驱动力和力矩。惯性小，启动、制动迅速、运转平稳，易于实现自动控制和远距离操纵可以快速又无冲击的进行换向和变速。液压传动系统可以在运行过程中实现无级调速，，调速比甚至可达2000:1。液压传动系统操纵简单方便，调速方便且调速范围大。液压传动变速器缺点：但是它的效率明显低于纯机械传动，液压元件制造精度高。低成本、功率特别大的液压元件制造就非常困难。
1.3.2 电传动式机械变速器
电传动取消了机械传动中的传动机构，而是以电流输至电动机（通常为电动轮），以驱动汽车。其结构简单、尺寸小、重量轻巧、可制成大功率机电传动。
电传动式变速器优点：，以便于总体布线及装配，修较经济的转速运行得到恒功率特性。可无级变速启动，并且变速平稳。可按汽车行驶功率要求能将电动机转换为发电机实现迅速制动，提高行驶的安全性。动力装置和车轮之间无刚性链接，。
电传动式变速器缺点：电传动的主要缺点是价钱贵，它比机械传动高30%，自重大而且需要消耗大量的有色金属，因此适用于载重大的车辆。
1.3.3 摩擦式机械变速器
摩擦式是最简单且最容易实现有级变速这些形式的无级变速器有个共同的特点的一种传动方式，变速器的设计就是从摩擦式开始的。其中包括：滚轮盘平式、盘锥盘环式、元件中间式、。就是：通过主从动轮之间的摩擦力来传递扭功率矩和。
摩擦式变速器优点：简单机构，方便制造，简单操作钢球外锥式和钢球内锥等。
摩擦式变速器缺点：摩擦产生热能大，传递功率不大。
1.4 液压机械变速器工作特性
液压机械变速器(HMCVT)是一种新型的变速器。如图1.1所示， HMCVT由机械变速机构、泵-马达液压变速系统、将动力进行汇流和分流的行星齿轮机构、自动变速电子控制与驱动系统等部分构成。当机械变速机构传动比确定时，调节液压无级变速装置的传动比，能够使HMCVT传动比在一定范围内无级变化，从而使动力经分流、变速和汇流输出，实现大功率高效变速传动。
图1.1 液压机械变速器原理图
大功率工程机械和大功率拖拉机无级变速系统多采用液压机械无级变速器，与其他无级变速器相比，机械无级变速器具有以下特点：
1)液压机械传动可靠性较高，主要决定于液压元件的质量与工作性能；
2)液压机械传动适用于大功率传递；
3)由于采用小功率的液压元件，液压机械传动的功率密度最高；
4)液压机械传动中大部分功率是通过机械元件传递，液压分流部分只分担很少的一部分而且一般为容积调速，因此仍然可以获得较高的传动效率；
5)液压机械传动的调节方式可充分发挥液压调速容积的特点，即可用手动、手动伺服和伺服电液。对于变负荷的系统，可增加必要的控制调节器，实现恒功率的节能调节；
6)液压机械传动的不足之处是调速比太小了，否则严重影响传动效率。结构非常复杂，特别是将液压元件和差动机构组装成整体结构而不采用标准液压元件时，制造精度要求非常高。此外还要有一定的冷却设施。
1.5 液压机械变速器的国内外研究概况
1.5.1 国外研究概况
液压机械式传动的理论在20世纪初期就已经被提出，由于受到液压元件制造水平的限制，直到上个世纪六、七十年代才达到商品化，并开始在军车和重型汽车上应用，上世纪70年代美国Sandstrand公司为重型汽车生产的DMT-15、DMT-25系列变速器如图1.2所示。DMT-25采用了两段式的机械液压式传动方案，其能够根据负载自动调节传动比，变速操控为液压自动调速操控，其第一段传动方式仍为纯液压式传动。
图1.2 MDT-25式变速器的传动示意简图
图1.3为法国研制的Audi100汽车液压机械式连续无级变速器，其机械部分主要是由固定轴齿轮变速机构组成。它的特点是舍弃了低效率的初始纯液压阶段，没有零速输出，只有四个相衔接的液压机械段。这样需用离合器滑摩起步，具有较大的起步力矩。在工程车辆和大功率拖拉机方面，也有了大量的应用。
图1.3 Audi100汽车液压机械式连续无级变速器
日本小松制作所研制的HMST液压机械无级传动装置，于1982年由日本防卫厅第四研究所试验成功。日本小松公司还开发成功了适合于工程机械用的液压机械式无级传动装置。20世纪90年代以来国外主要拖拉机制造公司都相继推出了产品，如德国ZF公司的S-matic系列变速器在Steyr等公司的变速机械上的应用，Fendt公司推出了装备有HMT的Vario、Favorit系列变速机。
美国General Dynamics Land Systems公司相继研制了HMPT-100、HMPT-250和HMPT-500型的液压机械式无级传动装置，其中HMPT-500集变速转向为一体。美国陆军将其正式装备于M2和M3侦察车上，在试验和战斗中的使用效果良好，得到了广泛好评。为了装备更大吨位的履带车辆，该公司又在其基础上研制了HMPT-500-4EC、HMPT-1000、HMPT-1500等液压机械传动装置样机。从1977年研制成功到2003年，美国General Dynamics LandSystems公司和其授权公司英国David Brown Engineering公司共生产了11000余台HMPT-500系列液压机械传动装置装备了本国战车和出口，足见其使用之成功。
1 绪论
1.1 本课题的意义
机械车辆工程在建设农田、作业农田、运输农业等农业生产领域用途十分广泛。随着农民生活水平的提高科学技术发展、和，液压机械变速器的使用更加普遍。而中国地大物博，可耕作地面积大，耕范围跨距很大，因此不同地区对液压机械变速器的性能有很高的要求。因国家辅助政策此液压机械变速器的工况非常复杂，出现的结果很多即使在同一个季节同一个地区不同作业要求对拖拉机工作条件都会产生很大的影响，。
变速器可以分为有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器顾名思义就是速度在有限个速度段内变动，速度从一个范围切换到另外一个范围的变化是不连续，并且需要通过不停的变化档位来实现。这必然给工作机构带来冲击、降低驾驶的舒适性并且增加操作的复杂性。无级变速器通常采用电子电路，液压系统等控制方式实现拖拉机速度连续变化。速度连续变化不仅增加了驾驶员的舒适性、提高了效率和燃油经济性。增加了拖拉机的寿命而且液压机械中拖拉机的变速传动系统对车辆性能的提高起着绝地作用[2。
而变速器是提高拖拉机操纵性能的关键零部件，它不仅决定着拖拉机的动力性和燃油经济性，增加舒适性，和提高驾驶效率的，采用先进的发动机技术、动力换挡技术逐步被用于拖拉机变速系统同时也决定了作业效率。为了提高拖拉机对外界负载的适应能力。
1.2 变速器分类
能解决转速连续变化或者能够实现在任何位置都能平稳运转的都能称之为变速器。根据实现方式的不同无级变速器可以分为：
1)电传动液压变速器：以电磁流为介质的传动，利用柔性介质传动有、交流电动机式和直流电动机式。
2)流体式液压变速器：，有液力电磁滑差式传动无级变速器和液压传动无级变速器。
3)摩擦式无级变速器：主从动件之间以摩擦的方式接触的摩擦传动。
1.3 各种类型机械变速器的优缺点
1.3.1 流体式液压机械变速器
流体式无级变速器主要分为液压传动无级变速器和液力传动无级变速器，下面分别介绍液力传动无级变速器和液压传动无级变速器工作性能。
常用的液力传动无级变速器由涡轮、泵轮、导轮三个主要部分组成。原动机带动泵轮旋转，对油液做功，机械能转变为油液的动能，具有一定动能的油液冲击涡轮叶片使液体动能转变为机械能，车轮与涡轮相联以驱动车辆前进。
液力传动机械变速器的优点：在无级变速的过程中，车辆加速均匀、柔和，提高了传动系零部件的寿命和乘坐舒适性。液力变矩器能适应行驶阻力的变化，自动地、连续地改变输出轴的转速和扭矩，也容易与电子系统结合构成自动变速器，大大简化了操纵复杂性，提高了安全性。液力变速器所具有的增矩作用，有利于提高液压机械车辆的爬坡能力和作业能力。
液力传动变速器的缺点：效率低，结构复杂，制造困难，成本高。
液压传动与液力传动同属流体传动范畴，其区别主要在于：液压传动主要依靠液体压能的变化来变换或传递能量。它是利用变量液压元件的容积变化工作，液压元件主要由液压泵和液压马达组成。液压泵将发动机输出功率变为工作油压并由控制元件将其输入液压马达。
液压传动无级变速器优点：单位质量输出功率大，容易获得较大的驱动力和力矩。惯性小，启动、制动迅速、运转平稳，易于实现自动控制和远距离操纵可以快速又无冲击的进行换向和变速。液压传动系统可以在运行过程中实现无级调速，，调速比甚至可达2000:1。液压传动系统操纵简单方便，调速方便且调速范围大。液压传动变速器缺点：但是它的效率明显低于纯机械传动，液压元件制造精度高。低成本、功率特别大的液压元件制造就非常困难。
1.3.2 电传动式机械变速器
电传动取消了机械传动中的传动机构，而是以电流输至电动机（通常为电动轮），以驱动汽车。其结构简单、尺寸小、重量轻巧、可制成大功率机电传动。
电传动式变速器优点：，以便于总体布线及装配，修较经济的转速运行得到恒功率特性。可无级变速启动，并且变速平稳。可按汽车行驶功率要求能将电动机转换为发电机实现迅速制动，提高行驶的安全性。动力装置和车轮之间无刚性链接，。
电传动式变速器缺点：电传动的主要缺点是价钱贵，它比机械传动高30%，自重大而且需要消耗大量的有色金属，因此适用于载重大的车辆。
1.3.3 摩擦式机械变速器
摩擦式是最简单且最容易实现有级变速这些形式的无级变速器有个共同的特点的一种传动方式，变速器的设计就是从摩擦式开始的。其中包括：滚轮盘平式、盘锥盘环式、元件中间式、。就是：通过主从动轮之间的摩擦力来传递扭功率矩和。
摩擦式变速器优点：简单机构，方便制造，简单操作钢球外锥式和钢球内锥等。
摩擦式变速器缺点：摩擦产生热能大，传递功率不大。
1.4 液压机械变速器工作特性
液压机械变速器(HMCVT)是一种新型的变速器。如图1.1所示， HMCVT由机械变速机构、泵-马达液压变速系统、将动力进行汇流和分流的行星齿轮机构、自动变速电子控制与驱动系统等部分构成。当机械变速机构传动比确定时，调节液压无级变速装置的传动比，能够使HMCVT传动比在一定范围内无级变化，从而使动力经分流、变速和汇流输出，实现大功率高效变速传动。
图1.1 液压机械变速器原理图
大功率工程机械和大功率拖拉机无级变速系统多采用液压机械无级变速器，与其他无级变速器相比，机械无级变速器具有以下特点：
1)液压机械传动可靠性较高，主要决定于液压元件的质量与工作性能；
2)液压机械传动适用于大功率传递；
3)由于采用小功率的液压元件，液压机械传动的功率密度最高；
4)液压机械传动中大部分功率是通过机械元件传递，液压分流部分只分担很少的一部分而且一般为容积调速，因此仍然可以获得较高的传动效率；
5)液压机械传动的调节方式可充分发挥液压调速容积的特点，即可用手动、手动伺服和伺服电液。对于变负荷的系统，可增加必要的控制调节器，实现恒功率的节能调节；
6)液压机械传动的不足之处是调速比太小了，否则严重影响传动效率。结构非常复杂，特别是将液压元件和差动机构组装成整体结构而不采用标准液压元件时，制造精度要求非常高。此外还要有一定的冷却设施。
1.5 液压机械变速器的国内外研究概况
1.5.1 国外研究概况
液压机械式传动的理论在20世纪初期就已经被提出，由于受到液压元件制造水平的限制，直到上个世纪六、七十年代才达到商品化，并开始在军车和重型汽车上应用，上世纪70年代美国Sandstrand公司为重型汽车生产的DMT-15、DMT-25系列变速器如图1.2所示。DMT-25采用了两段式的机械液压式传动方案，其能够根据负载自动调节传动比，变速操控为液压自动调速操控，其第一段传动方式仍为纯液压式传动。
图1.2 MDT-25式变速器的传动示意简图
图1.3为法国研制的Audi100汽车液压机械式连续无级变速器，其机械部分主要是由固定轴齿轮变速机构组成。它的特点是舍弃了低效率的初始纯液压阶段，没有零速输出，只有四个相衔接的液压机械段。这样需用离合器滑摩起步，具有较大的起步力矩。在工程车辆和大功率拖拉机方面，也有了大量的应用。
图1.3 Audi100汽车液压机械式连续无级变速器
日本小松制作所研制的HMST液压机械无级传动装置，于1982年由日本防卫厅第四研究所试验成功。日本小松公司还开发成功了适合于工程机械用的液压机械式无级传动装置。20世纪90年代以来国外主要拖拉机制造公司都相继推出了产品，如德国ZF公司的S-matic系列变速器在Steyr等公司的变速机械上的应用，Fendt公司推出了装备有HMT的Vario、Favorit系列变速机。
美国General Dynamics Land Systems公司相继研制了HMPT-100、HMPT-250和HMPT-500型的液压机械式无级传动装置，其中HMPT-500集变速转向为一体。美国陆军将其正式装备于M2和M3侦察车上，在试验和战斗中的使用效果良好，得到了广泛好评。为了装备更大吨位的履带车辆，该公司又在其基础上研制了HMPT-500-4EC、HMPT-1000、HMPT-1500等液压机械传动装置样机。从1977年研制成功到2003年，美国General Dynamics LandSystems公司和其授权公司英国David Brown Engineering公司共生产了11000余台HMPT-500系列液压机械传动装置装备了本国战车和出口，足见其使用之成功。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/1886.html
