1、1液压机械无级变速器的设计管窥【摘要】液压机械无级变速器将液压传动和机械传动相结合，利用两者的优势实现车辆高动力，低成本和自动操作的目的。本文通过对液压机械无级变速器的种类、工作原理和特点进行分析，提出了液压机械无级变速器的设计方案，以求利用液压机械无级变速器的相关参数设计，提高非机动车辆的能量利用率，减少能量的消耗，提高车辆的工作效率。【关键词】无级变速器；液压传动；机械传动 随着车辆技术的逐步发展，人们对车辆的要求也越来越高，拖拉机、农用机械、工程机械等功率大、作业环境复杂和车辆需要具备良好的地面适应性，高效的生产率和动力，少量的能源消耗量以及自动化的操作环境。采用高效的无级变速器是提升非
2、机动车辆工作性能的重要因素。利用液压机械无级变速器替代多档有级齿轮变速器是非机动车辆动力的发展趋势。 1. 液压机械无级变速器的介绍 1.1 液压机械无级变速器的产生背景 拖拉机、农用机械、工程机械等在农业、建筑业和土木工程中应用广泛，并逐渐扩展到社会建设的各个领域中。这些车辆的产生和技术发展为提高社会建设的效率和质量、减轻劳动者的负累、减少工作时间和2工程成本等方面提供了十分重要的条件。在恶劣的工作环境下，这些非机动车辆往往因为动力不足或动力点不佳而导致能源浪费。传动系统是提高车辆的动力、工作效率和节能性的主要影响因素。高效的传动系统能够促使车辆的整体性能得到大幅提升。 随着社会的发展进步，
3、车辆传动系统的研究越来越广泛，越来越深入。非机动车辆的工作环境和外界负载对传动系统提出了更高的要求。工程车辆的传动系统主要包含液压传动和机械传动两种。液压传动的稳定性能较好，速度快，控制准确，可随意变速。但是外界负载使得液压系统的泄漏较为严重，影响了传动效率，增加了能源消耗。工程车辆需要不断适应外界负载的变化，因此，越来越多的车辆开始使用液压机械传动系统，但是当前的液压机械传动系统的工作效率较低。甚至当出现瞬间大负载时，液压机械传动系统的工作效率转变为零，导致能源的巨大浪费。此时的能源转化为热能，使得液压油温度不断上升，从而使传动系统零部件的工作环境不断恶化，经常发生机械故障。由于工程车辆主要
4、用于土木工程或建筑工程，其工作条件相对恶劣复杂，工程车辆所需要的转速和转矩需要与发动机提供的转速和转矩相区别，也就需要利用传动系统的传动比使发动机在最佳动力点上工作，使传动系统能够适应外界负载的变化。工程车辆和农用车辆等需要通过调整发动机和传动系统之间的匹配度适时调节工作状况，以使发动机处于最佳工作状态。液压机械无级变速器能够使车辆保持较高的工作效率和良好的工作性能。1.2 液压机械无级变速器的分类和特点 3无级变速器的种类有很多，一般分为机械式、电动式和流体式三种。由于无级变速器能够输出不断变化的转速，使得车辆的发动机与传动系统进行最佳的匹配，提高了车辆的动力，简化了操作步骤，减轻了驾驶员的
5、工作轻度，提升了车辆的安全性和经济性，还改善了车辆的排放系统，因此，无级变速器被视为车辆自动变速领域的一个重要组成部分。 1.2.1 机械式无级变速器。机械式无级变速传动器根据传动方式的不同，可以分为两类，即带传动式和牵引传动式。带传动式主要依靠带或链与带轮的摩擦力传递动力，并依靠输入和输出的作用半径改变输出转速。带传动式又分为胶带式无级变速器、金属式无级变速器和链式无级变速器。胶带式无级变速器的带子承受的压力过重，带子的磨损严重，高速传动时的带子的支撑不连续，带子的使用效率很低。当前的无级变速器主要是金属制的带式或链式无级变速器。金属类的无级变速器具有较好的工作性能，使用寿命长，传动范围大，
6、因此在汽车领域得到广泛应用。但是由于金属带式无级变速器的表面极易受到摩擦，工作表面的压力大小不均衡，所以单路传递速率较低，无法适应大功率的工程车辆和农用车辆的传送压力，所以在工程车辆和农用车辆范围内很少使用。牵引式无级传动器能够依靠刚性转动体相接触产生摩擦形成传送力。它利用特殊粘性液体的高强度剪切力在输入圆环面之间传递动力。当圆环面沿着轴向进行移动时，两个环面之间的的辊子沿曲面进行滑动，通过不断变换与转动轴之间的夹角，实现传动比的连环变化。刚体之间巨大的接触压力需要转动体面具备较高的精度和刚度，并使用专用的润滑油。但是由于其工作寿命较低，安全性能不高，所以工程车辆和农用车辆都4很少使用这种传动
7、装置。 1.2.2 电动式的无级变速器。它主要由发电机、控制系统和牵引电动机构成，电动式的无级变速器传动的范围较大，容易控制，效率也较高，因此在工程车辆中具有一定的适用范围。但那时由于该种机械的质量大，成本高，控制系统较为复杂，所以，只有在矿用的自卸车、铲运机械和轮式装载机才较为广泛的使用。 1.2.3 流体式无级变速器。它主要是液力无级变速器和液压无级变速器两种，液力无级变速器依靠液压油的动能实现能量传递，其离合器、转速、转矩能够进行无级连续变化，使得车辆的起步稳健，速度较快，具备较好的减震性能，能够适应外界负载的变化。但是其成本高，结构复杂，工作效率较低。液压无级变速器以液压油的压力进行能
8、量传递，依靠液压变量泵的容积进行工作。其结构较为简单、质量轻、体积小、传动平稳，能够进行过载保护，传动范围广，容易控制，所以在工程车辆的领域内得到广泛使用。在液压传动系统中存在着传动效率低，工作精度低的状况，所以液压液压无级变速器具有十分广阔的发展空间。 2. 液压机械无级变速器设计方案 2.1 传动方案设计 液压机械无级变速器的传动原理主要依靠离合器、液压变量泵和定量马达组成的液压传动系统与行星排构成的机械传动系统组成。发动机输出的功率一路是机械功率流，通过离合器传给行星排的行星架。另一路是经过传动齿轮，通过液压传动系统传给行星排齿圈。两路功率流经过差动轮合成后由行星排的太阳轮输出，最后经齿
9、轮传动输出。离合器5均闭合时，发动机的功率流全部经过液压传动输出，随着液压变量泵与定量马达排量由 0 变为 1 时，传动系输出转速逐渐增大。当离合器一个闭合一个打开时，机械功率流和液压功率流经过行星排合后输出。随着排量比逐渐由+1 变为-1 时，输出转速就在一定的范围内连续无级变化。当电液伺服阀控制液压变量泵的斜盘倾角时，定量马达的转速为 0，此时发动机的功率全部由机械部分传递，实现传递效率的最优化。 2.2 液压泵和马达的选择 液压机械无级变速器需要液压泵的最大排量和马达的排量相等。起步阶段的纯液压传动、定量马达排量需要满足 q? 其中， 表示拖拉机的驱动力，N； 表示作用于马达上的压力，M
10、Pa； 表示马达的机械效率； 表示马达轴到变速箱输出轴的传动效率； 表示变速箱输出轴到驱动轮的传动效率； 表示马达轴到变速箱输出油的减速比； 表示变速箱输出轴到驱动轮处的减速比。 变量泵的参数选择应当保证变量泵与发动机的能量相匹配，保证变量泵的吸收转矩等于发动机的最佳输出转矩。 3. 结语 液压机械无级变速器的传动范围广，功率大，传动平稳，体积小，重量轻，能够适应多种复杂环境，且较少消耗能量，实现了工作效率的6最优化。液压传动与机械传动相结合，实现了工程车辆和农用车辆的无级变速，能够使车辆发动机处于最佳动力电和最大功率点，时得传送速率较少受到负载的影响，提高了车辆的工作效率。 【参考文献】 1徐立友,周志立,彭巧励,王彬彬.多段式液压机械无级变速器方案设计与特性分析 J.中国机械工程,2012,21(01):213-215. 2孙迎春.拖拉机液压机械无级变速器特性研究J.农业与技术,2013,10(02):155-157. 3林?鹏.探讨拖拉机液压机械无级变速器的设计理念J.中国机械,2014,2(01):145-147.
