雙模式液壓機械傳動工作特性分析

摘 要：液壓機械傳動是比較理想的無級變速傳動，它不僅能夠實現可控的無級調速，并且還能夠改善發動機功率的利用率，同時還具有傳動平穩以及康急性強的特點，故此在工程機械當中有著比較廣泛的應用前景。液壓機械的無級傳動它集合了機械傳動以及液壓傳動的諸多優點，是當前工程機械和軍用履帶車輛這些無級變速器傳動的最為合適的選擇。本文主要就雙模式的液壓機械傳動工作的特性以及相關的問題進行詳細的分析探究，希望能夠通過此次的研究對實際起到一定的指導作用。

關鍵詞：雙模式；液壓機械傳動；工作特性

中圖分類號：S219 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-02

在當前的車輛動力系統為了能夠對發動機的功率進行充分的利用，從而對能源起到節約的目的最為有效的方式就是從傳統的有級傳動發展成無級傳動，當前所普遍采用的就是液力變矩器和閉鎖裝置以及自動換擋機構等等，這些方面的發展也都是對有級傳動自身的缺陷的彌補。雙模式的分流形式在很大程度上解決了由于液壓元件的轉速限制所造成的液壓機械傳動性能不能得到充分發揮的局限。

一、雙模式液壓機械傳動的組成和原理分析

液壓機械無級傳動是屬于雙流傳動，這主要是針對于單功率傳動來說的，雙模式分流形式能夠和液壓儲能元件有效的得到統一，從而形成傳動的形式，這也是在今后液壓機械混合動力傳動的新趨勢。復合無級傳動按照輸出轉速的方式的不同能夠分為等比式復合無級傳動和等差式復合無級傳動，在匯流的機構都含有一個正向匯流行星排以及反向匯流行星排所組成的雙向匯流行星排組，在這一排組當中有四個輸出和輸入軸，在正向的匯流行星排工作時，系統的輸出轉速就會隨著無級變速單元輸出轉速的增大而增大，這一過程就被稱為是正相位工況，反之則成為是反向位工況，但不管是哪一種，在換段機構傳動比一定的時候，都成為“段”在雙模式液壓機械傳動的組成方面如圖所示，在實際的工作原理方面主要是制動器B1以及離合器C1分離，系統是分速匯矩式的液壓機械傳動模式。在這一傳動的模式中，行星排K1是在差速的作用下來實現功率的分流的，而行星排K2只是提供固定的船東比作用，這一模式是單一功率分流，也就是說其發動機所發出的功率在行星排K1行星輪處就分成了機械功率以及液壓功率兩路，它們分別是通過機械路以及液壓路進行的傳遞，而在匯流軸這一地方繼續擰合流共同的驅車車輛，在車速超過了最大的值時，就可以松開制動器B1，并結合離合器C1，而系統工作在這一模式之下被分為符合分流的模式，也就是模式2，它就具有了比較復雜的功率流。

如果是各段的輸出轉速的變化范圍不斷的增大時，就是等比式，具體的表述就是在動力源的輸入功率經過分流機構的時候就分成了齒輪傳動機構以及無級變速單元，在這兩個部分到了匯流的機構的時候經形成了雙向匯流行星排組，然后就是經過了換段機構雙向匯流行星排組依次不跳段的實施從低到高以及從高到低的段位往復變化，交替選擇正反向匯流行星排輸出軸a1以及反向匯流行星排輸出軸b1，這樣就能夠使得匯流輸出轉速連續的發生變化。

二、雙模式液壓機械傳動的速比特性及功率特性分析

首先就是平穩的換段條件，在車輛由靜態開始起步發動機啟動的過程，液壓元件在一排的量為零，這時候行星排上作用轉矩也是為零，而發動機的輸出軸負載也是為零，也就是和離合器的作用是一樣的，在發動機達到了最低的穩定轉速的時候，這時候的液壓元件一排D1就會從零開始慢慢的變大，進而液壓元件2保持最大的排量。而在元件1達到了最大排量時為能夠使得車輛繼續的進行加速，這時候就需要對液壓元件2的排量進行減小，實現速比繼續的增加，在工作的模式上也是通過工況進行決定，如果是想要實現平穩的換擋那么就需要主動件和被動件的相對轉速為零才可以，在這一情況下才能夠使得工作的能力得到充分的發揮。

在具有了復合分流以及分速匯矩的分流特性基礎上雙模式系統就有著比較復雜的功率流形式，為能夠使得系統的調速區間的功率狀態得以清晰的顯現，如圖1所示。

根據圖表中的模式1的工作狀況可以看出，功率的流狀是呈現出分流的狀態，而模式2就有著兩種狀態，是液壓路以及機械路的功率循環，從前面的可以看出是內部的循環，后面的則不是系統的循環，這兩者的輸出功率合流共同的驅動車輛。根據模式1的功率比特性的分析可以得知，它的液壓功率是隨著速比的變化而呈現出線性的關系的，在起步的液壓功率方面可以達到百分百，另一模式則是呈現出非線性的關系，并且是車輛在常運行的工況下功率比的值都比較小，所以就能夠看出這一系統有著五級傳動性能的同時還有著高傳動的效率。

三、雙模式液壓機械傳動機構動態工作特性分析

對于雙模式液壓機械無級傳動動態工作特性的研究主要有段內調速過程以及換段過程的動態特性研究。在液壓流傳動機構的排量控制電流信號相應特性在液壓機械無級傳動速比調節的過程中非常的重要，在變排量液壓單元排量控制的機構模型當中，由于伺服閥以及電液壓力控制先導閥本身的結構特點，排量控制機構存在死區和遲滯；節流孔SP對排量控制機構的響應特性也有很大影響[5]。節流孔的直徑減小那么排量的控制機構的響應時間就會愈大，同時節流孔的直徑對斜盤位置的穩定值也有著很大的影響，當在相同的控制電流的作用之下，阻尼孔減小的時候謝攀位置的穩定值也會隨之而減少，在液壓機械無級傳動要求構件在液壓元件的允許條件下，要能夠最大化的減小響應的時間。所以電動跑量控制機構就會存在著比較明顯的死區以及遲滯的效應，在死區以及遲滯效應就會給液壓機械無級傳動的速比調節帶來困難，控制器在段內調控制策略中也要能顧充分的考慮兩種效應所帶來的被控元件性能，盡可能的減小死區以及遲滯，而最有效的方法就是采取階躍控制電流的方法，在換段過程中排量控制電流的改變適當提前，能夠有效消除遲滯效應.

對換段過程中液壓功率流進行分析，泵與馬達是通過兩條主油路得以連接的，從而進行傳遞功率，在低壓定壓閥以及補油泵這兩個內容為系統補油，高壓溢流閥的主要作用是針對于過載保護的，從而有效的防止高壓造成的機件損壞，而在多流的傳動由于功率的傳遞路線不同，那么也不是按照單一的路線進行的傳遞，一般都是對每個工況進行的分析，在實際的判斷過程中要遵循一定的原則，就是在構件的受力端點方面倘若是轉矩方向以及與回轉的速度方向是等同的，那么乘積功率就是正，反之則為負。

由于發動機是較為復雜的一個系統，在工作的過程上也是比較的復雜，所以不宜采用簡單的數學式來進行描述，建立動態模型有著一定的難度，當前最為常用的就是利用發動機的穩態實驗數據，以此來構造發動機穩態輸出轉矩和油門開度以及發動機轉速間關系的數表，這樣就能夠對發動機在整個工作范圍內的所有特性進行描述，并且在使用精度方面也較高。

發動機穩態工況就是發動機運行參數都處在穩定狀態時候的工況，例如發動機轉速以及節氣門開度等，在這些參數間的關系特性曲線就是穩態特性曲線，用數學表達式就是穩態模型。不管是發動機的外特性曲線抑或是速度特性曲線，都是發動機有門開度α以及發動機轉速ne的函數，表達式就是Te=f（α，ne）在一定的油門開度之下，發動機所輸出的轉矩Te會隨著發動機的轉速呈現出拋物線狀，所以這就可以通過三次樣條插值的方法，在試驗臺上獲得的發動機穩態實驗數據，來構造關于發動機油門開度以及轉速穩態轉矩輸出數值模型。當汽車在行駛的過程中，在負載不穩定以及發動機轉速和油門開度等參數發生了變化的時候，汽車的發動機在大部分的實踐都會處在不穩態工況下工作。根據相關的研究可以看出，在非穩態工況發動機的輸出特性和穩態工況下發動機特性是不同的可以根據相關的表達式進行表示：

在這一表達式中的Ted是在非穩態的工況下發動機輸出的轉矩；Te是在穩定的工況下發動機輸出的轉矩；α是發動機油門開度；ne是發動機輸出的轉速；s是拉什變換因子；kr是動態特性的擬合系數。通過以上的相關討論就能夠對其仿真模型進行建立。

四、結束語

總而言之，根據理論可以看到，在機械單元的不同輸入出組合和液壓單元的前后位置的不同，液壓機械組合單元有十二種結構。本文對行星排特性的參數以及變量和定量比進行了分析，在未來的研究中還需要對液壓機械無級變速傳動的船東規律要能夠做出更加深入的探究，怎樣將各階段的模型組合成系統的模型使其更接近真實的變速器是一個重要的研究內容。

參考文獻：

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[作者簡介]趙喜磊（1986-），男，河南鄭州人，碩士，助理工程師。