液壓機械無級變速箱在大功率拖拉機中的應用研究

張偉超，鄭小雯，趙 振，肖茂華（南京農業大學工學院，南京 210031）

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液壓機械無級變速箱在大功率拖拉機中的應用研究

張偉超，鄭小雯，趙 振，肖茂華
（南京農業大學工學院，南京 210031）

摘 要：闡述了液壓機械無級傳動的原理，并根據分、匯流形式進行了分類；指出了液壓機械無級傳動的特點及發展優勢；詳細分析了液壓機械無級傳動的國內外研究現狀以及應用情況，為液壓機械無級傳動的深入研究提供了借鑒資料。

關鍵詞：液壓機械；無級變速；應用

1　液壓機械無級傳動原理及分類

液壓機械無級變速器（HMCVT）是基于17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理，與機械傳動相結合的新型傳動裝置。變速箱系統可分為兩部分，液壓系統和機械系統。液壓系統主要由泵和馬達組成，機械系統主要由機械傳動部分組成。功率流由發動機輸出后經分流機構分成兩路，一路經液壓系統傳遞，另一路經機械系統傳遞，最終通過匯流機構實現功率匯流，并向后傳動部分輸出。HMCVT結合了液壓傳動功率大、可實現無級變速和機械傳動效率高的優點實現了發動機功率的有效利用。

由于液壓機械傳動采用分流和匯流機構，因此可根據功率分流與匯流的形式入手，將液壓機械傳動方式進行分類。分、匯流形式有定軸齒輪副和行星齒輪機構兩種［1］。從加工工藝及成本來講，分流機構以定軸式居多，匯流式以行星式居多。根據液壓傳動系統的變量元件的不同可分為變量泵與定量馬達、定量泵與變量馬達、變量泵與變量馬達三種調速回路系統。

2　液壓機械無級傳動的特點

2.1傳動功率大、效率高

液壓機械無級傳動系統采用了機械傳動部分傳動效率高的優點和液壓傳動部分傳動功率大的特點，結合了機械傳動和液壓傳動的優點，同時規避了兩者的缺點，使得液壓機械無級傳動傳動功率大，傳動效率高，相比于傳統的機械傳動方式傳動功率增大了2倍，效率提高30%左右。

2.2可實現自動無級變速

液壓裝置與機械裝置的結合實現了機械有級變速基礎上的無級變速，使車輛運行更加平穩。液壓機械無級傳動系統可采用改變變量泵排量的方式實現車輛的自動變速，提高了工作效率，降低了駕駛員的駕駛強度。

3　應用現狀分析

3.1國內應用現狀

國內對于液壓機械無級傳動的研究起于上世紀70年代，北京理工大學的研究最為深入，主要集中在坦克和履帶裝甲車輛等重型車輛的傳動方向。魏超教授對HMCVT在換段過程中的沖擊因素進行了研究，指出了匯流行星排三構件的轉速在換段時刻有突變是形成沖擊的根本原因［2］。倪向東副教授對HMCVT的速比匹配進行了研究，從而實現了拖拉機在不同的工況模式下發動機轉速轉矩的匹配。河南科技大學周志立教授研究了充油壓力和充油時間對變速器的換段品質的影響。重慶大學孫冬野教授著重對變速箱的起步控制進行了研究，制定了起步控制策略，并進行了仿真驗證。國內很多高校都對液壓機械無級變速器的設計、控制、優化進行了深入的研究如：吉林大學、燕山大學、西安理工大學等。中國農業大學毛恩榮教授等則對機械式自動變速器進行了實驗研究；南京農業大學朱思洪教授研制了200馬力負載的HMCVT，并進行了各類加載與自動控制的基礎性實驗。這些研究促進了我國HMCVT的研發和應用。

3.2國外研究現狀

液壓機械無級變速傳動原理提出于上世紀初，但由于液壓元件制造精度和控制技術水平的限制，直到上世紀六、七十年代才達到商品化，并開始在軍車和重型汽車上應用。GE公司繼研制了HMPT-100和HMPT-250液壓機械分流傳動后，上世紀70年代又研制了集變速轉向于一體的新式三段式液壓機械無級傳動系列產品HMPT-400和HMPT-500等。德國RENK公司研制了用于汽車Andi100的HMCVT，Komatsu公司研制的HMST也為液壓機械無級傳動裝置，于1982年由日本防衛廳第四研究所試驗成功。德國變速箱專業生產公司ZF也推出了先進的S-Matic和Eccom系列HMCVT產品［3］。如圖1所示。

HMCVT在拖拉機上的實際應用始于上世紀90年代末，目前在國外已成功地應用于多種大、中型拖拉機上。Deutz-Fahr公司的Agrotron系列拖拉機裝備了前進和倒車各四段的HMCVT，可實現傳動比連續變化；Fendt公司的Vario和Favorit系列拖拉機裝備了由一個行星排、兩檔有級齒輪組和變量泵-變量馬達組成的HMCVT［4］；John-Deere公司、Caterpillar公司和Komatsu公司等也在其產品中應用了HMCVT。

4　結論

本文介紹了液壓機械無級傳動的工作原理以及分類，依據其傳動功率大、傳遞效率高以及可實現一定范圍內的自動無級變速的特點，現在已經開始廣泛應用于工程車輛上。但是由于國內對其研究的起步較晚，目前的研究還停留在結構設計以及自動控制領域。而國外已經著手于液壓機械無級變速車輛的起步以及換段品質的優化設計上。因此，國家應該重視在相關領域的研究，提高工程車輛作業的效率。

參考文獻：

［1］史俊龍.非道路車輛液壓機械無級變速器設計及變量泵控制性能研究［J］.南京農業大學，2012（04）：6-7.

［2］劉修驥.車輛傳動系統分析［M］.北京：國防工業出版社，1998.

項目來源：南京農業大學SRT計劃項目資助（1530A20）

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

作者簡介：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。