輕型履帶拖拉機內分流式液壓機械雙流傳動系統分析

劉 敏

（山西鐵道職業技術學院，太原 030013）

隨著國內農業機械化水平與農業技術現代化的持續發展，輕型履帶拖拉機的市場需求不斷提升。因此，研究輕型履帶拖拉機內分流式液壓機械雙流傳動系統具有重要意義。

1 輕型履帶拖拉機內分流式液壓機械雙流傳動系統設計

1.1 選用分動器

輕型履帶拖拉機的液壓系統需要具有較強的抗沖擊力和較高的工作壓力，可以無極調速。綜合比較國內現有的容積泵，葉片泵具有制造成本低、壽命長、流量脈動小、工作壓力高以及穩定性好的特點，可以選為內分流液壓機械雙流傳動系統的分動器。葉片泵有雙作用式和單作用式之分。其中，雙作用式的葉片泵不可調節排量，單作用式的葉片泵可以調節排量。為有效實現分動器的無極調速，內分流液壓機械雙流傳動系統的馬達與泵必須有一個是變排量。若采用變排量會極大增加分動器的復雜性，會出現運轉不穩定、油液泄露等隱患。葉片泵的雙作用式能夠有效解決動平衡問題，因此在分動器的選用上傾向于葉片泵的雙作用式。使用可變排量單作用式葉片泵作為內分流液壓機械雙流傳動系統的液壓馬達，可充分借助葉片泵高壓高速性能好、使用壽命長，無流量脈動以及噪聲低的特點實現無級調速[1]。

1.2 確定密封

輕型履帶拖拉機需要具有較高的密封性能、耐久性、耐寒性、耐熱性和低泄漏性，因此通常會采用機械密封方式。在長期的高速轉動條件下，機械密封能夠始終保持穩定性能，具有磨損量小、泄漏量小、維修周期較長以及對

液壓機械雙流傳動系統旋轉軸的偏擺與震動不敏感等特點。但是，由于它的結構較為復雜，需要滿足較高的加工技術要求，安裝不夠簡便。機械密封是旋轉軸運動密封，主要靠垂直于軸的補償機構彈力與流體壓力作用保持密封效果，進而防止油液泄漏。

1.3 計算分動器排量

在設計系統的傳動方案時，應確定功率輸入點、油路匯流點、油液分流點、液壓功率與機械功率的輸出匯流點。某輕型履帶拖拉機的參數設置，如表1所示。在啟動前，設備主要依靠純液壓傳動作為傳動系統，通過分動器將輸出功率轉化為液壓能。將發動機輸出功率、發動機輸出轉速、發動機輸出轉矩、系統工作壓力帶入相應的計算公式，可以得出發動機的分動器排量，進而可以選擇相應的機器型號，以滿足相應的要求。

表1 某輕型履帶拖拉機的參數設置

2 輕型履帶拖拉機內分流式液壓機械雙流傳動系統元件功能

2.1 分動器

輕型履帶拖拉機的內分流液壓機械雙流傳動系統的無級變速器主要借助設備轉換分流輸入功率，將輸入功率分為機械功率與液壓功率，再將兩者匯流輸出。分動器作為換能裝置，能夠將輸入的機械功率輸出為液壓功率。某輕型履帶拖拉機使用雙凸輪葉片泵作為分動器，其功率輸入端連接輸出軸，通過分動器轉換為機械液壓功率。同時，主動件與從動件具有轉速差，可以引發容積變化的排油，導致腔內油壓出現作用力。分動器會對外分流液壓功率，而從動件會對外輸出機械功率。最后，機械功率與液壓功率通過分動器的輸出軸匯流輸出[2]。

2.2 液壓馬達

輕型履帶拖拉機的內分流液壓機械雙流傳動系統的馬達容積腔利用排量控制腔控制容積量，借助轉子與定子軸間距控制容積腔的體積。排量控制腔的油壓、復位彈簧剛度可以改變轉子與定子的軸間距，進而實現無級調節馬達排量。假定輕型履帶拖拉機的工作壓力、馬達流量不變，軸間距變動會引發馬達排量變動，削弱輸出轉子的軸轉速，提升輸出轉子的軸轉矩；反之，則減小馬達輸出轉子的軸轉矩，提升馬達輸出轉速。同時，受機械效率、馬達容積的影響，拖拉機的靜液壓輸入功率要始終大于馬達輸出功率。因此，借助對馬達軸間距的有效控制，能夠在一定程度上實現無級變速，進而滿足相應的負載要求。

2.3 蓄能器與超越離合器

輕型履帶拖拉機的內分流壓機械雙流傳動系統的液壓儲能元件為蓄能器。在靜液壓容積傳動裝置的實際應用過程中，系統油路往往會出現流量波動和壓力波動情況，因此需要借助蓄能器吸收油路內的流量以及部分壓力，進而抑制能量波動與壓力波動，保障系統正常運轉。

內分流液壓機械雙流傳動系統的傳動裝置為超越離合器。系統的輸出齒輪與馬達轉子軸會借助超越離合器進行聯接，若輸出齒輪的轉速小于馬達轉子轉速，馬達轉子軸的功率會通過超越離合器輸入輸出齒輪；若輸出齒輪的轉速大于馬達轉子，軸轉速的系統會中斷傳動。上述連接方式能夠有效避免液壓馬達旋轉被輸出齒輪反拖，導致功率循環出現負面影響，從而更好地保障液壓機械雙流傳動系統能夠正常運轉[3]。

3 輕型履帶拖拉機內分流式液壓機械雙流傳動系統傳動效率

3.1 靜液壓驅動容積效率

內分流機械雙流傳動系統的靜液壓元件如液壓馬達、液壓泵等，主要依靠封閉腔的容積變動開展工作，但在能量轉化中會有一定的能量損失，主要為機械損失和容積損失。系統在吸排油工作進程中會受到油液壓縮、泄露等影響出現流量偏差，這部分能量損失被統稱為籠級效率。此外，靜液壓驅動元件在運轉過程中會受到摩擦作用影響出現輸出轉矩損失，被統稱為機械效率。

在系統的實際運行過程中，靜液壓驅動的容積效率主要為輸出流量的實際值和理論值之比。其容積效率與流量的偏離程度成反比。泄漏主要分為外部泄漏和內部泄漏兩種。內部泄露是指封閉腔內的泄露。外部泄漏是指油液回路泄露。相關研究實踐表明，容積效率主要受兩方面影響。一方面，介質的可壓縮性。若系統的油液介質純度不高，空氣與油液會在混合攪動條件下形成兩相介質，具有較強的可壓縮性。在流量小、壓力高的油路傳動工作狀態下，靜液壓驅動容積效率會受到壓縮性的較大影響。因此，在選取油液時，應盡可能選用高純度油液，防止出現流量小的工作狀況。另一方面，零部件的彈性變形。在流體壓力作用下，固體零部件極大可能產生彈性變形。盡管彈性變量極小，但彈性變形問題仍然會影響裝配剛度。裝配體與承載零部件會因剛度變化出現位移，導致靜液壓驅動流量出現變動。

3.2 靜液壓驅動機械效率

靜液壓驅動機械效率是指輸入轉矩與輸出轉矩之比。與靜液壓驅動容積效率不同，機械效率的變動趨勢較為復雜。在轉速接近于零時，零部件的靜摩擦遠遠大于動摩擦。元件啟動至轉速接近于零的范圍內，會存在阻力峰值。當轉速逐步升高并遠離低速區域后，液壓機械傳動系統的摩擦系數會逐步減弱到某一穩定值。該區間為動摩擦區間，其系數在工程力學計算中是常量，不受法向載荷和相對速度影響。由于零部件摩擦力是法向載荷與摩擦系數的乘積，因此呈線性正比例關系，與零部件的轉速無關。除上述影響因素以外，靜液壓驅動機械效率還應充分考慮壓力損失與阻力損失。這兩項變動因素會直接影響工作系統的流量[4]。

輕型履帶拖拉機內分流液壓機械傳動系統在克服零部件的輸出轉矩與摩擦轉矩的同時，還要充分平衡工作壓力損失。在保持介質運動粘度不變的前提下，流量越大，元件轉速越高，工作介質壓力損失越大。在流量等同于轉速的背景下，系統工作壓力越大，系統克服流動阻力、機械摩擦損失壓力的比值越大，系統的機械效率越高。此外，若變量液壓泵不具有明顯變化，其往復運動也不容易自鎖。在泵轉子軸轉速不變的前提下，影響機械效率的因素為系統的進出口壓力。受液阻影響的流量變大，機械效率會下降，但該因素的影響有限[5]。

4 結語

綜上所述，輕型履帶拖拉機內分流式液壓機械雙流傳動系統設計包含分動器選用、密封確定和分動器排量計算。分動器、液壓馬達、蓄能器以及超越離合器構建了液壓機械雙流傳動系統。通過提升靜液壓驅動的容積效率與機械效率，能夠有效提高輕型履帶拖拉機內分流式液壓機械雙流傳動系統的傳動效率。