车用液压机械复合传动特性及应用研究

　　引言

　　在无级自动变速传动中,液压传动日益受到重视,主要因为其具有一系列优点,如:实现连续地在正反转范围内平稳地无级变速、能容量大、体积小、重量轻、转动惯量小、起动快、动作灵活等。液压传动在农用车辆、工程机械(如推土机)等得到了广泛应用。但在传递大功率工作场合,纯液压传动表现出效率低、液压元件体积重量较大等缺点。而在现有的技术条件下,液压元件性能提高有限,研制性能良好的大功率液压元件非常困难,因而出现了将液压传动与机械传动相结合的传动形式,在液压传动之后串联机械传动和将机械传动与液压传动并联两种改进形式。前者,由于液压元件仍要传递全部功率,故传动效率仍然较低。而将机械传动并联入液压传动的方式则提高了传动系统的传动能力和传动效率,因为液压传动支路只传递小部分功率,大部分功率流从传动效率高的机械路传递,因而可以获得较高的传动效率,这种方法起到了放大无级变速元件功率的作用,这种复合传动形式也被称为液压机械传动。

　　1 液压机械传动工作原理与分类

　　液压机械传动最早出现在农用领域,用于田间作业的拖拉机。由于液压机械传动的固有优势,使其进入军用领域,应用到履带车辆转向和传动上,发挥了出色的性能^[1]。

　　液压机械传动主要由3部分组成:液压路、机械路和功率分汇流机构。根据行星排的输入、输出端位置的不同可以将其分为分速汇矩式和分矩汇速式两种,其组成简图如图1所示。

　　由于行星排3个构件的端口输入/输出连接具有不同方式,故分矩汇速式液压机械传动和分速汇矩式液压机械传动各有6种不同的基本布置形式。多段式和复合分流式液压机械传动都是在基本型基础开发的。

　　在液压机械传动车辆中,发动机发出的功率由分流机构(行星排或定轴齿轮)分流,从液压路和机械路并联传递,通过汇流机构(定轴齿轮或行星排)合流共同驱动车辆。

　　液压机械传动凭借其出色的传动和转向性能,成为军用车辆、坦克的宠儿,在军用车辆传动领域起着举足轻重的作用。从现有可获取的参考资料分析可知:在军用车辆和坦克上采用的液压机械传动主要以分矩汇速形式为主。典型代表就是DMT25液压机械传动箱。其传动简图如图2所示。该变速器采用了两段式液压机械传结构,第一段为纯液压工况,第二段为液压机械工况,其传动功率分别为110kW(150马力)和184kW(250马力)^[1]。控制系统根据外界载荷变化情况自动调节传动比,使发动机工作在最佳特性曲线附近。

　　而采用分速汇矩式液压机械传动最为成功的要数德国芬德公司,其配备Vario CVT的系列拖拉机畅销全世界,并以其出色性能成为拖拉机领域的领军角色。具有代表性的Fendt Vario900传动简图如图3所示,液压路由一个双向变量泵和两个单向变量马达组成,机械路设置了高低两个档位来分别实现田间作业模式和运输工作模式功能。同时拥有先进的控制系统TMS,保证了车辆的出色的传动性能。目前Vario900系列拖拉机传动能力已经达到300kW以上。