液壓機(jī)械無級(jí)變速器傳動(dòng)特性分析

汪成剛

摘 要：液壓機(jī)械無級(jí)變速器對(duì)車輛實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速具有重要的作用。本文先對(duì)液壓機(jī)械無級(jí)變速器進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，再重點(diǎn)分析了液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)變速器的傳動(dòng)特性。

關(guān)鍵詞：液壓機(jī)械無級(jí)變速器；傳動(dòng)特性

引言

在車輛動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的過程中，從有級(jí)變速發(fā)展到無級(jí)變速成為了一種趨勢(shì)。安裝有級(jí)變速器的車輛在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)不能夠一直處于最佳狀態(tài)。這不僅降低了駕駛的舒適性，而且降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率，造成了一定能源的浪費(fèi)。在改進(jìn)的過程中，人們發(fā)明了液力變矩器及其閉鎖裝置、自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)等。這些改進(jìn)雖然在一定程度上彌補(bǔ)了有級(jí)傳動(dòng)的不足，但是還不能夠?qū)崿F(xiàn)真正的無級(jí)變速。液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展為無級(jí)變速提供了新的技術(shù)支持，純液壓傳動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)變速，保證汽車行駛的穩(wěn)定性能。但是純液壓傳動(dòng)的傳動(dòng)效率偏低，能源利用率不高。為此可以將液壓和機(jī)械進(jìn)行結(jié)合，將機(jī)械的高傳動(dòng)效率和液壓的無級(jí)控制結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)。液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)變速器工作時(shí)，具有無級(jí)調(diào)速、傳動(dòng)功率比值高以及高效率等傳動(dòng)特性。本文先對(duì)液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)變速器的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行介紹，再著重探討和分析液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)變速器的傳動(dòng)特性。

1.液壓機(jī)械無級(jí)變速器概述

在液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)器中，存在著兩個(gè)功率流的傳動(dòng)，屬于雙功率流傳動(dòng)范疇。液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)器主要由液壓和機(jī)械兩個(gè)部分組成。液壓部分是由一些液壓元件組成，包括變排量和定排量元件，主要負(fù)責(zé)傳遞液壓路功率。機(jī)械部分是由行星排或齒輪構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)傳遞機(jī)械路功率。液壓部分傳遞的功率可以通過液壓元件調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，機(jī)械部分傳遞的功率則是跳躍式的。這兩者進(jìn)行結(jié)合，便可以實(shí)現(xiàn)變速器的無級(jí)調(diào)速功能。

液壓機(jī)械無級(jí)變速器借助液壓傳動(dòng)的無級(jí)調(diào)節(jié)和機(jī)械傳動(dòng)的高效率，實(shí)現(xiàn)了變速器的無級(jí)調(diào)速。跟傳統(tǒng)有級(jí)變速器相比，液壓機(jī)械無級(jí)變速器具有以下優(yōu)點(diǎn)。第一，能夠根據(jù)行駛過程中的阻力變化進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，保證發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮出最佳性能，延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。第二，以液體作為傳動(dòng)介質(zhì)，有效的降低了車輛的震動(dòng)性，在提高零件壽命的同時(shí)，也使汽車行駛更加的平穩(wěn)，這對(duì)工作條件惡劣的工程機(jī)械具有重要意義。第三，操作更加簡(jiǎn)便，自動(dòng)換擋功能大大降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)更加人性化。

與純機(jī)械傳動(dòng)相比，液壓機(jī)械無級(jí)變速器也存在著一些缺點(diǎn)。比如，傳動(dòng)的效率沒有純機(jī)械傳動(dòng)的高；液壓系統(tǒng)的要求較高，制造使用以及維修的成本都比較高。但總的來說，液壓機(jī)械無級(jí)變速器有效的利用了液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)，在汽車以及工程機(jī)械中都有廣泛的應(yīng)用。

2.液壓機(jī)械無級(jí)變速器傳動(dòng)特性分析

液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)變速器在工作的時(shí)候，具有無級(jí)調(diào)速、傳動(dòng)功率比值高、功率分流以及高效率等傳動(dòng)特性。

2.1 .可控的無級(jí)調(diào)速特性

在無級(jí)傳動(dòng)變速器工作時(shí)，可以通過操作拉桿來調(diào)節(jié)變排量和定排量液壓元件，從而控制系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速的大小，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。無級(jí)調(diào)速特性是指構(gòu)件的輸出與輸入轉(zhuǎn)速比隨變排量液壓元件與定排量液壓元件排量比的變化特性。通過純液壓、液壓機(jī)械各段的速度特性分析可以得知，當(dāng)排量比在-1到1的范圍內(nèi)變化時(shí)， 無級(jí)傳動(dòng)變速器的速比可以進(jìn)行無級(jí)變化。通過操縱拉桿位移與輸出轉(zhuǎn)速以及定排量液壓元件轉(zhuǎn)速的分析可以得知，在車輛前進(jìn)時(shí)，隨著操縱拉桿位移的增大，輸出轉(zhuǎn)速是不斷變大的，而定排量液壓元件的轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)一個(gè)倒V字形。

2.2. 以小功率的液壓元件傳遞大功率特性

液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)器具有以小功率液壓元件傳遞大功率的傳動(dòng)特性。所謂的功率放大倍數(shù)，是指系統(tǒng)所能傳遞的最大功率與變速器中液壓元件所能傳遞的最大功率之比。根據(jù)傳動(dòng)方案的不同，所用無級(jí)變速器的連續(xù)段數(shù)不同，則功率放大倍數(shù)也不一樣。一般二段式液壓機(jī)械無級(jí)傳動(dòng)變速器的功率放大倍數(shù)為3。段數(shù)越高，則功率放大倍數(shù)越高，但是結(jié)構(gòu)和操作也就越復(fù)雜。

2.3.功率分流特性

功率分流比是指無級(jí)變速器中液壓路的輸出功率與無級(jí)變速器總輸出功率的比值，其中液壓路的輸出功率就是指經(jīng)液壓路傳遞到行星排的輸入功率。功率分流比越小，即液壓路的輸出功率越小，則機(jī)械功率越大。液壓流功率損失也就越小，從而提高了整個(gè)變速器的總效率。一般在車輛剛剛起步的時(shí)候，因?yàn)樗俣群艿?，所以功率分流比比較大；當(dāng)速度逐漸增加后，功率分流比隨之降低。

2.4.高效率特性

液壓機(jī)械無級(jí)變速器的整體傳動(dòng)效率，隨著速比和工況的變化也會(huì)在一定的范圍內(nèi)變化。通過對(duì)比純液壓變速器傳動(dòng)效率和液壓機(jī)械變速器傳動(dòng)效率，可以發(fā)現(xiàn)將高傳動(dòng)效率的機(jī)械和無級(jí)控制的液壓進(jìn)行結(jié)合的液壓機(jī)械變速器具有更高的傳動(dòng)效率。

3.結(jié)語

在車輛變速領(lǐng)域中，液壓機(jī)械無級(jí)變速器通過液壓和機(jī)械的結(jié)合，巧妙的將兩者的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了融合。在保證高效率特性的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了可控的無級(jí)調(diào)速特性。此外，液壓機(jī)械無級(jí)變速器還具有功率分流特性，以及以小功率液壓元件傳遞大功率的傳動(dòng)特性。液壓機(jī)械無級(jí)變速器也存在著制造、維修困難等問題，如何進(jìn)一步提升液壓機(jī)械無級(jí)變速器的傳動(dòng)性能有待進(jìn)一步研究。

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