淺談拖拉機三離合變速器

許玉理

[摘 要] 本文參照文獻簡單介紹拖拉機變速箱的發展過程，分析比較了各類變速箱的特點，提出對拖拉機變速箱設計一種新式變速器三離合變速器。

[關鍵詞] 拖拉機 變速箱 對比 提出

[中圖分類號] S23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2016）11-0223-02

引言

拖拉機傳動系中，變速箱包含了大部分重要零部件，它是拖拉機產品設計中最受重視及新技術、新工藝采用最多的部分。了解拖拉機變速箱的發展歷史、現狀及發展趨勢，對推動我國拖拉機新產品開發研制，提高我國拖拉機產品的質量和性能具有重要的意義。

1 拖拉機變速箱發展歷程

拖拉機變速箱按其研制、應用的先后順序大致可分為3種類型：手動變速箱，負載換擋變速箱及自動變速箱。

1.1 手動變速箱、手動變速箱可以采用滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋等方式。

1.2 負載換擋變速箱、負載換擋變速箱可分部分負載換擋和全負載換擋。部分負載換擋主要應用在定軸輪系變速箱上。其變速箱分高、中、低等多個速度區段，每個速度區段有多個速比，均為全同步式換擋機構，區段之間為負載換擋；全負載換擋多用在摩擦元件布置的周轉輪系變速箱上，通過電液控制系統控制執行元件（離合器、制動器）的接合和分離，實現全負載換擋。

1.3 自動變速箱

自動變速箱的換擋與人無關，以設計時給定的程序為基礎，根據拖拉機行駛狀態自動地進行變速。按所采取的傳動形式不同，可分為液力機械式變速箱、靜液壓式變速箱和液壓機械式變速箱。

1.3.1 液力機械式變速箱

液力機械式變速箱是液力偶合器或液力變矩器與機械式變速箱串聯的傳動裝置，它可以使拖拉機平穩起步及防止傳動系過載。采用液力變矩器可使得拖拉機在每一機械排擋內實現無級變速，但其最大的缺點是傳動效率低。

1.3.2 靜液壓式變速箱

靜液壓式變速箱由液壓傳動裝置與機械式變速箱串聯組成，發動機的功率全部通過液壓傳動裝置。其最大的缺點是傳動效率低，與機械式變速箱相比，效率約低15%左右。受液壓元件功率的限制，這類變速箱主要應用在中、小型拖拉機上。

1.3.3 液壓機械式變速箱

液壓機械式變速箱是一種液壓傳動裝置與機械式變速箱并聯的傳動裝置，通過差動機構功率合流或分流，這樣，發動機功率僅部分通過液壓傳動裝置，必要時又能將液壓傳動閉鎖變為純機械傳動。因此，其總傳動效率大大提高了，而且在低速區域可使機械傳動輸出為零，變為純液壓傳動，有利于拖拉機的平穩起步。與液力機械式變速箱相比，它的傳動效率高，且高效區寬。通過電子自動控制系統實現自動換擋，保持發動機始終工作在最大功率點，且不受負載變化的影響，從而提高了拖拉機的自動化程度和作業效率，降低了燃油消耗率，減輕了操作人員的勞動強度和技術要求，是當前一種理想的無級變速傳動裝置。目前，國際先進部分拖拉機上就采用了這類變速箱。

2 各類型變速箱性能對比

目前以上幾種變速箱在國際市場上同時存在，各有優勢也各有不足。表1對各類變速箱的性能進行了比較分析。由表中可看出，就變速箱擋數而言，無級變速顯然要比有級變速好，但其造價昂貴；就變速箱操縱舒適性和傳動效率而言，二者是矛盾的，隨著換擋條件的改善，其傳動效率在下降。當前液壓機械式變速箱是綜合性較好的無級變速傳動裝置。但是有一種變速器，變速性能比液壓機械式變速箱差，特別是爬行速檔上，但是傳動效率比液壓機械式變速箱高，這便是三離變速器，經過計算機模擬運算，非常適用中型拖拉機上。

3 一種新式三離合變速器

前面講了變速器以液壓機械并聯變速器最為理想，但是相對復雜，現在提出—種變速器，三離合變速器，這種變速器即可制作手動式，也可制作自動式，它的構造是發動機動力經過連軸器至變速箱第一軸，第一軸相當于中心輪，在中心輪上嚙合三個行星輪，注意三個行星輪輪徑不一樣大，三個行星輪中心點距中心輪中心點的距離尺過是不一樣的，三個行星輪上分別裝一個離合器，這樣三個離合器得到三個輪速，分別在離合器軸上后面裝多個齒輪（跟據檔位多少具體安裝），每個離合器軸相當普通變速器上第二軸，此變速器相當有三個第二軸，每個第二軸上的齒輪與中間的第三軸齒輪嚙合，第二軸上有嚙合同步器與二軸上的齒輪接合與分離，三個第二軸的中心點與中間的第三軸中心點的距離也不相等，并且與第一軸也不同心，有一定偏心距離，這樣三個第二軸分別經嚙合同步器傳到中間第三軸上，第三軸根據不同離合結合與相應齒輪嚙合得到多種轉速，理論上，三軸有n排齒輪，此變速器就有3n檔轉速，變速器工作時，由一軸來的動力，通過中間輪傳到三個離合器上，這時三個離合器用互鎖裝置只能有一個接合，接合的離合器上后面的某個齒用互鎖裝只能有一個經嚙合同步器與第三根根軸接合，第三根軸有動力驅動車輛前行，第三根后方裝行星齒輪機構，直接連為前進檔，制動某些部能改變方向變倒退檔。

這種變速器變速時，只要一邊分離原先離合器一邊接合另一軸離合器就可不中斷動力（或半摩擦傳遞動力）的變換轉速，另一根軸離合器接合后，另外兩軸緊接的一個高點速齒輪副嚙合，一個低點速的嚙輪副嚙合，相應原嚙合的齒輪副在互鎖裝置下分離，相應嚙合齒輪的分離和結合的過程是在二軸嚙合同步器實現的，這時想低速，合上低點速比所在軸的離合器，同時分離原結合的離合器，如想高速，則合上高速比所在軸的離合器，同時分離原結合的離合器，此變速器三個離合器只能有一個接合，另二個分離，且每次一個新第二軸上離合器結合的接合原來的第二軸上的離合器同時分離，并且三個第二軸后方的多個齒輪副每根軸上只能有一個齒輪副嚙合同步器接合第三軸，其余嚙合副齒輪在各自二軸上嚙合同步器分離空轉，且每次離合轉換后相應嚙合同步器動作，保證工作離合器另一端齒輪副鎖在嚙合同步器合上，同時與此高轉速的上一齒輪副（另一第二軸上）也鎖在嚙合同步器合，與此低轉速的下一齒輪副（又另一第二軸）也鎖在嚙合同步器合，只是這另外兩根第二軸上的前端離合器不接合，變換速度時隨時接合哪個離合器就相應變速，空檔是把三個離合器都分離

這種變速器換檔相當于汽車的雙離合自動變速器，但是后面結構與現在汽車雙離合自動變速器又有很大不同，三離合變速器有三個象普通變速器的第二軸順序向第三軸傳動力，且第三軸上的每個齒輪對應嚙合三個第二軸的一個輪，這樣就是在一平面上第三軸的一個齒輪與三個第二軸齒輪形成三個嚙合副，這與現在汽車雙離合自動變速器不同， 這樣布置節省齒輪且檔位密和多，換檔時與現在汽車雙離合自動變速器相似， 是相應的離合器分合，無齒輪式沖擊且可實現自動變速，因動力是經過兩對齒輪副傳到第三軸上，所以傳動效率等同普通手動變速器（非直接檔時）傳動效率。缺點是沒有直接檔，因為配合更多速比用更少的齒輪第一軸與第三軸有一小的偏心距不方便直連嚙合所以沒直接檔。三離合變速器齒輪速比得經過細密計算防止重復速比出現，如第三軸與每個第二軸有4個齒輪副嚙合，那么這臺變速器有12個（3x4=12）檔位，這些檔如果有兩個速比極接近的，相當于一個檔位了，這樣新沒有12個檔了，所以統一設計計算比普通變速器復雜。

具體動力流是：發動機——過載保護連接器——第一軸——第一軸齒輪——第二軸被動輪——某個第二軸接合的離合器——第二軸——第二軸某一嚙合同步器——第二軸齒輪——第三軸齒輪——行星齒輪變向機構——第四軸——輸出動力。

這種三離合變速器在空檔時三個第二軸上的離合器都分離，三個第二軸上嚙合同步器每根軸只能有一個是嚙合狀態，且速比是順序的三個嚙合同步器嚙合狀態，當發動機運轉后，三根第二軸分別記為A、B、C軸（為好說明標為A、B、C ），推上檔時，實是接合某根第二軸上的離合器，如第二軸B上離合器接合，第二軸B上處在接合狀態的嚙合同步器傳遞動力，通過相嚙合齒輪傳給第三軸，此時另外兩根第二軸（A軸、C軸）與這第二軸B最近的兩個速比齒輪嚙合同步器嚙合，這樣就為升檔和降檔做好了準備，因為另外兩個軸的速比一個比B軸高，一個比B軸低，只要接通A軸或C軸離器同時分離B軸離合就可得到相應的速比檔位。這種離合器升降檔時，高一級嚙合齒輪與低一級嚙合齒輪在換檔前已嚙合，換擋只是相關離合器的分離與接合，所以換檔速度快，無嚙合齒輪沖擊，可不中斷傳遞動力換檔，配合自鎖和電控裝置，可實現自動變速，而且傳遞效率高，是比較理想的拖拉機變速器。用在拖拉機上能提高我國拖拉機產品的質量和性能具有重要的意義。