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液压机械无级变速器设计与试验分析摘要：液压机械无级变速器（HMCVT）兼具机械传动高效和液压传动无级调速的特点，适应了大功率拖拉机的传动要求。
功率经分流机构分流，液压调速机构中的变量泵驱动定量马达，在正、反向最大速度间无级调速，液压调速机构与机械变速机构相配合，经汇流机构汇合，实现档位内微调，通过换挡机构实现档位间粗调，最终实现车辆的无级变速。
关键词：单行星齿轮；液压机械无级变速器；设计对大马力拖拉机进行动力学和运动学分析，根据性能参数，设计一种单行星排汇流液压机械无级变速器（HMCVT），包括发动机、液压调速机构和离合器的选择，单行星齿轮、换挡机构齿轮传动比的设计。
一、变速器总体设计方案1.变速器用途和选材。
设计一种用于时速－10～30 km/h大马力拖拉机的单行星排汇流液压机械无级变速器。
变速器由纯液压起步、后退档，液压机械4个前进档位和2个后退档位构成。
液压调速机构选择SAUEＲ90系列055型变量泵、定量马达及附件，采用电气排量控制（EDC）构成闭环回路。
选择潍柴WP4．165柴油机作为变速器配套发动机，最大输出功率Pemax=120 kW，全负荷最低燃油消耗率gemin=190 g/kW·h，额定转速nemax=2 300 r/min，最大转矩Temax=600 N·m。
汇流机构选用2K－H行星排，行星排特性参数k定义为行星排齿圈齿数与太阳轮齿数之比，取k=3．7。
太阳轮、行星架材料选用20crmnti，齿圈材料选用40cr。
模数为3，实际中心距为57 mm，太阳轮与行星架采用角度变位，行星架与齿圈采用高度变位。
太阳轮轴连接液压调速机构可使系统增速减矩，并充分利用液压元件特性，以提高使用寿命。
2.变速器设计方案。
液压机械无级变速器设计方案如图1。
变速器输入轴、输出轴和液压动力输入轴成“品”字型布局，行星排通过离合器与机械动力输入轴和液压机械输出轴相连。
1．机械动力输入轴2．输入轴3．前进后退档接合套4．变量泵5．定量马达6．液压机械输出轴7．液压动力输入轴8．输出轴图1 液压机械无级变速器结构图离合器L1、L2由比例压力阀控制，结合平稳，起主离合器作用，其它离合器采用电磁换向阀控制，以降低成本；变速器起步和制动为纯液压传动，此时，离合器L8接合；L1～L4是行星排同步离合器，L5～L7是换挡机构离合器。
拖拉机液压机械无级变速器特性研究液压机械无级变速器(Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission，简称HMCVT)是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动装置，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动的可控调速与机械传动相结合实现无级变速。
该装置的采用能大幅度地提高车辆的动力性、经济性和操作自动化水平。
对适用于农业拖拉机的液压机械无级变速器传动方案的设计理论和方法、发动机与传动系统的匹配理论、传动系统动态特性和性能试验的研究，具有重要的理论和工程实用价值。
对液压机械无级变速传动理论进行了系统的分析，导出了输入、输出分流两种传动形式的特性关系式，分析了结构参数对其性能的影响规律，指出了输出分流式传动较适合于车辆传动。
结合拖拉机的实际工作要求，确定了拖拉机液压机械无级变速器传动方案，通过优化设计给出了其结构参数，并对其无级调速特性、转矩特性、功率分流特性、功率流特性、效率特性、牵引特性进行了分析，并对装有液压机械无级变速器的拖拉机与原拖拉机的牵引性能进行了分析比较。
利用发动机的试验测试结果，建立了发动机输出转矩模型和燃油消耗率模型，确定了关于发动机的最佳动力性和最佳燃油经济性的转速调节特性。
根据拖拉机不同作业项目对发动机功率不同的要求，提出了三种作业模式。
研究了各作业模式下发动机与拖拉机液压机械无级变速传动系统的匹配机理及匹配实现方案，并提出了相应的匹配评价指标，分析比较了装备液压机械无级变速器的拖拉机与原拖拉机的动力性能和经济性能。
应用功率键合图理论，建立了拖拉机液压机械无级变速传动系统的数学模型，推导了系统的状态方程，设计了实用的模糊自适应PID控制器，对两种典型工况下无级变速传动系统动力性和经济性进行了动态特性仿真，分析比较了不同工况下无级变速传动系统的动态特性。
基于车辆新型动力传动实验台，完成了拖拉机液压机械无级变速器稳态和动态两种工况下的性能试验，验证了液压机械无级变速传动理论的正确性及其特性。
液压技术具有其功率大、安装布置方便、易于控制、操作方便舒适、便于维护等优点，非常适合于结构形态多变、工作环境恶劣的农业机械。
一、液压传动系统的组成 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。
拖拉机液压系统是利用液压泵将发动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件 （ 缸或马达 ） 把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。
一个完整的拖拉机液压系统，主要由能源装置（液压泵）、执行装置（液压缸、液压马达）、控制调节装置（溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等）、辅助装置（如油箱、滤油器、油管、接头等）、工作介质（液压油）等５个主要部分组成。
二、拖拉机采用液压技术可进一步挖掘潜能 （一）液压控制使拖拉机的操纵变得方便、省力，无论是离合器、转向器、制动器、差速锁、变速箱和各种作业机具，都可以通过操纵力极小的手柄、按纽、开关、转向盘等进行操纵。
（二）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达２０００），它还可以在运行的过程中进行调速。
拖拉机只有实现无级变速才能最充分地发挥出其功率、提高生产率和降低燃油消耗。
（三）液压元件输出功率大，在拖拉机上安装布置方便。
实现直线运动远比用机械传动简单。
（四）液压装置工作比较平稳，易于实现过载保护。
（五） 液压技术可对农机具的工作部件实行各种各样的反馈控制，从而达到最佳的作业质量。
（六）液压技术可以较大地提高机组的生产液压技术在农业机械中的应用孔华祥６万～８万元，完全可以实现当年投资，当年返本，甚至当年盈利的目标。
（二）果品经营户陈实 １．建库成本：他所购置的是彩钢板库，目前拥有一台小型风冷式制冷机组和一台水冷式制冷机组，库体尺寸为７ｍ×３．５ｍ×３ｍ，连同保温门及附属设施在内，总投入为８万余元。
按照快速折旧法计算，年平均折旧费为１６０００元。
现在车辆上的传动装置多采用机械式变速器，1液力机械式变速器（AT）液力机械式变速器由液力变矩器和多挡机械变速箱组成。
2液压机械无级变速器（HMT）及应用分析3静液压无级变速器（HST）及其应用分析静液压无级变速器（HST）依靠液压变量马达实现纯液压无级变速，效率较AT高，但较齿轮变速器低许多，传递功率不大4 金属带式无级变速器为了充分利用发动机大的功率，节约能源以及获得优良的动力性能，最理想的方法是从传统的有级传动发展为无级传动。
目前普遍采用的液力变矩器及其闭锁装置，自动换挡机构等均是为了弥补有级传动的不足而产生的传动模式，但不能实现真正的无级变速。
另外还出现了全液压传动的无级变速器，其操纵方式也由手动液控向电液控制或微电脑控制技术方面发展，并取得了非常好的效果，大大提高了整机的行使平顺性和作业性能，液压传动可以保证车辆具有稳定的行驶速度。
但是在液压传动的车辆中传动效率低也是一个不容忽视的问题，按当代的技术水平，纯液压传动中最高效率在80-85%左右，而在车辆使用中，一般只能达到50-60%。
此外，适用于重型车辆使用的大功率的液压元件难以加工，也使液压传动的车辆增加了制造成本。
另外，这种高油压高转速的变量泵和定量马达的排量越大，即功率越大时，效率和寿命愈难以保证，生产愈困难，在市场上愈难买到。
液压传动的低效率直接影响了整机的生产率和经济性，决定了它在车辆上很难有较大的发展空间。
机械液压双功率流则兼有机械传动的高效率和液压无级传动的双重优点，可在较宽的范围内实现可控的无级变速和所需的车速。
以小功率的液压元件传递大功率特性，高效率特性，为车辆的经济性和动力性问题的解决找到了理想的道路。
液压机械无级传动是一种双功率流传动系统，分为液压功率和机械功率两路传递，分流机构分流后液压马达在正向和反向最大速度之间来回无级变速。
其每一个行程和行星齿轮机构的一种工况相配合，最后两路汇合成由若干无级调速段相衔接并组逐段升高的全程无级输出速度。
液压机械传动在工程机械上的应用液压机械传动是一种利用液体压力来实现机械传动的方法，它在工程机械上的应用非常广泛。
本文将从液压机械传动的原理、特点以及在工程机械上的具体应用等方面进行详细介绍。
液压机械传动的原理是利用液体在密闭容器内的压力传递能量，并通过压力转换、流体控制和执行机构来实现各种机械运动。
液压机械传动具有以下几个特点：1. 传动力矩大：液压传动系统的传动力矩可以达到几百吨米，甚至上千吨米，能够满足大型工程机械对于高转矩传动的需求。
2. 传动平稳：液压传动系统能够通过减震装置使传动平稳，减少了机械零件之间的冲击和振动，提高了工程机械的运行稳定性和寿命。
4. 传动效率高：液压传动系统的传动效率可以达到90%以上，比传统的机械传动方式更高效。
液压机械传动在工程机械上的应用非常广泛。
液压缸是液压机械传动中最常见的一种执行机构。
液压缸通过液压传动系统提供的高压液体驱动活塞运动，从而实现机械的推拉动作。
在工程机械上，液压缸常常用于实现起升、推拉、转动等动作。
挖掘机的铲斗升降、摇臂伸缩、履带移动等动作都是通过液压缸来实现的。
液压传动系统还可以通过流量控制阀、压力控制阀等流体控制元件来实现各种复杂的运动控制。
工程机械中的液压制动、液压自动传动等功能就是通过流体控制元件来实现的。
液压机械传动在工程机械上的应用非常广泛，它具有传动力矩大、传动平稳、传动精度高和传动效率高等特点。
液压缸、液压马达以及流体控制元件等都是液压机械传动系统中常见的组成部分，它们可以实现工程机械的起升、推拉、转动等各种复杂的运动。
液压机械传动的应用不仅提高了工程机械的工作效率和稳定性，还为机械的自动化和智能化提供了基础。
浅析拖拉机液压机械无级变速器设计发布时间：2022-05-12T02:49:03.383Z 来源：《科学与技术》2022年第3期作者：连觅真王真真[导读] 拖拉机液压机械无级变速器是由液压传动系统和多档有级式变速箱联合组成，其中液压传动系统由行星机构、变量泵以及定量马达共同构成连觅真王真真第一拖拉机股份有限公司大拖公司河南洛阳，471000摘要：拖拉机液压机械无级变速器是由液压传动系统和多档有级式变速箱联合组成，其中液压传动系统由行星机构、变量泵以及定量马达共同构成。
液压机械无级变速器高于传统的液压变速器，他能够实现拖拉机的连续无级状态变化，使拖拉机在没有任何物质牵引的情况下进行运动。
本研究将集中分析液压元件以及机械设备的相关参数，通过对变速器无级调速的特点来分析该变速器设计和应用的场景。
关键词：拖拉机；液压机械；无级变速器；牵引前言拖拉机野外作业环境较为复杂，多数情况下甚至需要应对恶劣的作业环境。
外界负荷的变化会影响到拖拉机发动机的使用，因此为了进一步的保障拖拉机使用过程中的安全性和稳定性，维护人民的经济利益，在此将传统的拖拉机多档变速箱脱离出来，希望能够通过提升拖拉机的使用速率来努力实现换挡变速。
但是考虑到拖拉机的档位有限，即便是换挡变速也无法实现无级连续变速，因而想要实现连续，就要增加拖拉机的档位，但与此同时变速箱的机械结构也会被彻底的改变，复杂程度加深并不一定有利于该拖拉机设计方案的长远发展[1]。
综合以上各类情况，最终本研究选取了液压机械无级变速传动装置，这是通过液压功率流和机械功率流并联发动的新式传动装置，具备高效率和高传输率的优势。
不仅在实际操作过程中表现出了良好的实用性，其经济效益和可推广能力呈现也十分的优秀。
一、确定拖拉机液压机械无级变速器设计方案（一）、设计对象及基本参数设定本研究选定的设计样本为东方红1302R型橡胶履带拖拉机，该机型的变速箱为（6＋2）档，是较为传统的拖拉机机型。
液压机械无级变速箱在大功率拖拉机中的应用研究阐述了液压机械无级传动的原理，并根据分、汇流形式进行了分类；指出了液压机械无级传动的特点及发展优势；详细分析了液压机械无级传动的国内外研究现状以及应用情况，为液压机械无级传动的深入研究提供了借鉴资料。
标签：液压机械；无级变速；应用1 液压机械无级传动原理及分类液压机械无级变速器（HMCVT）是基于17世紀中叶帕斯卡提出静压传递原理，与机械传动相结合的新型传动装置。
变速箱系统可分为两部分，液压系统和机械系统。
液压系统主要由泵和马达组成，机械系统主要由机械传动部分组成。
功率流由发动机输出后经分流机构分成两路，一路经液压系统传递，另一路经机械系统传递，最终通过汇流机构实现功率汇流，并向后传动部分输出。
HMCVT 结合了液压传动功率大、可实现无级变速和机械传动效率高的优点实现了发动机功率的有效利用。
由于液压机械传动采用分流和汇流机构，因此可根据功率分流与汇流的形式入手，将液压机械传动方式进行分类。
分、汇流形式有定轴齿轮副和行星齿轮机构两种[1]。
从加工工艺及成本来讲，分流机构以定轴式居多，汇流式以行星式居多。
根据液压传动系统的变量元件的不同可分为变量泵与定量马达、定量泵与变量马达、变量泵与变量马达三种调速回路系统。
2 液压机械无级传动的特点2.1 传动功率大、效率高液压机械无级传动系统采用了机械传动部分传动效率高的优点和液压传动部分传动功率大的特点，结合了机械传动和液压传动的优点，同时规避了两者的缺点，使得液压机械无级传动传动功率大，传动效率高，相比于传统的机械传动方式传动功率增大了2倍，效率提高30%左右。
2.2 可实现自动无级变速液压装置与机械装置的结合实现了机械有级变速基础上的无级变速，使车辆运行更加平稳。
液压机械无级传动系统可采用改变变量泵排量的方式实现车辆的自动变速，提高了工作效率，降低了驾驶员的驾驶强度。
3 应用现状分析3.1 国内应用现状国内对于液压机械无级传动的研究起于上世纪70年代，北京理工大学的研究最为深入，主要集中在坦克和履带装甲车辆等重型车辆的传动方向。
拖拉机无级变速原理拖拉机是农业生产中不可或缺的机械设备，而无级变速器则是拖拉机的重要组成部分。
那么，拖拉机无级变速原理是什么呢？一、无级变速器的作用拖拉机无级变速器是一种能够实现无级变速的机械装置，它的作用是将发动机的动力传递到车轮上，从而实现拖拉机的前进和后退。
同时，无级变速器还可以根据不同的工作需要，调整拖拉机的速度和扭矩，提高拖拉机的工作效率。
二、无级变速器的结构拖拉机无级变速器的结构比较复杂，主要由变速器、离合器、传动轴、齿轮和液压系统等组成。
其中，变速器是无级变速器的核心部件，它通过改变齿轮的传动比例，实现拖拉机的无级变速。
三、无级变速器的工作原理拖拉机无级变速器的工作原理是基于液压传动和机械传动相结合的原理。
当拖拉机行驶时，发动机的动力通过离合器传递到变速器中的液压泵，液压泵将液压油压力提高后，将液压油传递到液压马达中，从而带动拖拉机的车轮转动。
同时，变速器中的齿轮组也开始工作，通过改变齿轮的传动比例，实现拖拉机的无级变速。
当需要改变拖拉机的速度时，液压系统会自动调整液压泵和液压马达之间的液压油流量，从而改变拖拉机的速度和扭矩。
四、无级变速器的优点相比于传统的机械变速器，拖拉机无级变速器具有以下优点：1. 无级变速，可以根据不同的工作需要，调整拖拉机的速度和扭矩，提高工作效率。
2. 操作简单，只需要通过踩油门和刹车踏板来控制拖拉机的速度和方向。
3. 能够实现平稳的加速和减速，减少机械损耗和磨损。
4. 可以适应不同的工作环境和地形，提高拖拉机的适应性和通用性。
综上所述，拖拉机无级变速原理是一种基于液压传动和机械传动相结合的技术，它可以实现拖拉机的无级变速，提高工作效率和适应性。
在未来的农业生产中，拖拉机无级变速器将会得到更广泛的应用和推广。
分析拖拉机液压机械无级变速器设计摘要：拖拉机液压机械无极变速器可以根据拖拉机不同的作业模式实现不同的发动机转速、转矩的匹配。
基于液压机械换段等比传动的连续性，对各区段齿轮的参数和传动比进行了设计，并对变量泵和定量马达的匹配进行了选型。
根据拖拉机液压机械无级变速器试验要求，分析了变速器的结构和工作原理，并提出了变速器的试验台设计方案。
结果显示，所设计的试验台自动化程度高、运转平稳，满足设计要求。
关键词：拖拉机；液压机械；无级变速器；试验台拖拉机液压机械无级变速器是一种并联机械功率流与液压功率流的新型传动装置，利用机械传统联合和液压传动达到无极变速，并利用机械传动达到传动高效率。
该变速器具有无级调速的良好特性，不仅可以极大地提升车辆的燃油动力性和经济性，还可以实现大功率的传递，因此在大功率车辆中有着非常广阔的应用前景。
自1970年后，液压机械无级变速器开始进入商品化应用阶段。
1990年后，液压机械无级变速器开始被应用于拖拉机中。
而我国对液压机械无级变速器的研发起步较晚，因此在1970年后才开发出样机。
1、无级变速器的结构和工作原理该液压机械化无级的变速箱，其所面临着的运行环境通常会有不明工况的情况存在，复杂性地负荷情况相对较多。
为便于对其实际运行原理开展分析与研究工作，本次实践研究充分考虑到在水田与旱地作业条件下运行的拖拉机之上开展实践应用操作。
依据旱田与水田不同的作业条件，对其不同速度段实际情况开展分析工作，并对该液压机械化无级的变速箱开展方案设计工作，在该液压机械化无级的变速箱实际传动设计方案当中，发动机的发出功率实际分流功能主要是由i3予以实现操作，分流之后借助液压路及机械路系统实现各自传递操作，并通过K1、K2进行回流操作，再借助机械实现传动输出操作。
拖拉机液压机械无级变速器是由定量马达和变量泵构成，具体由多挡有级变速箱、液压传动系统、单行星排机构等构成。
发动机的输出功率通过分流机构可以分为机械功率流和液压功率流，机械功率流通过换挡离合器传递到行星排的行星架或齿圈，液压功率流通过变量泵定量马达组成的传动系统传递到太阳轮。
液压机械无级变速器的拖拉机速度控制研究
夏长高;张演;孙闫
【期刊名称】《农业装备与车辆工程》
【年(卷),期】2022(60)10
【摘要】液压机械无级变速器(Hydro-mechanical continuously variable transmission,HMCVT)是一种将液压传动与机械传动结合的混合动力传动系统,能帮助拖拉机实现无级调速功能,有助于提高拖拉机的燃油经济性和动力性。
为提升拖拉机的作业性能,实现拖拉机应对不同工况和环境或负载变化进行速度调节与控制,分析HMCVT输出特性,提出一种基于粒子群优化的PID控制算法控制系统排量比,调节系统传动比,实现速度控制的控制策略。
结果表明,采用该控制算法后,拖拉机的保持速度以及针对骤然速度变化的调节有显著提升。
【总页数】6页(P22-26)
【作者】夏长高;张演;孙闫
【作者单位】江苏大学汽车与交通工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】S219.01
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拖拉机液压机械无级变速传动系统控制策略研究拖拉机是量大面广的农业机械，可以与悬挂的、牵引的或附装的农机具组成作业机组，完成各种田间作业和道路运输作业。
液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission，简称HMCVT)综合了液压传动和机械传动的优点，能够容易地实现传动比大范围连续无级变化，提高整个传动系效率，减轻传动系的动载，在大功率拖拉机上表现出了良好的应用前景。
在HMCVT的应用研究中，自动变速控制和换段品质控制是实现其优良性能的关键。
本文以东方红1302R拖拉机装配的HMCVT为研究对象，对其做了较深入的研究。
系统分析了HMCVT传动原理，研究了功率传递，分析了速度特性。
基于无级变速器基本匹配原则，在发动机试验数据的基础上，求解了发动机最佳经济性和最佳动力性工作曲线，并根据HMCVT传动比变化特点，对发动机和变速器进行了匹配，求解了变速控制的经济性和动力性目标段位和泵—马达目标排量比。
为了改善拖拉机作业过程中人—机—环境的协调关系，提高拖拉机的综合性能，建立了以拖拉机动态时的动力性和稳态时的经济性作为目标，包含瞬态动力性变速规律和瞬态动力性到稳态经济性的过渡变速规律的智能变速策略。
采用键合图理论建立了拖拉机数学模型，并应用MATLAB／Simulink和MATLAB／Stateflow软件建立了拖拉机整车仿真模型，对系统进行仿真，验证了智能变速控制策略的有效性。
根据拖拉机作业及HMCVT的换段特点，建立了HMCVT换段品质评价体系，分析了HMCVT换段过程，对换段过程进行了状态划分，建立了基于键合图理论的连续系统和基于有限状态机的离散系统的多组离合器参与的HMCVT换段过程混合模型。
应用MATLAB／Simulink和MATLAB／Stateflow软件建立HMCVT换段过程仿真模型，分析了换段过程中HMCVT输入轴、中间轴和输出轴的转速和转矩特性，研究油压、阻力和离合器搭接定时对换段品质的影响。
拖拉机液压机械无级变速器的特性分析徐立友1,2 周志立2 张明柱2 李言1(1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安710048;2 河南科技大学车辆与动力工程学院,河南洛阳471003)收稿日期:20060330基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程项目(2002KY CX 010)作者简介:徐立友,讲师,博士研究生,主要从事车辆工程技术研究,E -mail:xlyou1974@;周志立,教授,博士生导师,主要从事车辆工程技术研究,E -mail:zzli@摘 要 以东方红1302R 拖拉机液压机械无级变速器为对象,建立了其速比与变量泵和定量马达排量比、液压功率分流比、传动效率的关系式,给出各段(挡)工况下的功率流向,分析循环功率存在条件及其对变速机构输出的影响。
结果表明:行星排特性参数k 是影响液压机械无级变速器特性的主要设计参数,其值应在0 3<k <4 2范围内;变量泵和定量马达排量比设定原则是,在保证液压机械无级变速器速比连续变化的前提下,尽可能地减小液压功率分流比;在拖拉机常用工作速度段,液压功率分流比| |<0 2,有利于提高传动系统效率;循环功率的存在降低了传动系统效率,应尽量避免其出现;液压机械无级变速器具有可控的无级调速特性及高效率特性。
液压机械无级变速传动装置能满足拖拉机的作业要求。
关键词 拖拉机;液压机械传动;无级变速器;特性分析中图分类号 S 219 032 1 文章编号 10074333(2006)05007005 文献标识码 ACharacteristics analysis of hydro -mechanical con tinu ouslyvariable transmission of tractorXu Liyou 1,2,Zhou Zhili 2,Zhang Mingzhu 2,Li Yan 1(1 College of Mech anics &A pparatus E ngine ering,Xi an Un iversity of Technology,Xi an 710048,Chin a;2 College of Vehicle &Power En gineering,H enan University of Scien ce &Tech nology,Hena n Lu oyang 471003,China)Abstract To study the cha ra cteristics of hydro -me chanic al continuo us v ariable tra nsmiss ion dev ice ,bas ed on the hy -dro -mec hanic al continuo us v aria ble transmission (H MCVT)of a Dong fa ngho ng 1302R tracto r,the rela tio n formulas o f the speed ra tio of HMCVT with displace me nt ra tio o f v aria ble hydraulic pump (PV)and fixe d hydraulic motor (MF),the hy -draulic po wer distributing ra tio a nd transmission efficie ncy we re established.The pow er flow direction o f ea ch ra ng e (g ea r)wa s pres ented.The existing co nditio ns o f c irc ula tio n powe r and its influenc e on me chanism o utput we re a na -ly zed.The analytica l res ults show ed tha t the charac te ristic para me te r of plane tary ge ar train k wa s the main de sig n pa -ra me te r tha t influe nced the characte ristics o f HMCVT and its pre fere nce v alue s loc ated be twee n 0 3a nd 4 2;the se t -ting principle o f dis pla cement ratio of PV a nd MF was that hydra ulic powe r distributing ra tio should be re duced as far a s po ssible to e nsure tha t HMCVT had a c ontinuo usly va riable spe ed ra tio ;in us ual spee d ra nge s of trac to r,the absolute va lue o f hydraulic po wer distributing ratio sho uld be less tha n 0 2,w h ich wa s benefic ial to increa se transmissio n e ff-i cienc y;the e xistence of circulation po we r ma de transmission e fficiency decre ase ,so the circulation powe r should be av oided;HMVCT had the cha racte ristics of ste ple ss -spee d -reg ula tion and high efficie ncy.The HMCVT de vice c an me et the wo rk re quire me nts.Key words trac to r;hydro -me chanical transmission;co ntinuous ly va ria ble transmission;chara cteristics analysis液压机械无级变速器(HM CVT)是利用液压机械传动原理,将液压传动与机械传动恰当组合的新型传动装置。
液压机械传动在工程机械上的应用液压机械传动是指利用液压介质来传递功和控制信号的一种传动方式。
它的应用非常广泛，尤其在工程机械领域，液压机械传动发挥着重要的作用。
本文将从液压机械传动的优势、工程机械中的应用以及发展趋势等方面进行探讨，希望能够对读者有所帮助。
液压机械传动具有以下几个优势：1. 可变传动比：液压机械传动可以通过改变液压元件的工作参数来实现无级调速，并且传动比可在相当大范围内连续变化。
这使得液压机械传动在工程机械中能够适应不同工况和负载要求。
2. 大扭矩：液压机械传动可以通过提供大量的液压压力来产生巨大的扭矩。
这使得工程机械能够轻松应对高负载和强烈的工作环境，提高了工作效率和可靠性。
3. 灵活性和精确性：液压机械传动可以通过调整阀门和液压元件的工作参数来实现对传动系统的精确控制，使得机械设备能够按照要求进行各种运动和动作。
由于液压传动系统的元件可以灵活布置，结构紧凑，所以可以满足各种空间要求和布局要求。
4. 可靠性和稳定性：液压机械传动由于没有传统的传动机构，如齿轮、链条等，所以减少了传动损耗、摩擦和噪音。
液压传动系统中的油液可以对元件进行冷却、润滑和密封，提高了系统的稳定性和可靠性。
在工程机械中，液压机械传动被广泛应用于各种各样的设备和工作环境中，包括挖掘机、推土机、装载机、起重机、压路机等。
以下是其中一些典型的应用场景：1. 挖掘机：挖掘机是一种用途广泛的工程机械，主要用于土方工程、矿山开采等。
它的液压机械传动系统用于控制各种运动和动作，如车架的上下、回转、导轨的伸缩等。
液压机械传动通过提供巨大的扭矩和灵活的运动方式，使得挖掘机能够进行精确和高效的工作。
2. 起重机：起重机是一种用于吊装和运输重物的机械设备，在建筑、港口等场合广泛应用。
液压机械传动系统用于控制起重机的吊臂、起升机构等，使得起重机能够稳定地起重和运输物体，并且具有很高的安全性和可靠性。
3. 压路机：压路机是一种用于压实土壤和沥青路面的机械设备，在道路建设等领域得到广泛运用。
解析液压机械传动在工程机械上的应用摘要：近年来，得益于信息技术支持的工程机械发展迅速，其机电一体化和智能化程度越来越高，故对其驱动装置提出了更高的要求，而液压机械传动技术的发展和应用为上述问题的解决提供了契机。
对此，本文重点就工程机械中液压机械传动的运用进行了探讨。
关键词：工程机械；液压机械传动；运用引言液压技术迅速发展，液压元件日臻完善，使得液压传动在工程机械传动系统中的应用突飞猛进，液压传动所具有的优势也日渐凸现。
可以相信，随着液压技术与微电子技术、计算机控制技术以及传感技术的紧密结合，液压传动技术必将在工程机械行走驱动系统的发展中发挥出越来越重要的作用。
一、液压机械传动概述液压机械传动在推土机、装载机等工程机械中的运用主要是借助HMT（无级变速器）实现的，其中液压调速、机械变速、分汇流等机构为主要构成。
具体而言，先经PTO将动力分为两路，即在离合器和液压传动的作用下分别将输出的动力传至行星架和太阳轮，并分别用作机械动力和液压动力，然后经差动轮系统合成动力，并由齿圈输出。
若其处于准备状态，离合器C2闭合，C1脱开，此时液压传动负责输出所有的动力，为工程机械的微动和起步做好准备；而在作业时则C1闭合，C2脱开，由于液压马达受系统控制而转速na为零，故动力全部转化为机械动力，进而实现最高的传动效率。
同时根据公式nb=(1+k)/k·nc-1/k·na(nb、nc、na分别代表输出、液压马达和机械传动的转速，而k则代表行星排特性系数)可以看出当其马达发生正反向回转动作时，其nb会减小或增大，进而连续获得转动比为任何值且处于变速内的无级变速传动。
二、液压机械传动在工程机械上的应用1、在矿石的装载机上的应用通常装载机变速器包括液压传动、机械传动和动力合成，其中机械传动涉及4个行星排和制动器，以及1个离合器，同时根据相应的组合元件状态、转速关系、输出构件、效率等指标可以判断出其有2个行星排负责转向，2个行星排负责变速；针对涵盖变量马达和变量泵的液压传动部分，主要是在伺服阀的控制下变化斜盘角度，进而达到机械无级变速的目的；动力合成中，当装载机处于I、III档时，e、f行星排会形成差动轮系，并经构件7和8分别负责输入机械和液压两大传动动力，然后经10输出；若装载机处于n档，此时f为差动轮系，8和9分别负责输入液压和机械两大传动动力，且经合成后也经10输出；后根据科学公式计算和运动分析后得知，当液压马达的实际转速为零时，传动系统工作状态稳定，此时装载机中的发动机会将功率全部转化为机械传动动力，进而实现了传动功率最大化，而且换挡更加便捷，微动性能较好，燃料更加经济，运行更加平稳，足以见得，液压机械传动系统在装载机中的应用效果较为理想。
现在车辆上的传动装置多采用机械式变速器，1液力机械式变速器（AT）液力机械式变速器由液力变矩器和多挡机械变速箱组成。
2液压机械无级变速器（HMT）及应用分析3静液压无级变速器（HST）及其应用分析静液压无级变速器（HST）依靠液压变量马达实现纯液压无级变速，效率较AT高，但较齿轮变速器低许多，传递功率不大4 金属带式无级变速器为了充分利用发动机大的功率，节约能源以及获得优良的动力性能，最理想的方法是从传统的有级传动发展为无级传动。
目前普遍采用的液力变矩器及其闭锁装置，自动换挡机构等均是为了弥补有级传动的不足而产生的传动模式，但不能实现真正的无级变速。
另外还出现了全液压传动的无级变速器，其操纵方式也由手动液控向电液控制或微电脑控制技术方面发展，并取得了非常好的效果，大大提高了整机的行使平顺性和作业性能，液压传动可以保证车辆具有稳定的行驶速度。
但是在液压传动的车辆中传动效率低也是一个不容忽视的问题，按当代的技术水平，纯液压传动中最高效率在80-85%左右，而在车辆使用中，一般只能达到50-60%。
此外，适用于重型车辆使用的大功率的液压元件难以加工，也使液压传动的车辆增加了制造成本。
另外，这种高油压高转速的变量泵和定量马达的排量越大，即功率越大时，效率和寿命愈难以保证，生产愈困难，在市场上愈难买到。
液压传动的低效率直接影响了整机的生产率和经济性，决定了它在车辆上很难有较大的发展空间。
机械液压双功率流则兼有机械传动的高效率和液压无级传动的双重优点，可在较宽的范围内实现可控的无级变速和所需的车速。
以小功率的液压元件传递大功率特性，高效率特性，为车辆的经济性和动力性问题的解决找到了理想的道路。
液压机械无级传动是一种双功率流传动系统，分为液压功率和机械功率两路传递，分流机构分流后液压马达在正向和反向最大速度之间来回无级变速。
其每一个行程和行星齿轮机构的一种工况相配合，最后两路汇合成由若干无级调速段相衔接并组逐段升高的全程无级输出速度。
液压机械无级变速传动在拖拉机上的应用分析徐立友1,李金辉1,张彦勇2(1.河南科技大学车辆与动力工程学院,河南洛阳 471003;2.洛阳L Y C轴承有限公司,河南洛阳 471039)摘 要:液压机械无级变速器是一种新型的无级变速传动装置。
为此,介绍了液压机械无级变速传动的工作原理,在给出具有代表性的拖拉机用液压机械无级变速器结构方案的同时,简单分析了其传动原理和特点。
同时,结合拖拉机的作业要求,对液压机械无级变速器的结构方案、参数的选择以及自动控制系统等主要问题进行了阐述,提出了相应的原则,对应用于拖拉机的液压机械无级变速器的产品开发设计和选配具有一定的借鉴意义。
关键词:拖拉机;液压机械无级变速传动;关键技术中图分类号:S219.032.1 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)11-0215-040 引言目前,国外大功率拖拉机以及部分工程车辆的传动系广泛采用液力机械传动变速箱,还有部分先进机型采用全液压传动技术。
其操纵方式已由手动液控向电液控制技术方面发展,并取得了非常好的效果,大大提高了整机行驶平顺性和作业性能。
虽然它们都具有无级变速功能,操纵轻便,整机动力性好,可靠性高,但由于传动系的传动效率较低,直接影响了整机生产率和经济性。
液压机械无级变速传动(H M-C V T)综合了液压传动和机械传动的主要优点,兼有无级调速性能和较高的传动效率。
在大功率拖拉机、重型汽车、工程机械等车辆上有着良好的应用前景[1-6]。
本文在分析液压机械无级变速传动原理的基础上,给出具有代表性的拖拉机用液压机械无级变速器,并结合拖拉机的作业要求,对液压机械无级变速传动的关键技术进行了阐述,以期为拖拉机液压机械无级变速器的产品开发设计提供参考。
1 液压机械无级变速传动原理图1为液压机械无级变速传动的基本形式,发动机输出的功率分成两路,一路作为机械功率通过离合器直接传给太阳轮s,另一路作为液压功率,经传动齿轮后,通过液压传动系将功率传给齿圈r,最后功率经差动轮系合成后由行星架c输出。
当离合器C脱开、收稿日期:2009-01-09基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目(2008B460006);河南科技大学博士科研启动基金资助项目(2008-2010);河南科技大学科学研究基金项目(2008Z Y007)作者简介:徐立友(1974-),男,河南息县人,副教授,博士,(E-m a i l)x l y o u2002@s i n a.c o m。
制动器B接合时,发动机的功率全部经液压传动输出,随着变量泵和定量马达排量比e从0～+1变化,输出转速n b从零逐渐增大,其关系如图2中的H段。
当离合器C接合、制动器B脱开时,机械功率和液压功率经差动轮系合成后输出,此时随着e从+1～-1变化,输出转速n b在一定范围内连续无级变化,如图2中的H M段。
若通过电液伺服阀控制变量泵的斜盘倾角,使液压马达的转速为0,则发动机的功率全部由机械功率传递,此时传动效率最高。
图1 液压机械传动结构图F i g.1 C o n f i g u r a t i o no f h y d r o-m e c h a n i c a l t r a n s m i s s i on图2 输出转速与e的关系F i g.2 R e l a t i o n s h i p o f o u t p u t r e v o l u t i o ns p e e d a n de·215·2009年11月 农机化研究 第11期2 H M C V T在拖拉机上的应用液压机械无级变速传动在拖拉机以及工程机械上已开始应用。
前苏联在T-130拖拉机上,采用了图3所示的液压机械传动减速器[1],通过机械转换差速机构的齿轮式离合器和液压分配器,可使液压减速器具有3个工作段:齿轮式离合器右移,制动差速机构中的齿圈,再将液压分配器拨到Ⅰ位,则减速器处于纯液压传动工况的一段;松开差速机构的输入件,使液压分配器处于Ⅱ位,减速器进入液压机械双流传动工况的二段;将液压分配器拨到Ⅰ位,减速器处于双流传动工况,此时差速机构有功率合流的3段。
1.齿轮式离合器2.减速器差速机构3.变速器4.后桥5.液压泵6.液压马达7.液压分配器8.调速阀 9.安全阀 10.油箱 Ⅰ、Ⅱ.液压分配器位置图3 T-130拖拉机液压机械减速器F i g.3 H M C V To f T-130t r a c t o r s该装置由液压机械传动装置与有级变速箱串联构成,其特点是采用定量液压元件和旁路调速,结构简单,价格便宜。
德国道依兹·法尔公司成功地开发出了图4所示的液压机械无级变速器[2],并将其装备到A g r o t r o n 系列拖拉机上。
其基本结构由机械传动、液压传动和多行星排组成的差动轮系组成。
变速器前进挡和倒车挡各4段,当离合器C6接合时为前进挡,离合器C5接合时为倒车挡。
该变速器各段的输出转速n b均与e成线性对应关系,根据外负载的变化,输出转速n b随e的变化而改变,因而变速箱实现了较大范围内的无级变速,使发动机始终保持在最大功率点工作,从而大大提高了整机作业效率和燃油经济性。
该变速器的不足之处是所用行星排数目多,增大了机械结构的实现成本。
图4 A g r o t r o n系列液压机械无级变速器F i g.4 H M C V To f A g r o t r o ns e r i e s t r a c t o r s图5所示的液压机械传动系统是由专业生产液压元件的萨澳公司和德国芬德拖拉机公司联合研制的[3],芬德公司的V a r i o系列拖拉机现已装备了该变速器。
此变速传动装置属于输入端分流传动,发动机功率通过一个扭矩阻尼器和传动轴带动行星架转动,将功率分流到差动轮系的齿圈和太阳轮上;齿圈通过一级齿轮传动,将功率传到轴向柱塞变量泵上,变量泵驱动两台面对面安装的变量马达,然后马达通过一级齿轮传动输出液压功率流。
太阳轮则通过一对齿轮将机械功率流传递给一个两挡变速箱。
1.扭矩阻尼器2.液压泵3.差动轮系4.齿圈5.太阳轮6.行星架7.液压马达8.段位选择器图5 V a r i o系列液压机械无级变速器F i g.5 H MC V To f V a r i o s e r i e s t r a c t o r s装有这种无级变速器的拖拉机起步时,功率全部通过液压系统传递,此时液压泵在最小排量而马达在最大排量,从而使拖拉机有良好的起步性能。
在最大车速时,功率则全部由机械系统传递,此时马达的排量为零。
该装置的特点是结构简单,所需换挡元件少,但对液压元件的性能要求高。
图6所示的液压机械无级变速器是由河南科技大学和中国一拖集团有限公司联合开发研制的[7],该变速器包括一个差动轮系和多个换挡离合器。
根据·216·2009年11月 农机化研究 第11期离合器的接合状态不同,随着变量泵和定量马达排量比e 的变化,变速器前进方向由6个变速段构成,倒车方向由3个变速段构成。
当C 1,C 2脱开,C 3,C 4结合时,为纯液压段。
纯液压段的设置有利于拖拉机的平稳起步,且可省去主离合器。
此外当C 1,C 4同时结合时,构成变速比不随e 变化的4个纯机械挡,对提高整车的传动效率有着重要的意义。
图6 1302R 拖拉机液压机械无级变速器F i g .6 H M C V To f 1302Rt r a c t o r s3 液压机械无级变速传动的关键技术3.1 结构方案和参数选择拖拉机在不同作业时,其主要作业速度范围是不同的。
因此,在设计拖拉机液压机械无级变速器时,应合理地选择结构方案和参数,将工作效率高的段位设置在主要作业速度范围内,使拖拉机能够高效率、高质量地完成各种作业。
在确定结构方案和参数时,应综合考虑整车的使用对象、结构布置、控制方式及成本等因素,选择合适的液压机械传动形式及液压传动类型。
选择结构方案和参数的基本原则为:1)根据拖拉机作业性能要求,正确匹配液压机械传动形式及液压传动类型。
2)为提高整车的传动效率,液压功率分流比应尽量的小,一般小于0.3。
3)优化结构参数,尽量减少功率循环的出现。
4)为了降低机械结构的复杂程度,行星排个数一般不多于4个,行星排特性参数0.25<k <4。
5)根据需要增设纯液压段,有利于拖拉机的平稳起步。
纯机械挡应设置在拖拉机主要作业速度段。
6)执行元件(离合器和制动器)数量少。
控制参数的设置能反应拖拉机的实际工况。
3.2 自动控制系统拖拉机液压机械无级变速器自动控制系统一般由电子控制器、传感器和执行元件3部分组成。
自动控制系统通过传感器采集发动机油门位置和输出转速信号,根据发动机输出特性,计算发动机的输出功率、输出转矩和工作点。
依据驾驶员的设定,以及控制器内置的调速和换挡策略,控制执行元件的接合和分离,自动连续改变变速器的传动比,从而改变行车速度和发动机的负载大小,保证发动机工作在最佳动力性或最佳燃油经济性状态。
3.3 换挡规律换挡规律是车辆自动变速器的核心问题,它将直接影响车辆的动力性、燃油经济性、通过性及对环境的适应能力。
国内外学者对自动变速器换挡规律的研究主要集中在轿车、货车等车辆上[8-10]。
而拖拉机自动换挡规律与这些车辆有着根本的不同,除要求有多种换挡模式外,换挡规律的设定要满足拖拉机是动力机,要提供足够的牵引(驱动)力、高的燃油经济性和大幅度地驾驶员的劳动强度。
综合考虑拖拉机作业环境工况、作业方式、驾驶员意图,在保证提高拖拉机动力性、经济性等线性指标的情况下,利用模糊控制、神经网络等理论提出的适合于模型非线性、运行环境复杂多变、人机协调特征突出的非线性智能控制理论,确定拖拉机自动变速器的换挡规律将是未来的发展趋势。
4 结论1)液压机械传动是一种液压功率流与机械功率流并联的传动形式,通过机械传动可实现高效率传动,通过机械传动与液压传动的结合,可以在很大范围内实现无级变速。
2)液压机械无级变速传动的结构方案和参数设计是实现既定传动要解决的主要问题,传动控制系统及换挡规律可保证传动系统优良性能的实现,也是液压机械无级变速传动的关键技术。
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L u o y a n g L Y CB e a r i n g L i m i t e dC o m p a n y,L u o y a n g471039,C h i n a)A b s t r a c t:T h e h y d r o-m e c h a n i c a l c o n t i n u o u s l y v a r i a b l e t r a n s m i s s i o n(H M C V T)i s a n e wt y p e c o n t i n u o u s v a r i a b l e t r a n s-m i s s i o n d e v i c e.T h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f h y d r o-m e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n(H M T)i s i n t r o d u c e di n t h i s p a p e r.T h e s t r u c-t u r a l s c h e m e s o f s e v e r a l t y p i c a l H M C V T s f o r t r a c t o r s a r e s p e c i a l i z e d a n d e a c h c h a r a c t e r i s t i c o f t h e mi s s y n c h r o n o u s l y a n a-l y z e d.A c c o r d i n g t o t h e w o r k i n g r e q u i r e m e n t s o f t r a c t o r s,m a i n p r o b l e m s o f H M C V T,w h i c h a r e t h e s e l e c t i o n o f s t r u c t u r a l s c h e m e s a n d s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s a n d t h e a u t o m a t i c c o n t r o l s y s t e m,a r e e x p l a i n e d a n d r e l e v a n t p r i n c i p l e s o f t h e ma r e a l-s o p r e s e n t e d.T h i s p a p e r h a s s o m e r e f e r e n c e s i g n i f i c a n c e t o t h e d e v e l o p m e n t,d e s i g n a n d s e l e c t i v e a s s e m b l y o f H M C V T f o r t r a c t o r s.K e y w o r d s:t r a c t o r s;h y d r o-m e c h a n i c a l c o n t i n u o u s l y v a r i a b l e t r a n s m i s s i o n;k e y t e c h n o l o g y(上接第214页)A b s t r a c t I D:1003-188X(2009)11-0212-E AD e s i g na n dR e s e a r c ho f Wi r e l e s s Mo n i t o r i n g S y s t e m f o rS o l a r E n e r g y a n dB i o g a s P l a n tB o J u n,Z h uS h i p i n g,Z h a o H u(C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y,S o u t h w e s t U n i v e r s i t y,C h o n g q i n g400716,C h i n a)A b s t r a c t:Am o n i t o r i n g s y s t e m d e v i c e f o r s o l a r e n e r g ya n db i o g a s p l a n t w a s d e s i g n e d,i nw h i c hm u l t i p l e s e n s o r c o u l d c o l l e c t d a t a,t h e w i r e l e s s d a t a t r a n s m i t t e r c o u l d t r a n s m i t d a t a i n a l o n g d i s t a n c e,t h e m a s t e r m a c h i n e c o u l d r e c e i v e w i r e-l e s s d a t a a n d m o n i t o r t h e t a s k s t a t e.Aw i r e l e s s d a t e t r a n s m i s s i o n/r e c e i v e m o d u l e n R F905i s u s e d t o c o m m u n i c a t e t h e d a t e w i t h t h e m a s t e r m a c h i n e.T h e d a t ai s a t m o s p h e r i c t e m p e r a t u r e a n dh u m i d i t y,t h e p r e s s o f b i o g a s p l a n t i ns o f t b o d y,t h e t e m p e r a t u r e o f b i o g a s s l u r r y,w h i c h i s c o l l e c t e d b y t h e s e n s o r o n t e m p e r a t u r e a n d h u m i d i t y,p r e s s,t h e r m o c o u p l e t e m p e r a-t u r e.T h e m a s t e r m a c h i n e h a s t h e f u n c t i o n s t o s t o r e t h e h i s t o r y d a t a a n d d i s p l a y d y n a m i c c u r v e.T h e r e s u l t o f e x p e r i m e n t i n d i c a t e d t h a t t h e s y s t e m w a s o p e r a t e ds i m p l y,r u ns t e a d i l y,c o u l dm o n i t o r t h ei n f o r m a t i o nf o r s o l a r e n e r g y a n db i o g a s p l a n t.K e y w o r d s:s o l a r e n e r g y a n d b i o g a s p l a n t e n g i n e e r;w i r e l e s s d a t a t r a n s m i s s i o n;s e r i a l c o m m u n i c a t i o n;r e a l-t i m e m o n i-t o r·218·2009年11月 农机化研究 第11期。
