拖拉機(jī)動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系技術(shù)對(duì)比
1、拖拉機(jī)動(dòng)力換擋傳動(dòng)系
動(dòng)力換擋系(PowerShift Transmission)是通過(guò)濕式離合器控制變速箱換擋,通過(guò)TCU、液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系的不間斷換擋、換向操作,即在拖拉機(jī)帶負(fù)載工作情況下變換不同的擋位,換擋過(guò)程中動(dòng)力不中斷,將復(fù)雜的操作過(guò)程簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的按鈕操作,駕駛員可以在極其短暫的時(shí)間內(nèi)輕松完成復(fù)雜的各種作業(yè)過(guò)程,不僅大大降低了操作難度和勞動(dòng)強(qiáng)度,而且還大大地提高了作業(yè)質(zhì)量,從而實(shí)現(xiàn)了作業(yè)效率的提升,如圖1所示。
根據(jù)換擋過(guò)程是部分還是全部由換擋離合器控制,動(dòng)力換擋傳動(dòng)系可分為部分動(dòng)力換擋傳動(dòng)系和全動(dòng)力換擋傳動(dòng)系。部分動(dòng)力換擋傳動(dòng)系一部分換擋仍采用常規(guī)的機(jī)換換擋元件,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、與目前主銷的機(jī)械產(chǎn)品零件通用程度高等優(yōu)點(diǎn)。全動(dòng)力換擋傳動(dòng)系由于換擋元件全部采用濕式離合器,換擋過(guò)程控制較為復(fù)雜,是需要掌握的農(nóng)機(jī)重要控制技術(shù)之一。
圖1.主離合器 2.主變速動(dòng)力換擋 3.區(qū)段換擋 4.最終傳動(dòng)
圖1 部分動(dòng)力換擋傳動(dòng)系
圖2 雙離合動(dòng)力換擋
圖2中的DCT雙離合器讓機(jī)械變速箱實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力換擋功能,DCT雙離合變速箱采用奇數(shù)擋和偶數(shù)擋分開排擋,通過(guò)切換兩個(gè)離合器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換擋,其實(shí)質(zhì)是動(dòng)力換擋技術(shù),從功能上也可實(shí)現(xiàn)全動(dòng)力換擋。
2、拖拉機(jī)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系
無(wú)級(jí)變速CVT(Continuously Variable Transmission)即變速箱速比連續(xù)可變的一種傳動(dòng)系。圖3為拖拉機(jī)主流的機(jī)械液壓無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系(HMCVT),該傳動(dòng)系是一種液壓功率流與機(jī)械功率流并聯(lián)的新型傳動(dòng)形式,利用行星齒輪機(jī)構(gòu)和液壓馬達(dá)之間的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)高效率,利用小功率的液壓元件使整個(gè)系統(tǒng)獲得了無(wú)級(jí)變速的特性。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)械傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速,使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率得以大大提高,是結(jié)合液壓機(jī)械各自優(yōu)點(diǎn)的一種傳動(dòng)系。近年來(lái),機(jī)械-電動(dòng)雙功率流無(wú)級(jí)變速,串聯(lián)式混合動(dòng)力電驅(qū)無(wú)級(jí)變速,純電動(dòng)無(wú)級(jí)變速也應(yīng)用在拖拉機(jī)上。
無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系克服了有級(jí)變速器固有的齒輪速比不連續(xù)的缺點(diǎn),具有速比連續(xù),傳遞動(dòng)力平穩(wěn),適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。從理論上講,無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系由于提供了任何條件下使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳經(jīng)濟(jì)性和最佳動(dòng)力性工況的可能,從而能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與整車的理想匹配,改善拖拉機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、舒適性和排放性能。CVT由于全部采用液壓傳動(dòng)控制,成本較高,控制較為復(fù)雜,制造和使用要求更高。
圖3 HMCVT雙功率流傳動(dòng)原理
3、動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系的特點(diǎn)
動(dòng)力換擋傳動(dòng)系只是有級(jí)傳動(dòng)系換擋方式的改變,通過(guò)濕式離合器進(jìn)行換擋,解決了有級(jí)換擋傳動(dòng)系在換擋時(shí)的動(dòng)力中斷的問(wèn)題,同時(shí)也提高操縱舒適性、行車安全性等,減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
隨著液壓元件性能的提升和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用,動(dòng)力換擋和動(dòng)力換向技術(shù)從依靠液壓反饋控制換擋過(guò)程,發(fā)展為采用傳動(dòng)系電控系統(tǒng)(TCU)控制換擋過(guò)程。TCU根據(jù)換擋時(shí)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、油溫、油壓等數(shù)據(jù)對(duì)換擋過(guò)程自動(dòng)實(shí)時(shí)控制。還可實(shí)現(xiàn)與其它部件的綜合自動(dòng)控制,進(jìn)一步提高操縱舒適性和工作效率,操縱舒適性與CVT相當(dāng)。
動(dòng)力換擋傳動(dòng)系適于負(fù)載變化大、需要經(jīng)常換擋、需要大幅減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度的場(chǎng)合,由于動(dòng)力換擋傳動(dòng)系仍為純機(jī)械傳動(dòng),與HMCVT相比,動(dòng)力換擋傳動(dòng)系的效率更高。
無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系克服了有級(jí)變速器固有的齒輪速比不連續(xù)的缺點(diǎn),具有速比連續(xù),傳遞動(dòng)力平穩(wěn),適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系通過(guò)電子管理系統(tǒng)接收拖拉機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)信號(hào),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系連續(xù)的電子自動(dòng)控制,響應(yīng)快、控制精確,無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)荷及路面狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)使車輛獲得最佳的使用性能及經(jīng)濟(jì)性,從而改善拖拉機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性。
無(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)更適于對(duì)速度控制精確度和舒適性要求高、負(fù)載經(jīng)常變化的場(chǎng)合,以及需要超低速度的場(chǎng)合。但國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)主要工況為農(nóng)田作業(yè),由于液壓傳動(dòng)效率低于機(jī)械傳動(dòng),無(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)比動(dòng)力換擋拖拉機(jī)傳動(dòng)效率略低。
4、動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系對(duì)比
動(dòng)力換擋傳動(dòng)系是有級(jí)純機(jī)械傳動(dòng),傳動(dòng)效率高。HMCVT是一種液壓功率流與機(jī)械功率流雙流混合傳動(dòng),是一種具有功率分流匯流功能的復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)高效率,利用小功率的液壓元件使整個(gè)系統(tǒng)獲得了無(wú)級(jí)變速的特性。由于液壓傳動(dòng)效率低于機(jī)械傳動(dòng),拖拉機(jī)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系效率低于動(dòng)力換擋傳動(dòng)。
表1動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系性能對(duì)比
由表1可知,兩種傳動(dòng)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)。無(wú)級(jí)變速相比于動(dòng)力換擋,更適合需要精確的速度控制配合的場(chǎng)合,運(yùn)輸場(chǎng)合,更適于對(duì)舒適性、適應(yīng)性要求更高的用戶。動(dòng)力換擋效率高,使用經(jīng)濟(jì)性好,對(duì)國(guó)內(nèi)主要工況為農(nóng)田作業(yè)的拖拉機(jī)來(lái)說(shuō),動(dòng)力換擋更適合。
從當(dāng)前兩種傳動(dòng)系的發(fā)展?fàn)顩r看,無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系和動(dòng)力換擋傳動(dòng)系共存發(fā)展。無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系將來(lái)能否取代動(dòng)力換擋,關(guān)鍵還在于市場(chǎng)的接受程度、技術(shù)的成熟程度及用戶的需求。具有廣泛的速比變化范圍和更細(xì)密的速比分配的部分動(dòng)力換擋,可以改善拖拉機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。近年來(lái)部分動(dòng)力換擋傳動(dòng)系的發(fā)展趨勢(shì),是對(duì)機(jī)械換擋(同步器)增加自動(dòng)換擋控制,同時(shí)對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系應(yīng)用電子控制,實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)系全自動(dòng)換擋。采用CAN總線控制系統(tǒng),并且將主要換擋手柄和按鈕集中在駕駛室內(nèi)的右側(cè)扶手操縱臺(tái)上,充分考慮了人性化要求,大大提高了駕駛員的操縱舒適性。這樣既沒(méi)有使動(dòng)力換擋變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,同時(shí)又改善了動(dòng)力換擋變速箱的操控性能,大大提高了動(dòng)力換擋的舒適性,保持了部分動(dòng)力換擋在大中功率拖拉機(jī)上的廣泛應(yīng)用。而全動(dòng)力換擋隨著擋位的增加變速箱會(huì)越趨復(fù)雜,但為減少換擋沖擊、改善換擋操控的舒適性,通過(guò)程序換擋和電液控制,全動(dòng)力換擋在大功率拖拉機(jī)會(huì)有重要應(yīng)用。
隨著液壓元件性能的不斷提高和電子技術(shù)的發(fā)展,通過(guò)電子管理系統(tǒng)接收拖拉機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)信號(hào),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系進(jìn)行連續(xù)的電子自動(dòng)控制,無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)路面狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)使車輛獲得最佳的行駛性能,從而提高拖拉機(jī)的效率和生產(chǎn)率,HMCVT也將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。
5、結(jié)束語(yǔ)
(1)從技術(shù)先進(jìn)性看,動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系都可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)換擋,采用CAN總線控制系統(tǒng),將主要換擋手柄和按鈕集中在駕駛室內(nèi)的右側(cè)扶手操縱臺(tái)上,充分考慮了人性化要求,提高了駕駛員的操縱舒適性。無(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)制造成本略高于動(dòng)力換擋,使用經(jīng)濟(jì)性不如動(dòng)力換擋拖拉機(jī)。
(2)從發(fā)展?fàn)顩r看,在現(xiàn)階段結(jié)合中國(guó)國(guó)情,動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系將實(shí)現(xiàn)共存,國(guó)內(nèi)80~150馬力拖拉機(jī)以動(dòng)力換向、Hi-Lo動(dòng)力換擋為主;160~320馬力拖拉機(jī)以區(qū)段動(dòng)力換擋、動(dòng)力換向?yàn)橹?、無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系也會(huì)有一定需求;320馬力以上以全動(dòng)力換擋為主、區(qū)段動(dòng)力換擋和無(wú)級(jí)變速會(huì)有一定需求,不同功率段的不同配置可以滿足不同用戶的需求。對(duì)目前國(guó)內(nèi)主要工況為農(nóng)田作業(yè)的拖拉機(jī)來(lái)說(shuō),動(dòng)力換擋拖拉機(jī)效率更高,使用經(jīng)濟(jì)性更好,動(dòng)力換擋拖拉機(jī)更適合。
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