液力机械式（共6篇）
液力机械式 篇1
目前,液压与液力传动技术已广泛应用于现代工程机械中,但由于部分工程机械技术人员对液压和液力传动相关基础知识掌握不足,经常导致对工程机械出现的液压、液力传动技术方面的故障束手无策。针对这一状况,特组织了一批在工程机械维修领域工作多年、经验丰富的技师合力编写了《工程机械液压、液力系统》一书。
该书由化学工业出版社出版,分5章,共326页,内容全面,叙述详细,实用性强。该书首先系统介绍了液压、液力传动系统的基础知识,其中包括液压缸、液压泵、液压阀和辅助元件的原理及常见故障。而后介绍了部分典型汽车起重机、挖掘机、装载机、平地机、压路机、沥青摊铺机和混凝土泵车的液压系统工作原理、常见故障和排除方法。该书可为从事工程机械液压系统维修的技术人员的培训提供参考,也可为相关专业高等院校的教学提供参考。
出版:化学工业出版社
主编：张风山静永臣一
定价:58元
液力机械式 篇2
1 液力机械传动系统的构成和工作原理
液力机械传动系统主要包括液力传动元件——变矩器、机械传动部分——机械变速器以及控制部分——操纵与控制装置。
1.1 液力变矩器
液力变矩器工作在液体介质中, 是一种非刚性扭矩变换器。它有一个密闭的工作腔, 液体在腔内循环流动。其中, 泵轮、涡轮和导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相联。动力机带动输入轴旋转时, 液体从离心式泵轮流出, 顺次经过涡轮、导轮再返回泵轮, 周而复始地循环流动。泵轮将输入轴的机械能传递给液体, 高速液体推动涡轮旋转, 将能量传给输出轴。液力变矩器靠液体和泵轮与涡轮叶片的相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩, 液力变矩器与发动机匹配良好, 才能保证传动系统的效率。
1.2 机械变速器
机械变速器有行星式齿轮传动和定轴式齿轮传动两种。这两种变速器都采用液压作为动力, 并通过摩擦元件 (制动器和离合器) 的接合与分离来实现换挡。行星式变速器为同轴传动, 结构较紧凑, 且单位体积功率密度大, 因此在同轴布置单向输出机械、大功率机械和要求布置紧凑的机械及车辆中应用较多。而定轴式变速器结构简单, 维护较方便, 更易实现变挡位数和变速比, 且便于布置各种附属装置, 因此在需要降轴和前后都要动力输出的机械 (例如装载机) 中应用较多, 有利于同一型号定轴式变速器应用于各种不同的机械上。
当变速器换挡时, 随着油压的逐渐施加和释放, 摩擦元件经过短暂打磨后完全分离或接合。一般可将换挡过程分为扭矩相与惯性相两个阶段。扭矩相是指待接合元件已经存在摩擦扭矩作用, 但是原接合元件仍然保持接合状态, 此时输入轴的转速未发生大的变化, 仅仅是两个接合元件的传递的扭矩发生了变化。惯性相是指从原接合元件开始滑摩到待接合元件完成接合的过程, 在此阶段输入轴的转速发生了较大的变化, 受输入端惯性影响较大。
1.3 操纵与控制装置
操纵与控制装置是电液操纵液力机械传动的控制系统, 通常又包括液压操纵装置、电操纵装置和电子控制单元。液压操纵装置主要由换挡操纵控制部分和换挡品质控制部分构成。以车辆为例, 根据换挡机构产生动作的过程的自动化程度, 换挡控制方式分为手动、半自动和全自动三种。全自动变速器可根据车速、油门开度以及挡位选择器 (电操纵手柄) 开关位置等信息, 按换挡规律计算出对应当前工况的最佳挡位, 控制相应的电磁阀实现换挡。半自动变速器则无油门开度传感器, 主要是根据挡位选择器的开关位置来控制相应的电磁阀而实现换挡。换挡品质是指变速器换挡过程中的平顺性, 一般用冲击度 (J=d2v/dt2) 来衡量。动力换挡变速器液压系统中的液压式调压阀 (平稳结合阀) 或电子式调压阀 (电液比例阀) 来实现换挡过程中摩擦元件的平稳接合, 从而提高换挡品质。电操纵装置通常包括电操纵手柄、强制低挡开关、微动踏板、整车制动开关和停车制动开关等。电子控制单元包括硬件和软件。软件采用程序化的控制策略和控制思想, 使变速器具有分析处理信息的能力, 越来越智能化。可靠的硬件是软件程序赖以实现的基础, 是整个电控系统的信号流和能源流正常工作的保障。
2 液力机械传动控制系统的工作模型和原理
液力机械传动控制系统的工作模型有两种, 分别是基于单控制器的无总线结构的工作模型和基于多控制器的CAN总线结构的工作模型。
2.1 基于单控制器无总线结构
基于单控制器的无总线结构工作模型较简单, 只有一个控制器 (控制中心) , 控制系统中所有的输入输出设备和反馈元件都是直接和控制核心相连的, 且非控制核心的设备相互之间不发生任何关联。这种工作模型的优点是结构相对简单, 但是控制核心的信号处理与分析决策任务繁重, 在物理连接上, 电气信号接口规模极大, 需要布置的电缆电线比较多, 不利于提高控制系统功能的扩展, 故障诊断和维护工作复杂费时。
2.2 基于多控制器的CAN总线结构
基于多控制器的CAN总线结构的工作模型允许同时存在多个控制器, 这些控器中有一个作为控制核心, 其他的控制器都与各个输入输出设备和反馈元件集成, 所有的控制器都通过CAN通讯总线连接到一起。这种工作模型的优点是信号处理和简单的分析运算的任务由各个控制器分担, 控制核心的工作量和复杂度大大降低, 各个控制器的电气接口都非常简单、规模极小。CAN总线自身的特点使得控制系统功能的扩展也非常方便, 各控制器之间是可以进行通讯的, 任何一个控制器出现故障后并不影响系统的整体工作, 同时故障诊断和维护非常便捷。
3 结论
液力机械传动具有其他传动方式无可替代的优点, 在当前的工程机械传动技术领域中具有重要作用。本文不仅介绍了液力机械传动系统的构成和工作原理, 还对液力机械传动控制系统的工作模型及其工作原理进行了研究。希望对有关人员开发液力机械传动控制系统具有一定的参考价值。
参考文献
[1]罗邦杰.液力机械传动[M].北京:人民交通出版社, 1983.
[2]张光裕.工程机械底盘构造与设计 (第一版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 1986:151-158.
[3]胡宁, 吴训成, 陈志恒等.提高自动变速器传动效率的途径[J].上海汽车, 2004 (i1) :27-29.
[4]纪红, 张冠伟, 王福山.工程机械新型换挡变速器 (YBl502) 研究与优化设计[J].机械设计.2005, 22 (12) :44-46.
液力机械式 篇3
1 液力机械式自动变速器概述
当前, 液力机械式自动变速汽车发展较为迅速, 受到广泛的欢迎, 这与液力机械式自动变速器的应用是分不开的。液力机械式自动变速器包括液力变矩器、行星齿轮机构、液压操作及控制系统几个部分, 与传统手动变速器相比, 其具有较为显著的优点。例如, 液力机械式自动变速器操作非常简单, 而且省力, 有效的保证的行车的安全;在汽车行驶过程中, 能够在最合适的时间进行换挡, 避免发动机和传动系过载, 延长汽车其他零件的使用寿命;液力机械式自动变速器的适应性非常好, 降低了有害气体的排放, 减少换挡带来的冲击。但是, 液力机械式自动变速器也有一定的缺点, 复杂的结构使其造价成本较高, 而且后期维护修理不方便;汽车的传动效率较低, 液力变矩器的效率为80%左右, 降低了汽车的燃油经济性。
2 液力机械式自动变速汽车动力性计算数学模型分析
2.1 发动机和液力变矩器的匹配计算。
液力变矩器是液力机械式自动变速器的基本组成部分, 在进行发动机和液力变矩器的匹配计算之前, 需要了解发动机和液力变矩器的特性。首先, 发动机特性。发动机具有两个特性, 分别是万有特性、转速特性。发动机带有两级调速器的具有万有特性曲线, 公式为Ge=Pege/1000。发动机可以根据该公式进行计算, Pe代表发动机的功率, ge代表油耗率, 说明发动机的万有特性曲线与发动机功率和油耗率成正比。转速特性。转速特性是汽车在不同油门开度下发动机扭矩和油耗量关于转速的变化曲线, 通过将其进行一定间隔离散化通过矩阵的表现形式进行信息输入, 就可完成其特性模拟。当数据的间隔较小时, 可直接应用矩阵表示发动机转速特性, 当数据间隔较大时, 要通过二乘法进行数据拟合, 然后根据转速器特性线进行直线方程描述。其次, 变矩器特性。变矩器的特性曲线和速比、变矩比、泵轮扭矩系数和变矩器效率有关。在进行发动机和液力变矩器的匹配计算时, 除了要考虑发动机及液力变矩器的特性, 还要考虑发动机与变矩器共同工作的输出特性和输入特性。发动机与变矩器的输出特性公式为MT=KMp=KMe, 输入特性公式为Mp=λγD5n2p。[1]
2.2 汽车动力性能计算。
汽车动力性能计算主要考察一下几方面特性, 第一, 汽车的牵引特性。当辅助机械变速器处于一个挡位时, 发动机根据挡位的变化进行油门的调节, 进而产生涡轮转速, 其挡位与油门开度与汽车的涡轮转速成正比。第二, 汽车行驶阻力。汽车行驶阻力主要和车重、滚动阻力系数、坡度角、空气阻力系数、迎风面积及车速有关, 其公式为Fz=Gfcosθ+CDAv2/21.15+Gsinθ+δGdv/gdt。第三, 最高行驶速度。绘制最高行驶速度曲线主要是根据最高档的发动机油门开度和驱动力随车速进行的, 将坡度阻力和加速阻力忽略不计时, 可得到驱动力随车速变化曲线的公式, Fz=Gfcosθ+CDAv2/21.15。第四, 最大爬坡度。理论上, 汽车驱动力达到最大驱动力时能够爬上最大的坡度, 但此时车的速度为零, 没有实际意义, 所以, 要定义最低爬坡速度。在计算汽车的运输效率时, 主要考虑汽车的驱动功率。在进行最大爬坡度计算时要充分利用发动机功率, 保证最大程度的驱动功率, 控制变矩器在有效的范围里。在汽车驱动力—行驶阻力平衡图上绘制变矩器效率曲线, 根据公式F11=f3 (v11) 可知, 发动机的驱动力随着车速的变化而变化, 因此, 最大爬坡度也要根据车速进行计算。第五, 加速时间。加速时间包括原地起步加速时间和超车加速时间, 这部分时间的主要根据车速的换档点来计算。[2]
3 液力变矩器的数学模型建立
液力变矩器主要在汽车传动系中得到应用, 其与传统手动换挡机械变速器相比具有较大优势, 改变车辆行驶稳定性差的缺点, 延长了汽车部件的使用寿命, 充分的利用了发动机的功率, 体现了无极变速的优越性, 满足人们对汽车行驶方面的要求。液力变矩器的数学模型建立主要分为两方面, 分别是静力学模型和动力学模型。两种模型建立存在一定的联系, 主要是分析液力变矩器各个部件的工作特性, 根据各自的特性来建立静态的数学模型, 再根据静态模型建立动态模型。下面进行分别讨论:[3]
3.1 液力变矩器静态数学模型建立。
液力变矩器的静态数学模型主要是分析各部分部件的特性, 再根据部件的特性进行静态模型建立。首先, 泵轮的工作特性。泵轮在液力变矩器中具有较大作用, 泵轮旋转时, 叶片对液流具有较大作用, 使液体随着牵引力做圆周运动, 这样就会产生相对运动速度和绝对运动速度。根据液流进入和流出叶片的速度和方向上发生变化, 使液体的动量矩存在差异, 这也是泵轮的转矩通过叶片作用的结果。其次, 涡轮的工作特性。泵轮流出的高速液体冲击涡轮叶片, 这样将叶片将液体上的能量转化为涡轮上的机械能, 将液流速度降低时, 机械能也降低, 这样, 液流在速度和方向上就会发生一定大的变化。涡轮叶片改变液流的动量矩, 使涡轮轴获得液流作用的转矩。因为液流在涡轮流道内的运动与泵轮相同, 都是通过叶片与涡轮相对运动和牵连运动组成的, 这就使液流的动量矩随着液流的速度大小和方向发生改变。液力变矩器的静态模型主要依靠泵轮、涡轮等工作特性的分析来导出相关特性方程, η=-TTnT/TBnB=Ki。
3.2 液力变矩器动态特性数学模型建立。
液力变矩器在非稳定工作情况下, 也就是在加速、减速、制动等情况下, 其动态工作特性主要和泵轮、涡轮的动态转矩有关, 还与泵轮、涡轮的角速度以及转速比有关。在不考虑机械损失的情况下, 根据牛顿定律, 液力变矩器泵轮和涡轮的转矩和主要旋转元件的转动惯量相关, 而且还要根据泵轮及涡轮叶片间的流道的几何参数的形状因素有关。在不稳定的工作情况下, 液力变矩器的动态液力转矩是根据静态液力转矩的惯性力矩呈正比的, 该惯性力矩有工作液体沿工作腔方向循环流动的惯性力矩和随泵轮或涡轮一起旋转产生的惯性力矩组成。通过改变液力变矩器的进出口油压能够对变矩器的循环流量进行改变, 忽略工作液体沿工作腔方向的循环流动惯性力矩, 进而首先对动态模型建立的简化。
结束语
综上所述, 液力机械式自动变速汽车逐渐成为当今汽车市场的主流, 液力机械式变速器的使用提高了汽车的很多性能, 让汽车在各个方面条件满足用户的要求, 通过对液力机械式自动变速汽车动力性计算数学模型建立, 能够进一步提高汽车的动力性能, 为汽车进一步改进奠定基础。
参考文献
[1]国务院发展研究中心产业经济部, 中国汽车工程学会, 大众汽车集团 (中国) .中国汽车产业发展报告 (2009) , 社会科学文献出版社, 2011.
[2]徐佳曙.基于硬件在环控制的液力机械自动变速传动系统参数匹配与实验研究[D].重庆:重庆大学, 2012.
工程机械液力变矩器的修理分析 篇4
液力变矩器已经在工程机械上广泛的应用, 液力变矩器能够用液体来传动发动机的动力, 能够将发动机的功率有效的应用, 当外界阻力发生变化时能自动调节扭矩适应变化。液力变矩器有很多优点:提高了车辆的通行性能;提高了机械的使用时间;提高了车辆的舒适度;使车辆操纵简单化等[1]。一般情况液力变矩器靠液体油液来传递动力, 工作的环境很好, 所以很少出现问题, 但是如果有其他杂质进入系统会造成一些磨损, 尤其是一些零件可能会损坏。液力变矩器在损坏后, 一般拆卸下来更换零部件来维修。
2拆卸变矩器时应注意的问题
2.1 熟悉变矩器的结构和原理
由于生产工程机械的种企业很多, 没有比较统一的标准, 所以种类较多。而其中的液力变矩器的结构组成也同样样式繁多。所以在拆卸变矩器时, 一定要提前熟悉其内部结构和原理, 不能在不熟悉其结构和原理的情况下胡乱拆卸。一般液力变矩器附有装配图纸, 应对先根据结构图纸学习其结构和原理再进行拆卸。如果没有图纸, 则应认真研究分析, 或者从网上查阅资料、咨询厂家等。总之, 一定要等搞清楚变矩器内部的结构和原理后再拆卸, 以免造成因不熟悉其结构和原理而在拆卸时损坏变矩器。
2.2 选用合适的工具拆卸
合适的工具是进行拆卸的基础, 在拆卸时一定要根据不同元件的特点, 选则合适的工具, 如果工具选用不合适不仅影响正常的维修工作, 甚至还会损害液力变矩器的重要元件。液力变矩器的各种元件如涡轮、导轮等都是由轴承支持的, 并且在连接紧密, 紧度比较大。在拆卸时, 要根据紧度的要求选用合适的工具, 以免对液力变矩器造成损害。另外, 在拆卸时不能通过硬物敲击、撬等法来拆卸液力变矩器。因为硬物可能会损害配合面, 而配合面造成损伤后, 会影响其配合精度、密封性。
2.3 保护好配合面
液力变矩器是靠液力进行传动的元件, 零件之间的配合面的精度非常高, 要求很强的密封性能[2]。所以在拆卸变矩器的时候一定要做到认真细致, 采取相应的对策, 小心保护配合面, 切勿使配合面过度磨损、刮坏等, 如果造成磨损一定要根据磨损情况进行维修, 甚至更换。
2.4 保护好油封
液力变矩器的动力就是靠油液传递的, 所以油液密封性能对液力变矩器正常工作有很大影响, 因为只有保持一定的密封性液力变矩器才能正常工作。在进行较大的维修时, 之前旧的油封和垫片都不能再用, 都要更换新的。如果不需要更换油液密封, 一定要注意保护, 如果造成油液密封损坏, 会使液力变矩器无法工作。
3液力变矩器的修理
3.1 更换轴承
在拆卸变矩器要注意对轴承的检查, 如果保持架被损坏或者轴承松动等情况要及时更换新的轴承。应当注意的是, 一定要按照与旧轴承相同的型号来更换。很多轴承的上面都有其型号, 要注意辨识, 如果选择不同的型号可能会影响液力变矩器的正常工作。在拆卸时要选择合适的工具, 不能用敲击、撬等办法。在安装时也要注意工具的选择, 应小心的放置轴承, 不能使轴承歪斜。
3.2 检修涡轮轴
将变矩器拆卸完毕后, 要对涡轮轴的各个部件 (轴颈、齿轮的齿面和花键) 进行检查。一般情况, 如果轴颈的径向磨损尺寸小于0.03mm, 或者圆柱度和圆度的误差小于0.02mm, 都不需更换[3]。但是如果超过这个数值, 就必须要更换涡轮轴。同时吐过花键和齿轮如果因为磨损而出现台阶, 这时也要更换涡轮轴, 如果实在无相应的新涡轮轴, 可以将旧的用工具打磨使其平整后可继续使用。如果只是轴颈磨损, 圆柱度和圆度满足要求, 可以刷镀使其恢复之前正常的尺寸, 能够继续使用。
3.3 修理单向离合器
液力变矩器的单向离合器的很多元件都是很容易磨损的, 如弹簧、滚柱、离合器的座的斜槽。应当仔细检查这些元件, 在发现这些问题时要及时的进行更换, 在更换时要注意型号的一致。如果实在条件不足无法更换新的时, 可以用刷镀的方式, 将磨损的地方的磨损量补偿。
3.4 修理锁紧离合器
锁紧离合器可以提高液力变矩器的传动效率, 所以一些工程机械变矩器采用锁紧离合器。锁紧离合器工作时, 变矩器的涡轮和泵轮能够紧密的连在一起, 能够利用发动机的排气来制动, 满足大型机械的制动要求。如果使用过多的话容易造成锁紧的摩擦片被磨损, 活塞的端面也比较容易磨损, 包括油封损坏, 支撑圈的端面都比较容易磨损。
如果锁紧摩擦片只是轻微的磨损不影响正常使用, 则可以继续的使用, 如果磨损比较严重应该及时的更换新的摩擦片。支撑端面和活塞端面如果磨损的较轻, 可以用油石打磨平整, 然后继续使用。如果磨损很严重, 需要放于磨床上磨平端面。活塞油封如果磨损严重要及时更换新的油封。
3.5 修理螺纹件
变矩器在工作时是高速旋转的元件, 所以对螺纹连接的部分和锁紧装置的性能具有很高的要求。在检查变矩器时, 要认真检查螺纹, 如果螺纹有了损坏或损伤, 一定要采取严格的维修方法, 保证其正常工作。一般如果条件允许, 可以才有修理尺寸法, 能够使螺纹获得最好的修复效果。如果更换了螺纹连接部分的元件后, 可能会改变变矩器的平衡性能, 所以要对其进行平衡实验, 以防止平衡被破坏而要增加额外的负重。还需检查变矩器螺纹的锁紧部分, 必须保证其正常工作。
4结语
总之, 工程机械液力变矩器在拆卸时要认真细致, 防止因为拆卸而造成损伤。在维修时要小心检查每个元件, 尤其对那些容易磨损的元件要重点检查。对于磨损的元件要及时维修, 损害严重的元件要及时更换, 并在更换时注意型号的一致。认真做好液力变矩器的维修工作是保证其正常工作的前提, 一定要认真对待。
摘要：液力变矩器在液力机械传动系统中有着重要的作用, 本文简要介绍了液力变矩器的应用, 分析了工程机械液力变矩器在拆卸时应该注意的问题, 讨论了在液力变矩器维修时对各个元件的检查和维修方法。为检测和维修工程机械液力传动系统提供了理论基础。
关键词：工程机械,液力变矩器,修理分析
参考文献
[1]陈换美.工程机械液力变矩器的修理[J].农机使用与维修, 2011, (3) :56.
[2]马文星, 刘春宝, 雷雨龙, 等.工程机械液力变矩器现代设计方法及应用[J].液压气动与密封, 2012, 32 (10) :71-76.
液力机械式 篇5
当车辆处于高负荷运行情景时, 液力变矩器的传动效率会大大减低甚至失去效用, 那么在这样的情况下, 大功率输出要求不能实现, 反而因为功率的积压不能释放, 从而导致油温迅速升高, 造成机械的运行环境出现恶化情况。这样的弊病导致液力传动系统性能受到很大的影响。近年来, 有关研究者通过设计双涡轮和双导轮以及反转导轮结构试图提升液力变矩器的工作效率, 虽然这样的措施取得了一定的效果, 但是从整体上讲仍然不够理想, 因而没有解决根本问题。鉴于此, 本文将重点分析液力传功系统的动力性问题, 对其改善措施提供一定的参考依据。
2 液力传动系统的改善措施
通过上文的阐释我们知道, 传统的液力传功系统存在功率输出不足的问题, 这样的问题严重影响着机械的实际性能。因此为了提高机械的性能, 就应该着力解决液力传功系统的动力性问题, 下文将对此问题做具体的论述。
2.1 换挡变速箱的设计问题及解决策略
通过研究发现, 影响液力传动系统性能的主要原因之一是变速箱设计问题, 传统的变速箱设计没有参考机械作业的与作业操作的实际情况, 前进档位与后退档位设计比较复杂, 使得作业操作也变得比价繁复。而经过改善的液力传动系统的变速箱设计往往采用前二后一方案, 这样的结构设计使得机械在作业过程中变速箱的档位可以保持在一个位置, 在实际操作中, 操作人员只需要掌控方向即可, 这样就可以使得司机可以集中精力进行作业。以此就可以有效提高作业效率。这样的改善措施其科学性也得到了诸多实际证明, 譬如杭州齿轮箱设计生产的ZL4和ZL50这两个型号的变速箱, 就采取了前二后一的变速档位设计, 前进档为2111和51508, 而后退档为11577两种。如此设计有效的解决了传统液力传动系统, 档位置换存在的问题, 极大的提高了传动效率。
2.2 变矩问题分析及解决措施
采用前二后一档位设置的变速箱设计, 为了提高其性能, 就需要同时使用双涡轮变矩器 (如Z50D) 配合。因为一般的三元件液力变矩器的高效范围比较逼仄, 除此之外其变矩范围也比较低, 这样的不利因素严重的制约了传动效用的发挥。而采用双涡轮变矩器能够有效拓宽高效范围同时也能够增加变矩范围。这样就能够有效提高液力传动系统的传动性能。同时为了减低传动系统故障率, 可以通过增加变速箱的档位数加以改善。因为使用档变速箱能够在变矩器负荷增加时, 变矩器的传动效率有可能会降低到高效区外, 在这样的情况下变速器的效率就得不到应有的保障, 为了改变这样的窘境, 采用多档位变速器能够通过降低档位操作, 就能够提高变矩器的工作效率, 并且这样的设计也能够保证机械的牵引力不会降低。这样的方案的主要特点是利用换挡机制, 有效对抗高负荷运行情况下的变矩器效率低于高效区变化以此提高变矩器的适应能力。但是如果在负荷变化范围不大的情况下, 使用三元件变矩器也能满足这样的要求, 因此在具体情况下应该辩证的采用适当的变矩器。
3 计算比较
为了克服传统设计方案的弊病提高液力传动系统的工作效率, 就需要进行一定改善措施, 且为了保证改善措施具有科学性也需要通过计算比较进行佐证。
传统液力传动系统的弊病在于传动效率低且耗油较高, 为了克服这样的缺点徐州装载机厂对传统的装载机进行了改善, 他们将ZL50D装载改进成了ZL50E.具体的改善措施是将ZL50D采用的双涡轮变矩器YJSW315并配有一个前进档和两个后退档的变速器, 改进成了使用三元件变矩器并配置了四个前进档和四个后退档。通过这样的改进发现, 两个方案的全负荷速度特性有了很大的改变, 除此之外其调速特性也出现了很大的改善。
通过对两个方案的测试数据研究我们发现, 新方案的高效区一般都稳定在低速行驶的情况下, 而旧方案的高效区一般处在中速行驶情况。除此之外, 通过分析转载机的牵引特性我们发现, 在牵引力相同情况下, 新方案的变矩器传动效率要远远高于旧方案。并且在低速段运行机制下新方案的装载机稳定性很高, 这就保证了在相同牵引力情况下, 新方案的工作效率就等到了很大的提升。
正是由于这新方案具有以上的优越性, 我国工程车辆大多采用的多档变速配合三元件液力变矩器, 增加档位提高工程车辆的运行效率。但是通过研究发现, 国外的工程车辆除了增加档位外, 还采取了自动换档抑或是自动半档的技术。因为采取增加档位的改革方案后, 随着档位的增加, 就需要操作人员不断的切换档位, 但是诸如此类的操作就会极大的分散操作人员的注意力, 自然就会降低操作的效率。因此为了配合新方案的实施, 也必须同时采用自动换档措施, 只有这样才能够有效提升液力传动系统的工作效率。
4 结束语
我国在工程车辆设计中一直采用的双涡轮前二后一变速器运行机制, 严重影响了传动系统的工作效率。因为这样的设计方案仅仅依靠变矩器的适应性去应对高负载运行情况下的传动性变化, 这样显然就会极大的降低其运行效率。而采用三元件变矩器并配合多档变速箱, 能够提高工程车辆在高负载的传动性能。因此在相同的牵引力和相同阻力的运行情况下, 采取多档变速箱能够提高车辆工程的运作速度。但是在采取这样的设计措施时, 需要配合自动换档措施, 这样才能减少因档位增多而增加的换档操作, 以此保证改革措施的实效性, 总而言之, 通过增加档位并结合三元件变矩器, 能够有效解决传统传动系统的动力性问题。
摘要：当工程车辆在高负载运行情景下, 为了有效增强其适应能力可以采用液力机械传动系统。本文主要分析了现目前工程车辆采用的液力传动系统动力性问题, 并结合有关实际研究, 提出了相关改进策略如设置自动换挡、增加变速箱档位、简化变矩器等。这些改进方案为传统液力机械传动系统的改进提供了一定的思路。
关键词：动力性,机械,动力系统,液力,车辆
参考文献
[1]赵丁选, 马铸, 杨力夫等.工程车辆液力机械传动系统的动力性分析[J].中国机械工程, 2001, 12 (8) :948-950.
[2]姚怀新.工程车辆牵引动力学概述及其研究回顾 (2) [J].筑路机械与施工机械化, 2005, 22 (4) :62-64.
液力机械式 篇6
与机械传动的契合:各司其职
静液压驱动与机械传动之间的一种常见的契合方式,即将两种传动装置串联于总功率流中,以静液压驱动装置实现无级变速、换向、动力制动和过载保护等功能,后置的机械变速器的主要功能则是展宽输出转速和转矩的覆盖匹配范围,同时也有助于优化载荷分布和整机的成本构成。这种串联的契合方式中的静液压驱动和机械传动各自独立进行调节,两者之间原则上没有“横向”关联。机械变速器的加入扩展了整套动力传动装置的可用高效区,但并不能提高最高效率的峰值。
与上述串联系统相对应的是通常称之为“静液压机械功率分流传动(hydrostatic-mechanic power split transmission)”的系统,它可以理解为是一种将液压与机械装置“并联”后分别传输功率流的传动系统。由发动机输入传动系统的功率流先被分为两路,一路为经静液压驱动装置传输的液压功率流,另一路为纯机械方式传输的纯机械功率流,然后再把这两路汇合起来传输给行走装置。此项技术的出发点是企图把静液压驱动良好的无级调速性能和机械传动较高的稳态效率这两者的优点结合起来,以期得到一个既有无级变速性能,又有较高效率和高效区的分布有利的变速传动装置。这一原理虽然早在20世纪初即已被提出,在大中功率的行走机械用液力变速器和大型风机、水泵等叶轮式固定设备中的液压调速装置上早有应用,也曾出现过为卡车和轿车设计和试制的静液压机械功率分流传动装置的多种实物样机,注册了难以计数的专利,但只有当液压元件达到完全成熟的水平,并能够应用电子系统来有效地调节和控制两个功率流的种种关系的今天,行走机械用的静液压机械功率分流变速器才真正实现了商品化,并在近年出现了引人注目的新发展。良好的市场前景促使诸如萨澳丹佛斯、博世力士乐和林德等一些最具实力的液压泵和马达生产厂商无不在这一领域投入了可观的研发力量。
按照实现功率的分、合流所采用的机构的不同,静液压机械功率分流传动装置分为外功率分流和内功率分流两种。前者利用行星齿轮排等专设的机械差速器实现液压机械功率合流,后者利用液压泵和马达自身转子与壳体间的转速差,在液压元件内部直接实现功率分流。
与带有行星齿轮机械差速器的外功率分流型传动装置相比较,靠液压元件本身构件实现功率分流的内分流型装置的结构更为紧凑,机械传动构件的附加损失也较小。但是它所涉及的液压泵和马达中至少有一个必须是转子和壳体都能高速旋转的“双动”型元件,这给联结回路通道和元件变量控制装置的布置都带来较大的困难,而且还有整个装置旋转动平衡方面的麻烦。这些难点集中于本来就比较难造的变量液压泵和马达上,更是难上加难。因此,目前在行走机械领域内分流的应用面远不及外分流传动。然而笔者相信,在材料和制造技术高度发展了的今天的新的边界条件下,内功率分流静液压机械传动装置仍会有长足的发展。
与液力传动的契合:亦敌亦友
目前,在多数情况下静液压驱动与液力传动之间都处于竞争的状态之中,特别是在工程机械和起重运输机械领域。但是两者之间也存在着一种重要的契合形式,见之于大功率液力传动的履带车辆的静液压机械双功率流转向装置之中。
履带车辆最基本的转向方式是通过人为控制左右两侧的履带的速度差作用于车身上产生转向力矩,实施滑移转向;为了得到预期的准确转向轨迹,要求履带间的速度差由驾驶员主动控制,尽量不受行驶和转向阻力变化的影响。实用中有多种机构可用于滑移转向车辆的传动和转向控制,但由于履带式车辆与行走机械上传统的由转向离合器和双级行星机构等构成的单功率流型的转向装置的稳定转向半径太少、转向效率较低和操纵费力等原因,在目前以现代主战坦克和装甲车为代表的新型大中功率的高速履带车辆中已属陈旧技术,它们越来越多地采用的是集变速和转向功能;于一身的双侧变速器和双功率流转向装置。这些新型转向装置具有较多个稳定转向半径,在集成了具有无级变速能力的静液压或电力传动装置后,更具有能够无级调节转向半径和回收慢速履带的制动功率再生于快速履带的功能,在提高了车辆的平均转向速度的同时,还显著改善了操纵的舒适性。
多挡液力变速器具有传输功率大、便于在行进间换挡和能自动适应行驶路面状况等优点,目前已广泛用于主战坦克、履带装甲车和大功率履带式工程机械。但由于存在输出转速受负荷影响很大,牵引特性过“软”,加之较大的变矩器外径和不良的再生功率传输能力等问题,它不适于以左右履带分置的双侧变速器形式兼顾转向功能。纯静液压的双侧驱动方式由于效率较低和功率容量有限,仅见之于中小功率滑移转向车辆上。而目前实用的双侧变速器装置采用的都是牵引特性较“硬”、单位体积功率较高和能逆向传输功率的纯机械的负荷换挡变速器(俄式坦克系列用),以及美国M2/M3装甲车用的HMPT系列静液压机械功率分流分段式无级变速器。古老而又时尚的电传动系统也可用于这一目的。
液力传动的现代大中功率履带车辆越来越普遍使用的是将转向功率单独分出的双功率流变速转向系统。用于产生推进力的行走主功率流经液力装置传输,用于在车身上产生转向力矩的功率流则由另一路机械的、静液压的或电力的传动系统传输,构成双功率流驱动和转向装置。由于静液压装置具有功率密度高、转速调节范围宽、在所有4个象限的传动中可逆性和对称性良好以及较“硬”的传输特性等优点,而且技术上比较成熟,所以目前应用最多的当属静液压双功率流转向装置。液力和静液压两种传动以这种方式的契合造就了现代大功率履带车辆的变速和转向综合传动装置。这种装置的基本原理和前述输入分流型外功率分流的静液压机械传动系统相似,只是在机械流的传动链中加入了液力变矩器,液压功率流则仅用于在左右两侧履带的驱动轮之间传输转向时的再生功率流。在直行时,液压流传输的功率流理论上为零,仅由液力机械变速器向行走装置传输功率;在绕车体中心原地转向时,液力机械功率流为零,几乎全部功率在以秒计的短暂转向时间内都要由静液压驱动装置来传输。车辆的大部分行驶工况则处于上述两种极端的情况之间,由液力机械和静液压装置分担全部行走功率的传输。
1.柴油发动机2.变量液压泵3.后驱动桥4.安装在后驱动桥上的变速-分动箱5.2个变量液压马达6.万向节传动轴7.前驱动桥
与电传动的契合:优势互补
静液压驱动和电力传动装置都具有独立传输车辆推进动力并可无级变速的装置,两者在控制方式的多样性和布局的灵活性方面也有许多类似的优点。在现今的技术条件下,电技术在信号处理的能力和解算传输速度方面总体占优,但在功率元件的特性方面却是液压与电传动各有所长。因此除了现在已普遍存在的“电子神经+液压肌肉”这样一种契合模式外,两者在功率流的传输方面的契合也有许多成功的实例。使用集成安装的电动泵液压缸或低速大扭矩液压马达构成的电液执行单元可就近设置在工作部件附近,液压元件在输出大推力和转矩方面性能突出,而用电缆传输功率和控制信号则敷设方便灵活而且洁净,两者的契合综合了电能传输和液压执行元件各自的优点,不仅提高了系统响应速度,规避了在较远距离上敷设高压管道的潜在风险,还有利于降低成套装置的重量和实现多个冗余度的控制。采用这种技术的EHA电动静液压执行装置已在航空和航天领域推广应用,也已成为先进车辆的主动控制悬架技术中的核心元件。
在以蓄电池或电网电力为能源的电动车辆和机械中,也有相当一部分采用了静液压驱动装置。虽然使用牵引电机直接驱动这种机械的行走装置不仅是可能的,而且从减少能量转化环节的角度观察也许是更为有利的,但工程实践中还需要考虑和顾及的其他一些因素,如对结构空间、多个驱动轮差速运转、防爆和防电击性能等的考虑,促使设计者有时宁肯采用电动机驱动液压泵,再由液压泵供能的液压马达驱动车轮的两相契合的传动方案。
蓄电池电动车辆采用静液压驱动装置后带来的另一个优点是驱动变量液压泵的电动机工况比较平稳,无需像传统的牵引电机那样带负荷启动和直接承受剧烈的转矩和转速波动,对于提高蓄电池的放电效率和寿命有利。
电动车辆的静液压驱动系统的调节控制方式有两种:第一种是电动机仅作为转速和转向相对恒定的动力源,常见于功率较大的运输和施工设备;另一种采用可调速换向的直流电动机或交流变频电动机,控制装置相对集中于电力拖动部分。
如今,油电混合动力的汽车和行走机械是一个关乎节能和环保的热门发展项目而越来越为公众所知晓。而比较鲜为人知的是,实际上契合了静液压驱动技术的油电混合动力工业车辆在多年前就已是成熟的产品了。现在这一技术也开始向节能型汽车的领域进军。
多种传动系统的契合:静液压同步辅助驱动装置
静液压同步辅助驱动装置是一种与机械、液力或电力传动的主要驱动轮或驱动桥相契合的系统,它们已成功地应用于农业机械、高通过性汽车、挂车、平地机和辅助推进火炮等设备中。这些静液压辅助驱动轮或驱动桥通常按分时模式工作,仅在某些特定条件下和速度范围内才接入,并通过地面的耦合对于车辆与行走机械进行助推。此类系统既利用了静液压驱动装置的无级变速性能与主驱动装置同步随动,又利用了静液压驱动装置的布局灵活的特点延伸了主驱动装置的作用空间,附装后还不影响后者的基本结构和操控方式。所以很适合作为整机基型产品的选装或升级改装设备。
静液压同步辅助驱动装置除了在液压马达及轮边减速器等元器件方面具有承载能力强和具备自由轮功能等一些特殊要求外,还需要配置能保证和主驱动轮协调运转的同步控制系统。不过由于车辆与行走机械上无论是主驱动轮还是辅助驱动轮,在产生推进力时都不可避免地伴随有滑转和动力半径的变化,所以各个主、辅驱动轮的轮缘线速度之间不可能、也没有必要像啮合于一根公共齿条上的几个齿轮的节圆速度那样精确相等。
由于通常仅在较低的行驶速度时才使用辅助驱动轮系统来增大整机的推进力,所要求的同步驱动速度范围也并不很宽,由此使得简化静液压同步辅助驱动装置中元件和系统的结构并使其具有较好的性价比成为可能。
辅助驱动的液压马达是分时工作的,在不工作时需要使它们与主传动链分离并仅有较小的拖转阻力。此处主要使用具有良好的自由轮功能的内曲线马达以及具有零排量功能的单作用径向柱塞马达和轴向柱塞马达,少数情况下也采用普通的液压马达辅以机械离合器进行工况的切换。
静液压辅助驱动装置有三种实用的同步控制系统。
一是恒压型同步驱动系统。
这是一种基于力反馈原理的自适应系统。这种系统本身并不复杂,在仅需在向前行驶的工况中单向工作时尤为简单,如果要双向工作则需增加换向阀。它的通用性也较好,泵的取力点布置灵活,还能自动补偿主辅驱动轮胎由于充气压力的差异和磨损程度的不同引起的动力半径变化。应该说是一个脑筋需要转点弯才能搞出来的颇富想像力的方法。它的缺点则首先是工作中辅助驱动轮始终在较高的压力下运转,于元件寿命不利;其次在整车推进力负荷波动较大的工况中(如上下坡行驶),主驱动轮有时会产生负牵引力和寄生功率。在辅助驱动装置采用变量马达可以在很大程度上克服这些缺点,实际上已具有“二次调节”恒压系统的某些特点。但对马达的要求更高,整体结构也将趋于复杂和昂贵。
二是主驱动轮同步拖动液压泵系统。
采用可双向旋转的定量液压泵供能,由与机械或液力传动的主驱动桥输入轴之间具有固定传动比的同步动力输出轴经齿轮增速器拖动,使其输出流量和所联接的辅助驱动上的轮液压马达的转速都与主驱动轮同步变化,通过适当配置增速器的传动比,可基本满足主辅驱动轮同步运转的条件。此系统对于液压泵的许用转速范围和低转速时的容积效率都有较高的要求,而且并非所有车辆与行走机械上都留有与主驱动轮同步旋转的现成的取力点,如何同步拖动辅助驱动系统的液压泵在结构上常会遇到困难。
三是速度反馈控制同步驱动系统。
这是建立在电子调节技术基础上的一种比较考究却也比较直观的系统。它基本上是一套标准的由发动机直接拖动的闭式回路静液压驱动装置。这种系统的通用性很好,既可适应不同动力半径的主、辅驱动轮的配置,又可人为设定它们之间的推进力分配比例。变量液压泵的安装位置也比较随意。它们已在一些对于成本不很敏感的平地机和军用拖挂车等产品上获得了应用。
在可预见的将来,类似于电动静液压执行器(EHA)的由电缆传输动力和液压马达输出推进转矩的系统,也将能在轮距较长的同步辅助驱动装置中获得应用。