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1、履带拖拉机无级变速器设计（操纵机构设计）摘 要拖拉机工作条件复杂，外界负荷复杂多变，要求发动机或变速器能适时的改变转矩的大小或转速，以保证拖拉机的动力性和经济性。传统变速箱虽能通过换挡达到一定的要求，但其档位有限，无法实现无级变速。液压机械无级变速器是一种液压功率流与机械功率流并联的新型转动装置，液压机械无级变速器是综合了机械传动高效率和液压传动无级变速两方面优点的新型传动机构。液压机械无级传动是一种多功率流传动系统，它将功率分为液压和机械两路传递即功率分流，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
2、相衔接并组逐段升高的全程无级输出速度。液压元件只负担最大功率的一部分，其他功率都由机械路传递。这相当于将液压无级变速功率扩大，传动总效率相对于液压传动也显著提高，和液力机械传动相比，装载量最大可提高30%，燃油经济性最大可提高25%。其特点是通过机械传动实现功率转递，通过液压机械相结合实现无级变速。目前，国外先进的拖拉机，工程车辆已经采用液压无级变速器。马达的最高转速对应着该段的末速度，当这段的末速度等于后一段的初速度及后一段初速度对应马达最高转速位置。此液压机械无级变速器必须与发动机合理匹配才能发挥其优势。匹配的关键是根据各种路况和发动机特性调节变速器的传动比，使发动机工作在最佳状态。 关键
3、词：拖拉机，无级变速器，操纵机构DESIGN OF TRACKED TRACTOR VARIABLE CONTINOUSLY TRANSMISSION（CONTROL MECHANISM）ABSTRACTThe working condition of tractor is complicated complex and the external load is ever-changing. The torque of engine or transmission should change with the external load. Although traditional transm
4、ission through shifting can reach a certain standard, but its gear is limited and it can not achieve stepless speed. Hydo-mechanical continuously variable transmission (HMCVT) is a power flow of hydraulic and mechanical power flow parallel to the new rotation device , hydraulic machinery CVT is a sy
5、nthesis of highly efficient mechanical transmission and hydraulic drive CVT merits of the two new drive institutions. Hydro-Mechanical - drive is a multi-stream transmission, power will be divided into two hydraulic and mechanical way that the power transfer streaming streaming agencies triaged hydr
6、aulic motor in forward and reverse maximum speed between both CVT. Each of its itinerary and a planetary gear mechanism for a state match, finally, Road converge into two by a number of variable speed converge and the group has to absolutely no higher level of output speed changes. Hydraulic Compone
7、nts burden only part of the maximum power, the other by mechanical power transmission path. This will be the equivalent of continuously variable hydraulic power expansion drive efficiency relative to the total hydraulic transmission has improved significantly. hydraulic and mechanical transmission,
8、the loading capacity can be increased by 30%, fuel economy can be increased 25%. Its characteristics are achieved through mechanical transmission transmit power through the combination of hydraulic machinery to achieve CVT. Currently, foreign advanced tractors, construction vehicles using hydraulic
9、CVT. Motor corresponding to the maximum speed of the speed at the end, When this speed to the end after a period of the early speed and after a period of initial velocity corresponding maximum speed motor position. Matching is the key to all kinds of traffic regulation and the engine characteristics
10、 of the transmission ratio transmission, the engine work in the best condition.Key words: tractor, continuously variable transmission, control device 目 录第一章 绪论. . . . . . .1第二章 液压机械无级变速器传递方案的确定.22.1 液压机械无级传动的原理及特点.22.1.1 液压传动原理.22.1.2 液压传动特点.32.2 液压机械无级变速器传递方案的选择.3第三章 液压泵液压马达调速油路的设计.63.1 变量泵与定量马达排量的
11、确定. .63.1.1 变量马达定量泵所组成的油路.63.1.2 补油泵的选择. .83.1.3 液压油及油管的选择.93.2 液压油路压力损失的确定.93.2.1 液压油流动状态的确定.93.2.2 油路沿途压力损失的计算.93.2.3 局部压力损失.103.3 油箱尺寸的确定. 103.4 液压元件的选择.11第四章 液压机械无级变速器液压控制油路设计.134.1 油路设计.134.1.1 冷却与润滑油路.134.1.2 液压元件的选择.144.2 液压机械无级变速控制原理.144.2.1 经济性换挡. .154.2.2 动力性换挡. .17第五章 结论.21参考文献.22致谢. . .
12、. . . . . .24第一章 绪论拖拉机工作条件复杂，外界负荷复杂多变，要求发动机或变速器能适时的改 变转矩的大小或转速，以保证拖拉机的动力性和经济性。传统变速箱虽能通过换挡达到一定的要求，但其挡位有限，无法实现无级变速。液压机械无级变速器（HMCVT）是一种液压功率流与机械功率流并联的新型转动装置，液压机械无级变速器是综合了机械传动高效率和液压传动无级变速两方面优点的新型传动机构。液压机械无级传动是一种多流传动系统，它将功率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
13、相衔接并组逐段升高的全程无级输出速度。液压元件只负担最大功率的一部分，其他功率都由机械路传递。这相当于将液压无级变速功率扩大，传动总效率相对于液压传动也显著提高，和液力机械传动相比，装载量最大可提高30%，燃油经济性最大可提高25%。其特点是通过机械传动实现功率转递，通过液压机械相结合实现无级变速。目前，国外先进的拖拉机，工程车辆已经采用液压无级变速器。如，日本小松公司开发的液压机械无级传动运用到推土机上，和传统的液压推土机相比，其装载量可提高30%，燃油经济性提高25%。我国是一个人均能源，资源贫乏的发展中国家，提高燃油的经济性尤为重要。目前，我国在这方面的研究处于理论研究阶段。为了研究的方
14、便，现以东方红1302拖拉机为原形设计无级变速器，建立其速比与变量泵定量马达排量比，液压功率分流比的关系式，并绘制特性曲线。结果表明，变量泵和定量马达所分功率越少，则液压机械无级变速器效率越高。液压机械无级变速器具有可控的无级调速和高效率特性。第二章 液压机械无级变速器传递方案的确定2.1 液压机械无级传动的原理及特点2.1.1 液压传动原理液压机械无级变速器大都用到了行星齿轮机构，这与行星齿轮机构具有结构紧凑，传递功率大的特点是分不开的。行星齿轮机构由行星轮，齿圈及两个或两个以上的行星架组成。一般选择两个输入就有一个输出，例如：太阳轮，齿圈输入，那么行星架就输出。行星齿轮机构通过改变其一部分
15、的速度，可以用来调速。如图所示，行星齿轮机构的转速，转矩，有如下关系：21 调速油路简图在HMT中，输入或输出总有一个被限制。不同的齿轮被用来分流或组合输出或输入。不同齿轮的转速，转矩关系如下：=+ （2-1）= （2-2） = （2-3） = （2-4）式中：为齿圈转速，r/min ； 为星架转速，r/min；为阳轮的转矩，N.m；为齿圈的转矩，N.m；为行星架的转矩，N.m；为太阳轮齿数；为齿圈的齿数。简化上面式子得： +=（） （2-5）： =：-： ； （2-6） 式子中： ；为太阳轮齿数；为齿圈的齿数； 为太阳轮转矩，N.m；为行星架转矩，N.m；为齿圈转矩，N.m；由（2-6）可知
16、太阳轮上的转矩较小，容易改变其转速。本方案采用改变太阳轮转速来达到调速目的。2.1.2 液压传动特点 机械传动的效率高，液压传动的效率低，在保证液压调速的基础上，机械传递功率所占总功率的比例越大，液压机械无级变速器的总效率越 高。正因为如此，液压机械无级变速器力争使液压所传功率比例最低。2.2 液压机械无级变速器传递方案的选择考虑到工艺的继承性和整体的配套性，本设计保持原机型总体尺寸和结构参数不变，只改变变速器部分。拖拉机的中央的最终传动比为21.315，驱动轮的半径r=0.346，发动机的额定转速n=2300r/min。 本设计所采取的总体方案图2-2：（其中 =0.5909, =0.597
17、1）22 调速油路简图离合器的结合状态如表2-3所示：段（挡）位前进+倒车+23 离合器结合简图液压机械无级变速通过调节液压元件的相对排量来实现无级变速的。各段速比与e的关系图如2-4：24 转速e关系图(前进)下面计算液压功率分流比：（1）当，齿圈为功率输出时，液压功率分流比: = （2-7） （2）当，齿圈为功率输入时，液压功率分流比 : = （2-8） 经计算，液压功率分流比与转速关系图如下：（ 其中，=39.364% ） 25液压功率分流比传动比关系图(前进)第三章 液压调速油路的设计液压传动系统通常有三种类型：定量泵-定量马达，变量泵定-量马达，变量泵-变量马达。定量泵-定量马达采用
18、溢流调速，液压损失大且不易控制，但其结构简单。变量泵-定量马达传动形式采用容积调速，液压损失小，可以实现自动控制。变量泵-变量马达采用容积调速，调速范围宽，从而可用简单的差动轮系结构及较少的调速段宽范围实现较宽范围的无级变速。考虑到液压元件的成本，本设计采用变量泵-定量马达构成液压传动系统。3.1 变量泵与定量马达排量的确定3.1.1 变量泵定量马达所组成的油路油路简图如3-1所示：31 变量泵-定量马达的油路简图纯液压传动效率较低，从提高效率的方面讲，动力传递中不应出现纯液压传递功率的情况，这样只有机械或液压机械共同传递动力两种方式。有行星齿轮机构的传递特点可知：纯机械传递动力时，太阳轮上的
19、转矩最大。此时：发动机输出的转矩： （2-9） 式中： M 为转矩，N.m；P为功率，KW；为转速，r/min。其中 ： P=106；n=2300。所以： M=95501062300=440发动机将转矩传递给齿圈，则 =440； = （2-10） 令 K=3； 则 =；有图可知，马达输出转矩： = ； =0.5971；所以： = 223.3；有公式 ： = (2-11)式中：为压差， MP ； V 为排量， ；为转矩，N.m ；令： =40MPa ；=223.3； 则 =2223.3/40=35.1 所以，选择042系列的变量马达定量泵.变量泵变量泵的型号为：042带附件，排量控制MA及压力限
20、制器。参数： 额定转速为4200 ，排量42 。生产厂家：萨澳-丹佛斯。定量马达定量马达的型号为：042 ， 参数：额定转速为4200，排量42 生产厂家：萨澳-丹佛斯。现确定油路的压力范围： 有公式 = 所以 =35.1液压油路传递功率最大是，油路的压力最小，此时机械转递的转矩为： 则太阳轮上的转矩为：=88.9 马达上的转矩为： = =148.9 此时油路压力差为：= = =22.33.1.2 补油泵的选择A确定补油泵的流量 = （2-12）由参考文献【10】取=5 =10.6B确定马达补油量 = （2-13）由参考文献【11】取=4 =8.5所以总的补油量为: =+ （2-13） =10
21、.6+8.5 =19.1由参考文献【10】取的补油泵为: 额定转速为4200 ，排量8 。补油泵由参考文献【10】选取的补油泵功率为：1.75kw 。补油泵带过滤器，排量控制MA,及压力限制器。3.1.3 液压油及油管的选择根据液压油路的工作压力及液压马达和液压泵的工作温度，选择的液压油为：L-AN 46 。其运动黏度为：=0.45。采用油管的参数单为：外径D=19的管路。另一油管的尺寸为：外径D=12的管路。3.2 液压油路压力损失的确定3.2.1 液压油流动状态的确定油路的雷诺系数= （214）=490120，则不变档位。使e为0。有：F=,1.20 时，V 0.848 1.139？ 是，不变挡位。 假如1.20，调节e使V升高。2. F=,1.15时，V 1.139 1.662？ 是：则挂二挡位。2007年6月15日
