拖拉機(jī)動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無級變速傳動(dòng)系技術(shù)對比

　　1拖拉機(jī)動(dòng)力換擋傳動(dòng)系

　　動(dòng)力換擋系（PowerShift Transmission）是通過濕式離合器控制變速箱換擋，通過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，換擋過程中動(dòng)力不中斷，將復(fù)雜的操作過程簡化為簡單的按鈕操作，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。

　　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)無級變速傳動(dòng)系

　　無級變速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)械液壓無級變速傳動(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)之間的配合來實(shí)現(xiàn)的，通過機(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)獲得了無級變速的特性。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)無級變速，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，機(jī)械-電動(dòng)雙功率流無級變速，串聯(lián)式混合動(dòng)力電驅(qū)無級變速，純電動(dòng)無級變速也應(yīng)用在拖拉機(jī)上。

　　無級變速傳動(dòng)系克服了有級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，無級變速傳動(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)系與無級變速傳動(dòng)系的特點(diǎn)

　　動(dòng)力換擋傳動(dòng)系只是有級傳動(dòng)系換擋方式的改變，通過濕式離合器進(jìn)行換擋，解決了有級換擋傳動(dòng)系在換擋時(shí)的動(dòng)力中斷的問題，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程，發(fā)展為采用傳動(dòng)系電控系統(tǒng)（TCU）控制換擋過程。TCU根據(jù)換擋時(shí)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、油溫、油壓等數(shù)據(jù)對換擋過程自動(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。

　　無級變速傳動(dòng)系克服了有級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)。無級變速傳動(dòng)系通過電子管理系統(tǒng)接收拖拉機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測信號(hào)，對發(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，無級傳動(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。

　　無級變速拖拉機(jī)更適于對速度控制精確度和舒適性要求高、負(fù)載經(jīng)常變化的場合，以及需要超低速度的場合。但國內(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)，無級變速拖拉機(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)系與無級變速傳動(dòng)系對比

　　動(dòng)力換擋傳動(dòng)系是有級純機(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)獲得了無級變速的特性。由于液壓傳動(dòng)效率低于機(jī)械傳動(dòng)，拖拉機(jī)無級變速傳動(dòng)系效率低于動(dòng)力換擋傳動(dòng)。

　　表1動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無級變速傳動(dòng)系性能對比

　　圖6世界主要農(nóng)機(jī)企業(yè)的拖拉機(jī)傳動(dòng)系應(yīng)用情況

　　由表1可知，兩種傳動(dòng)技術(shù)各有優(yōu)勢。無級變速相比于動(dòng)力換擋，更適合需要精確的速度控制配合的場合，運(yùn)輸場合，更適于對舒適性、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，對國內(nèi)主要工況為農(nóng)田作業(yè)的拖拉機(jī)來說，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，無級變速傳動(dòng)系和動(dòng)力換擋傳動(dòng)系共存發(fā)展。無級變速傳動(dòng)系將來能否取代動(dòng)力換擋，關(guān)鍵還在于市場的接受程度、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。近年來部分動(dòng)力換擋傳動(dòng)系的發(fā)展趨勢，是對機(jī)械換擋（同步器）增加自動(dòng)換擋控制，同時(shí)對整個(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，通過電子管理系統(tǒng)接收拖拉機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)測信號(hào)，對發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系進(jìn)行連續(xù)的電子自動(dòng)控制，無級變速傳動(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

　?。?）從技術(shù)先進(jìn)性看，動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無級變速傳動(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。無級變速拖拉機(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)。

　?。?）從發(fā)展?fàn)顩r看，在現(xiàn)階段結(jié)合中國國情，動(dòng)力換擋傳動(dòng)系與無級變速傳動(dòng)系將實(shí)現(xiàn)共存，國內(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?、無級變速傳動(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)力換擋和無級變速會(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。對目前國內(nèi)主要工況為農(nóng)田作業(yè)的拖拉機(jī)來說，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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