动力换挡变速箱原理剖析（构造、作用、优缺点全面介绍）

2023-11-18 14:20

动力换挡变速箱原理剖析（构造、作用、优缺点全面介绍）

一、动力换挡变速箱的基本原理

1、动力换挡变速箱的概念：

动力（负载）换挡变速箱就是可以在拖拉机带着负载一边工作，一边变换档位，换挡过程中动力不中断的一种有级变速箱。

其主要工作原理是采用摩擦离合器（多为湿式、多片结构）作为动力换档执行元件的负载换档机构来实现。

2、其工作原理如下：

图1所示的机构为可在I 和Ⅱ 两对齿轮间进行换档的部件简图。离合器K l 接合、K2 分离, 动力由齿轮副I 传递, 则实现第I 档; K 2接合、K l 分离, 动力由齿轮副Ⅱ 传递, 则为第Ⅱ档。

如果两个离合器协调地工作, 如原来接合的离合器（K1）逐渐分离, 它所传递的(Ⅰ档) 动力逐渐减小, 而原来分离的离合器(K2)逐渐接合, 传递的动力从零开始逐渐增加直到传递全部动力, 则动力从I 档换到了Ⅱ档, 两档传递的动力在换档过程中有一定的重叠, 因而动力在换档过程中并未中断。上述就是动力换挡变速箱的基本原理，当然,上述的换档过程必然伴随着离合器摩擦片的打滑。

动力换挡变速箱由于换挡过程简单，且动力不中断，改善了拖拉机的操纵性能，提高了工作效率。自1959年Caterpillar公司在D9D拖拉机上首次成功地应用动力换挡以来，由于这种机构在换挡时表现出的明显有点，引起了许多厂家纷纷效仿。从生产动力换挡增扭器、Hi-Lo动力换挡机构和逆向机构（动力换向），到部分排挡动力换挡，再到全部排挡动力换挡，发展到今天的多排挡全动力换挡（12个前进挡以上），其技术已非常成熟，并被很多拖拉机生产厂家所应用。

二、动力换挡变速箱的结构

实现动力换挡的主要控制元件有动力换挡变速箱、拖拉机电液控制单元、液压系统三大部分。变速箱的液压控制系统除对变速箱强制润滑外，还控制换挡离合器、主离合器、PTO和前桥驱动的分离和结合，以及制动器的制动。变速箱的主要性能参数，包括发动机输入转速、变速箱输入转速、液力变速箱输出转速、主离合器转速、离合器踏板位置、离合器位置、主变速箱挡位、PTO转速、变速箱温度、润滑系统油压等，通过各类传感器传递至变速箱电子控制单元（TCU），TCU根据驾驶员输入指令，控制液压系统中的电磁阀和对应的换挡离合器实现换挡，同时对转速、转矩、压力、流量、温度等进行监测。开发动力换挡变速箱，均需对（TCU）进行开发和参数设定，保证其控制的稳定和一致性。

下面就对几款我们常见的动力换挡、Hi-Lo机构动力换挡、动力换向变速箱结构简单的为大家做一下介绍：

1、典型的拖拉机动力换挡变速箱（以ZFT7336为例）原理如下图，现在主要应用在国内各厂家的动力换挡拖拉机上：

2、LF2204拖拉机TX4A动力换挡变速箱（30F+25R）结构如下图：

3、LF1504拖拉机MTX3动力换挡变速箱（16F+12R）如下图：

三、无级变速变速箱的结构

随着拖拉机变速箱技术的发展，无级变速在拖拉机上开始得以应用，各家的HMCVT结构不一，最有实力的是ZF的ECCOM系列和分特公司的VARIO系列变速器。

1、液压机械无级变速传动( HMCVT)箱的原理

HMCVT（ hydro-mechanical continuously variable transm ission ）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、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nb 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nb 在一定范围内连续无级变化,

如图2中的HM 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。

1、液压机械无级变速传动( HMCVT)箱的原理

液压机械无级变速传动( HMCVT)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。

2、ZF 公司ECCOM 1.3 变速箱(HMCVT)

液力系统+多级行星机构，无拨叉，一轴，100-140马力。最新的 ECCOM5.0配500马力拖拉机。

2、ZF 公司ECCOM 1.3 变速箱(HMCVT)

ZF-ECCOM是较成功成功的传动系, 目前有5个产品系列, 功率覆盖74-279kW ( 100-380马力)。变速箱的机械部分有两个外摆线减速器, 提高了无级变速传动系的机械功率传递。变速箱有4个速度区段( 0- 6.4 km /h、6.4-13 km /h、13-26 km /h和26-40 km /h或50km/h)。

意大利Same-Deutz-Fahr公司的Agrotron TTV ( 99 - 114 kW )( 135-155马力)及Same Iron Continuo( 125-135W )( 170-184 马力)系列拖拉机、Lamborghini R6 Series VRT ( 125-135 kW ) ( 170-184马力)、John Deere的6030系列及Claas公司的Axion 800 C-Matic系列拖拉机。CLASS XERION 系列335马力、375马力、483马力、524马力都是采用ZF-ECCOM变速箱。（ ZF-ECCOM3.5，ZF-4.0 ECCm4.5。）。

3、 Fendt Vario变速箱(HMCVT)

行星机构+液力系统+啮合套，三轴排列, FENDT公司200、300、400、700、800、900系列，从75马力到396马力全部采用这种形式的变速箱，大批量生产，黑龙江2005年就有引进900系列的拖拉机，可靠性较高。

和ZF无极变速的区别：一个是吧行星机构作为合流工具，一个是功率分流工具。

Fendt公司的V ario 系统。其分为0.02-34km /h及0.02~ 50 km /h( 60 km /h )两个速度范围,这是最早实现商品化的, 已发展为从Vario200 到Vario900共6 个产品系列。功率覆盖48-265 kW( 65-360马力), 目前各型号已实现销售50,000台。

除Fendt公司各系列拖拉机外, MF公司的7400 系列和MF8400型拖拉机使用的Dyna-VT型、JCB 公司8250 Fastrac拖拉机上使用的V- Tronic及Valtra公司S系列拖拉机上的无级变速传动系均来源于Vario系统。

本人认为V ario 系统从结构和制造成本和难度上看比ZF ECCOM系列有优势，比动力换挡机构比更有优势，很多加工难点都避免了。

4、洋马I-HMT 变速箱(HMCVT)

液力系统+行星机构+同步器，三轴排列

5、John Deere 公司的IVT (Infinitely Variable Transmission)无级变速系统。

该系统包括两个前进区段L /H( 0-15 km /h及0-50 km /h)和一个倒退区段R( 0-17 km /h), 理论最高速度可达62 km/h。该系统分别应用于其7030及8030系列拖拉机上,甚至其8345R 橡胶履带拖拉机上也安装了该传动系。随着技术的进一步成熟, 预计会有更多的John Deere拖拉机装用该系统。

6、 HST变速箱无级变速系统

静液压无级变速传动装置(Hydraulic Stepless Tran smission )简称HST。