静液压传动技术_HST_在拖拉机上的应用

静液压传动技术(HST )在拖拉机上的应用

秦剑秋

(萨澳行走液压(上海)有限公司,上海　200233)

摘要:静液压传动技术在国外先进拖拉机上得到了广泛的应用,并与电子控制技术紧密的结合在一起,使拖拉机性能得到了很大的提高。本文详细介绍了静液压传动技术在拖拉机上的各种应用,对不同的配置方案和控制方式进行了分析。

关键词:静液压传动;结构;拖拉机

中图分类号:T H133.31;S219 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2006)02-0034-03

App li ca ti o n o f Hyd r o s ta ti c Tran sm is s i o n (HS T )t o Ag ri cu ltu ra l Trac t o r

Q I N J ian 2qiu

(Sauer 2Danfoss 2Daikin Mobile Hydraulics (Shanghai )Co .L td,Shanghai 200233,China )

Ab s tra c t:The technol ogy of hydr ostatic trans m issi on has been widely used on oversea advanced tract ors .HST combined with electr onic contr ol technol ogy,has highly p r omoted the perf or mance of agricultural tract ors .This paper intr oduces the app licati ons of HST on tract or in detail and analyzes the different configurati ons and contr ol methods .

Key wo rd s:Hydr ostatic trans m issi on;Configurati on;Tract or

目前全球15k W 到74k W 静液压传动拖拉机已超过50万台,并呈增长势头。

拖拉机采用静液压传动除了具有无级变速、结构设计简单等优点外,其低速牵引特性是得以大量应用的一个重要原因。即使内燃机工作在极低转速,只要符合泵的最低输入转速条件(通常为500r/m in )系统就能建立起压力,直至达到最大工作压力,拖拉机即可获得最大设计牵引力,因此静液压传动可低速带载启动。无论是内燃机低转速工况,还是车辆低速工况,由于泵的斜盘角度很小,即使系统压力再高泵轴转矩仍低于内燃机输出转矩,不会造成内燃机熄火。其他诸如静压制动效应等使得静液压传动系统能够适应拖拉机作业的各种恶劣工况。

1　系统结构

1967年美国万国公司与萨澳-丹佛斯的前身———桑斯

川特(Sundstrand )公司联手开发了拖拉机专用静液压传动装置。目前萨澳-丹佛斯可提供BDU,15,40,42共4个系列,泵排量从15,20,21,23,25,28,32,35,41,44共10个规格的产品用于上述小功率拖拉机。元件的最大工作压力从31

MPa 到40MPa 。泵控形式上以直接排量控制为主,近几年出

现了类似自动变速箱,具有功率控制功能的电控系统。

从安装形式上有泵、马达一体的U 形、Z 形,以及泵、马达分离3种结构。U 形、Z 形泵-马达组合在同一壳体内,元件成本低,同时省去了部分接管,安装成本低,泄漏点少,工作可靠;但静压装置与变速箱的接口要专门设计,适用于大批量生产。泵、马达分离结构安装灵活,但元件成本和安装

要求较高。

2　配置方案介绍

从设计上讲,由于采用的是低成本元件,系统只装有高压溢流阀,因此系统提供的最大牵引力必须大于轮胎打滑极限,这样可防止溢流阀长时间开启造成系统发热损坏。另一个设计准则是保证达到拖拉机的最大行驶速度。

从泵、马达的组成以及布置方式上主要有以下几种方式。

2.1　变量泵-定量马达方案1

如图1所示采用U 型装置,内燃机经增速后驱动变量泵,另一路经离合器作为辅助取力口。静压装置输出经变速后驱动后轮,同时经分流后通过离合器输往前轮驱动。该方案所具有的优点如下:

①可利用泵的最大转速能力,可选用小排量的变量泵,降低成本

;

图1　变量泵-定量马达方案1

F i g.1D e s i gn 1o f I nte gra ted PV &M F (U type )

收稿日期:2005-07-18

第33卷第2期 拖拉机与农用运输车 Vol .33No .22006年4月 Tract or &Far m Trans porter Ap r .,2006

②变量泵不需通轴能力;

③变量泵上可串接辅助齿轮泵;④维修保养方便。同时存在如下缺点:①泵轴承受较大径向负载;②需要带支撑的驱动齿轮。

2.2　变量泵-定量马达方案2

如图2所示采用U 型装置,内燃机直接驱动变量泵,变量泵通轴输出经离合器作为辅助取力口。静压装置输出经变速后驱动后轮,同时经分流后通过离合器输往前轮驱动,同方案1。该方案存在变量泵需具备通轴驱动能力和内燃机需有输出口安装辅助齿轮泵的问题

。

图2　变量泵-定量马达方案2

F i g.2D e s i gn 2of I n te gra te d PV &M F

2.3　变量泵-定量马达方案3

如图3所示采用Z 型装置,思路同方案2。静压装置的马达与变速箱做在同一壳体内,变速箱结构需专门设计。该方案省去了驱动齿轮。但同样存在变量泵需具备通轴驱动能力,内燃机需有输出口安装辅助齿轮泵以及维修保养困难、维修时拖拉机需解体的问题

。

图3　变量泵-定量马达方案3

F i g.3D e s i gn 3of I n te gra te d PV &M F

2.4　变量泵-变量马达

采用变量泵-变量马达(图4)的优点是便于行车过程中换挡,但会降低行驶挡的传动效率,并且速度/转矩范围窄。设计时一般泵的排量小于马达排量,以防止高速挡马达过速。传动方案同方案1和2,其控制系统介绍如下:

1)直接排量控制

大多数小型拖拉机采用直接排量控制,它具有成本低,响应快的优点,但同时也存在操纵力矩大、驾驶员易疲劳和操纵机构复杂的缺点。

2)手动排量控制

与直接排量控制相比,手动排量控制的操纵力小,操纵连杆机构简单,并且控制特性平滑,但是它的成本比直接排量控制高

。

1.电源

2.F NR 开关

3.微动踏板或传感器

4.模式开关

5.NFPE 控制模块

6.比例减压阀

7.制动器

8.变量马达

9.马达排量控制阀　10.变量泵　11.内燃机测速传感器　12.内燃机

图4　无反馈比例电控系统

F i g.4D isp l a cem en t P r opo rti o na l Con tr o l Sys tem (no Fee dba ck )

3)无反馈比例电控系统

无反馈比例电控系统的操纵力小,可以采用微控制器实

现内燃机功率(防熄火)、巡航速度、低速微动控制和可设定加减速特性的功能。

在该系统中微控制器检测内燃机转速(测速传感器可装在泵上)。拖拉机工作时如遇到大的负载而降速时,控制器减小输给泵的电流,使拖拉机速度减小,保证内燃机不熄火。同时该泵具有负载反馈效应,在给定的控制信号不变时,如负载增大造成系统压力升高时,泵斜盘摆角也会减小,输出流量下降,使车辆行走速度减小,因此系统的控制稳定性很好。驾驶室操作面板上有模式开关,正常操作模式为驾驶员踩内燃机油门控制行车速度,泵的斜盘摆角根据内燃机转速和负载大小自动调定,类似驾驶自动变速箱的汽车。所谓巡航速度模式是指内燃机转速固定,驾驶员通过面板上的电位器调节拖拉机速度,如负载不变则拖拉机速度保持很好的重复性。

4)电动排量控制

电动排量控制可采用微控制器实现内燃机功率控制(防

熄火)、定速行走、低速微动、可设定加减速特性、速度与输入信号成比例变化等功能,它的缺点是成本比手动变量控制高。

3　液压-机械功率分流系统介绍

为解决静液压传动效率低的缺点,在大功率拖拉机上人们提出了各种各样的功率分流式传动系统。在这种传动装置中,总的功率被分为机械的(齿轮传动,高效率)和液压的

(可无级变速)两支分功率流,然后再汇合起来,这样,它在满

载时的最高传动效率(不包括后桥)可从全液压的约70%提高到约85%。

液压-机械功率分流系统中的行星传动有3根轴,动力由其中的两根输入(图5中机械传动动力流从太阳轮输入,液压传动动力流从齿圈输入),行星架输出为合流后的功率输出。工作时机械传动输入转速固定,液压传动系统的输出速度可无级调节,从而实现了合流后输出转速的无级调节。

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3秦剑秋等:静液压传动技术(HST )在拖拉机上的应用