液压机械无级变速器效率和换挡特性研究与分析

摘要

变速器是拖拉机传动系中的一个重要部件。传统拖拉机大多采用有级式变速器，这种变速器传动比是固定的，不能保证发动机始终工作在最佳工作区域内。液压机械无级变速器，既可以实现传动比的无级变化，也能保证发动机一直工作在最佳区域内。因而本论文对液压机械无级变速器进行研究。
　　传动效率较低一直是制约液压机械无级传动的一个主要问题，目前对液压机械传动效率的研究还不是很完善。另外，液压机械无级变速器与后续变速箱的匹配设计鲜有人进行深入的研究。本论文针对液压机械无级变速器的效率及其换挡特性这两方面的内容进行研究。
　　液压机械无级变速器由液压传动和机械传动两部分组成，形成了由液压功率流和机械功率流组成的双功率流传动路径。从两个方向对液压机械无级变速器的效率进行研究。一是从机械传动效率定义出发，分析液压机械无级变速器系统的效率特性，最终得到液压机械无级变速系统的效率模型。二是运用啮合功率法，计算液压机械无级变速系统效率，并将两种方法研究得到的结果进行对比。研究得出:影响液压机械无级变速器效率的主要因数为行星排特性参数、变量泵排量比以及液压回路的效率。
　　农用拖拉机必须完成各种不同作业，需要将液压机械无级变速器与有级齿轮变速器（段位变速器）串联组合。本文分析了无级变速器与段位变速器不同档位切换时的转速关系以及实现同步连续换挡所应满足的条件，研究不同换挡情况下拖拉机的车速特性，最终通过合理的设计得到段位变速箱的传动比。本论文设计的拖拉机最终得到三个前进挡、一个倒车挡，在前进挡时拖拉机可以实现0～16.13km/h的无级变速，倒车挡车速范围为0～4.4km/h。
　　利用仿真软件Simulation X，建立了拖拉机传动系统的模型，包括发动机模型、静液压系统调速模型等，对拖拉机传动系统的效率和换挡过程进行仿真。仿真结果验证了文中对影响系统效率参数的分析，同时整机车速达到了理论设计的目标，并且传动效率达到80％以上。
　　本论文研究成果对于液压机械无级变速器的设计有一定的指导作用。在设计无级变速器时，通过选取合适的参数可以得到较高的效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 车辆变速传动的发展

1．2．1 变速器分类

1．2．2 无级变速传动

1．3 HMCVT国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 课题意义及研究内容

1．4．1 课题来源与研究意义

1．4．2 研究内容

1．5 本章小结

第二章 HMCVT无级传动方案

2．1 HMCVT的机构和工作原理

2．1．1 液压调速机构

2．1．2 HMCVT传动形式的分类

2．2 无级传动特性分析

2．2．1 速度特性

2．2．2 液压路径功率分流比特性

2．2．3 HMCVT双流传动比

2．2．4 HMCVT功率流分配

2．2．5 HMCVT转矩特性

2．3 液压调速机构特性分析

2．3．1 液压调速机构转速比特性

2．3．2 液压调速机构转矩比特性

2．4 HMCVT功率流特性分析

2．4．1 功率分布图

2．4．2 功率流状态

2．5 本章小结

第三章 影响HMCVT系统效率参数研究

3．1 HMCVT系统效率计算

3．2 无级传动子系统研究

3．2．1 固定轴分流

3．2．2 液压调速系统效率

3．2．3 汇流行星排特性

3．3 HMCVT子系统特性

3．3．1 液压机械传动系统转速比

3．3．2 液压机械传动系统功率比

3．4 HMCVT系统效率特性研究

3．4．1 HMCVT系统效率计算

3．4．2 HMCVT子系统效率特性研究

3．4．3 HMCVT效率特性应用

3．5 啮合功率法效率计算

3．5．1 啮合功率法介绍

3．5．2 啮合功率法效率分析

3．6 本章小结

第四章 HMCVT换挡匹配设计

4．1 液压机械无级变速器

4．1．1 无级变速器介绍

4．1．2 无级变速器工作模式

4．2 同步换挡条件确定

4．2．1 分、汇流特性分析

4．2．2 双流传动功率分析

4．2．3 换挡同步条件确定

4．3 HMCVT参数设计匹配

4．3．1 无级变速传动系统速度设计要求

4．3．2 HMCVT参数设计选取

4．3．3 作业挡传动比及理论速度设计

4．4 本章小结

第五章 基于Simulation X的HMCVT建模仿真分析

5．1 Simulation X软件介绍

5．1．1 Simulation X简介

5．1．2 Simulation X软件模块

5．1．3 Simulation X基本操作流程

5．2 整机仿真模型的建立

5．2．1 发动机仿真模型

5．2．2 齿轮传动模型

5．2．3 行星排传动模型

5．2．4 静液压调速系统

5．2．5 轮胎模型

5．2．6 整机模型

5．3 整机仿真分析

5．3．1 影响效率参数的仿真分析

5．3．2 整机性能仿真分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果