行走机械牵引传动系统

xiaoshxin

快过年了，首先预祝各位大侠买好车票，顺利，平安回家过年。时间很快，小弟毕业2年有余，毕业至今，一直从事行走机械液压系统设计，期间接抽过各种行走机械牵引系统。不同的机械，不同的吨位，不同的工况，不同的价格等等，众多因素综合决定了选择什么样的牵引驱动系统，此间我查阅了不少资料，也请教了不少高人，闲来无事，简单的总结了行走机械牵引传动系统，旨在抛砖引玉，欢迎各位大侠多指教，多讨论。

                                                        行走机械牵引传动系统
行走机械传动系统一般分为机械式传动系统、液力机械传动系统、液压机械传动系统、液压传动系统、电传动系统。不论选用何种传动方式，根本目的是扩大调速区域、提高牵引效率、降低能耗。
机械式传动系统
机械式传动系统又分为主离合器和人力换挡变速箱或者液压动力换挡变速箱两种方式，主离合器和人力换挡变速箱，这种传动方式在早期的工程机械很常见，采用湿式离合器，变速箱采用啮合齿轮组，这种传动系统传动效率高，价格也相对低廉。但是有以下缺点：人力换挡加剧了操作者的驾驶疲劳，同时在换挡时为了保护传动系统要松开离合器，这样将会造成发动机功率的大量浪费，如果路况坑洼不平，要求换挡频繁，导致驾驶员易于疲劳，离合器的磨损也极其严重。特别机器处于上坡工况，换挡过慢会发生溜车，丧失牵引性能。
纯机械传动效率要高于其它传动方式，在传动领域还没有其它传动方式的效率能高于机械传动。
液力机械传动系统
液力机械传动系统为柔性扭矩变换器，低转速时可以实现增扭，启动性能好；输出轴的转速可根据牵引扭矩自动变化，有良好的自动变速性能，保证机器有稳定的工作区，防止发动机熄火；牵引载荷的瞬态变化基本不会反向传递到发动机上，延长发动机的使用寿命。液力机械传动系统相对于机械式传动系统省去了主离合器，由于没有离合器，就省去了换挡时的动力损失。
液力机械传动系统又分为三种：变矩器和动力换档变速箱、带闭锁离合器的变矩器和动力换档变速箱、闭锁离合器的变矩器和自动换档变速箱。
变矩器和动力换档变速箱
变矩器的主要优点是转速能随阻力自动变化，换档较柔和，发动机功率利用率高，不易熄火，但缺点是液力变矩器的最高效率为85～92％，而且高效区域比较窄（高效区集中在中高速阶段），经常在75％以下的低效区工作，特别在低速牵引时效率很低，使得整个传动系统总的传动效率较低，能量损失较大。
带闭锁离合器的变矩器和动力换档变速箱
为了克服变矩器在整个变速区域效率低的缺点，可选用组合型的变矩器，当变矩器进入低效区工作时，则转为偶合器工况，以提高效率；采用带闭锁离合器的变矩器，当载荷变化小、作业工况平稳时，将变矩器闭锁，变为机械传动。
带闭锁离合器的变矩器和自动换档变速箱
电控自动变速器系统由以下部分组成组成：液力变矩器；齿轮变速箱；液压自动操纵系统（主体为阀体）；电子控制系统（传感器、ECU、电磁阀）。电控自动变速器是通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油温度等参数转变为电信号，并输入计算机，计算机根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电子控制信号，换挡电磁阀和油压电磁阀再将计算机的电子控制信号转变为液压控制信号，阀体中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。
电控动力换挡变速器，通过对控制手柄的操作发出信号，经变速控制器进行判断分析，再传送电流到各离合器的电磁阀上，从而使各离合器按照预先设定的充液曲线进行充液、换挡。电子控制自动变速器有最佳的换挡规律，换挡精确性好，具有良好的燃料经济性、动力性，降低污染。换挡平稳，减少传动系统的动载荷，增加零件的使用寿命，减少离合器摩擦片热负荷，提高离合器的工作可靠性和耐用性。
液力机械传动的传动效率无论如何都不会超过机械传动，但是其综合牵引性能要好于纯机械传动。
液压机械传动
液压机械无级变速器（HMT）由液压调速机构和机械变速机构及分、汇流机构组成，是一种液压功率流与机械功率流并联的传动形式，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动与机械传动相结合实现无级变速。泵和马达排量比设定原则是，在保证液压机械无级变速器速比连续变化的前提下，尽可能地减小液压功率分流比；有利于提高传动系统效率。
行星轮系大家都很熟悉，一般齿圈或者行星架固定，其自由度为1，所以为单输入单输出。如果齿圈与行星架都不固定，即为差动轮系，其自由度为二，为双输入单输出。所以液压机械无级变速器为液压功率与机械功率同时输入（太阳轮、行星架同时输入，齿圈输出），其核心思想是通过机械变速箱来获得3、4个固定的传动比，通过液压传动调速来实现每两个固定传动比之间的无级过度，从而获得连续的传动比，实现无级调速。即所谓的机械变速、液压调速。
液压机械传动效率要高于液力传动和液压传动，低于机械传动。
液压传动系统
静液压传动由液压泵和液压马达构成闭式液压回路（由于典型的牵引工况多用闭式系统，像挖机这样不经常行走的机器用开式系统，所以这里只讨论闭式液压传动），从而通过发动机转速的变化和液压泵（马达）排量的变化来调整机械的牵引速度和牵引力。其能实现左右轮独立驱动，可以进行动力转向和原地转向，这样使得液压传动机器更适应各种作业的需要，机动性更好。选择不同泵和马达的组合，可以获得不同的牵引特性，可以方便地实现无级调速及微动行驶，起步柔和，并能迅速地变速和无冲击地变换行驶方向。
静液压传动方式可以更有效的配合发动机在最省油的功率曲线区间工作，并能实现恒功率驱动，充分的利用发动机输出功率同时保证发动机不过载。发动机在低转速下有良好的负荷特性，即发动机低转速时也能通过调节泵与马达的排量获得大牵引力，或者在发动机转速很高时，可以实现机器的微动行驶。这对于像推土机、装载机这样的机器尤其重要。
静液压传动比液力传动在中低速运行时效率要高，油耗节省达30%以上；使得机器的布局灵活，便于功率流的分配；通过静液压制动，减少刹车片的磨损；省去了变速箱，减小整机重量，降低牵引能耗。但是液压传动效率较低，用于牵引工况时效率为60%左右，所以液压传动小功率优势大，大功率发热严重，而且液压传动不能长时间工作于高速阶段，会导致系统发热严重。
虽然液压传动整体性能要好于机械和液力机械传动，但是大多数推土机、装载机采用的是液力机械传动而不是这种液压传动。最关键的原因还是成本原因，液压传动制造成本相比其他两种要高出许多，且使用和维护都比较麻烦。
电传动
说起电传动，不得不提矿车，在非公路机器中，矿车是电传动应用最成功的案例。目前100t以下的矿车机械传动和电传动都有，机械传动总体性能由于电传动。但是大吨位的矿车全部采用电传动。
机械驱动的矿车，换档时齿轮变速器不能在保障适当使用寿命和生产费用的同时承受大的尖峰扭矩负荷。卡特彼勒公司解决这个问题的方法是，通过采用电控变速箱和设计优良的传动系统来控制尖峰扭矩。电子控制器单独控制每个离合器的离与合，这样就可在换档时使传动系的输出轴上保持一个合适的扭矩，同时电控换档可减少汽车接近或通过换档点时在齿轮之间出现的前后跳动现象，降低齿轮冲击和磨损。但是这也仅限于小吨位矿车。
电传动采用电动轮驱动技术，能量源与驱动电机之间的功率传递采用软电缆，摆脱了传统机械传动的设计约束，给整车带来很多优点：
电传动取消了离合器、变速器、传动轴、差速器等部件，简化了传动系统，有利于矿车实现轻量化。另外，简化的传动系统可以提高车辆的离地间隙，增加了通过性能；并且省去了大扭矩的机械传动系统制造困难的难题。电动轮与动力源之间采用软电缆连接，且占用空间少，因此使整车布置设计非常灵活。整车质量分布设计自由度大，可以更合理地分配轴向载荷。
采用电动轮技术，在同样功率需求的情况下，可以将单个发电机的功率分配给多个电动机，通过电动机及控制系统来完成各车轮驱动力的控制，电动轮驱动系统布置灵活，便于实现多轴多轮驱动，使用多轮驱动和驱动轮单独控制的措施，可以最大限度地利用地面的附着能力。
电动轮驱动系统可以采用电气制动，减少机械制动器的磨损。
当然电动轮驱动技术也有一些缺点，由于电动轮中集成了电机、制动器等零部件，使得其质量比同规格的传统车轮增加了许多。电动轮质量的增加，直接导致电动汽车的非簧载质量增加，恶化车辆垂向性能，对汽车行驶的平顺性、舒适性、抓地能力等指标都会产生不良影响，尤其在路面条件比较差的情况下，其表现更为突出。

说了一大堆，可能大家都晕了，呵呵，小弟知识有限，很多地方可能说的不对，或者不到位，还望各位大侠多拍砖

中华司机

刚毕业两年就如此了得了，佩服佩服。顺便说一点的是，文中有别字啊，敲键盘的时候别急啊，哈哈。

sixue98

祝贺你春节快乐！多学勤练！！

梦的就是你

天赋很好

梦的就是你

静液压传动有方案和低速方案
    高速方案：就是由高速轴向柱塞马达通过变速箱，驱动桥或减速机等中间传动元件驱动车轮。在这种方案中，不仅液压泵具有较大的变量范围，液压马达也可以有较大的变量范围。再加上选择合理的速比和设置理想的档位，可以得到一条比较理想的功率输出特性曲线，能满足工程机械的使用要求。其次，高速轴向柱塞马达具有较高的功率/重量比。因此，工程机械静液压传动装置采用高速方案居多。如力士乐A4VG泵与A6VM马达组成的闭式系统应用很广泛。     低速方案：低速大扭矩马达可以不需要中间传动元件直接驱动车轮，有的马达还带有制动器，因此结构简单，使用方便。低速大扭矩马达的内泄漏量一般比高速轴向柱塞马达要大，所以在静液压传动装置中，补油泵的排量要大一些。由于低速马达组成的静液压传动装置，调速范围比较窄，一般适用于速度变化不大的场合。（二）整体式和分置式     整体式静液压传动装置是将液压泵和液压马达组合在一起，输入轴与输出轴之间有相对固定的位置关系。一般适用于小排量的静液压驱动装置。它的优点是结构紧凑，中间不需要管路连接，相对来说，使用成本较低。缺点是：安装布局有一定的限制，一般专用性比较强。这种布局在工程机械上应用不多。     分置式静液压传动装置是液压泵和液压马达为各自独立元件，通过管路连接组成。这样，可以有不同排量，不同变量形式的液压泵和液压马达任意组合，通过参数合理匹配，能满足主机的各种工况要求。其次安装比较灵活，能按主机的设计要求进行布置。当然，由于用管路连接，增加了泄漏的机率和需要对管路进行清洗过滤。分置式布局在工程机械静液压传动中占主导地位。

xiaoshxin

梦的就是你 发表于 2014-1-19 09:08
静液压传动有方案和低速方案
    高速方案：就是由高速轴向柱塞马达通过变速箱，驱动桥或减速机等中间传动 ...

哈哈，多谢大侠指教，随着高速马达的最低稳定转速越来额越小，很多厂家都可以做到25转左右，采用高速马达加减速机的方案其最低稳定转速甚至要高于一些低速大扭矩马达(五星马达或者力士乐的MCR内曲线马达，当然此处赫格隆或者波克兰的一些超大马达除外)，不过低俗大扭矩马达确实结构简单，省空间。
看大侠的回复对静液压牵引驱动有较深的了解，能不能谈谈纯液压驱动与静液压加机械驱动桥等方式相比又有和不同，还望指点一二

xiaoshxin

中华司机 发表于 2014-1-19 00:15
刚毕业两年就如此了得了，佩服佩服。顺便说一点的是，文中有别字啊，敲键盘的时候别急啊，哈哈。

哈哈，见笑了

静静等待

楼主很博学啊 ，学习了

烤肉拌饭1988

学习了···

zhulegehui

拜读了！~受教！~