許玉理

[摘 要] 本文參照文獻(xiàn)簡單介紹拖拉機(jī)變速箱的發(fā)展過程，分析比較了各類變速箱的特點(diǎn)，提出對(duì)拖拉機(jī)變速箱設(shè)計(jì)一種新式變速器三離合變速器。

[關(guān)鍵詞] 拖拉機(jī) 變速箱 對(duì)比 提出

[中圖分類號(hào)] S23 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1003-1650 （2016）11-0223-02

引言

拖拉機(jī)傳動(dòng)系中，變速箱包含了大部分重要零部件，它是拖拉機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最受重視及新技術(shù)、新工藝采用最多的部分。了解拖拉機(jī)變速箱的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)推動(dòng)我國拖拉機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)研制，提高我國拖拉機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能具有重要的意義。

1 拖拉機(jī)變速箱發(fā)展歷程

拖拉機(jī)變速箱按其研制、應(yīng)用的先后順序大致可分為3種類型：手動(dòng)變速箱，負(fù)載換擋變速箱及自動(dòng)變速箱。

1.1 手動(dòng)變速箱、手動(dòng)變速箱可以采用滑動(dòng)齒輪、嚙合套和同步器換擋等方式。

1.2 負(fù)載換擋變速箱、負(fù)載換擋變速箱可分部分負(fù)載換擋和全負(fù)載換擋。部分負(fù)載換擋主要應(yīng)用在定軸輪系變速箱上。其變速箱分高、中、低等多個(gè)速度區(qū)段，每個(gè)速度區(qū)段有多個(gè)速比，均為全同步式換擋機(jī)構(gòu)，區(qū)段之間為負(fù)載換擋；全負(fù)載換擋多用在摩擦元件布置的周轉(zhuǎn)輪系變速箱上，通過電液控制系統(tǒng)控制執(zhí)行元件（離合器、制動(dòng)器）的接合和分離，實(shí)現(xiàn)全負(fù)載換擋。

1.3 自動(dòng)變速箱

自動(dòng)變速箱的換擋與人無關(guān)，以設(shè)計(jì)時(shí)給定的程序?yàn)榛A(chǔ)，根據(jù)拖拉機(jī)行駛狀態(tài)自動(dòng)地進(jìn)行變速。按所采取的傳動(dòng)形式不同，可分為液力機(jī)械式變速箱、靜液壓式變速箱和液壓機(jī)械式變速箱。

1.3.1 液力機(jī)械式變速箱

液力機(jī)械式變速箱是液力偶合器或液力變矩器與機(jī)械式變速箱串聯(lián)的傳動(dòng)裝置，它可以使拖拉機(jī)平穩(wěn)起步及防止傳動(dòng)系過載。采用液力變矩器可使得拖拉機(jī)在每一機(jī)械排擋內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，但其最大的缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率低。

1.3.2 靜液壓式變速箱

靜液壓式變速箱由液壓傳動(dòng)裝置與機(jī)械式變速箱串聯(lián)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率全部通過液壓傳動(dòng)裝置。其最大的缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率低，與機(jī)械式變速箱相比，效率約低15%左右。受液壓元件功率的限制，這類變速箱主要應(yīng)用在中、小型拖拉機(jī)上。

1.3.3 液壓機(jī)械式變速箱

液壓機(jī)械式變速箱是一種液壓傳動(dòng)裝置與機(jī)械式變速箱并聯(lián)的傳動(dòng)裝置，通過差動(dòng)機(jī)構(gòu)功率合流或分流，這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)功率僅部分通過液壓傳動(dòng)裝置，必要時(shí)又能將液壓傳動(dòng)閉鎖變?yōu)榧儥C(jī)械傳動(dòng)。因此，其總傳動(dòng)效率大大提高了，而且在低速區(qū)域可使機(jī)械傳動(dòng)輸出為零，變?yōu)榧円簤簜鲃?dòng)，有利于拖拉機(jī)的平穩(wěn)起步。與液力機(jī)械式變速箱相比，它的傳動(dòng)效率高，且高效區(qū)寬。通過電子自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，保持發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最大功率點(diǎn)，且不受負(fù)載變化的影響，從而提高了拖拉機(jī)的自動(dòng)化程度和作業(yè)效率，降低了燃油消耗率，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和技術(shù)要求，是當(dāng)前一種理想的無級(jí)變速傳動(dòng)裝置。目前，國際先進(jìn)部分拖拉機(jī)上就采用了這類變速箱。

2 各類型變速箱性能對(duì)比

目前以上幾種變速箱在國際市場(chǎng)上同時(shí)存在，各有優(yōu)勢(shì)也各有不足。表1對(duì)各類變速箱的性能進(jìn)行了比較分析。由表中可看出，就變速箱擋數(shù)而言，無級(jí)變速顯然要比有級(jí)變速好，但其造價(jià)昂貴；就變速箱操縱舒適性和傳動(dòng)效率而言，二者是矛盾的，隨著換擋條件的改善，其傳動(dòng)效率在下降。當(dāng)前液壓機(jī)械式變速箱是綜合性較好的無級(jí)變速傳動(dòng)裝置。但是有一種變速器，變速性能比液壓機(jī)械式變速箱差，特別是爬行速檔上，但是傳動(dòng)效率比液壓機(jī)械式變速箱高，這便是三離變速器，經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)算，非常適用中型拖拉機(jī)上。

3 一種新式三離合變速器

前面講了變速器以液壓機(jī)械并聯(lián)變速器最為理想，但是相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)在提出—種變速器，三離合變速器，這種變速器即可制作手動(dòng)式，也可制作自動(dòng)式，它的構(gòu)造是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)過連軸器至變速箱第一軸，第一軸相當(dāng)于中心輪，在中心輪上嚙合三個(gè)行星輪，注意三個(gè)行星輪輪徑不一樣大，三個(gè)行星輪中心點(diǎn)距中心輪中心點(diǎn)的距離尺過是不一樣的，三個(gè)行星輪上分別裝一個(gè)離合器，這樣三個(gè)離合器得到三個(gè)輪速，分別在離合器軸上后面裝多個(gè)齒輪（跟據(jù)檔位多少具體安裝），每個(gè)離合器軸相當(dāng)普通變速器上第二軸，此變速器相當(dāng)有三個(gè)第二軸，每個(gè)第二軸上的齒輪與中間的第三軸齒輪嚙合，第二軸上有嚙合同步器與二軸上的齒輪接合與分離，三個(gè)第二軸的中心點(diǎn)與中間的第三軸中心點(diǎn)的距離也不相等，并且與第一軸也不同心，有一定偏心距離，這樣三個(gè)第二軸分別經(jīng)嚙合同步器傳到中間第三軸上，第三軸根據(jù)不同離合結(jié)合與相應(yīng)齒輪嚙合得到多種轉(zhuǎn)速，理論上，三軸有n排齒輪，此變速器就有3n檔轉(zhuǎn)速，變速器工作時(shí)，由一軸來的動(dòng)力，通過中間輪傳到三個(gè)離合器上，這時(shí)三個(gè)離合器用互鎖裝置只能有一個(gè)接合，接合的離合器上后面的某個(gè)齒用互鎖裝只能有一個(gè)經(jīng)嚙合同步器與第三根根軸接合，第三根軸有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛前行，第三根后方裝行星齒輪機(jī)構(gòu)，直接連為前進(jìn)檔，制動(dòng)某些部能改變方向變倒退檔。

這種變速器變速時(shí)，只要一邊分離原先離合器一邊接合另一軸離合器就可不中斷動(dòng)力（或半摩擦傳遞動(dòng)力）的變換轉(zhuǎn)速，另一根軸離合器接合后，另外兩軸緊接的一個(gè)高點(diǎn)速齒輪副嚙合，一個(gè)低點(diǎn)速的嚙輪副嚙合，相應(yīng)原嚙合的齒輪副在互鎖裝置下分離，相應(yīng)嚙合齒輪的分離和結(jié)合的過程是在二軸嚙合同步器實(shí)現(xiàn)的，這時(shí)想低速，合上低點(diǎn)速比所在軸的離合器，同時(shí)分離原結(jié)合的離合器，如想高速，則合上高速比所在軸的離合器，同時(shí)分離原結(jié)合的離合器，此變速器三個(gè)離合器只能有一個(gè)接合，另二個(gè)分離，且每次一個(gè)新第二軸上離合器結(jié)合的接合原來的第二軸上的離合器同時(shí)分離，并且三個(gè)第二軸后方的多個(gè)齒輪副每根軸上只能有一個(gè)齒輪副嚙合同步器接合第三軸，其余嚙合副齒輪在各自二軸上嚙合同步器分離空轉(zhuǎn)，且每次離合轉(zhuǎn)換后相應(yīng)嚙合同步器動(dòng)作，保證工作離合器另一端齒輪副鎖在嚙合同步器合上，同時(shí)與此高轉(zhuǎn)速的上一齒輪副（另一第二軸上）也鎖在嚙合同步器合，與此低轉(zhuǎn)速的下一齒輪副（又另一第二軸）也鎖在嚙合同步器合，只是這另外兩根第二軸上的前端離合器不接合，變換速度時(shí)隨時(shí)接合哪個(gè)離合器就相應(yīng)變速，空檔是把三個(gè)離合器都分離

這種變速器換檔相當(dāng)于汽車的雙離合自動(dòng)變速器，但是后面結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在汽車雙離合自動(dòng)變速器又有很大不同，三離合變速器有三個(gè)象普通變速器的第二軸順序向第三軸傳動(dòng)力，且第三軸上的每個(gè)齒輪對(duì)應(yīng)嚙合三個(gè)第二軸的一個(gè)輪，這樣就是在一平面上第三軸的一個(gè)齒輪與三個(gè)第二軸齒輪形成三個(gè)嚙合副，這與現(xiàn)在汽車雙離合自動(dòng)變速器不同， 這樣布置節(jié)省齒輪且檔位密和多，換檔時(shí)與現(xiàn)在汽車雙離合自動(dòng)變速器相似， 是相應(yīng)的離合器分合，無齒輪式?jīng)_擊且可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，因動(dòng)力是經(jīng)過兩對(duì)齒輪副傳到第三軸上，所以傳動(dòng)效率等同普通手動(dòng)變速器（非直接檔時(shí)）傳動(dòng)效率。缺點(diǎn)是沒有直接檔，因?yàn)榕浜细嗨俦扔酶俚凝X輪第一軸與第三軸有一小的偏心距不方便直連嚙合所以沒直接檔。三離合變速器齒輪速比得經(jīng)過細(xì)密計(jì)算防止重復(fù)速比出現(xiàn)，如第三軸與每個(gè)第二軸有4個(gè)齒輪副嚙合，那么這臺(tái)變速器有12個(gè)（3x4=12）檔位，這些檔如果有兩個(gè)速比極接近的，相當(dāng)于一個(gè)檔位了，這樣新沒有12個(gè)檔了，所以統(tǒng)一設(shè)計(jì)計(jì)算比普通變速器復(fù)雜。

具體動(dòng)力流是：發(fā)動(dòng)機(jī)——過載保護(hù)連接器——第一軸——第一軸齒輪——第二軸被動(dòng)輪——某個(gè)第二軸接合的離合器——第二軸——第二軸某一嚙合同步器——第二軸齒輪——第三軸齒輪——行星齒輪變向機(jī)構(gòu)——第四軸——輸出動(dòng)力。

這種三離合變速器在空檔時(shí)三個(gè)第二軸上的離合器都分離，三個(gè)第二軸上嚙合同步器每根軸只能有一個(gè)是嚙合狀態(tài)，且速比是順序的三個(gè)嚙合同步器嚙合狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，三根第二軸分別記為A、B、C軸（為好說明標(biāo)為A、B、C ），推上檔時(shí)，實(shí)是接合某根第二軸上的離合器，如第二軸B上離合器接合，第二軸B上處在接合狀態(tài)的嚙合同步器傳遞動(dòng)力，通過相嚙合齒輪傳給第三軸，此時(shí)另外兩根第二軸（A軸、C軸）與這第二軸B最近的兩個(gè)速比齒輪嚙合同步器嚙合，這樣就為升檔和降檔做好了準(zhǔn)備，因?yàn)榱硗鈨蓚€(gè)軸的速比一個(gè)比B軸高，一個(gè)比B軸低，只要接通A軸或C軸離器同時(shí)分離B軸離合就可得到相應(yīng)的速比檔位。這種離合器升降檔時(shí)，高一級(jí)嚙合齒輪與低一級(jí)嚙合齒輪在換檔前已嚙合，換擋只是相關(guān)離合器的分離與接合，所以換檔速度快，無嚙合齒輪沖擊，可不中斷傳遞動(dòng)力換檔，配合自鎖和電控裝置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，而且傳遞效率高，是比較理想的拖拉機(jī)變速器。用在拖拉機(jī)上能提高我國拖拉機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能具有重要的意義。