机械毕业设计（论文）履带拖拉机无级变速器设计（操纵机构设计）全套图纸.doc

履带拖拉机无级变速器设计（操纵机构设计）摘 要拖拉机工作条件复杂，外界负荷复杂多变，要求发动机或变速器能适时的改变转矩的大小或转速，以保证拖拉机的动力性和经济性。传统变速箱虽能通过换挡达到一定的要求，但其档位有限，无法实现无级变速。液压机械无级变速器是一种液压功率流与机械功率流并联的新型转动装置，液压机械无级变速器是综合了机械传动高效率和液压传动无级变速两方面优点的新型传动机构。液压机械无级传动是一种多功率流传动系统，它将功率分为液压和机械两路传递即功率分流，分流机构分流后液压马达在正向和反向最大速度之间来回无级变速。其每一个行程和行星齿轮机构的一种工况相配合，最后，两路汇合成由若干无级调速段相衔接并组逐段升高的全程无级输出速度。液压元件只负担最大功率的一部分，其他功率都由机械路传递。这相当于将液压无级变速功率扩大，传动总效率相对于液压传动也显著提高，和液力机械传动相比，装载量最大可提高30%，燃油经济性最大可提高25%。其特点是通过机械传动实现功率转递，通过液压机械相结合实现无级变速。目前，国外先进的拖拉机，工程车辆已经采用液压无级变速器。马达的最高转速对应着该段的末速度，当这段的末速度等于后一段的初速度及后一段初速度对应马达最高转速位置。此液压机械无级变速器必须与发动机合理匹配才能发挥其优势。匹配的关键是根据各种路况和发动机特性调节变速器的传动比，使发动机工作在最佳状态。 关键词：拖拉机，无级变速器，操纵机构DESIGN OF TRACKED TRACTOR VARIABLE CONTINOUSLY TRANSMISSION（CONTROL MECHANISM）ABSTRACTThe working condition of tractor is complicated complex and the external load is ever-changing. The torque of engine or transmission should change with the external load. Although traditional transmission through shifting can reach a certain standard, but its gear is limited and it can not achieve stepless speed. Hydo-mechanical continuously variable transmission (HMCVT) is a power flow of hydraulic and mechanical power flow parallel to the new rotation device , hydraulic machinery CVT is a synthesis of highly efficient mechanical transmission and hydraulic drive CVT merits of the two new drive institutions. Hydro-Mechanical - drive is a multi-stream transmission, power will be divided into two hydraulic and mechanical way that the power transfer streaming streaming agencies triaged hydraulic motor in forward and reverse maximum speed between both CVT. Each of its itinerary and a planetary gear mechanism for a state match, finally, Road converge into two by a number of variable speed converge and the group has to absolutely no higher level of output speed changes. Hydraulic Components burden only part of the maximum power, the other by mechanical power transmission path. This will be the equivalent of continuously variable hydraulic power expansion drive efficiency relative to the total hydraulic transmission has improved significantly. hydraulic and mechanical transmission, the loading capacity can be increased by 30%, fuel economy can be increased 25%. Its characteristics are achieved through mechanical transmission transmit power through the combination of hydraulic machinery to achieve CVT. Currently, foreign advanced tractors, construction vehicles using hydraulic CVT. Motor corresponding to the maximum speed of the speed at the end, When this speed to the end after a period of the early speed and after a period of initial velocity corresponding maximum speed motor position. Matching is the key to all kinds of traffic regulation and the engine characteristics of the transmission ratio transmission, the engine work in the best condition.Key words: tractor, continuously variable transmission, control device 目 录第一章 绪论. . . . . . .1第二章 液压机械无级变速器传递方案的确定.22.1 液压机械无级传动的原理及特点.22.1.1 液压传动原理.22.1.2 液压传动特点.32.2 液压机械无级变速器传递方案的选择.3第三章 液压泵液压马达调速油路的设计.63.1 变量泵与定量马达排量的确定. .63.1.1 变量马达定量泵所组成的油路.63.1.2 补油泵的选择. .83.1.3 液压油及油管的选择.93.2 液压油路压力损失的确定.93.2.1 液压油流动状态的确定.93.2.2 油路沿途压力损失的计算.93.2.3 局部压力损失.103.3 油箱尺寸的确定. 103.4 液压元件的选择.11第四章 液压机械无级变速器液压控制油路设计.134.1 油路设计.134.1.1 冷却与润滑油路.134.1.2 液压元件的选择.144.2 液压机械无级变速控制原理.144.2.1 经济性换挡. .154.2.2 动力性换挡. .17第五章 结论.21参考文献.22致谢. . . . . . . . .24第一章 绪论拖拉机工作条件复杂，外界负荷复杂多变，要求发动机或变速器能适时的改 变转矩的大小或转速，以保证拖拉机的动力性和经济性。传统变速箱虽能通过换挡达到一定的要求，但其挡位有限，无法实现无级变速。液压机械无级变速器（HMCVT）是一种液压功率流与机械功率流并联的新型转动装置，液压机械无级变速器是综合了机械传动高效率和液压传动无级变速两方面优点的新型传动机构。液压机械无级传动是一种多流传动系统，它将功率分为液压功率和机械功率两路传递，分流机构分流后液压马达在正向和反向最大速度之间来回无级变速。其每一个行程和行星齿轮机构的一种工况相配合，最后两路汇合成由若干无级调速段相衔接并组逐段升高的全程无级输出速度。液压元件只负担最大功率的一部分，其他功率都由机械路传递。这相当于将液压无级变速功率扩大，传动总效率相对于液压传动也显著提高，和液力机械传动相比，装载量最大可提高30%，燃油经济性最大可提高25%。其特点是通过机械传动实现功率转递，通过液压机械相结合实现无级变速。目前，国外先进的拖拉机，工程车辆已经采用液压无级变速器。如，日本小松公司开发的液压机械无级传动运用到推土机上，和传统的液压推土机相比，其装载量可提高30%，燃油经济性提高25%。我国是一个人均能源，资源贫乏的发展中国家，提高燃油的经济性尤为重要。目前，我国在这方面的研究处于理论研究阶段。为了研究的方便，现以东方红1302拖拉机为原形设计无级变速器，建立其速比与变量泵定量马达排量比，液压功率分流比的关系式，并绘制特性曲线。结果表明，变量泵和定量马达所分功率越少，则液压机械无级变速器效率越高。液压机械无级变速器具有可控的无级调速和高效率特性。第二章 液压机械无级变速器传递方案的确定2.1 液压机械无级传动的原理及特点2.1.1 液压传动原理液压机械无级变速器大都用到了行星齿轮机构，这与行星齿轮机构具有结构紧凑，传递功率大的特点是分不开的。行星齿轮机构由行星轮，齿圈及两个或两个以上的行星架组成。一般选择两个输入就有一个输出，例如：太阳轮，齿圈输入，那么行星架就输出。行星齿轮机构通过改变其一部分的速度，可以用来调速。如图所示，行星齿轮机构的转速，转矩，有如下关系：21 调速油路简图在HMT中，输入或输出总有一个被限制。不同的齿轮被用来分流或组合输出或输入。不同齿轮的转速，转矩关系如下：=+ （2-1）= （2-2） = （2-3） = （2-4）式中：为齿圈转速，r/min ； 为星架转速，r/min；为阳轮的转矩，N.m；为齿圈的转矩，N.m；为行星架的转矩，N.m；为太阳轮齿数；为齿圈的齿数。简化上面式子得： +=（） （2-5）： =：-： ； （2-6） 式子中： ；为太阳轮齿数；为齿圈的齿数； 为太阳轮转矩，N.m；为行星架转矩，N.m；为齿圈转矩，N.m；由（2-6）可知太阳轮上的转矩较小，容易改变其转速。本方案采用改变太阳轮转速来达到调速目的。2.1.2 液压传动特点 机械传动的效率高，液压传动的效率低，在保证液压调速的基础上，机械传递功率所占总功率的比例越大，液压机械无级变速器的总效率越 高。正因为如此，液压机械无级变速器力争使液压所传功率比例最低。2.2 液压机械无级变速器传递方案的选择考虑到工艺的继承性和整体的配套性，本设计保持原机型总体尺寸和结构参数不变，只改变变速器部分。拖拉机的中央的最终传动比为21.315，驱动轮的半径r=0.346，发动机的额定转速n=2300r/min。 本设计所采取的总体方案图2-2：（其中 =0.5909, =0.5971）22 调速油路简图离合器的结合状态如表2-3所示：段（挡）位前进+倒车+23 离合器结合简图液压机械无级变速通过调节液压元件的相对排量来实现无级变速的。各段速比与e的关系图如2-4：24 转速e关系图(前进)下面计算液压功率分流比：（1）当，齿圈为功率输出时，液压功率分流比: = （2-7） （2）当，齿圈为功率输入时，液压功率分流比 : = （2-8） 经计算，液压功率分流比与转速关系图如下：（ 其中，=39.364% ） 25液压功率分流比传动比关系图(前进)第三章 液压调速油路的设计液压传动系统通常有三种类型：定量泵-定量马达，变量泵定-量马达，变量泵-变量马达。定量泵-定量马达采用溢流调速，液压损失大且不易控制，但其结构简单。变量泵-定量马达传动形式采用容积调速，液压损失小，可以实现自动控制。变量泵-变量马达采用容积调速，调速范围宽，从而可用简单的差动轮系结构及较少的调速段宽范围实现较宽范围的无级变速。考虑到液压元件的成本，本设计采用变量泵-定量马达构成液压传动系统。3.1 变量泵与定量马达排量的确定3.1.1 变量泵定量马达所组成的油路油路简图如3-1所示：31 变量泵-定量马达的油路简图纯液压传动效率较低，从提高效率的方面讲，动力传递中不应出现纯液压传递功率的情况，这样只有机械或液压机械共同传递动力两种方式。有行星齿轮机构的传递特点可知：纯机械传递动力时，太阳轮上的转矩最大。此时：发动机输出的转矩： （2-9） 式中： M 为转矩，N.m；P为功率，KW；为转速，r/min。其中 ： P=106；n=2300。所以： M=95501062300=440发动机将转矩传递给齿圈，则 =440； = （2-10） 令 K=3； 则 =；有图可知，马达输出转矩： = ； =0.5971；所以： = 223.3；有公式 ： = (2-11)式中：为压差， MP ； V 为排量， ；为转矩，N.m ；令： =40MPa ；=223.3； 则 =2223.3/40=35.1 所以，选择042系列的变量马达定量泵.变量泵变量泵的型号为：042带附件，排量控制MA及压力限制器。参数： 额定转速为4200 ，排量42 。生产厂家：萨澳-丹佛斯。定量马达定量马达的型号为：042 ， 参数：额定转速为4200，排量42 生产厂家：萨澳-丹佛斯。现确定油路的压力范围： 有公式 = 所以 =35.1液压油路传递功率最大是，油路的压力最小，此时机械转递的转矩为： 则太阳轮上的转矩为：=88.9 马达上的转矩为： = =148.9 此时油路压力差为：= = =22.33.1.2 补油泵的选择A确定补油泵的流量 = （2-12）由参考文献【10】取=5 =10.6B确定马达补油量 = （2-13）由参考文献【11】取=4 =8.5所以总的补油量为: =+ （2-13） =10.6+8.5 =19.1由参考文献【10】取的补油泵为: 额定转速为4200 ，排量8 。补油泵由参考文献【10】选取的补油泵功率为：1.75kw 。补油泵带过滤器，排量控制MA,及压力限制器。3.1.3 液压油及油管的选择根据液压油路的工作压力及液压马达和液压泵的工作温度，选择的液压油为：L-AN 46 。其运动黏度为：=0.45。采用油管的参数单为：外径D=19的管路。另一油管的尺寸为：外径D=12的管路。3.2 液压油路压力损失的确定3.2.1 液压油流动状态的确定油路的雷诺系数= （214）=490<2300所以油的流动为层流.3.2.2 油路沿途压力损失的计算流速 V= （215）=13.5= （216） =0.73.2.3 局部压力损失单向阀的型号为：液压油管接头的型号为：JB1947-77 = （217） =0.3油路的全部压力损失为=+=0.3+0.7=13.3 油箱尺寸的确定有功能的原理可知，液压传递动力时，一部分做功，另一部分变成热。因此，当液压传递功率最大时其发热量也最大，此时：液压功率分流比为 =39.364% ；有前的计算可知： =22.3单向阀（为了使马达运转平稳做背压阀）的压力为1.5MP，系统最高压力位22.3+1.5=23.8MP。参看，轴向柱塞变量泵和轴向柱塞泵马达的效率图可知，两者的效率分别为92%，90%。液压的发热功率为： =P (1-92%) (1-90%) （218） = 10639.364%8%10% =0.33kw令油箱的容积为 ： = v3有前面可知： =0.8778 所以 =2300/0.5909423= 430.5变量泵与定量马达的泄油量被冷却，用冷却器冷却。若油箱的容积为27且油箱的三边长比例在1：1：1到1：2：3范围内，并且，油面高度为油箱高度的80%，其散热面积近似为： (219)=0.585 油箱的散热面量（KW）为： = （220）式中： ; 。当自然通风冷却很差时=（89）；自然通风冷却良好时=（1517.5）；当油箱用专用冷却器时 =（110170）。 液压达到热平衡时，= ，取=110。采用冷却器， 则： （221）=5.13 所以油箱的最高温度为： =+ 其中： 自然温度取30 = 30+5.13 =35 .13 （221）3.4 液压元件的选择 油路的最大流量为：= （222）= 143.5 空气滤清器的流量至少是油路流量的两倍，所以选用空气滤清器的型号为： 油箱所选用的油面指示器的型号为： 油表 所选放油塞的型号为： 所选用的油过滤器型号为（粗）：M F-06 冷却器的选用：MF-08第四章 液压机械无级变速器液压控制油路设计4.1 油路设计液压控制部分的功能是适时的结合，分离器以达到变速的功用。其油路简图如下：41 换档油路简图 离合器的控制压力油来自独立的排量齿轮泵PV,由溢流阀PR V调节压力离合器控制主油路的压力，各换挡离合器采用单电控电磁阀控制并经过节流阀调节离合器的结合速度，以减小换挡段冲击为避免离合器切换过程中存在同时结合而引起的运动干涉现象，离合器脱开的回油路不进行节流，从而使离合器的脱开速度大于要结合离合器的速度。 由于本方案7个离合器结合过程中要传递动力，由比例电磁阀SL根据离合器的结合规律调整其结合过程中的压力变化，使离合器结合平稳，不同的离合器结合时公用一个比例电磁阀。4.1.1 冷却与润滑油路由于湿式摩擦离合器的冷却和润滑需要的油量大，因此独立的大排量齿轮泵PV供油，压力由溢流单向阀DV选用的背压值确定，使用中不再改变。离合器排出的冷却油直接回油箱，采用自然冷却的方式降温。流入离合器的冷却液不进行调节。4.1.2 液压元件的选择双联齿轮泵的选用： 排量： 25ml/r ；额定压力 ：16mp ： 最高转速 ：2800r/min，最低转速：800r/min ；额定功率 ：=22.5所选用滤油器型号： M F-08 安全阀的型号为： B6V-40/50V*两位三通阀的选用： 3WE10 20/AG24Z5LD68/*；单向节流阀的选择： MK6G 10/*单向阀的型号： S10PNO.2-10/*选用的压力油表型号： 采用油管的参数单为：外径D=19的管路。另一油管的尺寸为：外径D=12的管路。4.2 液压机械无级变速控制原理由于本方案中发动机的转速与功率恒定（2300r/min，106kw）,因此采用与外负荷相适应的换挡规律较好，即拖拉机根据外负荷的大小，适时变更挡位或者同一挡位的转速，以满足拖拉机动力性或经济性要求。为了说明的方便，现只以前进挡为例说明换挡原理。拖拉机各个行驶挡位的速度与牵引力的大小如下：一挡 行使速度： V=0.8481.139；其牵引力为： F= 93.1125；二挡 行使速度： V=1.1391.662；其牵引力为： F=63.893.1；三挡 行使速度： V=1.6622.747；其牵引力为：F=38.663.8；四挡 行使速度： V=2.7475.555；其牵引力为：F=19.138.64.2.1 经济性换挡经济性换挡规律力求使汽车有最小的百公里油耗指标，使得1燃油行驶最大的距离。对换档点的判断也有两种方法：一种是加速度为零的情况下尽可能的使用最高挡；一种是以发动机燃油消耗率最小的档位行驶。考虑到本方案的特殊性，本设计采用第一种判断方法，只是少有出入，即根据阻力的大小变换档位，并适时调节变量泵的排量，力求使发动机功率全部用来克服外界负荷。以达到拖拉机的经济性要求。其思路具体如下：A.当车速V0.848时，拖拉机直接换挂一挡。同时测量车的行驶阻力和速度。1. 如果 ：93.1？ 是： 不变换挡位；假如F=，则调节e使V降低； 假如F=，则调节e使V升高。 2. 63.893.1？是 ： 则换挂二挡；假如F=，则调节e使V降低；假如 F=，则调节e使V升高。3. 38.663.8？ 是 ： 则换挂三挡；假如F=，则调节e使V降低；假如 F=，则调节e使V升高。4. 19.138.6？ 是 ：则换挂四挡。假如F=，则调节e使V降低；假如 F=，则调节e使V升高。B. 当速度V0.848时，测车的行驶阻力和速度。1. 93.1？ 是 ： 则挂一位；假如F=，则调节e使V降低；假如 F=，则调节e使V升高。2. 63.893.1？ 是 ： 则挂二挡；假如F=，则调节e使V降低；假如 F=，则调节e使V升高。 3. 38.663.8？ 是 ： 则挂三挡；假如F=，则调节e使V降低；假如 F=，则调节e使V升高。 4. 19.138.6？ 是 ： 则挂四挡。假如F=，则调节e使V降低；假如 F=，则调节e使V升高。4.2.2 动力性换挡动力性换挡要求汽车的牵引特性得到最好的利用，充分发挥发动机的功率潜能，以便获得最优的加速性，爬坡能力，提高平均的行驶速度。为此汽车应尽可能在底的挡位下行使。对于换挡点的选择，目前有两种判断法：一种是以车速下各挡加速度的大小作为换挡依据；另一种是以同一车速下各挡驱动力的大小作为换挡依据。考虑到本方案的特殊性，本设计采用另一种换挡方案。其思路具体如下：A. 当车速V0.848时，拖拉机直接换挂一挡。同时测量车的行驶阻力及车速。1. 假如>120，则不变档位。使e为0。有：F=,1.20 时，V 0.848 1.139？ 是，不变挡位。 假如<1.20，调节e使V降低；假如>1.20，调节e使V升高。2. F=,1.15时，V 1.139 1.662？ 是：则挂二挡位。2007年6月15日