拖拉机变速器换挡技术及使用维护要点.pdf

农业知紅2023年第8 期拖拉机变速器换挡技术及使用维护要点秦春雷温健李易许凯自1 9 1 7 年美国FORD公司生产出来第一台接近现代传动结构的拖拉机以来，拖拉机历经了100多年的发展和进步，其变速器换挡技术也由机械有级变速器向无级变速器逐渐演变并推广应用。本文就对目前国内存在的几种拖拉机换挡技术以及使用维护要点进行简要分析。一、拖拉机变速器换挡技术拖拉机变速器换挡技术分为有级换挡和无级换挡。有级换挡具体类型有：滑动（滑移）齿轮换挡、啮合套换挡、同步器换挡、负载换挡（动力换挡）。无级换挡具体类型有：机械液压双功率合流并联式换挡（HMCVT）、纯液压式变速换挡、电传动式无级变速换挡。滑动（滑移）齿轮换挡是主动齿轮在驱动轴（常指拖拉机I轴）上滑动，使其与从动齿轮相啮合。主动齿轮和从动齿轮间无任何套件或辅助机构，齿轮通过轴向间滑动实现换挡。啮合套换挡是从动轴上的齿轮和主动轴上的空套齿轮经常处于啮合状态，移动主动轴花键上的啮合套，使空套齿轮与驱动轴上的主动齿轮啮合从而实现换挡。主动齿轮和从动齿轮之间有了一个啮合套装置。同步器换挡是变速器采用同步器摩擦原理，使相啮合的齿轮的圆周速度迅速地相等后再挂挡，其换挡平顺，减少了齿轮啮合时的互相撞击，延长了齿轮的使用寿命。较之于滑动（滑移）齿轮换挡和啮合套换挡，同步器换挡比较容易和平顺，可以实现拖拉机行进中换挡。滑动（滑移）齿轮换秦春雷：日照市农业农村局温健、李易、许凯：山东省农业机械技术推广站挡、啮合套换挡、同步器换挡这三种机械有级换挡技术目前仍广泛应用于国内拖拉机变速箱之中。滑动（滑移）齿轮换挡多用于3 6.7 5千瓦以下的皮带传动及直联传动轮式拖拉机。常见的TS底盘、TY底盘、TE底盘、宁波型底盘仍有应用。啮合套换挡多用于3 6.7 51 1 7.7 千瓦之间，甚至在1 1 7.7 千瓦以上仍有应用，常见的底盘有TB、T D、大宁波、加强TE、T C、T F 等。同步器换挡因为其较为复杂的结构和较高的价格，多用于1 3 2 千瓦以上机型及部分配置高端的中马力段机型之中，在部分常规机型的副变速中也逐渐向同步器换挡转变。以上三种变速器换挡方式都需要手动操作，机构较为简单，但是凭借效率高、成本低、结构简单容易维修、性能可靠等优势，目前还在广泛应用。这些换挡方式都会产生动力中断即需要操控换挡主离合器，从而会使机组速度减慢，错失最佳换挡时机，降低工作效率。而且频繁换挡导致驾驶员容易疲劳，影响行驶安全，降低作业质量和生产率。因此，变速器自动换挡技术能够克服手动换挡技术的不足，被越来越多的拖拉机生产厂家和实际使用者青睐和关注。二、负载换挡（动力换挡）和机械液压双功率合流并联式换挡（HMCVT）技术分析对比负载换挡（动力换挡）和机械液压双功率合流并联式换挡（HMCVT）是拖拉机自动换挡应用最广泛的两种技术方式，换挡平稳、快捷、准确且不切断动力，实现了拖拉机很好的动力和经济性能，降低了劳动强度，提高了作业效率和作业质量。-43-农机天地/NONGJITIANDI（一）负载换挡（动力换挡）技术负载换挡（动力换挡）变速箱可以在拖拉机带着负载一边工作，一边变换挡位，换挡过程中动力不中断的一种有级变速箱。其主要工作原理是采用摩擦离合器（多为湿式、多片结构）作为动力换挡执行元件的负载换挡机构来实现。换挡时，原来接合的离合器逐渐分离，它所传递的动力逐渐减小，而原来分离的离合器逐渐接合，传递的动力从零开始逐渐增加直到传递全部动力，从而实现了换挡和动力传递。两挡传递的动力在换挡过程中有一定的重叠，所以动力在换挡过程中并未中断。实现负载换挡（动力换挡）的主要控制元件有动力换挡变速箱、拖拉机电液控制单元、液压系统三大部分。变速箱的液压控制系统除对变速箱强制润滑外，还控制换挡离合器、主离合器、PTO和前桥驱动的分离和结合以及制动器的制动。变速箱的主要性能参数包括发动机输入转速、变速箱输入转速、主离合器转速、离合器踏板位置、离合器位置、主变速箱挡位、PTO转速、变速箱温度、润滑系统油压等，通过各类传感器传递至变速箱电子控制单元（T C U），T C U 根据驾驶员输入指令，控制液压系统中的电磁阀和对应的换挡离合器实现换挡，同时对转速、转矩、压力、流量、温度等进行监测。动力换挡变速箱由于换挡过程简单，且动力不中断，改善了拖拉机的操纵性能，提高了工作效率。自1 9 59 年Caterpillar公司在D9D拖拉机上首次成功地应用动力换挡以来，由于这种机构在换挡时表现出的明显优点，引起了许多厂家纷纷效仿。从生产动力换挡增扭器、Hi-Lo动力换挡机构和逆向机构（动力换向），到部分排挡动力换挡，再到全部排挡动力换挡，发展到今天的多排挡全动力换挡（1 2 个前进挡以上），其在国外技术已非常成熟，并被很多拖拉机生产厂家所应用。国内负载换挡（动力换挡）技术起步较晚。五征集团2 0 0 9 年开始与ZF公司进行合作，购买负载换挡（动力换挡）变速箱及后桥总成，在-44-编辑:刘树云国内进行组装，拉开了负载换挡（动力换挡）技术国产化的进程。中国一拖、潍柴雷沃、中联重科等大型生产企业相继与AVL公司、阿波斯公司等国外知名企业合作进行动力换挡技术的开发，并且均实现了小批量的试制和市场投放。但是受限于国内原材料、处理技术、液压电气等元器件的实际生产制造水平，国内企业在负载换挡（动力换挡）技术核心部件湿式离合器方面均没有取得较大突破。甚至有些企业开发纯机械式的换挡离合器，通过换挡凸轮和特殊滑道的方式来实现动力换挡，最终也因为关键部件难以加工和可靠性差的问题搁浅。目前国内负载换挡（动力换挡）拖拉机还是以国外大型企业进口机型占据主流，国内企业多在副变速Hi-Lo动力换挡机构和逆向机构（动力换向）方面做文章。（二）机械液压双功率合流并联式换挡(HMCVT)技术众所周知，CVT传动系统是农业拖拉机传动系统的终极目标，也是国家科研机构及制造企业研发的重点和难点。区别于汽车行业，拖拉机传动系，尤其是大马力拖拉机传动系特点是低转速、大扭矩，且要适应变化复杂的田间耕作环境及恶劣的作业条件，这就要求拖拉机CVT传动系统在传递较大扭矩的同时，还要能实现高效稳定灵敏的变速操控以及较好的作业稳定性和可靠性。现在国内研发能力较强的科研机构和拖拉机专业制造企业，诸如中国一拖、潍柴雷沃、潍坊鲁中等，均已经有了相对成熟的技术路线及整体设计方案，并且也进行了小批量的试制及销售。现在拖拉机主流CVT（C o n t i n u o u s lyVariableTransmission）传动系统，即无级变速传动系统，能够实现拖拉机在设定的速度区间内进行速度无限可调。目前最多的采用机械液压双功率合流并联式无级变速系统，即HMCVT(Hydro-mechanical ContinuouslyVariableTransmission），该系统由机械变速机构、泵一马达液压无级变速系统、动力分流或汇流行星齿轮机构、电子控制装置及驱动系2023年第8 期农业知款统等构成，既保留了机械传动的高效率，又通过液压传动与机械传动的结合实现无级变速。传动系统在TCU的精准控制下，与发动机控制系统ECU紧密配合贴合，汇集多区段机械液压行星汇流高效传动系技术、一体式泵马达液压变速单元高效传动技术、CVT动力总成控制技术等多项技术，针对拖拉机田间作业复杂多变的情况，传动系和发动机配比出最优的工作参数，TCU采集发动机油门位置和输出转速大小信号，根据发动机输出特性，确定发动机的输出功率、输出转矩和工作点。依据驾驶员的设定，控制器内置的调速和换挡策略，自动连续改变变速器的传动比，从而改变行车速度和发动机的负载大小，保证发动机工作在最佳动力性或最佳燃油消耗率状态。加之CVT传动系拖拉机在整机配置上要高于普通机械换挡拖拉机，驾驶舒适性和操作方便性大大提升，驾驶员能够更加专注于作业安全性和作业质量，故而能全方位提升作业效率和降低单位作业面积的油耗量。图一即为机械液压双功率合流并联式换挡(HMCVT）传动简图。分流机构动力输入在国内，中国一拖、潍柴雷沃、潍坊鲁中等企业，均对机械液压双功率合流并联式换挡（H M C VT）技术进行了研究和开发，潍柴雷沃在1 7 6.52 1 9 1.2 3 千瓦区段，潍坊鲁中在102.971 1 7.7 千瓦区段，均进行了产品小批量投放市场，目前市场反馈比较好。(三）技术对比两种换挡技术，在结构综合布置和变速机构设计方面，由于负载换挡（动力换挡）要在每个挡位上安装换挡离合器，故而HMCVT优于负载换挡（动力换挡）。在换挡执行元件设计和液压阀体等液压系统设计方面，负载换挡（动力换挡）优于HMCVT。从制造成本和使用经济性方面看，HMCVT要优于负载换挡。三、使用维护要点（一）有级换挡变速箱的维护和使用定期更换变速箱油，在日常使用过程中，做好变速箱的维护工作。冬季在出发前需要先“热车”一段时间，也就是提前启动车辆，让变速箱油的黏度逐渐升高，从而达到良好的润滑效果。换挡时需要保证速度与挡位的匹配，并保持换挡过程的顺畅，以减小变速箱负荷。在驾驶过程中，需要根据作业负载的变化，选择合适的挡位和油门，避免过度加速或是过度减速，从而延长变速箱的使用寿命。在带动力输出机具作业时，通过挡位的选择，匹配合适的作业速度，从而达到最好的作业效果。(二）负载换挡负载换挡（动力换挡）相对于有级换挡操作更加方便，但大部分换挡操作过程类似于有级换挡，平时操作使用注意要点可借鉴有级换挡使用方法，而且要注意对离合器总成的保养，勤观察离合器的散热机油情况，做到定期更换散热机油。行星排汇流机构(三)CVT换挡动力CVT换挡相对于有级换挡和动力换挡操作输出机械变速机构大大地简化，在TCU的控制下针对拖拉机田间作业复杂多变的工况，传动系和发动机做出最优匹配，节省了机手的大量精力。由于CVT变速箱结构更加复杂，出现问题维修资金和时间成本较大，所以对于CVT变速箱我们要做好平时的维护保养，具体工作如下：定期检查变速器各处侧盖和轴承盖的紧固螺栓，查看是否有松动及渗漏油情况。定期检查润滑油，如油量不足，应加足原车规定的润滑油；还应定期更换润滑油。检查通气螺塞通气孔的通气情况，经常清洗通气螺塞，保持通气孔的通气状态。在驾驶过程中注意拖拉机的故障显示，对照说明书的故障代码，提早解决，避免出现更大的故障。-45-