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　　拖拉機(jī)無級變速技術(shù)發(fā)展及展望

拖拉機(jī)作為最重要的農(nóng)業(yè)機(jī)械，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和效率提升方面有著舉足輕重的作用。傳動系統(tǒng)作為拖拉機(jī)中的重要部件，約占到拖拉機(jī)成本的25~30%。同時(shí)，拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)也是劃分拖拉機(jī)代際的重要標(biāo)志。從滑動齒輪換擋、嚙合套換擋、同步器換擋、動力換擋，通過有級換擋的變速箱，工程師們解決了內(nèi)燃機(jī)和驅(qū)動輪之間對動力特征匹配協(xié)調(diào)問題。但是，設(shè)計(jì)師一直在追求更為先進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)傳動比連續(xù)變化的方式—無級變速。

一、無級變速技術(shù)早期探索

英國西索爾的原國家農(nóng)業(yè)工程研究院（NIAE）是最早探索拖拉機(jī)無級變速技術(shù)的機(jī)構(gòu)之一。他們進(jìn)行了拖拉機(jī)用靜液壓無級變速器的首次廣泛研究，開發(fā)了靜液壓驅(qū)動樣機(jī)（Hamblin1952)，該樣機(jī)于1954年面世。由內(nèi)燃機(jī)直接帶動可變排量斜軸式柱塞泵，并通過液壓系統(tǒng)帶動大型徑向活塞馬達(dá)，再通過液壓馬達(dá)帶動驅(qū)動輪進(jìn)行工作。

圖1：由農(nóng)業(yè)工程國家研究院（NIAE）于1954年開發(fā)的靜液壓拖拉機(jī)

第一個(gè)將靜液壓無級變速拖拉機(jī)進(jìn)行商業(yè)化并取得成功的公司是萬國收獲機(jī)公司（International Harvester）。該公司于1967年開始生產(chǎn)656系列農(nóng)用拖拉機(jī)（發(fā)動機(jī)功率約60kW）。該型號拖拉機(jī)采用兩個(gè)斜盤裝置“背對背”的柱塞泵和馬達(dá)。同時(shí)，該機(jī)型引入了兩個(gè)機(jī)械的區(qū)段檔（H/L Range），用以提高拖拉機(jī)的整體傳動效率，這種方式成為了后期靜液壓傳動拖拉機(jī)的典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

圖2：美國萬國收割機(jī)公司1967年開發(fā)的拖拉機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)

盡管在當(dāng)時(shí)來看，這是一個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)。但由于斜盤式變速器產(chǎn)生的高成本和高損耗，靜液壓傳動變速器相對同時(shí)期的機(jī)械式變速器相比，傳動效率明顯偏低。

從圖3可以看出，滿負(fù)荷狀態(tài)下，靜液壓裝置的最佳效率點(diǎn)為80.5%。但由于包括主減速器在內(nèi)的附加齒輪，系統(tǒng)的總效率僅為73%~75%。而傳統(tǒng)機(jī)械變速器傳動效率可達(dá)90%以上，整個(gè)變速系統(tǒng)的最佳值約為85~87%。

圖3：靜液壓系統(tǒng)滿負(fù)荷下的傳動效率

靜液壓驅(qū)動在日本、美國等國的小型拖拉機(jī)領(lǐng)域非常盛行。由于其提供較高的舒適度，并通過“簡化”組件、改進(jìn)生產(chǎn)方式和批量生產(chǎn)等方法降低成本。同時(shí)，在歐美這一細(xì)分市場，用戶對能源損失和燃油經(jīng)濟(jì)性并不敏感。

1988年慕尼黑研究院推出無級變速拖拉機(jī)引入了一種全新的方式。它的變速器包含一個(gè)鏈?zhǔn)綗o級變速器，結(jié)合兩個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)后退檔（見圖4）。通過帶有扭矩傳感器的液壓系統(tǒng)，控制兩對斜盤的夾緊力。這個(gè)變速器單元的滿載效率可高達(dá)90%。1990年左右，Schlüter和 Hurth & P.I.V.-Reimers基于這項(xiàng)技術(shù)共同開發(fā)了60 kW的無級變速拖拉機(jī)，但由于Schlüter的衰落，沒有實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。該設(shè)計(jì)沒有得到大面積推廣的另一個(gè)原因是，鏈?zhǔn)阶兯倨鞯呐ぞ啬芰τ邢?，無法應(yīng)用于大型拖拉機(jī)（見圖5）。

圖4：慕尼黑研究院1988年開發(fā)的鏈?zhǔn)綗o級變速拖拉機(jī)

圖5：鏈?zhǔn)綗o級變速概念圖