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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）院系:车辆与动力工程学院2007 年 4 月 101.设计（或研究）的依据与意义课题名称履带拖拉机无级变速器（操纵机构设计）学生姓名王要民专业班级车辆031课题类型工程设计指导教师徐立友职称讲师课题来源科研工程拖拉机是量大面广的机械厂品，对其变速器有着特殊的要求。拖拉机工作环 境恶劣，工况复杂，作业种类繁多。多变的工作载荷，驾驶员劳动强度大，易引 起疲劳。降低生产效率。液压机械无极变速器是一种全新的变速装置，它可以根据路况适时的改变档 位或传动比。这不仅减少了驾驶员的工作量，而且也提高了车辆的燃油经济性和 动力性。这对于能源短缺，环境日益污染加剧
2、的21世纪有重要的意义。液压机械无级变速器正日益广泛地应用到各种车辆上，其换档操纵机构应适时地变换档位或传动比以满足拖拉机工作的要求。DESIGN OF TRACKED TRACTOR VARIABLECONTINOUSLYTRANSMISSION (CONTROLMECHANISM)ABSTRACTThe working condition of tractor is complicated complex and the external load is ever-changing. The torque of engine or transmission should change wi
3、th 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 r
4、otation 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 tr
5、ansfer 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
6、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 signif
7、icantly, 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 t
8、ractors, 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 tr
9、affic 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第一章绪论1第二章液压机械无级变速器传递方案确实定2 2. 1液压机械无级传动的原理及特点22. 1. 1液压传动原理2 2. 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第三章液压泵一液压
10、马达调速油路的设计61.1 变量泵与定量马达排量确实定6变量马达一定量泵所组成的油路61.1.1 1.2补油泵的选择8液压油及油管的选择91.2 液压油路压力损失确实定9液压油流动状态确实定91.2.1 油路沿途压力损失的计算93. 2. 3 局部压力损失101.3 油箱尺寸确实定103.4液压元件的选择3.4液压元件的选择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1113134 . 1. 1冷却与润滑油路13. 1.2液压元件的选择14 4. 2液压机械无级变速控制原理144. 2. 1经济性换挡15 4. 2. 2动力性换挡17第五章结论21参考文献22致谢249颊改后图dw
11、gS蝌原S与:幡终结版dwg代零件图.dwg如需cad图等其他文件，请加q： 19856397559壁邮碗结版dwg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 挡到达一定的要求，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
12、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，最后两路汇合成由假设干无 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 一局部，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%o我国是
13、一个人 均能源，资源贫乏的开展中国家，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 果说明，变量泵和定量马达所分功率越少，那么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确实定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
14、 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局部的速度，可以用来调速。 如下图，行星齿轮机构的转速，转矩，有如下关系：Fig.l input (out put) split HMT21 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：(1 + a)nc-nr + a 4(2-1)t=a t(22)3f(2-3)1 + a7a -(2-4)乙式中：a为齿圈转速，r/min ；耳,为星架转速，min；乙为阳轮的转矩，N.m；。为齿圈的转矩，N.m； 4
15、为行星架的转矩，N.m； Z,为太阳轮齿数；Z,为 齿圈的齿数。简化上面式子得：N +KxN= ( K + ) N2(2-5)M1 ： M)： M3 =1： -(K + 1)： K ；(2-6)IZi7式子中：K = j Z5为太阳轮齿数；Z,为齿圈的齿数；为太阳轮转矩， Z5N.m；为行星架转矩，N.m； M3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 轮转速来到达调速目的。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
16、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，只改变变速器局部。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/mino本设计所采取的总体方案图2-2：(其中% =0.5909, z5=65971)段（挡）位ClC2C3C4C5C6C7刖 进KM1+M.+hm2一+hm3+m2+一+hm4一+一+倒 车HM,+一+一+M1+十+hm2+甲 ilLIi6il-T1- - _i2离合器的结合状态如表2-3所示:23离合器结合简图液压机械无级变速通过
17、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：(2-7)(2-8)-34.48-52.69 6 ,22 o.os824转速一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:p (k+ 1)槌3 -（2）当，齿圈为功率输入时，液压功率分流比：eP kxi2i3 +e经计算，液压功率分流比与转速关系图如下：（其中，夕m”=39.364% ）p A Z33.4925.64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
18、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。考虑到液压元件的本钱, 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确实定变量泵定量马达所组成的油路油路简图如3-1所示：12r11m231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。止匕时：发动机输出的
19、转矩：M=9550x%(2-9)式中：M为转矩，N. m； P为功率，KW； 为转速，r/mino 其中：P=106； n=2300o所以：M=9550x 106/2300二440发动机将转矩传递给齿圈，那么M =440；(2-10)(2-10)令K=3；那么收=44%；有图可知，马达输出转矩：M，=M ；U. =0.5971；4 J所以：M223.3；(2-11)有公式： 式中：为压差，MP ； V为排量，。根7 ； M为转矩，N.m ；令： P=40MPa ； M =223.3；那么 V=2xttxM / AP=2xttx223. 3/40=35.1所以，选择042系列的变量马达定量泵.变
20、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%11n ,排量42cmz O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4200/11n ,排量42。帆7生产厂家：萨澳-丹佛斯。现确定油路的压力范围：有公式APxV =2X7TXMio所以 p_2x7T X-2x71x223.3/42 =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:加3 X （1 夕max） = 440Q一39.364%） = 266.8那么太阳轮上的转矩为:M =_ 266%=88.9马达上的转矩为：M = M%88%.597广
21、1489此时油路压力差为：P = 2xx%_2xttx 148.9/ 一/42=22.33-1-2补油泵的选择A确定补油泵的流量。Qp二Qp二Fn x framesizex 378575(2-12)由参考文献10取b*55x42x378575二10. 6%11nB确定马达补油量2Ffn x framesizex 378575(2-13)由参考文献11取44x42x378575二8 5/in112.国内外同类设计（或同类研究）的概况综述液压机械无级变速器在拖拉机上的开发主要在二十世纪九十年代，兴旺资本 主义国家在大中型拖拉机和工程车辆上都安装了液压机械无级变速器。如德国的 Vario, Favo
22、rit系列拖拉机。德国专业生产变速器的产家ZF公司的S-Matic系歹！J, ZFECCOM系列已经在依兹法尔和斯特尔等公司的拖拉机上应用。此外，德国的 约翰迪尔公司，英国工程机械制造公司，美国卡特比勒公司，日本的小松公司， 前苏联T-130拖拉机等在其产品中应用了液压机械无级变速器。在理论研究方面，德国波洪大学对液压机械俄无级变速器传动的理论有较深 入的研究。1981年，由Alih和Shaker完成题目为“栽重汽车无级液压变速耦合 器”的博士论文，论文对其结构，性能，控制方式等进行了研究。1986年由 GuenterBery完成了题目为“自动无级液压机械动力换档变速器”的博士论文。对 其机构
23、性能功能，控制规律进行了较深入的研究。国内对液压机械无级变速器的研究始于上世纪70年代末。以北京理工大学对 军用车辆研究为主，对液压机械无级变速器的原理，理论特性，设计分析方法， 动态特性等进行了较深入的研究。吉林大学，石家庄铁道学院，葛洲坝水电工程 学院等对液压机械无级变速传动理论和实验分析进行了研究。国内液压机械无级变速器还在理论研究阶段，并已经取得了一定的成绩。所以总的补油量为：Qi = Qm + Qp(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%1kl ,排量8O补油泵由参考文献10选取的补油泵功率为：L75kw o补油泵带过滤器，排
24、量控制MA,及压力限制器。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 o 其运动黏度为：l=0. 45cm/。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液压油路压力损失确实定液压油流动状态确实定V xd油路的雷诺系数R*(214)v1.27329x2.6 du 1.27329x2.6 人 =x 1015 x 0.45=4900. 848m/s时，测车的行驶阻力七和速度1/。1. Fr293.K.N?是：那么挂一位；假如F=那么调节e使V降低； v假如那么调节e使V升高。 v2. FR e 63
25、. 8 K.N93. 1 K.N 2是：那么挂二挡；假如F=“工七，那么调节e使V降低； v假如F/2Fr,那么调节e使V升高。 v3. Fr e 38. 6 K.N63. 8 K.N ?是：那么挂三挡；假如心，那么调节e使V降低； v假如F=F.,那么调节e使V升高。 v七 wl9. 1K.N-38. 6 K.N?是：那么挂四挡。假如F=“V0，那么调节e使V降低； v假如F=Rr,那么调节e使V升高。 v194. 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
26、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VW0.848m/s时，拖拉机直接换挂一挡。同时测量车的行驶阻力 尸R及车速V。1. 假如工120 K.N,那么不变档位。使e为0。有：F=K,=L20 时，Vw 0.8481.139?v F r是，不变挡位。假如二1.20,调节e使V降低;Fr假如二1.20,调节e使V升高。FrF=，二=1.15 时，Vw 1.1391.662? u F R是：那么挂二挡位。假如调节e使V降低；假如二1.
27、15,调节e使V升高。F R2. F=“,二=1.1 时，Vg 1.662 2.747?v F R是：那么挂三挡位。假如调节e使V降低；20 假如1，调节e使V升高。F R3. F=K,=1.05 时 S47 mls5555 ml s2u F R是：那么挂四挡位，o 工假如二1.05,调节e使V升高。F RB.当车速V20.848m/s时，测车的行驶阻力心及车速I/。1. 假如工120K.N,那么不变档位。使e为0。F=K,=L20 时,Ve 0.8481.139?u F R是，不变挡位。假如1.20,调节e使V升高。Fr2. F=，二=1.15 时，Vw 1.1391.662?u F R是：
28、那么挂二挡位。假如1.15,调节e使V降低；Fr假如二调节e使V升高0 Fr3. F=K,=L1 时，Ve 1.662 2.747?v F r是：那么挂三挡位。213 .课题设计（或研究）的内容拖拉机液压机械无级变速器的草丛机构应能适时的改变液压机械无级变速器 的档位或传动比，以满足拖拉机行使过程中不断变化的负载要求，从而到达拖拉 机的动力性和经济性要求。4 .设计（或研究）方法以东方红1302R型履带拖拉机为研究对象，对液压机械无级变速器操纵机构 进行研究。在建立功率方程p=FV的基础上，可以根据拖拉机的动力性要求或 经济性要求适时便当变档或变化传动比。有公式可知，方法简单易行。5 .实施计
29、划（1）五月底完成计算，绘图，论文起草等大局部工作。（2）六月十号左右，完成设计要求的全部工作。（3）六月十号到六月十五号，查漏补缺，完善论文和图纸。指导教师意见指导教师签字：年 月日研究所（教研室）意见研究所所长（教研室主任）签字：年 月日假如l.h调节e使V降低;假如二1.1 ,调节e使V升高。 Fr4. F=K,= 1. 05 时,Ve 2. 747 mls5. 555 mis ?那么挂四挡位,v F r是:假如二1.05,调节e使V降低; Fr假如二1.05,调节e使V升高。 Fr上述两种换档的逻辑简图4-2：22开始经济性换档规律V挂一档/土0 848人二 393 二 391 66吁
30、1 66ru10 848=39? 二 39sl 66日 一 66roru747。 ro7475 555。s 8、93 ，二 38 6人、63 8)/-一、3/酬曰/zzzxx 瞰“/上u / / /2 0/n调节e使vJ高调节e使v降低叫以调节e您V升高 调节e点v升高42换档规律简图23第五章结论拖拉机是一个重要的农用机械，目前世界上其保有量是一个庞大的数据。作 为飞速开展中的中国来说，农业现代化使拖拉机的应用日益广泛。这对于汽车的 开展不能不说是一件好事。凡事都有利弊，环境污染日益加剧的今天，人们对拖 拉机有了更高的要求，力争使它少产生甚至不产生废气。目前，各国都在研制环保型或超底污染型车
31、辆，以减轻对人们居住环境的伤 害。变速箱是车辆传动系的一个重要组成局部，它对车辆的燃油经济性和动力性 有只关重要的影响。在新技术没有获重大突破前，世界各大汽车制造商在对变速 箱的改进上似乎没有停止过，并制造出各种样式是变速箱。其中，最近几年开展 最快的是无级变速箱，特别是液压机械无级变速箱。(1)液压机械无级变速箱是一种新型的传动方式，主要是利用机械传递的 高效率传递功率，利用液压来调速，最终到达无级传递的目的。(2)液压机械无级变速箱可以最大限度的提高燃油的利用率，提高其经济 性，同时其动力性也比传统变速箱有较大的提高。本设计所设计的液压机械无级自动变速箱有两种驱动形式即经济模式和动 力模式
32、。变速箱可以根据驱动模式以一定的换挡规律运做，满足车辆行使经济性 或动力性要求。并且自动换挡使驾驶员的劳动量减小，劳动强度降低，对于提高 驾驶员的工作量有很好的忙助。相信，装备自动变速箱的拖拉机会越来越多。24参考文献1徐立友周志立，张明柱，李言.拖拉机液压机械无级变速器的特性分析J.中 国农业大学报，2006, 5 张明柱，周志立,徐立友.农业拖拉机用多段液压机械无级变速器设计J .农 业工程学报，2003, 19(6):1181213田全忠.液压机械传动在大功率拖拉机上的应用分析J.拖拉机与农用运 输车，2001, 2： 31334郭晓林，苑士华，张银彩，胡纪滨，杨树军.等比式液压机械无级
33、变速器 设计与仿真J.机床与液压，2006, 85徐立友/凋志立，张明柱，李言.拖拉机液压机械无级变速器设计J.农业工 程学报，20066侯国勇，苑士华.液压机械无级变速器的速比调节规律研究J.工程机械,2004,(6)7田全忠，陈树声，查正维，史金钟.液压机械无级变速传动系统计算和分析J.拖拉机与农用运输车，2005, 68车辆传动系统分析(下册)M9双联齿轮泵M10轴向柱塞变量泵M11轴向柱塞马达M12过滤器样本黄河液压M13华中科技大学,许福玲，陈尧明.液压与气压传动M,第二版机械工 业出版社,2004o14侯红生，机械工程图学M,科学出版社，2 0 0 1 o15王昆，何晓柏，汪信远,
34、机械设计机械设计基础课程设计M,高等教育 出版社，1995。16吉林工业大学，北京农机学院，洛阳农机学院，湖北农机学院，镇江农机 学院，河北工学院 合编.拖拉机地盘结构设计图册M.机械工业出版社.1974 17重型车辆自动变速技术及开展技术及开展趋势J.重庆大学学报(自然科 学版),2003, 26 (10) ： 10-1418葛安林.车辆自动变速理论与设计M.北京：机械工业出版社，199319田全忠.液压机械传动在大功率拖拉机上的应用分析J.拖拉机与农用运 输车,2001, 2： 31-3320葛安林.车辆自动变速理论与设计M.北京：机械工业出版社，199321田全忠.液压机械传动在大功率拖
35、拉机上的应用分析J.拖拉机与农用运 输车,2001, 2： 31-3322张月相，赵英君.汽车自动变速器原理与检修M.哈尔滨：黑龙江科学技 术出版社，200523鲁智雄.底盘构造与车辆理论M.北京：中国农业出版社，2005年，98-101 24刘小芳等.汽车工程手册设计篇M.北京：人民交通出版社.2001年，87-88 王望予.汽车设计M.第4版.北京:机械工业出版社，2004年，78-11425机械设计手册编委会.机械设计手册M.3版,北京:机械工业出版社，200425年26李传禹，刘力，陈东等.QC/T2-92.中华人民共和国汽车行业标准M.北京: 机械工业出版社27朱锡全，刘力，陈东等.QC/T6-92.中华人民共和国汽车行业标准M.北京: 机械工业出版社28朱锡全，刘力,陈东等. QC/T265-2004.中华人民共和国汽车行业标准M. 北京:机械工业出版社28甘永力.几何量公差与检测M.第六版.上海:上海科学技术出版社,2004年，1-27826致谢忙了三个月，毕业设计基本已经完毕，心情也轻松很多。想想以前搞设计苦 心积虑而毫无进展的日，非常感谢热心帮助我的徐立友老师。是在他的指导下我 的设计才有很大的进展。并且在设计的整个过程里，他为我们组提供了详尽的