拖拉機動力換擋傳動系與無級變速傳動系技術對比

1、拖拉機動力換擋傳動系

動力換擋系（PowerShift Transmission）是通過濕式離合器控制變速箱換擋，通過TCU、液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)傳動系的不間斷換擋、換向操作，即在拖拉機帶負載工作情況下變換不同的擋位，換擋過程中動力不中斷，將復雜的操作過程簡化為簡單的按鈕操作，駕駛員可以在極其短暫的時間內輕松完成復雜的各種作業(yè)過程，不僅大大降低了操作難度和勞動強度，而且還大大地提高了作業(yè)質量，從而實現(xiàn)了作業(yè)效率的提升，如圖1所示。

根據(jù)換擋過程是部分還是全部由換擋離合器控制，動力換擋傳動系可分為部分動力換擋傳動系和全動力換擋傳動系。部分動力換擋傳動系一部分換擋仍采用常規(guī)的機換換擋元件，具有結構簡單、制造容易、與目前主銷的機械產(chǎn)品零件通用程度高等優(yōu)點。全動力換擋傳動系由于換擋元件全部采用濕式離合器，換擋過程控制較為復雜，是需要掌握的農(nóng)機重要控制技術之一。

圖1.主離合器  2.主變速動力換擋   3.區(qū)段換擋  4.最終傳動

圖1 部分動力換擋傳動系

圖2 雙離合動力換擋

圖2中的DCT雙離合器讓機械變速箱實現(xiàn)了動力換擋功能，DCT雙離合變速箱采用奇數(shù)擋和偶數(shù)擋分開排擋，通過切換兩個離合器實現(xiàn)動力換擋,其實質是動力換擋技術,從功能上也可實現(xiàn)全動力換擋。

2、拖拉機無級變速傳動系

無級變速CVT（Continuously Variable Transmission）即變速箱速比連續(xù)可變的一種傳動系。圖3為拖拉機主流的機械液壓無級變速傳動系（HMCVT），該傳動系是一種液壓功率流與機械功率流并聯(lián)的新型傳動形式，利用行星齒輪機構和液壓馬達之間的配合來實現(xiàn)的，通過機械傳動實現(xiàn)傳動高效率，利用小功率的液壓元件使整個系統(tǒng)獲得了無級變速的特性。液壓傳動與機械傳動相結合實現(xiàn)液壓機械傳動無級變速，使整個傳動系統(tǒng)的傳動效率得以大大提高，是結合液壓機械各自優(yōu)點的一種傳動系。近年來，機械-電動雙功率流無級變速，串聯(lián)式混合動力電驅無級變速，純電動無級變速也應用在拖拉機上。

無級變速傳動系克服了有級變速器固有的齒輪速比不連續(xù)的缺點，具有速比連續(xù)，傳遞動力平穩(wěn)，適應性強等特點。從理論上講，無級變速傳動系由于提供了任何條件下使發(fā)動機工作在最佳經(jīng)濟性和最佳動力性工況的可能，從而能夠實現(xiàn)發(fā)動機與整車的理想匹配，改善拖拉機的燃油經(jīng)濟性、動力性、舒適性和排放性能。CVT由于全部采用液壓傳動控制，成本較高，控制較為復雜，制造和使用要求更高。

圖3 HMCVT雙功率流傳動原理

3、動力換擋傳動系與無級變速傳動系的特點

動力換擋傳動系只是有級傳動系換擋方式的改變，通過濕式離合器進行換擋，解決了有級換擋傳動系在換擋時的動力中斷的問題，同時也提高操縱舒適性、行車安全性等，減輕駕駛員的勞動強度。

隨著液壓元件性能的提升和計算機控制技術的應用，動力換擋和動力換向技術從依靠液壓反饋控制換擋過程，發(fā)展為采用傳動系電控系統(tǒng)（TCU）控制換擋過程。TCU根據(jù)換擋時負荷、轉速、油溫、油壓等數(shù)據(jù)對換擋過程自動實時控制。還可實現(xiàn)與其它部件的綜合自動控制，進一步提高操縱舒適性和工作效率，操縱舒適性與CVT相當。

動力換擋傳動系適于負載變化大、需要經(jīng)常換擋、需要大幅減輕駕駛員勞動強度的場合，由于動力換擋傳動系仍為純機械傳動，與HMCVT相比，動力換擋傳動系的效率更高。

無級變速傳動系克服了有級變速器固有的齒輪速比不連續(xù)的缺點，具有速比連續(xù)，傳遞動力平穩(wěn)，適應性強等特點。無級變速傳動系通過電子管理系統(tǒng)接收拖拉機運行狀況的監(jiān)測信號，對發(fā)動機、傳動系連續(xù)的電子自動控制，響應快、控制精確，無級傳動系統(tǒng)可以根據(jù)負荷及路面狀況和發(fā)動機工作狀態(tài)使車輛獲得最佳的使用性能及經(jīng)濟性，從而改善拖拉機的燃油經(jīng)濟性、動力性。

無級變速拖拉機更適于對速度控制精確度和舒適性要求高、負載經(jīng)常變化的場合，以及需要超低速度的場合。但國內拖拉機主要工況為農(nóng)田作業(yè)，由于液壓傳動效率低于機械傳動，無級變速拖拉機比動力換擋拖拉機傳動效率略低。

4、動力換擋傳動系與無級變速傳動系對比

動力換擋傳動系是有級純機械傳動，傳動效率高。HMCVT是一種液壓功率流與機械功率流雙流混合傳動，是一種具有功率分流匯流功能的復合傳動系統(tǒng)，通過機械傳動實現(xiàn)傳動高效率，利用小功率的液壓元件使整個系統(tǒng)獲得了無級變速的特性。由于液壓傳動效率低于機械傳動，拖拉機無級變速傳動系效率低于動力換擋傳動。

表1動力換擋傳動系與無級變速傳動系性能對比

由表1可知，兩種傳動技術各有優(yōu)勢。無級變速相比于動力換擋，更適合需要精確的速度控制配合的場合，運輸場合，更適于對舒適性、適應性要求更高的用戶。動力換擋效率高，使用經(jīng)濟性好，對國內主要工況為農(nóng)田作業(yè)的拖拉機來說，動力換擋更適合。

從當前兩種傳動系的發(fā)展狀況看，無級變速傳動系和動力換擋傳動系共存發(fā)展。無級變速傳動系將來能否取代動力換擋，關鍵還在于市場的接受程度、技術的成熟程度及用戶的需求。具有廣泛的速比變化范圍和更細密的速比分配的部分動力換擋，可以改善拖拉機的動力性和經(jīng)濟性。近年來部分動力換擋傳動系的發(fā)展趨勢，是對機械換擋（同步器）增加自動換擋控制，同時對整個傳動系應用電子控制，實現(xiàn)了傳動系全自動換擋。采用CAN總線控制系統(tǒng)，并且將主要換擋手柄和按鈕集中在駕駛室內的右側扶手操縱臺上，充分考慮了人性化要求，大大提高了駕駛員的操縱舒適性。這樣既沒有使動力換擋變速箱結構復雜，同時又改善了動力換擋變速箱的操控性能，大大提高了動力換擋的舒適性，保持了部分動力換擋在大中功率拖拉機上的廣泛應用。而全動力換擋隨著擋位的增加變速箱會越趨復雜，但為減少換擋沖擊、改善換擋操控的舒適性，通過程序換擋和電液控制，全動力換擋在大功率拖拉機會有重要應用。

隨著液壓元件性能的不斷提高和電子技術的發(fā)展，通過電子管理系統(tǒng)接收拖拉機運行狀況的監(jiān)測信號，對發(fā)動機、傳動系進行連續(xù)的電子自動控制，無級變速傳動系統(tǒng)可以根據(jù)路面狀況和發(fā)動機工作狀態(tài)使車輛獲得最佳的行駛性能，從而提高拖拉機的效率和生產(chǎn)率，HMCVT也將會得到廣泛應用。

5、結束語

（1）從技術先進性看，動力換擋傳動系與無級變速傳動系都可以實現(xiàn)全自動換擋，采用CAN總線控制系統(tǒng)，將主要換擋手柄和按鈕集中在駕駛室內的右側扶手操縱臺上，充分考慮了人性化要求，提高了駕駛員的操縱舒適性。無級變速拖拉機制造成本略高于動力換擋，使用經(jīng)濟性不如動力換擋拖拉機。

（2）從發(fā)展狀況看，在現(xiàn)階段結合中國國情，動力換擋傳動系與無級變速傳動系將實現(xiàn)共存，國內80~150馬力拖拉機以動力換向、Hi-Lo動力換擋為主；160~320馬力拖拉機以區(qū)段動力換擋、動力換向為主、無級變速傳動系也會有一定需求；320馬力以上以全動力換擋為主、區(qū)段動力換擋和無級變速會有一定需求，不同功率段的不同配置可以滿足不同用戶的需求。對目前國內主要工況為農(nóng)田作業(yè)的拖拉機來說，動力換擋拖拉機效率更高，使用經(jīng)濟性更好，動力換擋拖拉機更適合。