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　　拖拉機(jī)無(wú)級(jí)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)也是劃分拖拉機(jī)代際的重要標(biāo)志。從滑動(dòng)齒輪換擋、嚙合套換擋、同步器換擋、動(dòng)力換擋，通過(guò)有級(jí)換擋的變速箱，工程師們解決了內(nèi)燃機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間對(duì)動(dòng)力特征匹配協(xié)調(diào)問(wèn)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(dòng)比連續(xù)變化的方式—無(wú)級(jí)變速。

一、無(wú)級(jí)變速技術(shù)早期探索

英國(guó)西索爾的原國(guó)家農(nóng)業(yè)工程研究院（NIAE）是最早探索拖拉機(jī)無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速器的首次廣泛研究，開(kāi)發(fā)了靜液壓驅(qū)動(dòng)樣機(jī)（Hamblin1952)，該樣機(jī)于1954年面世。由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)可變排量斜軸式柱塞泵，并通過(guò)液壓系統(tǒng)帶動(dòng)大型徑向活塞馬達(dá)，再通過(guò)液壓馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行工作。

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

第一個(gè)將靜液壓無(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)進(jìn)行商業(yè)化并取得成功的公司是萬(wàn)國(guó)收獲機(jī)公司（International Harvester）。該公司于1967年開(kāi)始生產(chǎn)656系列農(nóng)用拖拉機(jī)（發(fā)動(dòng)機(jī)功率約60kW）。該型號(hào)拖拉機(jī)采用兩個(gè)斜盤裝置“背對(duì)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(dòng)效率，這種方式成為了后期靜液壓傳動(dòng)拖拉機(jī)的典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

圖2：美國(guó)萬(wàn)國(guó)收割機(jī)公司1967年開(kāi)發(fā)的拖拉機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

盡管在當(dāng)時(shí)來(lái)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(dòng)變速器相對(duì)同時(shí)期的機(jī)械式變速器相比，傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)效率

靜液壓驅(qū)動(dòng)在日本、美國(guó)等國(guó)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(guò)“簡(jiǎn)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(chǎng)，用戶對(duì)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(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速器，結(jié)合兩個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)后退檔（見(jiàn)圖4）。通過(guò)帶有扭矩傳感器的液壓系統(tǒng)，控制兩對(duì)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(kāi)發(fā)了60 kW的無(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)，但由于Schlüter的衰落，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。該設(shè)計(jì)沒(méi)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(wú)法應(yīng)用于大型拖拉機(jī)（見(jiàn)圖5）。

圖4：慕尼黑研究院1988年開(kāi)發(fā)的鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)

圖5：鏈?zhǔn)綗o(wú)級(jí)變速概念圖