如何分析升降车复合式机械—静压双流传动系统原理??    肇庆升降车出租,  肇庆升降车公司,  肇庆升降车     HMCVT由机械传动部分和静压传动部分组成，动力源输入的功率经过分流装置分流成为两路，其一沿机械路径传递，效率较高，另一支则沿静液压路径传递，效率相对较低，但具有静压传动大扭矩、无级调速的优点。两条功率支路最终在汇流机构处汇流，共同驱动汇流轴输出动力。

   （1）分动及汇流装置简介,   分动装置和汇流装置通常选用行星轮系或定轴齿轮对。一般而言，当分动装置采用行星轮系则汇流装置采用定轴齿轮对，反之，当分动装置采用定轴齿轮对则汇流装置采用行星轮系。行星轮系根据结构形式的不同可分为NGW、NW、WW、NN、NGWN以及N型（以上分类方式按啮合方式），其中字母N代表内啮合，W代表外啮合，G代表公共齿轮（如NGW型代表具有一对内啮合、一对外啮合及具有公共齿轮的行星轮系）。不同结构的行星轮系其特性互不相同。 传动特点效率较高，质量及体积较小，构造简单，便于制造，适用于各种工况下的大功率或小功率传递。特点与NGW型相同，但因为采用了双联行星轮，所以装配较为复杂。其负号机构广泛用于车辆差速器中。正号机构传动比大但效率低，通常用于大传动比且对效率无要求的情况。传动特点传动比大，效率低，适用于短期间歇或小功率传动中。易发生自锁。有较大的传动比范围，结构紧凑，但安装及制造过程复杂，适用于短期、间歇中小功率传递。布局紧凑，外廓尺寸小，易加工齿形。渐开线少齿差传动多用于间歇性中小功率传递。摆线针轮少齿差传动可用于大部分工制，但高速轴转速小于1500r/min。上表给出了不同结构行星轮系的传动特点，本文选择综合性能较好的NGW型行星轮系用于双流传动系统中进行讨论。s构件为太阳轮，c构件为行星架，p构件为行星轮，r构件为齿圈。其中太阳轮、行星轮及齿圈均可以作为轮系的输入或输出元件。上述三元件中固定任意一元件，另外两元件形成一定传动比的定比传动；当上述三元件中任一元件不受约束，则行星轮系不传递任何功率；当三元件中任意两元件转速确定，则第三元件转速确定。三元件之间的转速关系由下式给出：crsnkknn,    其中sn为太阳轮对应转速，rn为齿圈对应转速，cn为行星架对应转速，k为NGW型行星轮系特性参数，其值为srzz/，rz、sz为齿圈和太阳轮齿数。定轴齿轮采用通常齿轮对形式，这里不做赘述。

    （2）静压传递路径液力传递方式分为静液压传递及动压传递，这两种传递方式分别体现为伯努利方程中的压力能和速度能。动压传动系统通过将流动液体的动能转化为最终输出件的动能来传递能量，过程中损耗巨大，效率较低，更有一些车用缓速装置利用其效率低下的特点在制动过程中采用动压缓冲方式消耗能量[45]，制成缓速装置。动压传动的典型机构为AT上广泛采用的液力变矩器。静压传动系统往往利用容积式泵和容积式马达进行能量传递，若泵或马达的排量可调，则可实现大扭矩无级变速，故机械—静压双流传动系统中常以容积式变排量泵、马达系统组成静压传递路径，其速比由下式确定。bmmbVVnn（2.2）其中bn、mn分别为泵及马达的转速，bV、mV为泵和马达的对应排量。泵或马达所传递功率由下式确定。ppnVQP（2.3）其中P为泵或马达所传递功率，p为泵或马达出口压力，Q为泵或马达流量，V为泵或马达单转排量，n为转速。对于容积式泵、马达系统，当泵的输入轴受到转矩驱动且泵的排量不为0时，泵出口排出油液，并在油路中建立压力、传递功率。需要注意，不考虑泄露及损耗，非平衡态时泵输入轴输入能量转化为泵内转动件的旋转动能和泵出口的液压能，即泵出口液压能并不等于泵轴输入的总能量，对于马达而言，输入马达的液压能一方面加速马达旋转，化为马达转动件动能，一方面通过马达输出轴输出。式（2.3）用于描述泵时为液压泵泵口输出的液压能；同样，用于描述马达时为马达进口输入的液压能。将变形可以得到油路中建立压力后油液压力对泵旋转部件形成的阻力矩或对马达旋转部件形成的驱动力矩：22pVVTTpVpn,   T为扭矩，角速度。可见，当排量为0时对于泵而言不能建立起相应的阻力矩，对于马达而言将不传递动力。同时由上式可计算泵、马达系统所传递的扭矩比：mbmbVVTT.

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    分流、汇流装置排布形式选择,   对于HMCVT而言，根据动力分流机构和动力汇流机构的不同排布形式又可将其分为分速汇矩式和分矩汇速式两种，结构布置简图。P代表泵，M代表马达，三角形D代表行星轮系，三角形中对应三个角分别代表行星轮系中太阳轮、齿圈、行星架三元件。分速汇矩式双流传动系统中动力分流元件为行星轮系，汇流元件为定轴齿轮；分矩汇速式双流传动系统中分流元件为定轴齿轮，汇流元件为行星轮系。理论上，组合式或非组合式行星轮系都可以作为分动或汇流元件，但无特殊速比及扭矩关系要求时宜采用非组合式行星轮系以简化结构。对比上述两种形式的双流传动系统，分矩汇速式系统可以实现不同挡位下分段递进式无级变速功能，较分速汇矩式系统更加合适。但本文研究主要内容是利用双流传动系统模拟离合器通断，最终通过两套双流传动系统组合成可实现动力换挡的拟DCT系统，故针对本文研究内容需重新分析上述两种形式的系统是否适合本文目标。对于分速汇矩式双流传动系统，若选用变量泵、定量马达，当变量泵排量调节为0时可知泵不能建立等效阻力矩，即泵对行星轮系中的某一元件不能建立约束，此时动力源所输入的动力将不能跨过行星轮系到达汇流处，类比于离合器断开。当泵排量调至最大或合适排量并切断静压路径使泵堵转困油，则相当于使行星轮系对应构件锁止，另外两构件形成定比传动，此时液压路径不传递功率，系统形成纯机械传动，相当于离合器完全接合。“离合器完全接合”时由于采用定量马达且静压路径阻断，此时马达入口处形成负压，锁止整个传动系统，故采用定量马达时需在马达轴上设置单向离合器。若选用变量泵和变量马达，则模拟离合器断开工况仍使泵排量调0，使行星轮系一端不能形成约束，而模拟离合器完全接合的纯机械传动时只需要将马达排量调0，可知马达不能输出转矩，则泵输出的液压能只增加油路内介质的弹性势能产生保压作用。所以，当采用变量马达时，马达排量调0即可实现液压泵堵转，而此时由于马达排量为0，不会出现静压功率的反向传递。本节为讨论直观，先对采用定量马达的分速汇矩系统及分矩汇速系统进行对比分析。首先建立单向离合器数学模型。对于单向离合器而言，接触应力、静摩擦力、离心力等在离合器工作时同时作用，情况复杂，难以建立精确模型，且本研究中单向离合器只在换挡时起防止动力反传的作用，故希望对模型简化。单向离合器接合时力矩主要通过内外圈与滚子间的静摩擦力以及滚子在楔形缝隙中受压迫发生变形而产生的接触应力进行传递，而静摩擦力若用一般模型描述则与滚子对内外圈的接触压力有关。将模型精简使得离合器转矩只通过接触力传递，并将接触力简化为大刚度弹簧产生的形变力，再将接触方向旋转，最终得到模型。1T、2T为单向离合器内圈外圈所受到的力矩，F、F'分别为等效后的弹簧对内圈和外圈产生的作用力。设作用力半径为r，驱动轴连接单向离合器内圈，从动轴连接单向离合器外圈，则针对简化模型有如下方程：1J、2J分别为内圈、外圈的转动惯量，1、2为内、外圈的角加速度，1、2为内、外圈的角速度，X为等效弹簧压缩量，k为弹簧刚度值。X015对应于单向离合器锁止状态，即实时受力状态使等效弹簧压缩，等效弹簧产生的反作用力驱动离合器外圈，从而驱动从动轴旋转，此时X等于等效弹簧压缩量。X0对应于离合器解脱状态，此时外圈转速大于内圈转速，等效弹簧回复原长，形变量为0，离合器内外圈之间作用力为0，失去驱动关系。图2.5为根据式（2.6）至式（2.11）在AMEsim中建立的单向离合器模型。1为内圈转动惯量模拟；2、3分别为内圈、外圈的旋转变量同信号变量之间的转化元件，用以根据数学模型自定义相关变量计算方式；4为外圈负载及旋转惯量模拟；5为积分元件；6为常系数；7为选择开关元件；8为单向离合器分离状态下内、外圈之间作用扭矩，设置为0。图2.6为以上模型得到内外圈转速图像。模型设置为在15s时内圈所受驱动扭矩反向，图中可以看出15s前离合器接合，16内外圈同步，15s后内圈减速，外圈运动状态不变（因为外圈没有加载阻力矩），单向离合器分离，证明模型可以实现基本离合功能。

     基于AMEsim建立的分速汇矩双流传动系统的简化模型。1为分动行星轮系，2为汇流定轴齿轮组，3为变量液压泵，4为定量液压马达，5为带有静摩擦及动摩擦力矩的阻尼旋转质量块，用以模拟负载，6为可变节流口面积的节流阀，用以阻断液压回路，方框7内为简化后的单向离合器模型。HMCVT设置液压泵排量在2s时开始调整，在4s时调整为最大排量，负载转速曲线。图中可以看出分动汇矩式双流传动系统可以实现离合器的分离、接合功能，而结合图2.9单向离合器传递扭矩变化曲线图可知泵排量在增大到最大之前（约2.7s）单向离合器已经断开，此刻之后随即切断静压传递油路可减少不必要的能量损失。若要保证排量调整至最大之前始终使单向离合器接合，则需要对泵的排量变化速率进行详细分析。

    由于采用定量马达时马达排量不可调节，若不切断马达输出轴与其对应的行星轮系构件间的连接，则行星轮系三元件始终受到约束，无法模拟离合器分离，故在采用定量马达前提下首先讨论是否可以通过单向离合器断开马达输出轴与行星轮系构件间的连接。对于分矩汇速式双流传动系统，行星轮系的输入输出形式对最终结果有很大影响。当以行星轮系的太阳轮和齿圈作为输入端，行星架汇流输出，则应当使太阳轮及齿圈的输入转速同向，否则在行星轮系输入转速变化的过程中会使行星架的输出转向发生变化，非常不利于整套系统的控制。当输出端选择太阳轮或齿圈中的任意一个，其余构件作为输入端，可知两输入转速方向需相反才能使输出转速稳定，而不随两输入转速变化发生逆转。现举例分析，当静压传递部分对应连接太阳轮，机械传递部分对应连接齿圈，则上述两输入件转向应相同，设为正向。为实现离合功能，在液压马达和太阳轮之间设置单向离合器。以使输出件（行星架）起步为例，此时行星架受外界阻力，转速为0，代入式（2.1）可知此时太阳轮转速为负，同太阳轮本身所应输入的转速相反，即和液压马达的工作转速相反，单向离合器此时不能分离，故采用单向离合器的方式无法使分矩汇速式双流传动系统实现离合器功用。HMCVT以上模型中的各主要元件同，模型考查了使模拟负载的旋转质量块开始起步旋转时系统能否实现离合器功用。系统在泵的排量为0时由于太阳轮的实时转速同其工作转速相反，液压马达与太阳轮之间的单向离合器不能分离，太阳轮依然受到定量马达的约束。单向离合器内外圈间的作用力矩。仿真依旧为2s时开始调大液压泵排量，由于0~2s内太阳轮转向同马达工作方向相反，单向离合器不能脱开，液压马达在太阳轮的驱动下反向作用，相当于一个泵源，而此时泵排量为0，相当于泵出口堵塞。由于油液为弹性介质，故单向离合器传递转矩呈现波动状态。以同样的方式分析行星架作为输入端（另外一个输入端为太阳轮或齿圈）的情况，结果相同，这里不做赘述。可见对于分矩汇速式双流传动系统而言，不能通过添加单向离合器的方式使其实现离合器功能。对于分矩汇速式系统，若采用变量马达，并将泵与马达排量都调节为0，可以实现行星轮系一端不受约束，从而模拟离合器分离。但模拟离合器接合过程必中必须同时调节液压泵和液压马达的排量。若先调节液压泵，由于液压马达排量为0，相当于液压泵堵转，系统锁止；若先调节液压马达，由于泵排量为0，相当于堵转液压马达，系统直接进入纯机械传动。此外，同时调节液压泵及液压马达需要防止静压传递路径功率反传，控制难度大。综上所述，本文采用分速汇矩式系统组成复合式机械—静压双流传动系统。

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