S2《车辆与行走机械的静液压驱动》| 车辆与行走机械传动装置的基本性能要求和主要参数指标 

作为车辆与行走机械这样的移动设备上的一个重要组成部份,传动装置除了具有与其他总成部件类似的体积小、重量轻、寿命长、使用可靠和成本低等共性要求以外,对于它们性能的专门要求主要是:

在此基础上,随着近年来控制机的出现和环保、低碳运转等新概念的引入,新研制的整机对于传动装置还提出了一些更高的性能要求,诸如:

对于车辆传动装置的一个重要的要求是具有可变的传动比,其量化指标之一是该装置所具备的最大传动比和最小传动比之间的比值,通常称为变速比。变速比是一个运动学的概念,对于有级变速箱来说,它等于最低挡位的最大传动比和最高挡位最小传动比的比值;但对于所有可以从零起步并经调节达到某一速度的无级变速的传动系统来说,按可用的最大最小传动比得到的变速比都是无穷大,所以要规定一个需要和能够稳定持续运行的速度下限值才好进行对比。根据使用要求的不同和通常认可的经验值,本书将常用速度比较高的公路运输类车辆、高通过性的越野和作战车辆以及要求微动性能更好的作业类行走机械的速度低限分别设定为5km/h、2.5km/h和1.5km/h三档。

内燃发动机的输出参数中也有与传动系统的变矩比相当的参数或指标,即输出转矩提升系数,或称转矩储备系数,用以表征该机可能输出的最大转矩与对应于其额定功率时的转矩(可称为额定转矩)之比,通常以最大转矩增加值相对于额定转矩的百分比表示。现代车用活塞式内燃机的转速范围相当宽,可带载运行的最高转速和最低转速(略高于怠速)之比可达2 – 4或更大,但转矩提升系数却不大,车用柴油机的约15 –30%,汽油机也只有25 – 35%左右。这说明它们的调速范围比转矩随转速的下降可能增加程度大得多,也就是说实际的输出特性与理想的恒功率特性相差甚远,必须依靠传动装置来对行走装置进行匹配,从转速和转矩两方面规划传动装置的参数指标。

发动机的可用最高、最低转速之比与传动装置的变速比的乘积,以及发动机输出扭矩储备系数与传动系统变矩比的乘积分别构成了车辆和机械动力传动系统的总变速比和总变矩比,它们都应该能够覆盖车辆和机械在行驶和作业中可能出现的工况的需求。这里强调的“可用”值是表征在此值下装置的总效率能够保持在可以接受程度内,但其功率却未必都达到了额定值。业界还将车辆在某一具体工况下,为克服行驶阻力、爬坡阻力和正常加速时的惯性力所需的推进力与其质量之比称为“动力因数”。总变速比、总变矩比和最大动力因数的大小取决于所涉及的车辆或行走机械的具体用途。总变矩比可以用车辆与行走机械所需的最大和最小动力因数的比值来确定。不同车辆和机械对应于在铺装良好的水平干硬路面上高速行驶时所需要的最小动力因数都大体相同,仅根据行走装置本身的效率高低而略有差异。

例如普通小轿车的最高速度可达200km/h以上,按我们的定义其总变速比超过40;但它们的最大上坡度(注意是上坡角度的正切值,以下同)只有20 % 左右,折算为角度约合10°。最大动力因数仅需0.25 – 0.3,对应的总变矩比约5 –6,常用的5档手动变速箱传动系统加上发动机的29-25%的扭矩提升系数后所能达到的总变矩比有6.5-7,已能轻松应对几乎所有可能遇到的工况,还可将第5挡设为省油的超速档。而高通过性越野车辆虽然最高速度只有120km/h上下,但它们的爬坡度要达60 %(约合31°)的陡坡,最大动力因数需要超过0.8,对应的变矩比则应高达10 – 15,此时就必须利用兼起副变速箱作用的分动器将主变速箱的变矩比再扩大一倍左右才能满足要求。

表1-1 给出了几种常见车辆与行走机械按以上原则计算得到的所需最大动力因数、总变速比和总变矩比的大致范围。