S4《车辆与行走机械的静液压驱动》| 现代车辆与行走机械采用的四种传动技术

【i专栏】N95:波克兰季第四集 |《车辆与行走机械的静液压驱动》专栏•王意教授带你遨游静液压知识殿堂

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波克兰季第四集 |《车辆与行走机械的静液压驱动》专栏

现代车辆与行走机械采用的四种传动技术

在王意教授《车辆与行走机械的静液压驱动》一书的第一章中,我们了解了:现代车辆和行走传动装置用途和功能、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、车辆与行走机械对于传动装置布置方式的要求这些内容。

 

本期开始,我们继续研读王意教授《车辆与行走机械的静液压驱动》一书的第二章:现代车辆与行走机械采用的四种传动技术。

 

现代技术发展的重要特点之一

多门学科的分工与契合的并存

各种设计和研制目标都有可能通过采用若干种不同的而不是单一的手段和路线来实现。人类科学和文化的发展促成了在选择技术路线时可利用的原理、方法和可用资源的多样性。

纯机械、液力、电力和液压

目前,能够基本满足以内燃机为动力源的车辆与行走机械传动装置的各项任务和功能要求的传动装置,主要有纯机械、液力、电力和液压四种技术及它们的契合形式。静液压驱动是其中液压传动技术中的一个分支或特类。见图2-1

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图2-1 车辆与行走机械的四种传动方式

a) 纯机械传动 b) 液力传动 c) 电力传动 d) 液压传动(静液压驱动)

1-发动机  2-离合器  3-机械变速箱  4-万向节传动轴  5-驱动桥(含主减速器、差速器、半轴和侧减速器等)  6-液力变矩器  7-液力传动用负荷换挡变速箱  8-发电机  9-电子调节器  10-动力电缆  11-装于驱动桥上的电动机  12-车轮电动机  13-变量液压泵  14-液压导管  15-装于驱动桥上的液压马达  16-车轮液压马达

本图仅示意性地表述了四种传动装置的基本构成方式。实际上其中的每一种又都有多种不同的组合和变型。各种传动装置中的输入端大体相同,输出端则形式多样。例如图中电力和液压传动中的电动机和液压马达即有装于驱动桥上和直接驱动车轮的两种布局。本书主要介绍了其中d的静液压驱动装置的方方面面,也从不同角度将它与其他三种传动方式进行了比较。

 

本书中将“纯机械传动”界定为在整个传动系统中只有机械能传输的传动系统。它不仅是人类应用的最古老的一种传动技术,而且在当今各种车辆与行走机械上仍然占据着重要地位,并为人们所熟知。

机械传动是其他几种更为新颖的

传动方式的基础

无论是液力传动、电力传动还是本书主要介绍的静液压驱动装置,其中都必然包含了或多或少的机械传动元素,或者说只是在原本的纯机械传动系统中的某一个或几个环节中由于加入了液力、电力或液压功率传输元件而成为了新的传动方式。

其中的主要差异出现在那些能够改变传动比和变矩比的环节,即元件集中配置的变速箱或分置配置的变速装置之中。在液力、电力和液压传动装置中,不仅轴、轴承和齿轮这些基础的机械零部件在各种耦合环节和元器件内部都必不可少,各种机械离合器和机械换挡的变速箱总成也十分常用。在由它们构成的无级变速(也包括机械无级变速器)的传动装置中,往往也需要利用机械的有级换挡方式来扩展它们的变矩比,而且实际上其中的大多数也只能以这种方式实现分段的无级变速。这里我们在机械传动的称谓之前加一个“纯”字,为的是强调其主要的功率流的传输过程没有转化能量形式,有异于传动链中均存在某种形式的能量形式变化的液力、电力和液压等另外三种传动技术。

但这里的“纯”字并不排斥在现代的机械传动装置中所广泛应用的液压的、气动的和电子的控制装置。反过来,所有液力、电力传动和静液压驱动装置中都必然包含有某些机械传动的环节。当人们需要在某种车辆或行走机械产品基本型号的基础上,通过选装几种不同类型的传动和变速装置以满足用户不同需求时,机械传动构件更是这些变型产品中不可缺少的中介元素。这些理念在业界已成共识,一般情况下都无须再刻意强调某个传动系统中机械元素的存在。

从这个意义上来说,很多场合下“全液力”、“全电力”和“全液压”传动之类应当只是为了强调某一特点,或者某些广告式的宣传文字中的并不很严谨的说法而已。在本书中将进行比较详细讨论的“静液压机械无级变速器”,则是特指采用静液压驱动和机械传动深度契合的功率分流技术所构成的一类传动装置。

气动传动和液力、液压传动同属

流体动力传动领域

除了以上四种传动方式以外,在现代技术装备中的气动传动和液力、液压传动同属流体动力传动领域。气动技术在工业设备中,特别是在现代制造业和物流业的自动化生产流程设备中有很普遍的应用,在行走机械领域目前却仅限用于大中型车辆的离合器,制动器、换挡机构等的助力操控系统中,而未能进入主动力传动链。

 

这主要是因为常规的气动元件的传输特性和可用功率级别难以满足驱动行走装置的要求。压缩空气(或压缩气体)作为一种储能介质很早就被用作坦克等大功率内燃机的一种应急启动的制式装备,它借助与发动机曲轴联动的分配装置,将预置气瓶中的高压空气经适当降压后顺序导入发动机气缸推动活塞运动,整台发动机即如同一台气动马达一样开始运转,直到喷入燃料切换到热机循环模式工作。这种启动系统的瞬时转矩和功率可观,但视气瓶容量大小、环境温度及其他条件的不同,只能连续运转几十秒到数分钟。这也正体现了气体储能装置功率密度较高而能量密度较低的特点。

因此虽然现在也出现了以瓶装压缩空气通过气动马达驱动的自行车与微型汽车之类的轻小车辆的概念样机,但其气动传动方式的应用价值完全无法与以上四种传动方式相提并论。然而对于行走驱动技术真正具有重大意义的,却是在静液压驱动系统中设置的气体储能和辅助能源装置,即以高压氮气为介质的皮囊式或活塞式液压蓄能器。

注:以上内容引用或改编自王意先生著作《车辆与行走机械的静液压驱动》化学工业出版社,2014

注意了,现在开始提问啦!

 

“纯机械传动”这一表述中的“纯”字是什么含义?

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原文始发于微信公众号(iHydrostatics静液压):【i专栏】N95:波克兰季第四集 |《车辆与行走机械的静液压驱动》专栏•王意教授带你遨游静液压知识殿堂

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