S24《车辆与行走机械的静液压驱动》| 飞机牵引车

飞机牵引车是一种以牵引或顶推的方式移动飞机的特种车辆。是现代民航机场执行航班和调度飞机不可缺少的设备，在军用机场特别是航母上也有重要的用途。

现代大型民航飞机的起飞重量已超过600 t，重型军用运输机、轰炸机的重量为300-400 t，大量装备的新型歼击机和歼击轰战机的重量也达到15-40 t。

飞机在具有良好铺装的机场滑行道上的滚动阻力有限，道面的坡度也很小，维持飞机在地面匀速运动所需要的牵引力并不大，一般不超过飞机重量的3 – 5%。

但是由于被牵引飞机的质量常达到牵引车自身质量的5-15倍或更多（图3-71）。因此，为克服飞机的巨大惯性，在启动、加速时需要很大的牵引力，减速时也需要可观的反向制动力。

单靠牵引车上设置的摩擦片型常规机械行车制动器往往力不从心，利用牵引车的发动机和传动系统产生负推力对整个机组进行动力制动是必要的。

因此，对于操作飞机这样的大惯量负荷载体，要求牵引车具有在以速度和牵引力为坐标轴的前进加速、前进减速、倒退加速和倒退减速这四个坐标象限内连续和稳定地调节速度的能力。

不仅要能产生足够大牵引力，还需要在起步、加速和减速、制动时又都必须平稳柔和，不允许有过大的冲击力作用到被牵引的价值昂贵、结构却相对脆弱的飞机上。

并且，为了能在一些日益拥挤、空间相对狭窄的停机坪、滑行道和机库车间内安全精准地对接和调度飞机，飞机牵引车还应具有尽可能低的车身、尽可能好的低速稳定性和尽可能小的转弯半径，还要为牵引车驾驶员安排尽可能的宽阔的操作视野，保证牵引飞机时整个机组时刻与其他物体保持足够的安全距离。

有鉴于此，现代内燃机动力飞机牵引车已几乎完全淘汰了装有离合器、有级换挡机械式变速箱的传统汽车和拖拉机样式的传动系统，而主要采用具有连续无级变速能力的液力传动、电力传动和静液压驱动装置。

一方面藉以提高牵引作业中的操控能力，避免如同机械变速箱换挡时由于功率流中断而出现可能损害被牵引飞机、机载设备的冲击性速度突变，另一方面也为了能更好地适应牵引车特有的形态和动力传动布局的要求。

根据与飞机的连接方式，现代飞机牵引车分为有杆和无杆两种方式，这里的“杆”是指牵引杆（民航界也称为“拖把”，对应的名称就是有拖把和无拖把的牵引车）。

有杆牵引车作业时，在牵引车和飞机前起落架之间通过刚性的牵引杆连接，由牵引杆传递牵引力或顶推力，机组受力和操作情况类似于拖拉机和卡车牵引四轮挂车行驶。

无杆牵引车则取消了牵引杆，代之以用一套专设的夹持提升装置把飞机前起落架“驮载”在牵引车身上的方式与飞机连接，类似于公路牵引车以专门的鞍座连接半挂车行驶的情况。

无杆牵引方式除了显著减小了牵引车 – 飞机机组的长度，提高了机组的运转灵活性以外，还可利用飞机前轮的加载来增加牵引车驱动轮的附着力，使无杆牵引车能够操作调度的飞机质量达到自身质量的10-20倍，并节省了摘挂与储存牵引杆的专人和专门场地（图3-71）。

但为了装设供连接飞机前起落架使用的夹持提升装置，无杆飞机牵引车的车架要做特殊设计，底盘中间需要留出容纳连接飞机起落架的夹持提升装置的空间和具备相应的承载强度，车身也必须比有杆牵引车更为低矮，以便于进入飞机机身下方操作（图3-72）。

在取消了本身具有一定的缓冲和位置补偿能力的刚性牵引杆后，无杆牵引车需要贴近飞机的起落架进行更为精准的连接与解脱的操作（图3-73），对于低速稳定性和微动性能也有更高的要求。

飞机牵引车的负荷特性约略接近于轮式装载机，所以很多早期的飞机牵引车直接借用了装载机的液力传动装置。

但针对飞机牵引车的功能、形态、负荷状态以及其规格多、批量小和要求高等特点，静液压驱动较液力传动有更好的适应性。

主要体现在以下几个方面。其中的有关牵引特性和效率变化的一些分析在前述轮式装载机的介绍中已有阐述。

（1）静液压驱动不仅能控制牵引车 –飞机机组前进或倒退时的加速过程，也能以动力制动方式有效和精确地控制减速过程。

它所能产生的制动力值与牵引力相当，能独立地操控车辆从任一速度渐进性地减速到完全静止，前进和后退之间可以连续过渡。

而一般车用液力传动装置的变矩器却基本上仅能在一个速度方向的加速过程中获得较好的牵引性能，其所能产生的制动转矩不仅比驱动转矩小得多，且随泵轮/涡轮之间转速比的下降急剧衰减。

只有借助摩擦制动装置才能使车辆在低速工况下减速和停止运动，还必须借助机械换挡装置方可使车辆倒驶。

（2）液力变矩器只有当发动机转速最高时才能得到最大的输出扭矩，在牵引飞机起步等常遇到的低速大牵引力工况时，效率很低，时间长了很容易过热；

静液压驱动装置的输出扭矩却主要取决于马达排量和系统压差的乘积，发动机转速较低时也能发挥最大牵引力，在行驶速度很低时仍有良好的速度稳定性和传动效率，因而更适应牵引飞机时需要在较长时间内低速大牵引力工作和带负荷微动进退行驶方向的工况特点。

因此在节约能耗、减少排污和降低噪声方面，静液压驱动的飞机牵引车均优于采用液力传动者。

（3）液力传动车辆的速度是行驶和牵引阻力的函数，调速过程中的被动因素较多；静液压驱动车辆的速度却可在相当大的程度上不受阻力影响，调速过程更为主动。

在操控惯量很大的飞机时，液力传动的牵引特性往往过“软”，加上动力制动性能差，驾驶员需要频繁地交替操作加速（“油门”）和制动两个踏板分别给出正负加速度的指令，有时还须换挡。

配置良好的静液压驱动装置的牵引特性则可以在从“软”到“硬”的宽广范围内人为选择，而且动力制动性能优异，牵引车 –飞机机组速度基本上仅取决于由加速踏板输入的单一指令，无须换挡和操作制动器即可完成包括定位停车在内的全部牵引作业，不仅大大减轻了驾驶员的劳动强度，而且调速响应快捷，速度超调量和由其引起的牵引力正负增量都显著地小于液力传动。

这意味着在最大牵引力相同时，液压传动的牵引车能更安全地操控质量和惯性力更大的飞机。与之相关的是液力传动牵引车的行车制动器使用频繁，需要经常维修更换。静液压驱动者则基本无须此项开支。

（4）液力传动装置的输入、输出轴之间需要保持较严格的“刚性”位置关系，静液压驱动装置的输入元件（变量液压泵）和输出元件（液压马达）之间的位置关系则具有相当大的灵活性，能使飞机牵引车的构型更好地满足使用要求。

例如我国多型静液压驱动的有杆牵引车都采用了将发动机及液压泵横置在前后驱动桥之间，再经软管向装在驱动桥上的液压马达供油的布局（图3-74a）。

较之同等能力的发动机纵置，经变矩器、机械变速器、分动器和万向传动轴向前后桥传输动力的传统液力传动方式牵引车（图3-74b），能使车身高度有所降低，改善了驾驶员的后视野，并增加了车顶与飞机机身之间的安全距离。

静液压驱动牵引车还可将液压马达直接装在转向驱动轮内，转向偏角能够达到75º以上；而液力传动牵引车则只能采用带等速万向节的常规机械式转向驱动桥，转向轮偏角难以超过55º。

因此前者能显著减小牵引车的转向半径，在许多情况下甚至可用单桥转向的方式取代结构复杂的前后桥协同四轮转向配置。

（5）静液压驱动技术所具有的调节性能和布局灵活性对于无杆飞机牵引车更有重要意义。

当把一对装有液压车轮马达的驱动轮分置于外伸的左右车架的后端时，飞机前起落架能方便地通过驱动轮之间敞开的通道进入牵引车中后部的夹持提升装置，提升后可向全部四个驱动轮加载，牵引车本身重量较小时也可得到足够的附着力。

采用液力传动时，除非装设两套十分烦琐的机械传动装置向左右驱动轮传输动力，只能将夹持提升装置布置在主驱动桥的后方，飞机前轮的载荷需由牵引车前部质量或由后置的从动支撑轮来平衡。

后一种布局难以充分利用飞机前轮的加载效应，限制了飞机和牵引车质量比的提高。在特大型的无杆牵引车上，更有安装两台发动机和两组液压泵共同向四套大转矩轮边液压驱动单元供能者。

除了由于功率较小的发动机结构高度较低，便于利用车体内的有限空间布置等方面的好处之外，还具有在空驶等部分负荷时可只开一台发动机以改善经济性和减少排放的优点。这些都是液力传动所难以实现的。

（6）飞机牵引车是具有高技术含量的专用车辆，它的产量和保有量却都很小，一次订货的批量只有几辆到几十辆。

但由于所配套服务的飞机机种、航空公司和机场的多样性，它的规格和品种却并不少，其型谱一般是根据额定牵引力分级，以基型的专用底盘加选装件的方式满足不同用户的要求。

对于这样的一种要求高、规格多、批量很小的产品，如果像大批量生产的汽车、工程机械那样，采用从部件到整车都搞专用总成的模式来设计和研发会大大增加投入，而应该采用的是尽可能多地借用和移植已有的通用部件和功能模块进行系统集成的方法，以期降低研制成本和技术风险，而这需要相应的技术路线的支撑和配合。

静液压驱动技术在这方面也体现出一定的优势。液压泵与内燃机的匹配条件远比液力变矩器宽松，相对于带有几乎是“专机专用”的变矩器的液力传动装置来说，以通用化的液压元件能更方便地构成各种灵活配置的个性化静液压驱动装置。

静液压驱动技术与模块设计法相互配合，不仅能够使不同规格牵引车的传动装置之间也具有某种通用性，而且还有利于缩短负荷的传力路线和简化机架的受载状况，从而节省整车的设计和制造费用。

事实证明，采用成熟的静液压驱动元件来匹配组装飞机牵引车等特种车辆，更为适应以相对简单的生产场地和设备条件满足小批量制造这些高性能产品的要求，而且还为设计者创新才智的发挥提供了更为广阔的空间。

从与混合动力驱动技术及制动能量回收等新型节能环保型技术的兼容程度来看，也是静液压驱动技术前景占优，并因之具有更好的可持续性发展的潜质。

当前在大中型拖拉机上已大量采用的静液压机械功率分流无级变速箱，以及方兴未艾的节能减排的油液混合动力技术，势必也将影响飞机牵引车传动技术的发展方向。

上述分析表明，飞机牵引车各项负荷、形态和使用特点都在静液压驱动车辆的比较理想的工况和可行的结构范围内，特别是无杆牵引车。

不过可能主要是受传统习惯和成本的影响，虽然从20世纪50年代末起就陆续有静液压驱动的军用飞机牵引车列装

（图3-75上）。

但西方国家的有杆飞机牵引车目前主要仍然使用液力传动方式，装用由卡车或工程机械领域移植的自动或负荷换挡型液力变速箱，只有德国、匈牙利、瑞典和瑞士等国制造的少数车型采用静液压驱动

（图3-75中、下）。

对于飞机牵引车来说，液力传动的长处在于功率密度较高和设置多档变速箱后可覆盖的速度和功率范围较宽，而且液力传动的发展历史长远，技术成熟度较高，具有较小的技术风险，批量较大时的成本也比较低。这些因素都与具体国家的国情有关。

发展到无杆牵引车后，由于底盘形态特殊和对于低速微动性有更高的要求，采用静液压驱动的则占了大部分（图3-76）。

研发和制造内燃机动力静液压驱动的军民用无杆飞机牵引车的著名厂商有德国的Krass Maffei（克劳斯.马菲）、Goldhofer和GHH ，法国的Tracma，美国的FMC和BDI/BL，以色列的Echer以及意大利的Fresia等。

但也有些老牌厂家如英国的ML Douglas仍然坚持使用液力传动。