浅谈拖拉机三离合变速器

许玉理

[摘 要] 本文参照文献简单介绍拖拉机变速箱的发展过程，分析比较了各类变速箱的特点，提出对拖拉机变速箱设计一种新式变速器三离合变速器。

[关键词] 拖拉机 变速箱 对比 提出

[中图分类号] S23 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2016）11-0223-02

引言

拖拉机传动系中，变速箱包含了大部分重要零部件，它是拖拉机产品设计中最受重视及新技术、新工艺采用最多的部分。了解拖拉机变速箱的发展历史、现状及发展趋势，对推动我国拖拉机新产品开发研制，提高我国拖拉机产品的质量和性能具有重要的意义。

1 拖拉机变速箱发展历程

拖拉机变速箱按其研制、应用的先后顺序大致可分为3种类型：手动变速箱，负载换挡变速箱及自动变速箱。

1.1 手动变速箱、手动变速箱可以采用滑动齿轮、啮合套和同步器换挡等方式。

1.2 负载换挡变速箱、负载换挡变速箱可分部分负载换挡和全负载换挡。部分负载换挡主要应用在定轴轮系变速箱上。其变速箱分高、中、低等多个速度区段，每个速度区段有多个速比，均为全同步式换挡机构，区段之间为负载换挡；全负载换挡多用在摩擦元件布置的周转轮系变速箱上，通过电液控制系统控制执行元件（离合器、制动器）的接合和分离，实现全负载换挡。

1.3 自动变速箱

自动变速箱的换挡与人无关，以设计时给定的程序为基础，根据拖拉机行驶状态自动地进行变速。按所采取的传动形式不同，可分为液力机械式变速箱、静液压式变速箱和液压机械式变速箱。

1.3.1 液力机械式变速箱

液力机械式变速箱是液力偶合器或液力变矩器与机械式变速箱串联的传动装置，它可以使拖拉机平稳起步及防止传动系过载。采用液力变矩器可使得拖拉机在每一机械排挡内实现无级变速，但其最大的缺点是传动效率低。

1.3.2 静液压式变速箱

静液压式变速箱由液压传动装置与机械式变速箱串联组成，发动机的功率全部通过液压传动装置。其最大的缺点是传动效率低，与机械式变速箱相比，效率约低15%左右。受液压元件功率的限制，这类变速箱主要应用在中、小型拖拉机上。

1.3.3 液压机械式变速箱

液压机械式变速箱是一种液压传动装置与机械式变速箱并联的传动装置，通过差动机构功率合流或分流，这样，发动机功率仅部分通过液压传动装置，必要时又能将液压传动闭锁变为纯机械传动。因此，其总传动效率大大提高了，而且在低速区域可使机械传动输出为零，变为纯液压传动，有利于拖拉机的平稳起步。与液力机械式变速箱相比，它的传动效率高，且高效区宽。通过电子自动控制系统实现自动换挡，保持发动机始终工作在最大功率点，且不受负载变化的影响，从而提高了拖拉机的自动化程度和作业效率，降低了燃油消耗率，减轻了操作人员的劳动强度和技术要求，是当前一种理想的无级变速传动装置。目前，国际先进部分拖拉机上就采用了这类变速箱。

2 各类型变速箱性能对比

目前以上几种变速箱在国际市场上同时存在，各有优势也各有不足。表1对各类变速箱的性能进行了比较分析。由表中可看出，就变速箱挡数而言，无级变速显然要比有级变速好，但其造价昂贵；就变速箱操纵舒适性和传动效率而言，二者是矛盾的，随着换挡条件的改善，其传动效率在下降。当前液压机械式变速箱是综合性较好的无级变速传动装置。但是有一种变速器，变速性能比液压机械式变速箱差，特别是爬行速档上，但是传动效率比液压机械式变速箱高，这便是三离变速器，经过计算机模拟运算，非常适用中型拖拉机上。

3 一种新式三离合变速器

前面讲了变速器以液压机械并联变速器最为理想，但是相对复杂，现在提出—种变速器，三离合变速器，这种变速器即可制作手动式，也可制作自动式，它的构造是发动机动力经过连轴器至变速箱第一轴，第一轴相当于中心轮，在中心轮上啮合三个行星轮，注意三个行星轮轮径不一样大，三个行星轮中心点距中心轮中心点的距离尺过是不一样的，三个行星轮上分别装一个离合器，这样三个离合器得到三个轮速，分别在离合器轴上后面装多个齿轮（跟据档位多少具体安装），每个离合器轴相当普通变速器上第二轴，此变速器相当有三个第二轴，每个第二轴上的齿轮与中间的第三轴齿轮啮合，第二轴上有啮合同步器与二轴上的齿轮接合与分离，三个第二轴的中心点与中间的第三轴中心点的距离也不相等，并且与第一轴也不同心，有一定偏心距离，这样三个第二轴分别经啮合同步器传到中间第三轴上，第三轴根据不同离合结合与相应齿轮啮合得到多种转速，理论上，三轴有n排齿轮，此变速器就有3n档转速，变速器工作时，由一轴来的动力，通过中间轮传到三个离合器上，这时三个离合器用互锁装置只能有一个接合，接合的离合器上后面的某个齿用互锁装只能有一个经啮合同步器与第三根根轴接合，第三根轴有动力驱动车辆前行，第三根后方装行星齿轮机构，直接连为前进档，制动某些部能改变方向变倒退档。

这种变速器变速时，只要一边分离原先离合器一边接合另一轴离合器就可不中断动力（或半摩擦传递动力）的变换转速，另一根轴离合器接合后，另外两轴紧接的一个高点速齿轮副啮合，一个低点速的啮轮副啮合，相应原啮合的齿轮副在互锁装置下分离，相应啮合齿轮的分离和结合的过程是在二轴啮合同步器实现的，这时想低速，合上低点速比所在轴的离合器，同时分离原结合的离合器，如想高速，则合上高速比所在轴的离合器，同时分离原结合的离合器，此变速器三个离合器只能有一个接合，另二个分离，且每次一个新第二轴上离合器结合的接合原来的第二轴上的离合器同时分离，并且三个第二轴后方的多个齿轮副每根轴上只能有一个齿轮副啮合同步器接合第三轴，其余啮合副齿轮在各自二轴上啮合同步器分离空转，且每次离合转换后相应啮合同步器动作，保证工作离合器另一端齿轮副锁在啮合同步器合上，同时与此高转速的上一齿轮副（另一第二轴上）也锁在啮合同步器合，与此低转速的下一齿轮副（又另一第二轴）也锁在啮合同步器合，只是这另外两根第二轴上的前端离合器不接合，变换速度时随时接合哪个离合器就相应变速，空档是把三个离合器都分离

这种变速器换档相当于汽车的双离合自动变速器，但是后面结构与现在汽车双离合自动变速器又有很大不同，三离合变速器有三个象普通变速器的第二轴顺序向第三轴传动力，且第三轴上的每个齿轮对应啮合三个第二轴的一个轮，这样就是在一平面上第三轴的一个齿轮与三个第二轴齿轮形成三个啮合副，这与现在汽车双离合自动变速器不同， 这样布置节省齿轮且档位密和多，换档时与现在汽车双离合自动变速器相似， 是相应的离合器分合，无齿轮式冲击且可实现自动变速，因动力是经过两对齿轮副传到第三轴上，所以传动效率等同普通手动变速器（非直接档时）传动效率。缺点是没有直接档，因为配合更多速比用更少的齿轮第一轴与第三轴有一小的偏心距不方便直连啮合所以没直接档。三离合变速器齿轮速比得经过细密计算防止重复速比出现，如第三轴与每个第二轴有4个齿轮副啮合，那么这台变速器有12个（3x4=12）档位，这些档如果有两个速比极接近的，相当于一个档位了，这样新没有12个档了，所以统一设计计算比普通变速器复杂。

具体动力流是：发动机——过载保护连接器——第一轴——第一轴齿轮——第二轴被动轮——某个第二轴接合的离合器——第二轴——第二轴某一啮合同步器——第二轴齿轮——第三轴齿轮——行星齿轮变向机构——第四轴——输出动力。

这种三离合变速器在空档时三个第二轴上的离合器都分离，三个第二轴上啮合同步器每根轴只能有一个是啮合状态，且速比是顺序的三个啮合同步器啮合状态，当发动机运转后，三根第二轴分别记为A、B、C轴（为好说明标为A、B、C ），推上档时，实是接合某根第二轴上的离合器，如第二轴B上离合器接合，第二轴B上处在接合状态的啮合同步器传递动力，通过相啮合齿轮传给第三轴，此时另外两根第二轴（A轴、C轴）与这第二轴B最近的两个速比齿轮啮合同步器啮合，这样就为升档和降档做好了准备，因为另外两个轴的速比一个比B轴高，一个比B轴低，只要接通A轴或C轴离器同时分离B轴离合就可得到相应的速比档位。这种离合器升降档时，高一级啮合齿轮与低一级啮合齿轮在换档前已啮合，换挡只是相关离合器的分离与接合，所以换档速度快，无啮合齿轮冲击，可不中断传递动力换档，配合自锁和电控装置，可实现自动变速，而且传递效率高，是比较理想的拖拉机变速器。用在拖拉机上能提高我国拖拉机产品的质量和性能具有重要的意义。