行星式液力机械传动装置的工作原理和应用

行星式液力机械传动装置结构紧凑，传动效率高，在汽车及工程机械上获得了广泛应用。其基本形式是液力变矩器与动力换挡的行星变速机构串联。其基本工作过程是液力变矩器利用液体的流动，把来自发动机的转矩增大后传递给齿轮机构；同时，液压控制系统根据驾驶需要（节气门开度、车速等）来操纵行星齿轮机构，使其获得相应的传动比和旋转方向，自动执行升挡、降挡。这种传动装置具有操作简单、减轻驾驶员负担、提高舒适性、延长传动系零部件的使用寿命等优点。

图16.2.1所示为ZF公司生产的5HP500型液力机械自动变速器传动简图，其由带闭锁离合器的单级综合式液力变矩器、液力减速器、动力换挡行星变速器及动力输出机构组成。该自动变速器有6个前进挡和1个倒挡，各挡接合的操纵元件及传动比如表16.2.1所示。

图16.2.1　5HP500型液力机械自动变速器传动简图

表16.2.1　5HP500型液力机械自动变速器各挡接合元件及传动比

5HP500型液力机械自动变速器的液压控制系统简图如图16.2.2所示，前泵1通过主压力阀2（调定压力为1.02～1.836 MPa）向系统供油，主油路上安装有压力继电器12，当油压小于0.78 MPa时，继电器接通报警。主压力阀2流出的油经安全阀3（调定压力为0.87 MPa）供给变矩器，变矩器的回油通过背压阀5（调定压力为0.408 MPa）经转换阀10进入散热器进行冷却，从散热器流出的油进入各润滑点，多余的油经压力阀6回油底壳，温度传感器7用于检测、控制油温。后泵13在拖车起动时向主油路供压力油，在正常行驶时向变矩器后的润滑油路供油。

图16.2.2　5HP500型液力机械自动变速器液压系统简图

1—前泵；2—主压力阀；3—安全阀；4—保险挡变速阀；5—变矩器背压阀；6—润滑油压力阀；7—温度传感器；8—单向阀；9—制动阀；10—转换阀；11—油门调节阀；12—压力继电器；13—后泵；14—液力缓速器；M1～M8—电磁阀；D1～D7—断路阀；J1～J7—继动阀；H1～H7—换挡缓冲阀；L1～L3，Z1～Z3—换挡操纵元件；L—闭锁离合器；L′—动力输出离合器

当使用液力减速器时，压缩空气推动制动阀9，使转换阀10接通液力减速器和散热器的循环油路，此时主压力油经制动阀9上端的限压阀向循环油路补油。限压阀用弹簧调整，使液力减速器背压为一定值，保证其在1 000 r/min到最高转速范围内制动转矩不变。液力减速器接通时，前泵1流量除补偿其循环中的泄漏外，多余流量经变矩器、转换阀直接进润滑系统。

变速箱的换挡操纵阀包括油门调节阀11、电磁阀M1～M8、断路阀D1～D7、继动阀J1～J7、换挡缓冲阀H1～H7、保险挡变速阀4。油门调节阀11与柴油机供油拉杆相连，输出一个随发动机油门变化的油压，经阀11节流后的油液控制各个换挡缓冲阀，使换挡过程中离合器油压增长快慢随发动机油门大小变化，以获得各种行驶条件下的换挡平稳性。

当电子换挡控制器发出接合指令时，相应的电磁阀动作，接通主压力油到继动阀的控制油路，推动继动阀阀芯向右运动，使主油路的液压油进入相应的离合器或制动器油缸，使之接合。当电子控制器发出分离指令时，相应电磁阀断电回位，断路阀左端控制油压卸压，继动阀右端与主油压接通，推动继动阀阀芯向左运动，相应离合器或制动器油缸回油卸压。

变矩器闭锁离合器L的接合与分离取决于发动机转速和油门开度，在Ⅰ挡或Ⅱ挡车辆起步时，为充分利用变矩器的变矩性能，使闭锁离合器处于分离状态；在良好路面行驶时，可使其提前闭锁。

电子自动换挡控制器根据发动机负荷、车速和驾驶员选定的车速范围决定最佳换挡点，给相应挡位的电磁阀发出指令，使相应的离合器或制动器接合，从而实现自动换挡。

液力机械传动在军用履带车辆上应用也较为广泛。图16.2.3所示为德国伦克（RENK）公司生产的HSWL-194型液力机械传动装置的传动简图。它是由液力变矩器，正、倒机构，行星变速机构，液压差速转向机构、转向助力耦合器等组成的综合传动机构。前进、倒退均有4个挡。

液力变矩器为具有闭锁离合器的二级向心涡轮式液力变矩器，闭锁离合器由液压控制操纵。(www.xing528.com)

正、倒机构由两对锥齿轮组成，每个被动锥齿轮连接一个行星排和一个制动器。锥齿轮对为减速传动，行星排为增速，以减小变速部分设计扭矩。接合制动器S为前进档；接合制动器D为倒挡。

变速机构由3个行星排和1个离合器组成，实现4个挡，可以进行动力换挡。

转向机构为双流液压差速转向机构。发动机驱动液压转向装置。液压转向装置由变量轴向柱塞泵和定量轴向柱塞马达组成。液压转向装置通过差速器使两侧汇流行星排的太阳轮转速相等，方向相反，从而使两侧履带速度不等，使车辆实现转向。

液力耦合器作为转向的助力装置。

直线行驶时，液压转向装置的液压马达不转，液力耦合器内油液排空，涡轮不转，转向的左、右零轴不转，使两侧汇流行星排的太阳轮锁住不转，两侧汇流行星排成为行星减速器，此时为单流传动。

转向时，通过方向盘控制液压泵的排量和高压油方向，从而改变液压马达的旋转方向并无级地改变液压马达的转速大小。通过左、右零轴，差速机构使两侧汇流行星排的太阳轮转速大小相等，方向相反，因而是两侧汇流行星架输出转速不等，使车辆转向。

图16.2.3　HSWL-194型液力机械传动装置传动简图

1—输入轴；2—液力变矩器；3—液压转向机；4—左零轴；5—锥齿轮组；6—右零轴；7—右圆柱齿轮组；8—左圆柱齿轮组；9—输出轴；10—左汇流行星排；11—变速行星机构；12—正、倒机构；13—右汇流行星排；B—泵轮；T1、T2—一级、二级涡轮；D—导轮；Z1～Z3—一、二、三挡制动器；L—四挡离合器；S—前进挡制动器；D—倒挡制动器

HSWL-194传动装置在转向分路中采用液力耦合器作转向加力器。当转向半径较小，液压转向装置负荷较大时，液力耦合器充油，发动机一部分功率经液力耦合器、锥齿轮差速器传到左、右零轴上，与液压马达的动力汇流在一起，提高转向性能。

当液压马达正转（旋转方向与液压泵相同）时，即在车辆向前行驶，向左转向时，由液压控制自动地向液力耦合器O2内充油；当液压马达反转（旋转方向与液压泵相反）时，即车辆向前行驶，向右转向时，自动地向液力耦合器O1内充油。直线行驶和大半径转向时，两个液力耦合器内油液排空，不工作。

液力减速器主要用于重型车辆辅助制动系统，其工作原理与液力耦合器类似，但其涡轮（定轮）通常与传动装置箱体或车体固连。在“豹”Ⅱ坦克的制动系统就使用了液力减速器，如图16.2.4所示。在车辆制动过程中，向液力耦合器中充油，液力耦合器向两侧汇流排施加反向作用的制动阻力矩，使输出轴减速。制功效果与发动机的转速和变速箱挡位有关，当发动机以最高转速工作时，液力耦合器产生的制动转矩最大。在Ⅰ挡时，制动扭矩最大，制动效果好。这与车辆在速度较高（高速挡）时制动转矩要求较大的规律不相符，因此只能作为辅助制动。

图16.2.4　“豹”Ⅱ坦克HSWL-354型液力机械传动装置传动简图

1—输入盘；2—液力变矩器；3—前泵；4—后泵；5—正、倒挡机构；6—行星变速机构；7—汇流行星排；8—液力减速器；9—盘式制动器；10—输出轴；11—液压转向机构；12—液力转向助力装置；13—风扇