车辆动力传动系统

车辆动力传动系统国内外概况及发展趋势1.发展现状坦克车辆传动系统大体走过了定轴式机械传动、液力传动（或液力机械传动）、综合传动三个发展阶段。到目前为止，西方国家主要是美国、德国和英国现装备的第三代主战坦克采用综合传动装置约占装备车总数的45%。带闭锁离合器的液力变矩器、多自由度行星变速机构、液压或复合的无级转向、电液自动操纵等多功能模块集成的液力机械综合传动装置，不仅是当前军用履带车辆的最佳传动型式，而且是21世纪初出现的新一代坦克车辆的基本传动型式，构成今后一段相当时期内坦克车辆综合传动的主流。此外，电传动是坦克车辆传动技术又一发展方向。坦克电传动研究的开始时间是很早的，但目前正在研究中的坦克电传动和早期的电传动，在技术上有很大的不同。现代电传动技术的发展实在电机技术和电机控制技术以及机电一体化设计和综合控制、动力电池组管理与应用等一系列现代技术集成发展的结果。表所示为几种典型的系列化综合传动装置，履带式和轮式。比较有代表性的传动系统如图所示。20世纪80年代初期，美国开始了重型战斗车辆“先进的整体式推进系统（AIPS）”的研制，使动力舱体积现在已缩小到总体积的26%～30%，传递功率达到1100～1200kW。（此段落为集中典型的传动系统介绍，补充图中所示各传动系统的较详细资料。）2001年，美国完成了基于M113的20t级电传动演示样车的研究。样车采用一台186kW的6缸直列柴油机，通过传动比为1:4.28的增速箱与一台600V的180kW交流发电机连接，为电传动平台提供电能。原理样车装配480V铅酸蓄电池组，每个主动轮配置一个220kW油冷高速感应电动机。车辆最高速度为96km/h，加速时间0~56km/h只需要9s(列装的最新型M113A3为27s)，车辆燃料消耗率为3.1km/L，最大行驶范围达1120km，从错误!未找到引用源。显示了其电传动驱动系统的布置情况。从上世纪80年代中期开始，与磁电机公司合作开发出“伦克EMT1100传动装置”，驱动电机与一个双速齿轮机构相连，通过一根横轴直接、高效地在两侧主动轮之间传递，提供行驶所需大部分功率；转向电机只需提供转向所需的小部分功率，因而可以保持较小的尺寸。为满足重型坦克电传动系统的发展需求，德国伦克公司于2006年7月推出如图错误!文档中没有指定样式的文字。-1所示的电力机械复合传动装置REX，是在HSWL106传动的基础上改装而成，集成了机械传动和电传动两者的优点。该装置安装在内燃机与液力机械传动装置之间，由行星机构耦合器、两台盘式发电/电动机组成，该系统计划将用于30t级履带式车辆。几种典型的系列化综合传动装置（履带式）阿里逊公司X系列X-200X-300X-700X-1100适用车重（t）9~1815~305060发动机功率(kW)1884045881100ZF公司LSG系列LSG1000LSG1500LSG2000LSG3000适用车重（t）16223560发动机功率(kW)250370~430550880伦克公司HSWL系列HSWL096HSWL106HSWL186HSWL290适用车重（t）18254060发动机功率(kW)150~370220~515370~810660~1250几种典型的系列化综合传动装置（轮式）阿里逊公司H（M）D系列MD3060（MD3560）MD3066HD4060（HD4560）功率（kW）224268391ZF公司HP系列HP500HP590HP600功率（kW）210240320伦克公司HS系列HS106HS127HS126HS206HS226HS227功率（kW）370410460470580510先进的整体式推进系统（AIPS）欧洲动力机组ESM500综合传动装置HSWL284综合传动装置HSWL295综合传动装置基于M113的20t级电传动演示样车伦克EMT1100传动装置图错误!文档中没有指定样式的文字。-1REX传动装置及台机试验2.发展特点1)机构上从简单逐渐发展到复杂，成为高级的机械技术产品；2)从单点啮合的固定轴齿轮传动逐渐发展到多点啮合的行星齿轮传动；3)换档的结合从刚性的结合发展为摩擦结合，使中断动力换档发展为动力换档；4)操纵装置逐渐由机械式、液压式发展为电液式。5)传动功率逐渐从小功率发展到800～1200kW大功率；6)从分散的各传动部件发展为综合传动装置。（具有传递功率、变速、转向、制动和操纵等五种功能，而且集中所有部件为一体。）7)传动路线从单流传动逐渐发展到双流传动；8)从有级变速和有级转向逐渐发展为无级变速和无级转向；9)传动系统的单位功率质量在发展为液压转向条件下仍逐渐减小到机械转向的2～3.5kg/kw的水平；10)传动系统的单位体积功率由400～600KW/m3发展到600～1000KW/m3水平；11)电子控制技术和故障在线诊断技术的应用。3.发展趋势履带式坦克装甲车辆传动装置的发展已完成了从固定轴阶梯齿轮变速向行星齿轮变速的过渡，液力或液力机械综合传动已为大多数坦克装甲车辆所采用。目前，尽管液压机械综合传动、机电复合传动还应用不广泛，但已显示出它的优越性，是未来坦克装甲车辆传动装置的发展方向。变矩器可闭锁以减少变矩器的工作时间鉴于变矩器传动效率低，因而需要缩短工作时间，仅让其在换档、起步、爬坡时工作。变矩器闭锁后，传动呈机械工况，可获得较高的传动效率。增多排档，充分利用发动机功率排档越多，牵引特性曲线愈接近理想状态。然而，排档越多，换档次数也越多，采用人工换档，给驾驶员带来繁重负担。自动换档技术的出现，为传动装置增多排档创造了有利条件。自动换档应用越来越多增多排档，必须实现自动换档。现代化战争对驾驶员的要求不但要驾驶车辆，而且更要集中主要精力观察战场形势变化，处理各种应急情况。因此，需要借助自动换档机构解脱驾驶员换档操作任务。此外，现代控制技术的发展，为实现自动换档和遥控操作奠定了基础。无级转向前途光明转向时间几乎占车辆行驶时间的一半，转向性能优劣对车辆机动性影响甚大。从理论上讲，液压转向可以实现规定转向半径的无级变化，但实现全功率范围无级转向需要很大的液压泵和马达，这是目前液压技术难以实现的、车辆总体设计难以接受的问题。液压机械分流转向可以采用小型的液压泵和马达来实现，是极有发展前途的转向型式。液力制动器将普遍使用机械制动器制动能力有限，长时间连续工作存在不安全因素。车辆吨位和行驶速度的不断增长，对车辆制动性能的要求越来越高，欧洲交通法规规定，车辆必须要有5m/s2的制动减速度，单纯依靠机械制动器很难满足使用要求。液力制动器的制动能力与行车速度成正比，车速越高，制动能力越大，而且性能稳定、工作可靠，非常适合坦克装甲车辆的要求。液力制动器与机械制动器联合使用，将是坦克装甲车辆制动装置的发展方向。综合传动装置是推进系统的整体设计基础综合传动装置具有传递功率、变速、转向、制动和操纵等5种功能，而且集所有部件为一体，为推进系统整体设计创造了有利条件。所谓推进系统整体化设计，就是在设计时将动力传动系统的各部件及一些附件，不是作为单个独立部件，而是作为有机整体，提出整体综合技术指标。采用整体化设计方法设计推进系统，一方面为了提高可靠性，另一方面是为了通过减小动力舱体积增大推进系统单位体积功率，同时可以获得野战条件下整体吊装的优点。1)高功率密度受整车重量、布置空间的限制，随着功率不断加大，传动装置的功率密度要求越来越高。减小动力舱体积和重量，使生存能力和机动性得到进一步提高。传动系统的单位功率质量2～3.5kg/kW，传动系统的单位体积功率由400～600kW/m3发展到600～1000kW/m3水平。2)高集成度综合传动型式将变速、转向、制动及自动操纵等功能部件集成，技术密集、结构复杂。同时，动力、传动及辅助系统的集成度也越来越高。如“欧洲动力传动机组”应用“综合集成”的“一体化”设计，具有优越的总体性能。具有当今世界的最高水平。3)高可靠性为保证车辆在各种复杂环境条件下的作战使用性能，坦克装甲车辆的可靠性指标要求越来越高，传动装置的高可靠性成为重要指标。如美国和法国主战坦克耐久性指标已达到9000~10000km。俄及西方欧美国家可靠性指标要求的平均无故障里程（MKBF）已达到1000~1250km。4)系列化、模块化、通用化由于坦克装甲车辆品种多、数量少、功率等级多，传动装置必须实现产品系列化、模块化、通用化。阿里逊公司由一个X系列传动装置覆盖所有履带车辆基型底盘；重型汽车和轿车自动变速箱有4个系列、工程机械用液力机械变速箱有6个系列。履带车辆用X系列中X-1100的3个型号的传动装置，采用模块化设计，14个模块中有11个模块可以通用，通用部件模块达到80％。