拖拉機液壓機械無級變速器動態(tài)特性的研究.pdf

1、農用拖拉機是量大面廣的農業(yè)機械，可以與牽引的、懸掛的或附裝的農機具組成作業(yè)機組，它可以完成各種田間作業(yè)和道路或非道路運輸作業(yè)。液壓機械無級變速器(Hydro-MechanicalContinuouslyVariableTransmission，簡稱HMCVT)采用一種兩路功率流是液壓功率流和機械功率流雙流轉動裝置，依靠液壓傳動系統(tǒng)的可控調速和機械傳動系統(tǒng)相結合實現(xiàn)無級變速。該傳動裝置應用于各種田間（非道路）大功率車輛上不僅能夠提高其動力

2、性、燃油經濟性，同時還能大幅降低實際操作的復雜性。對適用于大型農業(yè)拖拉機的HMCVT傳動理論分析、方案的設計和設計模型仿真、轉動系統(tǒng)性能和動態(tài)特性測試試驗，具有重要的工程實用價值。
　　本文以自主設計的液壓機械無級變速器為研究對象，討論了該變速器的方案和結構設計，并重點研究了該變速器在各個工況下的轉速、轉矩特性以及換段過程中的動態(tài)特性。在對液壓機械無級變速器傳動特性進行理論分析的基礎上，基于SimulationX軟件，建立了液壓機

3、械無級變速器的仿真模型，對其換段品質的影響因素、速度連續(xù)性等進行了仿真分析，并構建了液壓機械無級變速器的試驗臺架，對其傳動特性作了更深入的研究。本文的研究工作歸納如下:
　　在分析了液壓機械無級變速器的基本類型、組成原理和傳動特性的基礎上，結合傳動系統(tǒng)性能的要求及拖拉機的實際工作特性，設計了一種農用拖拉機液壓機械無級變速的結構方案。研究了其轉矩、傳動比、功率流及效率特性的分析計算方法，為該變速器的性能及原理分析、優(yōu)化設計、裝車匹配

4、及控制技術研究奠定了理論基礎。
　　1)針對所優(yōu)選的設計方案，建立了其輸出轉速理論模型，在此基礎上推導了等比傳動條件下和各段速度相連條件下的傳動比參數(shù)關系。在確定了等比式傳動公比值、匯流行星排特性參數(shù)和液壓系統(tǒng)元件的基礎上，基于最小傳動比確定了各區(qū)段傳動比參數(shù)的理論值，并結合變速器受載情況確定了齒輪參數(shù)。借助Matlab軟件分析了傳動比和整車行駛速度隨排量比的變化關系，分析結果表明:理論上設計的傳動比參數(shù)不僅能實現(xiàn)各段之間的平穩(wěn)銜

5、接，而且能實現(xiàn)液壓機械段的最低和最高行駛速度。
　　2)結合拖拉機的實際工作要求，確定了拖拉機液壓機械無級變速器傳動方案與設計提出了其結構參數(shù)，針對效率特性、轉矩特性、功率分流特性、牽引特性、無級調速特性，進行了研究。
　　3)分析了濕式離合器工作原理，建立了離合器充油過程數(shù)學模型，得到了離合器在充油階段油壓的變化規(guī)律。設計了液壓機械無級變速器換段離合器的液壓系統(tǒng)回路，該系統(tǒng)可以對離合器的油壓和充油時間進行控制。搭建了離合器

6、充油過程動態(tài)特性試驗平臺，利用Labview開發(fā)了油壓特性測試系統(tǒng)。在試驗臺架上對各離合器的油壓特性進行了試驗，并研究了調速閥對換檔離合器油壓的影響。提出了換段品質的影響因素和評價指標，建立了液壓機械無級變速器換段過程的數(shù)學模型和濕式離合器動力學模型，分析了HMCVT在換段前、轉矩相、慣性相和換段后四個階段的工作特性，為后面的仿真和試驗研究提供理論依據(jù)。
　　4)基于SimulationX對包括變速器在內的拖拉機各部件，如發(fā)動機、

7、液壓泵-馬達、離合器、雙排匯流機構等分別進行建模和參數(shù)設置，開發(fā)了拖拉機的整機仿真模型，并進行了深入的仿真研究。首先，對該液壓機械無級變速器的傳動特性進行了分析，證明了在不同的發(fā)動機轉速下，該變速器均能較好地實現(xiàn)無級調速，從而達到了預期的設計目標;而后，建立了離合器滑摩功、車輛沖擊度的計算模塊，分析了離合器主油壓、變速箱負載轉矩以及換段時機對換段品質的影響規(guī)律，研究了換段過程中泵和馬達壓力的動態(tài)特性，所得結論可以為制定控制策略，提高換段