拖拉機液壓機械無級變速器動態(tài)特性的研究.pdf

1、農(nóng)用拖拉機是量大面廣的農(nóng)業(yè)機械，可以與牽引的、懸掛的或附裝的農(nóng)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(zhuǎn)動裝置，依靠液壓傳動系統(tǒng)的可控調(diào)速和機械傳動系統(tǒng)相結(jié)合實現(xiàn)無級變速。該傳動裝置應(yīng)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(jīng)濟性，同時還能大幅降低實際操作的復(fù)雜性。對適用于大型農(nóng)業(yè)拖拉機的HMCVT傳動理論分析、方案的設(shè)計和設(shè)計模型仿真、轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計，并重點研究了該變速器在各個工況下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)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(chǔ)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(zhì)的影響因素、速度連續(xù)性等進行了仿真分析，并構(gòu)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(chǔ)上，結(jié)合傳動系統(tǒng)性能的要求及拖拉機的實際工作特性，設(shè)計了一種農(nóng)用拖拉機液壓機械無級變速的結(jié)構(gòu)方案。研究了其轉(zhuǎn)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(shè)計、裝車匹配

4、及控制技術(shù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　1)針對所優(yōu)選的設(shè)計方案，建立了其輸出轉(zhuǎn)速理論模型，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)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(guān)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(chǔ)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(jié)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(guān)系，分析結(jié)果表明:理論上設(shè)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(jié)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(shè)計提出了其結(jié)構(gòu)參數(shù)，針對效率特性、轉(zhuǎn)矩特性、功率分流特性、牽引特性、無級調(diào)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(xué)模型，得到了離合器在充油階段油壓的變化規(guī)律。設(shè)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(diào)速閥對換檔離合器油壓的影響。提出了換段品質(zhì)的影響因素和評價指標(biāo)，建立了液壓機械無級變速器換段過程的數(shù)學(xué)模型和濕式離合器動力學(xué)模型，分析了HMCVT在換段前、轉(zhuǎn)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(nèi)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(gòu)等分別進行建模和參數(shù)設(shè)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(zhuǎn)速下，該變速器均能較好地實現(xiàn)無級調(diào)速，從而達到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo);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(zhuǎn)矩以及換段時機對換段品質(zhì)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(jié)論可以為制定控制策略，提高換段