混合動力拖拉機動力特性的研究.pdf

1、近年來，農用車輛對環(huán)境和資源造成的壓力逐年增加，開展新型節(jié)能拖拉機的研發(fā)已成為迫在眉睫的重要課題.而在我國，幾乎沒有關于混合動力拖拉機方面的研究。因此，深入研究混合動力驅動系統(tǒng)的動力耦合裝置、驅動系統(tǒng)設計理論以及混合動力驅動特性和能耗，對混合動力拖拉機的研究與開發(fā)具有重要的意義.
　　 本文基于拖拉機的工作和傳動特性要求，結合當前國內外在混合動力驅動系統(tǒng)方面的研究現狀，設計并制造了適用于并聯式混合動力拖拉機的動力耦合裝置，在此基

2、礎上，研制了一種單缸柴油機和串勵直流電動機為輸入動力的混合動力拖拉機驅動系統(tǒng).所完成的工作和取得的結論歸納如下:
　　 1、動力耦合裝置的設計與仿真.通過分析各類動力耦合裝置的原理和特點，結合拖拉機的工作和傳動特性要求，從傳動比、特征參數和齒數匹配等方面，研制了適用于并聯式混合動力拖拉機的行星差動輪系式動力耦合裝置.在SimulationX中建立了仿真模型，對發(fā)動機單獨工作、電動機單獨工作和混合動力模式時的工作情況進行了仿真研究

3、.結果表明，在各模式下，太陽輪、外齒圈和行星架三者間的轉速和轉矩關系與行星差動輪系間轉速和轉矩關系均一致;在啟動和停機瞬間，以及加速或減速過程中，行星差動輪系會產生內部轉矩和功率損失;太陽輪和外齒圈的轉矩方向與起主要作用的發(fā)動機或電動機轉速方向一致，而行星架轉矩方向相反.
　　 2、混合動力驅動系統(tǒng)設計計算方法研究.根據混合動力拖拉機的作業(yè)特點，設計了一種發(fā)動機和電動機為輸入動力，動力耦合裝置和變速葙協同調速的并聯式混合動力拖拉

4、機傳動系統(tǒng)，提出了混合動力拖拉機的動力性和經濟性評價指標及計算公式，并對其動力傳動系統(tǒng)主要參數的設計計算方法進行了探討，建立了傳動系各部件理論模型，提出了發(fā)動機和電動機動力匹配原則。以某型號混合動力拖啦機為設計實例，計算分析了不同檔位和發(fā)動機負荷下的驅動力、爬坡度和發(fā)動機與電動機的轉速匹配范圍、發(fā)動機與電動機同向或反向轉動時的總傳動效率和犁耕作業(yè)下的等效能耗等.研究結果表明，驅動力和爬坡度大小與發(fā)動機提供的負荷成正比，與變速箱檔位的高低

5、成反比，而轉速匹配范圍隨著發(fā)動機負荷的增大相應減小，與檔位變化無關.發(fā)動機和電動機轉速相同時，同向轉動時的總傳動效率大于反向轉動時的總傳動效率，在發(fā)動機與電動機同向轉動和反向轉動時，總傳動效率隨著發(fā)動機和電動機轉速的增大而增大.檔位越低，發(fā)動機和電動機動力匹配范圍越大;且在相同的發(fā)動機和電動機轉速下，等效能耗越低.在某一檔位下，隨著發(fā)動機和電動機轉速的增加，等效能耗逐漸增高.當作業(yè)速度相同時，混合動力拖拉機的等效能耗低于同功率燃油拖拉機

6、，其最高節(jié)能率可達24％.
　　 3、混合動力拖拉機動態(tài)特性仿真研究.在SimulationX中對混合動力拖拉機各部件分別進行建模和參數設置，開發(fā)了混合動力拖拉機仿真系統(tǒng).并對發(fā)動機單獨工作、電動機單獨工作和混合動力模式工作三種工作模式下，進行空載運輸作業(yè)和播種作業(yè)時的動態(tài)特性進行了仿真研究.研究結果表明，檔位和外部載荷一定時，混合動力模式下行駛速度范圍最大，最大行駛速度最高;發(fā)動機單獨工作模式次之，電動機單獨工作模式行駛速度范

7、圍最小，最大行駛速度最低.隨著檔位的增高，三種模式下的行駛速度均增大.三種模式下，發(fā)動機、電動機、動力耦合裝置中太陽輪、齒圈和行星架的轉矩會隨著擋位和外部載荷的增大而增大，且在勻速行駛時，轉矩恒定，在加速或減速行駛時，轉矩會產生波動.驅動輪轉矩僅隨外部載荷的增大而增大，而與檔位無關.當檔住和外部載荷不變時，發(fā)動機的小時燃油消耗量隨著發(fā)動機轉速的增大而增大;蓄電池輸出功率爭電動機輸入電壓隨著電動機轉速的增大而增大，電動機輸入電流幾乎保持不

8、變;1h等效能耗隨著發(fā)動機和電動機轉速的增大而增大。隨著檔位和外部載荷的增大，發(fā)動機的小時燃油消耗量、蓄電池輸出功率、電動機輸入電壓和電流，以及1h等效能耗均增大.發(fā)動機單獨工作模式時，其總傳動效率隨著檔位和外部載荷的增大而增大.電動機單獨工作模式時，其總傳動效率和電動機效率隨著電動機轉速、檔位和外部載荷的增大而增大，混合動力模式工作時，總傳動效率隨著發(fā)動機轉速、電動機轉速、檔位和外部載荷的增大而增大;電動機效率隨著電動機轉速、檔位和外

9、部載荷的增大而增大.檔位一定時，行駛速度范圍在電動機單獨工作時的范圍內，電動機單獨工作時的等效能耗最低;而當行駛速度范圍在發(fā)動機單獨工作時的范圍內，混合動力模式時的等效能耗較低，當外部載荷不變，檔位增大時，各模式下的行駛速度均增大，其相應的等效能耗增大.當檔位不變，外部載荷增大時，在相同的行駛速度下，等效能耗增大.混合動力模式時，根據發(fā)動機轉速和電動機轉速的不同，會出現相同行駛速度下，等效能耗的不同.說明在混合動力模式下，混合動力拖拉機

10、進行某項作業(yè)時的動力選擇范圍較大.
　　 4、混合動力拖拉機試驗臺構建和測控系統(tǒng)開發(fā).基于模塊化思想構建了混合動力拖拉機試驗臺，在LabVIEW中開發(fā)了試驗臺測控系統(tǒng)，并對試驗臺所用傳感器進行了標定。
　　 5、混合動力拖拉機動力特性試驗研究.試驗研究了混合動力拖拉機的行駛速度、發(fā)動機和電動機功率配比、驅動輪輸出功率、發(fā)動機、電動機和驅動輪輸出轉矩、蓄電池和電動機輸出特性以及牽引效率、總傳動效率和等效能耗等特性。研究結果

11、表明，當檔位不變，發(fā)動機和電動機轉速相同時，行駛速度隨著加載轉矩變化幾乎保持不變。但隨著加載轉矩的增大，電動機最高轉速和轉速匹配范圍均減小，相應的行駛速度范圍減小.檔位一定時，發(fā)動機、電動機和驅動輪功率大小與加載轉矩成正比，加載轉矩越大，發(fā)動機和電動機發(fā)揮的功率就越大，當檔位和加載轉矩不變時，發(fā)動機功率隨發(fā)動機轉速的變化規(guī)律與發(fā)動機負荷特性曲線變化相似，隨電動機轉速增大而略有減小;電動機功率隨電動機轉速的增大而增大;驅動輪功率隨著發(fā)動機

12、和電動機轉速的增大均增大，且隨電動機轉速的變化更為敏感.電動機轉速較低時，發(fā)動機功率大于電動機功率;隨著電動機轉速的增大，電動機功率會大于發(fā)動機功率.隨著發(fā)動機轉速和加載轉矩的增大，電動機大于發(fā)動機的功率范圍逐漸減小。檔位一定時，發(fā)動機轉矩隨著電動機轉速的增大而略有戰(zhàn)小，隨發(fā)動機轉速的增大呈現先增大后減小的趨勢;電動機轉矩隨著電動機轉速和發(fā)動機轉速的增大幾乎保持不變.加載轉矩一定時，電動機的轉矩幾乎是發(fā)動機轉矩的2倍左右，加載轉矩越大越

13、明顯.加載轉矩一定時，蓄電池電壓隨著電動機電壓的減小而增大，蓄電池電流隨著電動機電壓的增大而增大.電動機電壓一定時，蓄電池電壓隨著加載轉矩的增大而減小;加載轉矩越大，隨著電動機電壓的增大，蓄電池壓降就越大;而蓄電池電流隨著加載轉矩的增大而增大，且電動機電壓的控制范圍隨著加載轉矩的增大而減小;電動機電流隨著加載轉矩的增大而增大.當檔位不變時，牽引效率、總傳動效率和等效能耗隨著加載轉矩的增大而增大。當檔位和加載轉矩不變時，牽引效率、總傳動效