拖拉機(jī)液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器動(dòng)態(tài)特性的研究.pdf

1、農(nóng)用拖拉機(jī)是量大面廣的農(nóng)業(yè)機(jī)械，可以與牽引的、懸掛的或附裝的農(nóng)機(jī)具組成作業(yè)機(jī)組，它可以完成各種田間作業(yè)和道路或非道路運(yùn)輸作業(yè)。液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器(Hydro-MechanicalContinuouslyVariableTransmission，簡(jiǎn)稱HMCVT)采用一種兩路功率流是液壓功率流和機(jī)械功率流雙流轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，依靠液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的可控調(diào)速和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。該傳動(dòng)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(dòng)力

2、性、燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還能大幅降低實(shí)際操作的復(fù)雜性。對(duì)適用于大型農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)的HMCVT傳動(dòng)理論分析、方案的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)模型仿真、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)性能和動(dòng)態(tài)特性測(cè)試試驗(yàn)，具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。
　　本文以自主設(shè)計(jì)的液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器為研究對(duì)象，討論了該變速器的方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)研究了該變速器在各個(gè)工況下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性以及換段過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。在對(duì)液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)特性進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，基于SimulationX軟件，建立了液壓機(jī)

3、械無(wú)級(jí)變速器的仿真模型，對(duì)其換段品質(zhì)的影響因素、速度連續(xù)性等進(jìn)行了仿真分析，并構(gòu)建了液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的試驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)其傳動(dòng)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(jī)械無(wú)級(jí)變速器的基本類型、組成原理和傳動(dòng)特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳動(dòng)系統(tǒng)性能的要求及拖拉機(jī)的實(shí)際工作特性，設(shè)計(jì)了一種農(nóng)用拖拉機(jī)液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速的結(jié)構(gòu)方案。研究了其轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)比、功率流及效率特性的分析計(jì)算方法，為該變速器的性能及原理分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、裝車匹配

4、及控制技術(shù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　1)針對(duì)所優(yōu)選的設(shè)計(jì)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(dòng)條件下和各段速度相連條件下的傳動(dòng)比參數(shù)關(guān)系。在確定了等比式傳動(dòng)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(dòng)比確定了各區(qū)段傳動(dòng)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(dòng)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(jì)的傳動(dòng)比參數(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)各段之間的平穩(wěn)銜

5、接，而且能實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)械段的最低和最高行駛速度。
　　2)結(jié)合拖拉機(jī)的實(shí)際工作要求，確定了拖拉機(jī)液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器傳動(dòng)方案與設(shè)計(jì)提出了其結(jié)構(gòu)參數(shù)，針對(duì)效率特性、轉(zhuǎn)矩特性、功率分流特性、牽引特性、無(wú)級(jí)調(diào)速特性，進(jìn)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(guò)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(jì)了液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器換段離合器的液壓系統(tǒng)回路，該系統(tǒng)可以對(duì)離合器的油壓和充油時(shí)間進(jìn)行控制。搭建了離合器

6、充油過(guò)程動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)平臺(tái)，利用Labview開(kāi)發(fā)了油壓特性測(cè)試系統(tǒng)。在試驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)各離合器的油壓特性進(jìn)行了試驗(yàn)，并研究了調(diào)速閥對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器換段過(guò)程的數(shù)學(xué)模型和濕式離合器動(dòng)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(gè)階段的工作特性，為后面的仿真和試驗(yàn)研究提供理論依據(jù)。
　　4)基于SimulationX對(duì)包括變速器在內(nèi)的拖拉機(jī)各部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、

7、液壓泵-馬達(dá)、離合器、雙排匯流機(jī)構(gòu)等分別進(jìn)行建模和參數(shù)設(shè)置，開(kāi)發(fā)了拖拉機(jī)的整機(jī)仿真模型，并進(jìn)行了深入的仿真研究。首先，對(duì)該液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)特性進(jìn)行了分析，證明了在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，該變速器均能較好地實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，從而達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo);而后，建立了離合器滑摩功、車輛沖擊度的計(jì)算模塊，分析了離合器主油壓、變速箱負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及換段時(shí)機(jī)對(duì)換段品質(zhì)的影響規(guī)律，研究了換段過(guò)程中泵和馬達(dá)壓力的動(dòng)態(tài)特性，所得結(jié)論可以為制定控制策略，提高換段