Research and Design of Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission for Tractors

A new type continuous variable transmission device, a hydro-mechanical continuously variable transmission （HMCVT） for agricultural tractors is developed, which is composed of a single planetary gear differential train, a hydraulic transmission system consisted of variable displacement pump and fixed displacement motor and a multi-gear fixed step radio transmission. Based on the analysis of types of hydrostatic mechanical transmission （HMT） and styles of hydraulic transmission, the general drive scheme for HMCVT is obtained. The method of selecting mechanical parameters and hydraulic units is explained, and the stepless speed regulation characteristic of HMCVT is analyzed. This paper also specializes the calculating method of transmission efficiency. It shows that tractors assembled with HMCVT can obtain a continuously variable speed and achieve high drive efficiency.

液压机械无级变速器全工况效率模型及功率损失分析

针对目前液压机械无级变速器(hydro-mechanical continuously variable transmission,HMT)效率模型研究中存在的效率组成不全面、局限于单一工况以及缺少功率损失分析等问题,该研究建立了考虑传动元件及附件功率损失的HMT全工况效率模型。首先建立HMT变量泵-定量马达的通用效率模型,根据效率试验数据辨识相关参数;然后建立HMT其他传动机构及附件的效率模型,将各部分效率模型组合得到完整的HMT效率模型。基于自主研发的HMT进行计算,得到全工况效率图和各组成机构的损失功率。搭建试验台,对HMT进行效率试验以验证模型的准确性,HM1段和HM2段在全工况下的效率平均绝对误差分别为0.027 3和0.026 1,相较于对比方法准确性提高了64.59%和55.46%。结合效率图和功率损失情况分析HMT效率特性和影响因素,结果表明:1)本文HMT效率主要受负载和液压单元排量比e影响,输入转速影响不显著;2)低负载下本文HMT效率主要影响因素为负载,高负载下为排量比;3)泵马达功率损失对HMT效率影响最大,e <0时液压损失功率大,HMT效率低;e=0时液压损失功率为0,HMT效率达到最高;4)齿轮和离合器的功率损失对HMT效率的影响不容忽略,考虑其他附件功率损失有利于提高模型计算精度。提高HMT效率的措施:1)尽量避免HMT长时间在功率循环工况下工作,在优先满足负载需求和保证发动机经济性前提下,推荐在纯机械点及其附近工作点作业;2)避免长时间低负载作业,应保持在高负载工况作业;3)选用高效率液压单元或通过改进参数提高液压单元传动效率;4)满足齿轮和离合器性能要求前提下改进参数,降低功率损失。

采棉机变速器能效对比分析

研究采棉机在加速和恒速作业过程中纯液压变速器和液压机械无级变速器传输效率以及发动机燃油消耗,对发动机燃油消耗和液压机械无级变速器传输效率进行台架试验。仿真结果显示:在(0~25)km/h加速过程中,相比较纯液压变速器,装备液压机械无级变速器的采棉机的发动机燃油消耗减少2.4933kg/h,且液压机械无级变速器传输效率在0.82以上;当行驶速度和采摘头输入转速分别保持在6km/h和1380r/min时,相比较纯液压变速器,装备液压机械无级变速器的采棉机的发动机燃油消耗减少1.44709kg/h,传输效率提高0.15。仿真与试验结果表明装备液压机械无级变速器的采棉机在作业过程中可提高采棉机的传输效率和降低燃油消耗。

基于液压机械无级变速的拖拉机起步预测控制

为提高配备液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)的拖拉机起步性能,提出了一种基于排量预测调节的液压机械无级变速拖拉机起步控制方法。通过分析HMCVT工作原理及其排量调节机构工作特性,将拖拉机起步过程进行3阶段划分,并以减小起步时间和起步冲击度为目标,建立了基于模型预测控制的拖拉机起步过程排量控制策略。仿真结果表明:与未采用基于排量预测调节的起步控制方法相比,液压机械无级变速拖拉机起步时间缩短了8%,起步最大冲击度减小了32.6%,对HCMCVT拖拉机起步过程有较好的控制效果,起步性能得到较大提高。

CASE-PUMA四区段液压机械无级变速器特性分析

液压机械无级传动技术具有高效平稳的优点,国内对该技术的研究起步较晚。文章以CASE公司的PUMA四区段液压机械无级变速器为研究对象,分析了其无级调速特性、扭矩特性、液压功率分流比,给出了PUMA变速器输入输出转速比、液压功率分流比与变量泵和定量马达排量比的关系式,以及变速器输出轴与马达输出轴转矩的关系。最后,基于AMESim平台对PUMA变速器进行建模,仿真分析其输入转速与输出转速的关系,结果表明,该变速器可以实现拖拉机全行驶速度范围的无级调速。该研究旨在为无级变速箱的理论研究和设计提供参考。

液压机械无级变速器换段品质影响因素试验

以提高拖拉机液压机械无级变速器换段品质为主要目的,运用正交试验方法进行了台架试验,并对换段品质各影响因素参数进行了合理匹配;确定了影响液压机械无级变速器换段品质的各影响因素之间的主次关系,并进行了拖拉机犁耕满负荷工况下的试验验证。研究方法及结论对提高液压机械无级变速器的换段品质具有一定的理论指导意义和实用价值。

拖拉机液压机械无级变速器设计

设计了一种液压机械无级变速器,该装置由一个单排行星机构、变量泵定量马达构成的液压传动系统和多挡有级式变速箱组成。在分析液压机械传动形式和液压传动类型的基础上,确定了拖拉机的总体传动方案,对液压元件及机械参数的选择方法进行了阐述,分析了变速器的无级调速特性。绘制了理论牵引特性曲线,分析比较了改进前后牵引特性。装有液压机械无级变速器的拖拉机实现了速度的连续无级变化,在任何牵引力时,发动机都在接近于满负荷点工作,从而大大提高了拖拉机的生产率和燃油经济性。

拖拉机动力换挡变速箱和无级变速箱发展现状与趋势

变速箱是拖拉机核心部件之一,其性能的好坏对拖拉机的动力性、经济性、舒适性及可靠性等关键性能指标有着重要的影响。分析了拖拉机变速箱的发展历史以及不同发展阶段变速箱的类型,详细阐述了动力换挡变速箱和无级变速箱的工作原理、技术特点及国内外应用现状。在此基础上,对拖拉机变速箱的发展趋势进行了展望。

多段式液压机械无级变速器方案设计与特性分析

针对目前拖拉机多挡有级变速器换挡过程中存在的传动比不连续问题,设计了一种新型多段式液压机械无级变速器。以东方红1302R拖拉机为对象,分析了其无级调速特性、平稳换段条件、转矩特性、液压功率分流比、效率特性及牵引特性。分析研究表明,所设计的液压机械无级变速器具有变速范围宽、传递功率大、效率高、传动平稳等优点,可较好地满足拖拉机复杂多变的作业工况要求。

拖拉机液压机械无级变速器的特性分析

以东方红1302R拖拉机液压机械无级变速器为对象,建立了其速比与变量泵和定量马达排量比、液压功率分流比、传动效率的关系式,给出各段(挡)工况下的功率流向,分析循环功率存在条件及其对变速机构输出的影响。结果表明:行星排特性参数k是影响液压机械无级变速器特性的主要设计参数,其值应在0.3<k<4.2范围内;变量泵和定量马达排量比设定原则是,在保证液压机械无级变速器速比连续变化的前提下,尽可能地减小液压功率分流比;在拖拉机常用工作速度段,液压功率分流比|ρ|<0.2,有利于提高传动系统效率;循环功率的存在降低了传动系统效率,应尽量避免其出现;液压机械无级变速器具有可控的无级调速特性及高效率特性。液压机械无级变速传动装置能满足拖拉机的作业要求。

等差式液压机械无级变速器的速比控制理论与试验研究

速比跟踪控制是车辆无级变速器控制系统的核心,以等差式液压机械无级变速器为对象开展速比控制理论研究,提出适合于液压机械无级变速器使用的速比控制方法。分析等差式液压机械无级变速器的组成原理,推导出等差式液压机械无级变速器速比关系的一般表达式,获得等差式无级变速器的段位组成方式;结合研究对象具体结构,研究换段时各执行元件的转速关系,提出换段条件;构建速比控制系统的设计框图,分析得到控制器的传递函数,给出控制算法设计方法;对等差两段式液压机械无级变速器进行速比跟踪控制试验,试验结果表明:通过对液压机械无级变速器实施速比控制,能够实现对目标速比的跟踪;当跟踪阶跃速比时不存在稳态误差,跟踪斜坡速比时存在稳态误差。

拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配

利用发动机的试验测试结果,采用多项式拟合的方法建立了发动机模型,给出了关于发动机的最佳动力性和最佳燃油经济性的转速调节特性。在此基础上研究了发动机与无级变速传动系统的匹配机理。根据不同的作业项目,将拖拉机的作业工况分为3种模式,阐述了各种作业模式下发动机与无级变速传动系统匹配的实现方案。该研究对理解和设计拖拉机液压机械无级变速传动系统,提高拖拉机生产率,具有一定的意义。

液压机械无级变速器换段冲击影响因素研究

为解决液压机械无级变速器HMT换段冲击问题,对某型HMT的换段过程进行了理论分析和试验研究.得出结论:汇流行星排三构件的转速换段时刻有突变是造成换段冲击的根本原因.存在同步换段点传动比,它仅由HMT的机械结构决定.分析了欠同步换段和过同步换段时马达转速和输出转速的波动情况,并进行试验验证.液压系统容积效率的变化会造成马达转速和输出转速的突变,从而在汇流行星排上产生冲击载荷.制动器充放油特性的不一致和共用油源时操纵油压的相互影响均有可能导致动力传递中断,从而造成换段冲击.

液压机械无级变速器动态特性的影响因素研究

为了深入研究液压机械无级变速器的动态特性,建立了液压机械无级变速器的调速模型,并通过分析油液黏度、液压路工作容积以及输出轴负载惯量对调速系统阻尼比、上升时间以及调节时间的影响,揭示了这3个因素对系统动态特性的影响。理论分析与试验结果表明:增大油液黏度或者减小输出轴负载惯量,将使响应速度变快,超调量增大;减小液压路工作容积,将使响应速度变快,超调量减小。因此,减小液压路的工作容积是提高系统综合性能的最好方法。

排量伺服系统对液压机械无级变速器动态特性的影响

分别对排量伺服系统与液压机械无级变速器进行了数学建模,并且分析了各自及串联后的频率特性与阶跃输入响应特性。理论分析与试验结果表明:排量伺服系统的带宽较低,响应较慢,在系统中起低通滤波器的作用;液压机械无级变速器的带宽较大,响应较快,阶跃输入下系统出现超调;串联后,由于受到排量伺服系统低通特性的影响,高频信号得到衰减,系统带宽变低,因此系统响应速度变慢,阻尼变大,稳定性得到了提高。

液压机械无级变速器传动特性分析

通过研究单排行星机构和液压元件的不同组合,提出了适合非道路车辆传动系应用的液压机械无级变速传动方案,并分析了(3+1)段位的分矩-汇速液压机械无级变速器的转速比、功率比和转矩比等传动特性。研究表明:该方案能较好地适应非道路车辆液压机械传动的要求。

油电混合机械液压式拖拉机动力系统节能性

针对大马力拖拉机在道路运输与田间作业过程中由于工况复杂、作业环境恶劣导致油耗高、节能效果差的问题,该研究采用油电混合动力匹配液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)的方式,设计了一种油电混合—机液复合拖拉机动力系统,探讨了该系统的驱动模式与传动方式的实现原理并得到液压机械无级变速器的调速曲线;建立了动力系统的数学模型。为实现动力系统最佳性能,制定了整车控制架构,在此基础上提出HMCVT经济性速比控制策略、基于规则的工作模式划分策略和基于自适应等效因子的燃油消耗最小功率分配策略。为验证所提控制策略的可行性,在SimulationX仿真软件中建立系统动力学仿真模型,并基于测功机搭建试验台架进行测试,分别对拖拉机在犁耕、收获和运输3个典型工况下进行仿真与试验。结果表明,所设计的控制策略能够兼顾混合动力源的最佳扭矩分配与电池电量平衡,且动力系统能保持较高的系统效率(0.4以上),犁耕、收获和运输3个工况下油耗仿真值(2.59、6.56和1.69L)与试验值(2.72、6.80和1.77L)的误差均不超过5%,模型可靠。与德国农业协会公布的相近功率动力换挡拖拉机和无级变速拖拉机油耗数据相对比,该研究所提的控制策略在3种工况下节油9%~20%。研究结果可为多工况作业条件下降低拖拉机能耗提供解决方案。

液压机械无级变速器换挡控制策略研究

针对一种液压机械无级变速器建立换挡仿真模型。以输出轴的速度降幅度、动载荷系数、最大冲击度和换挡时间作为换挡品质评价指标,以发动机转速、负载转矩、主油路压力和调速阀流量作为影响因素。建立L9(3~4)正交表,采用极差法确定影响因素各水平的主次和优劣,并预测最佳方案。使用统计学方法分析试验数据,验证仿真结果的正确性。结果表明:采用较低的发动机转速,较小的负载转矩,较小的主油路压力,以及较大的调速阀流量可有效提升变速器器换挡品质。

拖拉机液压机械无级变速箱的起步特性研究

[目的]为了提高拖拉机液压机械无级变速箱(HMCVT)的起步性能,本文针对自主研制的新型拖拉机HMCVT进行理论分析与试验研究。[方法]首先,通过分析变速箱起步的边界条件,得到起步时的最大传动比,并根据最大坡度进行校核,从而得到变速箱起步时液压泵排量的控制方案;然后,以试验台架为基础,确定起步过程的评价指标和影响因素;最后,进行液压机械无级变速箱起步性能的影响试验,在试验中,通过单独改变发动机输出转速、负载转矩和泵-马达速比ε的变化速率,从而获得各因素对起步性能的影响规律。[结果]拖拉机无级变速箱起步时通过PLC控制变量泵的排量,使泵-马达的速比ε从0.113逐渐变化到1.000,既避免了马达低速时的死区,又避免了在低效率区工作,同时也满足最大坡度时的起步要求;起步品质的评价指标为起步压力、冲击度、响应时间和速度降;影响起步品质的主要因素依次为负载、液压泵排量、发动机转速。[结论]在不同的负载和驾驶员起步意图下,通过控制变量泵的排量,可以使液压无级变速箱起步时,达到最佳的起步性能及发动机动力性和经济性的目的。

液压机械无级变速器换挡品质因素分析

对分段式液压机械无级变速器换挡策略进行仿真分析,通过台架试验验证仿真结果的正确性。基于物理参数的换挡策略是:采取较低的发动机转速,较小的负载转矩及主油路油压,较大的调速阀流量。基于换挡时序的换挡策略是:先切换换挡机构离合器,再切换行星排待分离离合器,最后切换行星排待接合离合器。工程换挡控制策略是:根据物理参数,设置相对应的换挡时序。PWM调制根据控制程序,通过查表法,控制离合器的切换。结果表明:通过优化物理参数和换挡时序,可大大提高变速器的换挡品质。