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.

理论换段点下HMCVT换段离合器转矩交接及控制

针对液压机械无级变速器在换段过程中的动力中断和换段冲击问题,该研究以三段式液压机械无级变速器第二段切换第三段为例,通过建立动力学模型分析理论换段点下两段位的液压路功率方向变化规律,提出基于液压路功率方向的两阶段换段离合器转矩交接方法,并使用分段函数对两阶段离合器转矩交接轨迹进行优化,通过仿真对转矩交接方法正确性进行了验证。为了实现转矩的跟踪控制,基于终端滑模控制的方法设计了离合器控制器,通过对油压的跟踪控制实现转矩的跟踪控制,通过试验验证了控制器有效性。仿真和试验结果表明:在负载换段过程中,所提换段离合器转矩交接方法能够实现动力的平稳过渡,终端滑模控制器能够实现离合器油压的跟踪控制,从而实现转矩控制。在输入轴转速1 000 r/min,负载700 N·m工况下,使用终端滑模控制器控制两换段离合器进行换段,输出轴转速的波动范围为-20.6~7.4 r/min,输出轴转矩波动范围为-117.4~107.9 N·m,换段过程中最大冲击度为-6.16 m/s3,换段离合器的最大滑摩功为508.45 J,换段过程中无动力中断。该研究可为液压机械段变速器的换段控制提供参考。

重型拖拉机HMCVT的5因素换段品质逐步回归优化研究

[目的]为了改善配备液压机械无级变速器(HMCVT)的重型拖拉机的换段品质,本文基于SimulationX软件搭建换段仿真模型,深入研究相关因素与换段品质之间的关系。[方法]依据变速箱的传动原理建立仿真模型,并验证该仿真模型精确度。确定影响换段品质的3类因素,即结构设计因素、环境因素和可调节因素,并在仿真模型中进行5因素4水平正交试验。利用逐步回归分析法(stepwise regression analysis)与极差分析法对正交试验结果进行数据处理,分析各因素对换段品质的影响程度,建立换段品质评价指标数学模型;并提出用方差权重确定法将两相关性相反的指标进行参数匹配,得到总换段品质数学模型。对结构设计因素进行单因素试验,确定其各自与换段指标之间的精确关系。[结果]湿式离合器接合过程中,影响速度降的主要因素为充油压力、流量与负载,影响动载荷的主要因素为充油压力与负载。结构设计因素中,换段评价指标均与摩擦片数量相关性较高,与摩擦片的内、外径相关性较低。[结论]本文结合方差权重与逐步回归分析,提出一种综合换段品质改进与湿式离合器优化设计的分析方法,为相关领域的研究提供参考。

基于双模糊PID算法的HMCVT恒转速输出控制

针对液压机械无级变速器(HMCVT)在受到阶跃负载时输出转速波动量大、调整时间长的问题,提出了基于双模糊PID算法的液压机械无级变速器恒转速输出控制方法。该控制方法根据转速偏差值的大小选择不同的模糊控制器,当转速偏差值较大时,系统采用粗调控制器,快速消除转速波动;当转速偏差值较小时,系统采用精调控制器,实现HMCVT转速控制系统的稳、准调节。双模糊控制器对PID参数进行整定,用整定后的PID参数来调整变量泵斜盘倾角,最终实现转速恒定输出。仿真与试验结果表明:与传统PID和模糊PID相比,双模糊PID控制方法能够更好地解决HMCVT在遇到阶跃负载时输出转速波动量大、调整时间长的问题。

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。

液压机械无级变速器机械变速机构的传动误差分析

以东方红某型号拖拉机液压机械无级变速器中的机械变速机构为研究对象,探究其传动误差随时间的变化规律,目的是减少变速器的功率损耗。利用当量啮合误差原理,建立变速器中行星齿轮组、定轴齿轮副和两者共同作用时的传动误差与时间的关系式。比较各挡位的总传动误差和行星齿轮组传动误差,得到瞬时总传动误差最大、最小的挡位以及总传动误差的主导因素。在角频率相同时,行星齿轮组传动误差和定轴齿轮副传动误差存在耦合关系。利用蒙特卡罗法,验证了研究所得规律的正确性。建立总传动误差与功率损耗的关系式,结果表明两者存在正比关系。以减小传动误差为目的,提出了减少变速器功率损耗的措施。

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的变论域模糊PID 速比跟踪控制

为提高液压机械无级变速器速比跟踪控制效果,设计了基于量化因子和决策因子伸缩变化的变论域模糊PID控制器。通过分析液压机械无级变速器的速比特性和系统数学模型,建立基于AMESim和MATLAB联合的仿真平台,并通过实验平台验证了仿真模型的正确性。对比了变论域模糊PID和常规模糊PID的仿真效果。仿真结果表明:变论域模糊PID控制器在阶跃信号输入下具有更小的超调量和调整时间,在斜坡和正弦信号输入下速比跟踪误差缩小了约50%,即所设计的变论域模糊PID控制器具有更优的速比跟踪效果和更小的速比跟踪误差,表现出了更优的控制效果和动态品质。研究结果为车辆的最佳燃油经济性和最佳动力性的控制策略提供了理论参考。

风电系统的混合式液压机械无级变速技术

针对风力发电中变速恒频难的问题,提出一种基于混合式液压机械复合无级变速器(HMCVT)的系统设计方案,通过功率分流的方式将液压的高功率密度、无级变速的特点与机械的高效率特性结合并互补.首先以变速输入、恒速输出为前提,理论分析了液压机械变速器式风力发电系统的调速特性和效率特性;然后,结合实际工况,利用Matlab/Simulink软件对该系统进行数学建模和动态仿真分析,通过模糊PID控制器实现了对输出转速的快速精确控制;最后,利用搭建的变速器综合测试平台对样机的调速特性进行了测试.研究结果表明:液压机械复合变速器用于风力发电系统,能在额定切入、切出风速范围内很好的解决变速恒频问题,且动态性能良好,效率较高,稳定在87%左右.

水旱两用拖拉机液压机械无级变速器的研究

在分析国内大功率拖拉机发展现状的基础上,对国内某一品牌的大功率轮式拖拉机进行实际的田间作业试验,试验表明国内大功率轮式拖拉机变速器实际操作复杂易出错,且其燃油经济性差。基于欧美等发达国家拖拉机传动系统先进的液压机械无级传动技术,提出一种适合我国现阶段农业生产要求的水旱两用液压机械无级变速传动方案—液压机械无级变速器方案,并在AMESim环境下建立液压机械无级变速器模型,进行仿真研究。仿真结果表明,配备该液压机械无级变速器的大功率智能拖拉机能够满足现代农业生产要求。

重型拖拉机液压机械无级变速箱冷却润滑油液的分配优化

[目的]为了实现重型拖拉机液压机械无级变速箱(hydro-mechanical continuously variable transmission,HMCVT)内部各个零件的良好润滑,提出一种冷却润滑油路的优化方法,实现油液合理分配。[方法]采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真与试验验证相结合的方法获取样本数据,利用径向基(radial basis function,RBF)神经网络建立出口孔径与出口流量的拟合函数,并构建以出口流量与目标流量误差平方和为优化目标的优化函数,运用惩罚函数法与遗传算法优化获得流量误差最小的流道结构参数。[结果]建立的CFD模型仿真结果与试验结果误差均小于10%,说明利用CFD方法计算润滑油路各出口流量值是切实可行的。利用RBF神经网络方法拟合的孔径-流量函数具有很高精度,决定系数均在0.95以上,优化后的冷却润滑油液分配更加合理,与目标流量值误差在5%以内。[结论]本文提出的冷却润滑油液合理分配的油路优化设计方法,能够减少设计成本,准确实现油液的精确分配,为变速箱润滑油路的设计提供了理论依据。

液压机械双流传动变速系统换挡过程平顺性优化方法与仿真分析

文章通过对液压机械双流传动变速器(hydro-mechanical continuously variable transmission,HMCVT)液压系统、机械系统与整车动力性的理论计算,得出输出轴角加速度计算公式,提出通过调节液压系统压力来优化换挡平顺性的方法。采用AMESim软件对未优化模型和优化模型进行仿真分析,结果表明具有压力调节系统的液压压力变化平稳,输出轴角加速度显著减小,换挡平顺性好。该文还得出了HMCVT换挡过程中关键参数的变化过程。

液压机械传动装置泵-马达系统模糊自抗扰控制

针对液压机械传动装置(Hydraulic Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)在阶跃负载扰动、变速器输入转速扰动的影响下所引起的输出转速波动问题,以分矩汇速式液压机械传动装置中的泵-马达系统为研究对象,以系统稳速输出为控制目标,提出一种基于扰动补偿的模糊自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)方法。该方法采用模糊控制理论对自抗扰控制中的非线性误差反馈系数进行在线整定,利用扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)对系统总扰动进行实时观测,并通过前馈控制调节电-液比例阀阀芯位移来补偿变量泵斜盘摆角,最终实现HMCVT稳速控制。仿真结果表明,相比于传统PID控制,采用模糊自抗扰控制的液压机械传动装置在外负载和输入转速突变时,变量泵斜盘抖振幅度更小,系统稳速输出响应时间更短,抗扰动能力更强。