重型拖拉机全动力换挡变速箱自动换挡策略研究

以一种用于220 kW拖拉机全动力换挡变速箱为研究对象,基于经济性、动力性为控制核心制定了道路运输和田间作业(犁耕)模式的标准型自动换挡策略,在全动力换挡变速箱基础上实现全自动换挡。为进一步提升不同工况下自动换挡策略的工况适应性,制定了智能型自动换挡策略,在道路运输自动换挡策略中,以燃油消耗总量为优化目标,换挡点车速和换挡延迟时间作为设计变量,对控制策略进行优化;在犁耕作业自动换挡策略中,引入滑转率变化量和车速变化量2个修正参数,通过模糊控制规则实时修正换挡点车速。基于AMESim和Matlab/Simulink建立了拖拉机仿真模型,开展自动换挡策略仿真。仿真结果表明,相较于标准型自动换挡策略,道路运输工况下,拖拉机燃油消耗总量下降6.71%;犁耕作业工况下,换挡次数降低36.5%,燃油消耗总量下降2.85%。通过台架试验验证了道路运输模式自动换挡略的有效性。

基于数字孪生的动力换挡拖拉机换挡策略研究

发动机性能变化和牵引阻力波动等时变因素对大功率动力换挡拖拉机(PST)换挡策略的适应性具有巨大威胁。为了构建动态精准模型和应对负载波动,以提高PST换挡策略的适应性,提出了一种基于数字孪生的自适应换挡策略。一方面,将发动机状态变化视作内部干扰,基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法对虚拟PST发动机进行实时校准,结合PST机理模型,实现对PST的实时动态精准建模。另一方面,将牵引阻力波动视作外部干扰,提出基于深度Q网络(DQN)的换挡策略生成方法。在实时动态精准建模和换挡策略自动生成两个机制的协同作用下,实现换挡策略的自适应调整。最后,开展了犁耕工况下的虚拟PST训练仿真及本文方法与模糊自适应方法的车速跟踪对比试验。结果表明,发动机转矩和燃油消耗率跟踪误差均值不超过7.28 N·m和1.55 g/(kW·h),实现了对物理PST的动态精准建模。在长时间使用之后,发动机和牵引阻力的变化导致模糊自适应方法的换挡点和模糊规则不再完全适用,换挡表现逐渐变差,而本文方法的换挡表现和车速跟踪效果全程良好,其车速跟踪误差均值、燃油消耗率均值和总换挡次数分别为0.0125 m/s、229.76 g/(kW·h)和42,比模糊自适应方法分别减小0.91%、11.14%、34.38%,验证了本文方法的适应性和优越性。

基于扭矩预测的拖拉机动力换挡修正策略

为了解决挡位密集的拖拉机在负载变化的情况下容易出现频繁换挡,提出了一种对负载扭矩预测和考虑驾驶员意图的挡位修正策略。基于AMESim和Matlab/Simulink联合建立仿真模型,设计了基本换挡和挡位修正2种仿真方案。仿真结果表明,经过挡位修正模块修正的换挡策略减小了换挡频率并避免了换挡循环,降低了拖拉机作业速度波动,提高了拖拉机的作业质量,降低了燃油消耗量,提高了燃油经济性。

国产高端动力换挡拖拉机润滑系统设计与优化

以国产高端动力换挡拖拉机润滑系统为研究对象,通过经验公式设定了润滑系统流量分配目标值。同时,搭建和优化了该润滑系统的AMESim仿真模型,模拟优化后润滑系统的流量分配满足设计目标值。通过真实样机的两种试验分析方法,验证了该润滑系统的合理性和可靠性,关键润滑点的输入润滑流量实测平均值与仿真模型分析模拟值只相差2.2%,证明了仿真模型的准确性。

浅析拖拉机电比例动力换向液压控制系统设计技巧

液压控制系统是实现动力换向技术的核心单元,目前主流的动力换向液压系统,均采用电比例减压阀对湿式离合器进行控制,可根据挡位、油温等设计不同的压力控制曲线,极大地提高换向品质。本文介绍了该系统的构成和基本功能,阐述了各类元件的选型要点。

基于OECD规则试验报告的轮式拖拉机牵引性能研究

拖拉机是农机工业的核心,牵引性能是拖拉机的重要性能之一。对OECD规则试验报告牵引性能研究分析表明,四轮驱动、无配重状态下,85.1%的拖拉机最大牵引力比值>400 N/kW、86.5%的拖拉机最大牵引功率百分比>75%、最大牵引比油耗平均值274.59 g/(kW·h)。重型拖拉机牵引性能优于大型拖拉机,也优于中型拖拉机。94.6%的拖拉机最小使用比质量>44 kg/kW、最小使用比质量50~55 kg/kW是发挥拖拉机牵引性能最优区间。不同换挡方式影响拖拉机牵引性能,无级变速传动拖拉机最大牵引力比值更大,动力换挡传动拖拉机最大牵引比油耗更低,二者牵引性能均优于机械传动式拖拉机。

动力换挡拖拉机行驶速度自动控制系统设计及试验

针对现有机械换挡拖拉机的行驶速度控制系统调节精度差、调节速度慢的问题,以动力换挡纽荷兰T1404拖拉机为实验平台,研发了行驶速度自动控制系统,包括拖拉机工况信息采集、通讯、变速箱挡位控制、油门控制等模块。提出了拖拉机挡位计算和油门调节的控制方法,可对发动机和变速箱进行自动调节,实现了对动力换挡拖拉机作业速度的精准控制。为了检验控制系统的作业效果,在水泥地面和田间地面的空载工况下进行了试验验证,结果表明:两种工况下,控制系统的速度调控误差最大值为0.15km/h,相对误差最大值为3.0%,调节时间最大值为4.4s,能够满足拖拉机的速度自动控制过程的生产需求。

基于充油流量与曝气程度的拖拉机动力换向性能研究

围绕拖拉机动力换向离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素影响,液压油在加注及工作过程中易受空气污染,导致液压油空气含量增加的工程应用问题,探究了不同充油流量及曝气程度对动力换向性能的影响。以换向时间、冲击度、滑摩功和磨损量为评价指标对换向性能进行了评估,以期提高拖拉机动力换向品质、工作效率和传动系使用寿命。以东方红LF2204型拖拉机TX4A传动系为研究对象,建立了考虑充油流量和曝气程度的动力换向过程数学模型,基于ADAMS、Matlab/Simulink和AMESim平台分别建立了换向离合器机械模型、控制模型和液压模型,对拖拉机Ⅰ挡作业时前进挡切换为倒退挡的工况进行了仿真分析与台架试验验证。仿真结果表明:当液压油曝气程度为0.1%,充油流量分别为16、14 L/min时,与20 L/min流量相比,换向时间分别增长20%和43%,变速器最小输出转矩分别下降26%和52%,滑摩功分别上升33%和78%,最大冲击度分别下降11%和18%,最大磨损量分别上升24%和44%。当充油流量为20 L/min,曝气程度分别为1%和5%时,与0.1%曝气程度相比,换向时间分别增长26%和85%,变速器最小输出转矩分别下降0.4%和0.8%,滑摩功分别上升38%和163%,最大冲击度分别下降57%和50%,最大磨损量分别上升47%和163%。台架试验结果表明:试验数据与仿真试验数据变化趋势基本保持一致,误差都在5%之内,最大误差出现在充油流量为20 L/min、曝气程度为5%时,主要原因是油液自身脉动对传感器产生冲击影响,以及比例阀受油液气泡影响,输出精度降低。

山地全履带拖拉机动力换挡装置设计

针对目前动力换挡变速器结构复杂、自动化水平低、制造成本高等问题,以山地全履带拖拉机变速箱为基础,设计了一个简易版动力换挡装置。主要由液压离合器和行星轮系组成,结构简单,降低了制造成本,实现了拖拉机传统手动变速箱动力换挡功能,极大地解决换挡过程中出现动力中断的问题,大大降低了换挡时的冲击载荷,提高了换挡品质。

拖拉机动力换挡变速器研究现状及发展趋势

变速器是拖拉机的核心部件之一,变速器性能对拖拉机的动力性能及燃油经济性等各项指标都有着重要影响。动力换挡变速器(Power Shift Transmission,PST)在换挡时动力输出不中断,能够降低拖拉机的操作难度,提高工作效率。动力换挡技术的应用能够极大的促进农业生产现代化、提升农业机械化水平,助力乡村振兴战略。目前拖拉机动力换挡技术在国际市场上应用已较为广泛,我国农机事业起步较晚,与国际先进技术相比还存在一定差距。主要介绍了动力换挡变速器的基本原理,国内外研究现状,阐述了动力换挡变速器的关键技术,并分析了农用拖拉机动力换挡技术的发展趋势。

智能农机动力系统作业工况匹配与换挡优化

利用车辆经济性与动力性软件CRUISE,根据FJ1004智能无人驾驶拖拉机的动力传动系统搭建了整车模型,通过柴油机的特性曲线分析匹配动力特性,依据工况特征加载拖挂特性,模拟机具消耗。通过工况仿真分析了拖拉机整车的动力性与经济性,与实验数据对比分析,最高车速误差为-0.76%;犁耕油耗和旋耕油耗误差分别为-1.2%和-1.3%。最后通过分析柴油AMT拖拉机工作特性,结合MIGA算法对换挡策略进行优化,确定最优功率和燃油经济性的换挡规律,在田间转移工况下油耗优化9.21%;在保证需求动力性的轻负载作业工况下油耗优化1.28%。为后续自适应工况换挡策略提供参考与优化方向。

大型拖拉机动力换挡变速箱试验台

根据拖拉机动力换挡变速箱试验要求,设计了大型拖拉机动力换挡变速箱试验台。设计了装夹装置、驱动装置、加载装置及其能量回馈系统,开发了电子控制单元和电子测量系统。试验结果表明:试验台功率大,达250 kW;实现了能量闭环回馈,重载工况下的节能率高达80%;检测系统功能全,能检测驱动和加载电动机转矩、转速、液压系统压力和流量等16个信号。试验台运行平稳,达到设计要求。

拖拉机液压机械无级变速箱换段控制优化与试验

为了提高无级变速拖拉机的换段质量,该文对所开发的一种新型液压机械无级变速箱的换段过程进行了试验研究。离合器充油特性试验中,通过改变离合器控制油路参数,获得主油路压力与充油流量对换段时间的影响规律;单因素加载试验中,通过单独改变发动机转速、主油路压力、充油流量、负载转矩,获得各因素单独作用时对换段质量的影响规律;多因素组合加载试验中,设计了3水平4因素组合试验方案,对多个因素综合作用时的变速箱换段质量问题进行了研究;时序优化试验中,通过控制器改变离合器动作时机,获得最佳的换段时序。试验结果表明:离合器主油路压力、充油流量可通过影响换段时间而间接影响到换段质量;重叠时序换段会引起油压陷阱,证明了重叠换段的安全性和可行性;单因素作用时,换段质量与离合器压力、流量正相关,与负载转矩负相关,与发动机转速无关;多因素共同作用时,换段质量的主次影响因素依次为充油流量、负载转矩、主油路压力、发动机转速;此外,采用重叠时序换段可显著改善换段质量。根据试验结果得出,为使该变速箱获得最佳的换段质量,其离合器主油路压力应取值4MPa,充油流量取值5L/min,重叠时序取值120ms。该结论为换段控制策略的制定提供了重要参考。

拖拉机动力换挡变速箱液压系统动态特性试验研究

在自行研制的动力换挡变速箱试验台上,以ZF公司T7336变速箱为例,对半载运输、四分之三载运输、满载运输和犁耕4种工况下液压系统动态特性进行了试验研究。结果发现:在额定输入转速2 300 r.min-1下,当变速箱受载情况下,换挡时离合器A、B、C、D、F和G协调作动,驱动油缸压力呈现跳跃性上升或下降,换挡压力变化过程持续约7～10 s。在换挡过程中,变速箱输入转速和液压系统的流量基本不变,变速箱输入转矩、输出转矩和变速箱输出转速在换挡时刻有冲击载荷出现,且与换挡离合器驱动油缸压力的上升或下降对应,持续时间约7～10 s。

湿式多片换档离合器的设计

湿式多片换档离合器是动力换档拖拉机传动装置中主要部件之一。为此,系统地论述了该离合器的结构特点并对摩擦片、回位弹簧、快速排油阀等关键部件进行了设计;对冷却润滑的实现及密封装置的选择,对离合器的扭矩容量、热容量及其寿命进行了分析计算。

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。

拖拉机液压机械无级变速器加速换段过程动力学仿真（英文）

拖拉机加速行驶时,破坏了严格意义上的液压机械无级变速器等速换段条件,加之惯性负载的影响,需要对拖拉机加速过程中液压机械无级变速器的换段过程及其影响因素进行研究。首先,在Simulation X下构建了现有试验台架的传动系统模型,包括发动机、变速器、负载以及离合器控制油路,并对其进行了试验验证。考虑到拖拉机加速过程中惯性质量对换段过程的影响,在前述模型的基础上,进一步构建了包括后桥在内的完整拖拉机模型。而后,基于换段期间拖拉机的峰值加速度与离合器摩擦损耗2项指标,对5组可能对换段过程构成影响的拖拉机或变速器工作参数进行了仿真分析。结果表明,在变速器理论换段点之前开始换段(该研究取-0.65 s),延迟待分离离合器的卸油时间(该研究取0.2 s),提升待接合离合器的流量水平(该研究取6 L/min),使用一体式泵控液压马达以及限制换段时的发动机最高转速,均可提升拖拉机在加速换段过程中的换段品质。此外,拖拉机的设计质量应当综合考虑速度冲击与动载冲击的影响。该研究可为拖拉机无级变速器及其控制系统的研究提供参考。

重型拖拉机动力换挡传动系试验台的设计

如何设计出能够稳定可靠检验动力换挡传动系产品的试验台,是广大科研机构和企业一直探索的问题。综合运用控制科学、信号处理、传感技术等多学科理论,对重型拖拉机动力换挡传动系试验台进行研究。设计一个能够满足测试多型号重型拖拉机动力换挡传动系的性能、耐久性测试试验台。既能适应当前重型拖拉机动力换挡传动系产品的需要,并考虑到未来动力换挡传动系产品发展需求,能够实现重型拖拉机动力换挡传动系性能、耐久性等测试的规范化。对重型拖拉机动力换挡传动系试验台进行效率试验、耐久性试验测试。测试结果说明重型拖拉机动力换挡传动系试验台的性能达到了测试要求,能够满足重型拖拉机动力换挡传动系的各种测试要求。

拖拉机负载增扭/梭行换挡副变速器设计

动力换挡变速器换挡时动力不中断,且能够将复杂的换挡过程简化为按钮操作,在国外的拖拉机上已得到了广泛应用。为此,设计了一种新型的负载换挡行星齿轮副变速器,增加了原变速箱的挡位数,并实现了增扭负载换挡与梭行换挡。在分析了整体功能要求的基础上,确定了变速器的传动方案及结构,设计了副变速器液压控制系统,并对拖拉机各挡总传动比及理论车速进行了设计计算。同时,绘制了拖拉机牵引力和比油耗曲线,定义拖拉机牵引功率利用率和比油耗损失率用以评价拖拉机动力性和燃油经济性,并通过计算比较了改进前后拖拉机的动力性和燃油经济性情况。

拖拉机动力换挡电控系统的硬件开发

根据拖拉机动力换挡的控制要求,开发基于32位微控制器TC1766的电控单元。电控单元硬件包括电源管理模块、传感器信号处理模块、微控制器模块和比例阀驱动模块。