摘要
拖拉机作为最重要的农业动力机械，其输出转速和负载扭矩需要实时作出调整以适应复杂的作业工况。HMCVT无级变速箱(Hydro-mechanicalcontinuouslyvariabletransmission，液压机械无级变速箱)不仅能实现较宽范围的传动比调节，还同时具有较大的负载驱动功率和较高的传递效率，是一种理想的拖拉机传动形式。我国对于拖拉机HMCVT无级变速箱的研究起步较晚，至今未能实现其产业化应用。本文在分析国内外HMCVT无级传动技术的基础上提出了一种适用于拖拉机的HMCVT无级变速箱传动方案，继而完成了包括机械系统、液压系统、控制系统在内的换段系统设计与样机试制，并对变速箱工作段位切换的换段品质问题进行了分析，具体研究内容如下： (1)机械系统设计。本文首先提出了无级变速拖拉机的HMCVT无级传动方案，而后确定了该变速箱的传动参数(配套发动机、后桥参数及传动比等)、结构参数(轴参数、齿轮参数等)等，最后设计并加工了该无级变速箱的样机。通过试制该样机，为HMCVT变速箱换段系统的设计、测试与分析提供了重要的研究平台。 (2)换段液压系统设计。液压系统是该变速箱换段系统的重要组成部分，其中所涉及的液压元件包括4个湿式离合器、1个制动器及1个一体式泵控液压马达。为此，本文设计的换段液压系统包括4个比例减压阀和4个电磁换向阀构成的离合器控制油路、1个电磁换向阀构成的制动器控制油路，以及润滑油路、冷却油路、泵控液压马达补油油路和泵站等，并最终完成了样机试制与相关阀组的“阶跃”响应试验和标定工作。 (3)换段控制系统的设计。根据该HMCVT无级变速箱换段系统的预期功能要求，设计了由上位机(工控机)和下位机(PLC)组成的变速箱远程控制系统。首先，制定了上位机和下位机之间的通信协议；而后，分别基于LabVIEW和PLC完成了控制系统的开发；最后，通过湿式离合器对预置曲线的压力跟踪试验完成了对该控制系统的测试。 (4)拖拉机换段动力学模型的构建与换段品质分析。首先，构建了包括比例减压阀、湿式离合器、泵控液压马达、齿轮、传动轴等在内的拖拉机整机换段动力学模型；其次，基于无级变速拖拉机的调速特性及效率特性确定了变速箱的最佳换段点；再次，提出了基于段位桥接策略的新型HMCVT变速箱换段方法，即在满足等速换段条件的前提下，先切换C2和C4两个离合器使变速箱从HM1段切换至过渡段，再切换C1和C3离合器将其由过渡段切换至HM2段；最后，基于正交方法对该换段策略下的拖拉机换段品质问题进行了分析和优化。 (5)基于效率的变速箱段位选择策略分析。首先，完善了变速箱的效率模型；而后，构建了变速箱的效率特性场和“发动机-变速箱”系统的燃油经济特性场；最后，基于前述场模型提出了变速箱在宏观意义上的段位选择策略。
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