拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配
液压机无级变速转动在拖拉机上的应用分析
技术改造液压机无级变速转动在拖拉机上的应用分析章 森1 赵建超1 石新旭2（1.洛阳路通农业装备有限公司，河南 洛阳 471132；2.洛阳丰收芬美得农业机械装备有限公司，河南 洛阳 471600）摘 要：目前，国内外的研究主要集中在液压机械无级变速器上，针对适用于中小功率拖拉机的静液压传动系统的研究较少。
本文采取静态拖拉机的液压传动系统为研究对象，研究最优经济匹配和控制策略下的拖拉机稳定的操作速度，具有重要意义，提高拖拉机的经济和操作质量，减少司机的劳动强度。
关键词：拖拉机；无级变速传；液压机1、前言我国农业现代化进程正在加快，推动农业生产装备现代化朝着智能化、规模化的方向发展。
同时，环境污染的问题，能源短缺仍然是严重的，所以现代农业生产低排放，低污染等节能和环境保护的绿色农业机械需求增加2025“中国制造”在中国实施纲要》将智能农业装备研发关键领域的发展；“十三五”发展规划将农业机械现代化、智能化、规模化列入重点研发计划。
液压无级变速传动理论早在20世纪初被有关学者提出，但由于液压元件的制造水平和控制技术发展的限制并不成熟，所以当时没有得到应用推广，直到1960年代液压元件制造技术和电子控制技术的发展，液压无级变速器作为农业生产的核心装备，开始在军用车辆和重型车辆拖拉机上得到应用，需要道路运输和野外作业等任务，往往在复杂环境条件下工作，外负载波动频繁且较大，这对拖拉机的动力性能和燃油经济性提出了更高的要求。
传统的无级变速拖拉机为了满足的需求的多样性，需要设置更多的齿轮，司机操作过程中需要频繁的转变，适应外部环境变化的负载和不同的需求，增加了司机的劳动强度，而且很难保证拖拉机在经济状况的工作，增加燃料消耗。
作为车辆传动系的理想模式，CVT可以不断根据外部经营环境改变传动比和发动机的工作状态，以便拖拉机工作在经济状态，提高拖拉机的燃油经济性，减少转移的影响，减轻司机的劳动强度。
因此，无级变速传动技术的道路拖拉机传动系统开发过程，并实现农业拖拉机发动机的关键技术研究和开发智能，电液化和自动控制，提高自动化水平农业拖拉机、经济、动力性能和减轻司机的劳动强度具有重要的意义。
农用拖拉机用多段液压机械无级变速器的设计
农用拖拉机用多段液压机械无级变速器的设计
李洪刚
吉林 公 主 岭 136106） （公 主 岭 市 响 水 镇 农 机 技术 推 广 站 ， 摘要： 本 文 提出了 一种 由 单 个 普 通 排 列 结构 组 成 ， 简 单 有 效 的 拖拉 机 用 多 段 液 压 机 械 无 级 变速 器 的 传 动 结构 。 研究 讨 论 了变速 器 的 有 效 提 高 了 车辆 动力 性 以 及 经济性 。 一 些 特性 ， 通过 实 际 的 装 机 实 例 表 明 了 无 级 变速 的 范 围 ， 无 级 变速 关键词： 拖拉 机 ； 多 段液压 机械； 中图分类号：S2 文献标识码： A DOI 编号： 10.14025/ki.jlny.2014.21.0035
2 .3 Hm3 段
2 .4 其 他 各 段 Hm4 、 Hm6 段 与 Hm2 段 的 传 动 方 式 是 一 样 的 。在 进 行 速 度计算的时候只需要将 （2） 中 的 i3 用 i4 替 换 就 可 以 得 到 。 并 （3） 且， 可以将 中 i4 用 i5 换 就 可 以 得 到 Hm5 速 度 ， 根据上诉 速度比例可以得到： 2 .5 平 稳 换 段 的 条 件 前后相互衔接两段在换段点上必须要具有相 同的速 度比 与 排 量 比 。 从 H1 段 与 H2 段 输 出 的 转 速 可 以 得 到 H1 段 到 Hm2 段 的 e 值 ： 只要 ≤1 就可以实现平稳换段。 由此可以看出， 在 Hm2 、 Hm3 中 输 出 速 度 等 于 Hm2 段 到 Hm3 换 段 时 间 的 e值 ：
2 .2 Hm2 段
5 结语
变速器结构十分简单， 只需要使用一套简单行星排列， 就 可以有效实现前进 6 段以及倒车 2 段范围内的连续无级变 速 。并 且 在 前 进 方 向 与 拖 拉 机 在 梨 耕 、 运输过程中对应的 低、 中、 高速区间实现 3 档换位。 能够有效 变速范围宽， 在速度低的时候能够接近零速度， 拖动拖拉机等一些工程车辆行进。 液压功率的分流比例 小， 总有效率高。 拖拉机在工作的时 液压功率的分流 候， 一般有 3 个经常 使用 的工作速度区 段， 比例要小于一定的值，只有这样才能够有效提高车辆的动 达到既定的经济效益。 力，
拖拉机液压机械无级变速器特性研究
拖拉机液压机械无级变速器特性研究液压机械无级变速器(Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission，简称HMCVT)是一种液压功率流与机械功率流并联的新型传动装置，通过机械传动实现传动高效率，通过液压传动的可控调速与机械传动相结合实现无级变速。
该装置的采用能大幅度地提高车辆的动力性、经济性和操作自动化水平。
对适用于农业拖拉机的液压机械无级变速器传动方案的设计理论和方法、发动机与传动系统的匹配理论、传动系统动态特性和性能试验的研究，具有重要的理论和工程实用价值。
对液压机械无级变速传动理论进行了系统的分析，导出了输入、输出分流两种传动形式的特性关系式，分析了结构参数对其性能的影响规律，指出了输出分流式传动较适合于车辆传动。
结合拖拉机的实际工作要求，确定了拖拉机液压机械无级变速器传动方案，通过优化设计给出了其结构参数，并对其无级调速特性、转矩特性、功率分流特性、功率流特性、效率特性、牵引特性进行了分析，并对装有液压机械无级变速器的拖拉机与原拖拉机的牵引性能进行了分析比较。
利用发动机的试验测试结果，建立了发动机输出转矩模型和燃油消耗率模型，确定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。
根据拖拉机不同作业项目对发动机功率不同的要求，提出了三种作业模式。
研究了各作业模式下发动机与拖拉机液压机械无级变速传动系统的匹配机理及匹配实现方案，并提出了相应的匹配评价指标，分析比较了装备液压机械无级变速器的拖拉机与原拖拉机的动力性能和经济性能。
应用功率键合图理论，建立了拖拉机液压机械无级变速传动系统的数学模型，推导了系统的状态方程，设计了实用的模糊自适应PID控制器，对两种典型工况下无级变速传动系统动力性和经济性进行了动态特性仿真，分析比较了不同工况下无级变速传动系统的动态特性。
基于车辆新型动力传动实验台，完成了拖拉机液压机械无级变速器稳态和动态两种工况下的性能试验，验证了液压机械无级变速传动理论的正确性及其特性。
拖拉机液压机械无级变速器设计
挡位 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 倒Ⅰ 倒Ⅱ
速度/ km h- 1 3. 86 5. 89 6. 87 7. 68 9. 51 16. 07 3. 95 5. 82
收稿日期: 2005 03 14 * 河南省高校杰出科研人才创新工程项目( 项目编号: 2002K Y CX 010) 徐立友 西安理工大学机械与精密仪器工程学院 博士生, 710048 西安市 周志立 河南科技大学车辆与动力工程学院 教授 博士生导师, 471003 洛阳市 张明柱 河南科技大学机电工程学院 副教授 李 言 西安理工大学机械与精密仪器工程学院 教授 博士生导师
表 3 变量泵和定量马达主要参数 Tab. 3 Main parameters of PV & MF
参数
排量 / m L·r - 1
额定 压力 / M Pa
变量泵 - 42～42 42
最高 最低 额定 最高
压力 转速 转速 转速
/ M P a / r·m in- 1 /r ·min- 1 / r ·min- 1
H1 - - + + + - - M1 + - - + + - - HM 2 - + - + + - - HM 3 + - + - - + - 前进 M 2 + - - + - + - HM 4 - + - + - + - HM 5 + - + - - - + M3 + - - + - - + HM 6 - + - + - - + H1 - - + + - - - + HM 2 + - + - - - - + 倒车 M1 + - - + - - - + HM 3 - + - + - - - +
浅析拖拉机液压机械无级变速器设计
浅析拖拉机液压机械无级变速器设计发布时间：2022-05-12T02:49:03.383Z 来源：《科学与技术》2022年第3期作者：连觅真王真真[导读] 拖拉机液压机械无级变速器是由液压传动系统和多档有级式变速箱联合组成，其中液压传动系统由行星机构、变量泵以及定量马达共同构成连觅真王真真第一拖拉机股份有限公司大拖公司河南洛阳，471000摘要：拖拉机液压机械无级变速器是由液压传动系统和多档有级式变速箱联合组成，其中液压传动系统由行星机构、变量泵以及定量马达共同构成。
液压机械无级变速器高于传统的液压变速器，他能够实现拖拉机的连续无级状态变化，使拖拉机在没有任何物质牵引的情况下进行运动。
本研究将集中分析液压元件以及机械设备的相关参数，通过对变速器无级调速的特点来分析该变速器设计和应用的场景。
关键词：拖拉机；液压机械；无级变速器；牵引前言拖拉机野外作业环境较为复杂，多数情况下甚至需要应对恶劣的作业环境。
外界负荷的变化会影响到拖拉机发动机的使用，因此为了进一步的保障拖拉机使用过程中的安全性和稳定性，维护人民的经济利益，在此将传统的拖拉机多档变速箱脱离出来，希望能够通过提升拖拉机的使用速率来努力实现换挡变速。
但是考虑到拖拉机的档位有限，即便是换挡变速也无法实现无级连续变速，因而想要实现连续，就要增加拖拉机的档位，但与此同时变速箱的机械结构也会被彻底的改变，复杂程度加深并不一定有利于该拖拉机设计方案的长远发展[1]。
综合以上各类情况，最终本研究选取了液压机械无级变速传动装置，这是通过液压功率流和机械功率流并联发动的新式传动装置，具备高效率和高传输率的优势。
不仅在实际操作过程中表现出了良好的实用性，其经济效益和可推广能力呈现也十分的优秀。
一、确定拖拉机液压机械无级变速器设计方案（一）、设计对象及基本参数设定本研究选定的设计样本为东方红1302R型橡胶履带拖拉机，该机型的变速箱为（6＋2）档，是较为传统的拖拉机机型。
农业机械传动系统的优化设计与动力匹配
农业机械传动系统的优化设计与动力匹配农业机械在现代农业生产中起到了非常重要的作用，它们的运转依赖于传动系统来传递动力和承担负载。
优化设计和动力匹配对于农业机械的高效运行和提高生产效率至关重要。
本文将探讨农业机械传动系统的优化设计和动力匹配的相关内容。
首先，进行农业机械传动系统的优化设计需要考虑诸多因素。
首先是选择适当的传动方式。
常见的农业机械传动方式有机械传动、液压传动和电动传动等。
不同的传动方式有不同的优缺点，要根据具体的应用场景和需求来选择合适的传动方式。
其次是选择适当的传动组件。
传动系统的核心是传动组件，包括齿轮、轴承、传动带等。
它们的选用应考虑到负载、转速、噪音和寿命等因素，以保证传动系统的稳定性和可靠性。
此外，还需要考虑传动系统的传动比和变速范围，以满足不同工作情况下的需求。
最后，设计传动系统还需要注重综合经济性和环保性，选择合适的材料和润滑方式，以降低能耗和减少对环境的影响。
其次，进行农业机械传动系统的动力匹配需要考虑农机的功率需求和动力来源。
农业机械的功率需求与其工作负载、作业速度和工作环境等因素有关。
通过合理的功率计算，可以确定农机所需的功率范围，进而选择适当的动力来源。
一般来说，农机的动力来源包括内燃机、电动机和液压驱动等。
不同的动力来源有不同的特点和优势，要根据具体的应用场景来选择合适的动力来源。
同时，还需要考虑动力传递的方式，包括直接传动和间接传动。
在实际应用中，可以根据需求选择合适的传动方式，以提高农机的效率和灵活性。
此外，在农业机械传动系统的优化设计和动力匹配过程中，还需要考虑农机的可靠性和安全性。
传动系统的可靠性是指在一定时间内正常工作的能力，包括传动组件的选择和配合、设计参数的合理选取等。
合理的设计和选材可以提高传动系统的可靠性，减少故障的发生。
而农机的安全性是指在运行中避免事故和伤害的能力。
传动系统应具备一定的安全保护装置，如限位器、过载保护器等，以保护农机和操作人员的安全。
液压机械无级变速箱在大功率拖拉机中的应用研究
液压机械无级变速箱在大功率拖拉机中的应用研究阐述了液压机械无级传动的原理，并根据分、汇流形式进行了分类；指出了液压机械无级传动的特点及发展优势；详细分析了液压机械无级传动的国内外研究现状以及应用情况，为液压机械无级传动的深入研究提供了借鉴资料。
标签：液压机械；无级变速；应用1 液压机械无级传动原理及分类液压机械无级变速器（HMCVT）是基于17世紀中叶帕斯卡提出静压传递原理，与机械传动相结合的新型传动装置。
变速箱系统可分为两部分，液压系统和机械系统。
液压系统主要由泵和马达组成，机械系统主要由机械传动部分组成。
功率流由发动机输出后经分流机构分成两路，一路经液压系统传递，另一路经机械系统传递，最终通过汇流机构实现功率汇流，并向后传动部分输出。
HMCVT 结合了液压传动功率大、可实现无级变速和机械传动效率高的优点实现了发动机功率的有效利用。
由于液压机械传动采用分流和汇流机构，因此可根据功率分流与汇流的形式入手，将液压机械传动方式进行分类。
分、汇流形式有定轴齿轮副和行星齿轮机构两种[1]。
从加工工艺及成本来讲，分流机构以定轴式居多，汇流式以行星式居多。
根据液压传动系统的变量元件的不同可分为变量泵与定量马达、定量泵与变量马达、变量泵与变量马达三种调速回路系统。
2 液压机械无级传动的特点2.1 传动功率大、效率高液压机械无级传动系统采用了机械传动部分传动效率高的优点和液压传动部分传动功率大的特点，结合了机械传动和液压传动的优点，同时规避了两者的缺点，使得液压机械无级传动传动功率大，传动效率高，相比于传统的机械传动方式传动功率增大了2倍，效率提高30%左右。
2.2 可实现自动无级变速液压装置与机械装置的结合实现了机械有级变速基础上的无级变速，使车辆运行更加平稳。
液压机械无级传动系统可采用改变变量泵排量的方式实现车辆的自动变速，提高了工作效率，降低了驾驶员的驾驶强度。
3 应用现状分析3.1 国内应用现状国内对于液压机械无级传动的研究起于上世纪70年代，北京理工大学的研究最为深入，主要集中在坦克和履带装甲车辆等重型车辆的传动方向。
基于拖拉机整机效率最大化的液压机械无级变速规律
原则能够实现拖拉机在任意车速和牵引负载下的整车经济性最佳，根据整车效率最大化确定的拖拉机 多段 Ｈ ＭＣ ＶＴ经济
张明柱 ，王全胜 ，白东洋，尹玉鑫，郝晓阳． 基于拖拉机整机效率最大化 的液压机械无级变速规律 ［ Ｊ 】 ．农业工程 学报 ，
２ ０ １ ６ ．３ ２ （ ２ １ ） ：７ ４ —７ ８ ． ｄ ｏ ｉ ．１ ０ ． １ １ ９ ７ ５ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ — ６ ８ １ ９ ． ２ ０ １ ６ ． ２ １ ． ０ １ ０ ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗｗ ． ｔ ｃ ｓ ａ ｅ ． ｏ ｒ ｇ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｍｉ ｎ ｇ ｚ ｈ ｕ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｑｕ ａ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｂ ａ ｉ Ｄ ｏ ｎ ｇ ｙ ｎｇ ａ ， Ｙｉ ｎ Ｙ ｕ ｘ ｉ ｎ ， Ｈａ ｏ Ｘｉ ａ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ ． Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｗ ｏ ｆ ｈ ｙ ｒｏ ｄ － ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ＶＴ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ［ Ｊ ］ ． Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ（ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｓ ｍ ） ，２ ０ １ ６ ，３ ２ （ ２ １ ） ：７ ４—７ ８ ．（ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ｗｉ ｔ ｈ Ｅ ｎ ｇ ｌ ｉ ｓ ｈ ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ） ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． １ １ ９ ７ ５ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２ —６ ８ １ ９ ． ２ ０ １ ６ ． ２ １ ． ０ １ ０
谈发动机与农机具的合理匹配
谈发动机与农机具的合理匹配【摘要】发动机作为拖拉机、工程机械、运输机械、排灌机械、农副产品加工机械等的配套动力，在实际使用中，不同工况的能耗是不一样的。
合理匹配就是使农机的高效工况处于内燃机的最低油耗区域内，从而使单位作业的油耗接近最低点。
不然，即使选用节能产品也不能做到真正节能。
【关键词】发动机；农机具；合理匹配一、合理匹配与节能的关系我国现在生产的中小功率柴油机，在标定工况的耗油率水平与外国先进水平相比，差距不大。
但是，柴油机并不常在标定工况下工作，有些工作是部分负荷，因此，要真正达到节能要求，不仅标定工况耗油率要求低，而且部分负荷工况的耗油率也要求不明显增加，以保证柴油机的常用工况处在最低耗油率区域内，从而降低单位作业耗油量。
由上述可见，内燃机使用中还存在着严重不合理现象。
节能潜力的发挥就在于合理匹配和正确使用。
二、合理匹配的原则根据作业要求，选择好农业机械。
然后根据农业机械的常用的扭矩和转速工况来选择内燃机，切忌按个别瞬间的工况点来进行选择，选择内燃机时要考虑如下原则：1.内燃机和农业机械的功率匹配农业机械工作条件常常变化，会出现短期超负荷现象或不满负荷现象，另外在动力传动中功率有损耗，以传动效率η传表示。
为了保证农业机械正常工作，选用的内燃机标定功率要比农业机械常用的轴功率大一些。
所选用的内燃机标定功率按下式计算：n内=k（n机/η传）式中：k——功率匹配系数；n机——农业机械的常用轴功率；η传——传动效率。
在工作中，当负荷较稳定时，功率匹配系数取小值，当负荷不稳定且在超负荷现象时，取大值；作业机械的轴功率较小时取较大值，轴功率较大时取较小值。
此外，各型内燃机具有不同的扭矩储备系数，当扭矩储备系数较大时取较小值，扭矩储备系数较小时取较大值。
2.内燃机与农业机械在扭矩和转速规范方面的匹配内燃机与农业机械功率合理匹配的前提条件是必须满足扭矩和转速规范的合理匹配。
即所选择的扭矩和转速工况，一方面要保证农业机械作业效率和作业质量的要求，另一方面又要保证内燃机在接近标定扭矩和标定转速工况下工作。
分析拖拉机液压机械无级变速器设计
分析拖拉机液压机械无级变速器设计摘要：拖拉机液压机械无极变速器可以根据拖拉机不同的作业模式实现不同的发动机转速、转矩的匹配。
基于液压机械换段等比传动的连续性，对各区段齿轮的参数和传动比进行了设计，并对变量泵和定量马达的匹配进行了选型。
根据拖拉机液压机械无级变速器试验要求，分析了变速器的结构和工作原理，并提出了变速器的试验台设计方案。
结果显示，所设计的试验台自动化程度高、运转平稳，满足设计要求。
关键词：拖拉机；液压机械；无级变速器；试验台拖拉机液压机械无级变速器是一种并联机械功率流与液压功率流的新型传动装置，利用机械传统联合和液压传动达到无极变速，并利用机械传动达到传动高效率。
该变速器具有无级调速的良好特性，不仅可以极大地提升车辆的燃油动力性和经济性，还可以实现大功率的传递，因此在大功率车辆中有着非常广阔的应用前景。
自1970年后，液压机械无级变速器开始进入商品化应用阶段。
1990年后，液压机械无级变速器开始被应用于拖拉机中。
而我国对液压机械无级变速器的研发起步较晚，因此在1970年后才开发出样机。
1、无级变速器的结构和工作原理该液压机械化无级的变速箱，其所面临着的运行环境通常会有不明工况的情况存在，复杂性地负荷情况相对较多。
为便于对其实际运行原理开展分析与研究工作，本次实践研究充分考虑到在水田与旱地作业条件下运行的拖拉机之上开展实践应用操作。
依据旱田与水田不同的作业条件，对其不同速度段实际情况开展分析工作，并对该液压机械化无级的变速箱开展方案设计工作，在该液压机械化无级的变速箱实际传动设计方案当中，发动机的发出功率实际分流功能主要是由i3予以实现操作，分流之后借助液压路及机械路系统实现各自传递操作，并通过K1、K2进行回流操作，再借助机械实现传动输出操作。
拖拉机液压机械无级变速器是由定量马达和变量泵构成，具体由多挡有级变速箱、液压传动系统、单行星排机构等构成。
发动机的输出功率通过分流机构可以分为机械功率流和液压功率流，机械功率流通过换挡离合器传递到行星排的行星架或齿圈，液压功率流通过变量泵定量马达组成的传动系统传递到太阳轮。
大马力拖拉机新型液压功率分流无级变速器优化设计
国内研究现状
国内对于液压功率分流无级变速 器的研究起步较晚，但近年来取 得了一定的进展，主要集中在结
构设计、控制策略等方面。
国外研究现状
国外对于液压功率分流无级变速 器的研究较为深入，已经在多个 领域得到了广泛应用，其研究成
果具有较高的参考价值。
发展趋势
随着计算机仿真技术、优化设计 方法等技术的不断发展，液压功 率分流无级变速器的优化设计将 更加注重传动效率、可靠性、智
数据采集系统等。
测试方法
02
通过在不同工况下对拖拉机进行实际作业测试，采集相关参数
如转速、扭矩、油耗等，以评估变速器的性能。
数据处理
03
对采集到的数据进行整理、分析和处理，提取出有用的信息用
于后续的结果展示和对比分析。
实验结果数据展示
转速与扭矩关系
在不同油门开度和负载下，变速器的转速与扭矩变化关系，以图 表形式展示。
能化等方面的提升。
本研究的主要内容和目标
主要内容
本研究以大马力拖拉机液压功率分流无级变速器为研究对象，通过对其结构和工 作原理的分析，建立相应的数学模型并进行仿真分析；同时，结合优化设计方法 对其关键参数进行优化设计，以提高传动效率和可靠性。
目标
本研究旨在通过优化设计方法提高大马力拖拉机液压功率分流无级变速器的传动 效率和可靠性，为实际应用提供理论支持和技术指导。同时，通过本研究可以进 一步推动液压功率分流无级变速器在农业机械化领域的应用和发展。
执行器选型
选用响应速度快、控制精度高的执行器，如电磁 阀、比例阀和伺服电机等，实现对液压系统的精 确控制。
配置方案
根据传感器和执行器的性能参数及实际需求，制 定合理的配置方案，确保系统稳定、可靠运行。
拖拉机液压机械无级变速传动系统控制策略研究
拖拉机液压机械无级变速传动系统控制策略研究拖拉机是量大面广的农业机械，可以与悬挂的、牵引的或附装的农机具组成作业机组，完成各种田间作业和道路运输作业。
液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission，简称HMCVT)综合了液压传动和机械传动的优点，能够容易地实现传动比大范围连续无级变化，提高整个传动系效率，减轻传动系的动载，在大功率拖拉机上表现出了良好的应用前景。
在HMCVT的应用研究中，自动变速控制和换段品质控制是实现其优良性能的关键。
本文以东方红1302R拖拉机装配的HMCVT为研究对象，对其做了较深入的研究。
系统分析了HMCVT传动原理，研究了功率传递，分析了速度特性。
基于无级变速器基本匹配原则，在发动机试验数据的基础上，求解了发动机最佳经济性和最佳动力性工作曲线，并根据HMCVT传动比变化特点，对发动机和变速器进行了匹配，求解了变速控制的经济性和动力性目标段位和泵—马达目标排量比。
为了改善拖拉机作业过程中人—机—环境的协调关系，提高拖拉机的综合性能，建立了以拖拉机动态时的动力性和稳态时的经济性作为目标，包含瞬态动力性变速规律和瞬态动力性到稳态经济性的过渡变速规律的智能变速策略。
采用键合图理论建立了拖拉机数学模型，并应用MATLAB／Simulink和MATLAB／Stateflow软件建立了拖拉机整车仿真模型，对系统进行仿真，验证了智能变速控制策略的有效性。
根据拖拉机作业及HMCVT的换段特点，建立了HMCVT换段品质评价体系，分析了HMCVT换段过程，对换段过程进行了状态划分，建立了基于键合图理论的连续系统和基于有限状态机的离散系统的多组离合器参与的HMCVT换段过程混合模型。
应用MATLAB／Simulink和MATLAB／Stateflow软件建立HMCVT换段过程仿真模型，分析了换段过程中HMCVT输入轴、中间轴和输出轴的转速和转矩特性，研究油压、阻力和离合器搭接定时对换段品质的影响。
拖拉机多段液压机械无级变速器控制策略研究
拖拉机多段液压机械无级变速器控制策略研究液压机械无级变速传动(HMCVT)是一类由液压功率流与机械功率流联合的双功率流传动形式，良好的原理设计与先进的控制技术相结合，能够实现大功率、高效率无级变速传动，在大功率车辆上表现出良好的应用前景。
论文针对HMCVT 在大功率拖拉机上的应用，围绕原理设计、特性分析、建模仿真、无级变速和换段规律、工程应用控制策略、控制技术等方面进行了研究。
在分析HMCVT的组成原理、基本类型和传动特性的基础上，结合农业拖拉机的作业特征及其对传动系统性能的要求，开发了一种新型的多段HMCVT传动原理。
新型多段HMCVT具有无级变速范围宽，在拖拉机的主要工作速度段传动效率高的突出优点。
研究了HMCVT的传动比、转矩、功率流及效率等特性的分析计算方法和装备HMCVT拖拉机的牵引特性分析计算原理和表达方法，为车辆液压机械无级变速器的原理设计、性能分析、装车匹配及控制技术研究奠定了理论基础。
以开发多段HMCVT控制系统为主要目的，采用模块化方法建立了具有双流复合传动特征的多段HMCVT数学模型以及拖拉机整车动力传动系统数学模型。
建模中，将多段HMCVT机械传动构件简化为具有集中质量和阻尼的刚性系统，在满足控制仿真要求的基础上简化了模型结构。
针对多段HMCVT状态多变的特征，根据有限状态机原理，应用Matlab软件开发了多段HMCVT连续无级变速和换段的多状态转换仿真系统。
通过仿真分析，提出了提高传动比调节速度的变增益PID控制原理和消除车速波动的调速位置变化率前馈控制原理。
验证了建模方法的有效性，为快速研究各种控制策略提供了仿真试验条件。
获取最高生产率是设计拖拉机的主要目标，据此，针对多段HMCVT这类具有无级变速和有级换档双重特征的无级变速器，制定了基于牵引功率最大的无级变速和换段规律。
指出要实现拖拉机的牵引功率最大，需要调节HMCVT的传动比，使发动机工作在与调速位置对应的最大功率点上。
拖拉机液压机械无级变速器调速规律研究
Iv—拖拉机主传动和车轮等效转动惯量，kgm2
ωe —发动机角速度，rad/s ωb —变速器输出轴角速度，rad/s ωv —车轮角速度，rad/s
IV
第 1 章 绪论
第1章 绪论
车辆发动机的转矩通过动力传动系统作用在驱动轮上，以克服行驶阻力， 满足各种道路工况的要求。理想的发动机速度特性应如图 1-1 所示，发动机功率 Pe 曲线应为一条水平直线，转矩 Te 曲线为一条双曲线，这样的动力曲线使得车 辆在任意阻力条件下均可行驶自如，勿需变速器。同样水平的燃油消耗率线（图 中水平直线 ge）可保证在宽广的车速范围内车辆具有良好的经济性。由于活塞 式内燃机只能产生一个较窄的供应特性场，不能满足车辆需求特性的要求，因此 必须配备特性转换装置以扩展内燃机的供应特性场，满足车辆行驶性能的要求
KEY WORDS：ratio regulation law, hydro-mechanical continuously variable
transmission, agriculture tractor, economic mode, dynamic mode
Dissertation Type: Application Researc速转速，r/min nR—最大油门开度下发动机最高空转转速，r/min α—发动机油门开度，% nc—不同油门开度下发动机最高空转转速，r/min ne—发动机转速，r/min Te—发动机转矩，Nm aij—油耗特性多项式系数 an—油耗特性多项式系数矩阵 nj—行星架转速，r/min no—变速器输入转速，r/min nt—太阳轮转速，r/min nq—齿圈转速，r/min e—液压路泵－马达的排量比 k—行星排特性参数 nb—变速器输出转速，r/min v—拖拉机速度，km/h r—驱动轮半径，r=0.346m i0—变速器输出轴到轮边总传动比 Fl—拖拉机阻力，kN Fq—拖拉机驱动力，kN i—无级变速速比 it—最佳工作模式下无级变速器速比
液压机械无级传动在拖拉机上的运用
液压机械无级传动在拖拉机上的运用摘要：液压机械无机传动中自动控制研究备受关注。
通过自动控制的了解，对自动控制系统进行优化设计，并且积极进行实验验证，灵活调整设计内容，确保自动控制达到最理想状态。
关键词：自动控制；发动机；系数组；变速器液压机械无级变速箱与传统的变速箱相比，液压机械无级变速箱具有明显的优势。
文章分析了液压机械无级变速箱在需要作业于复杂工况的水旱两用拖拉机的应用进行了设计，并利用MATLAB对其动态特性进行了分析，发现液压机械无级变速箱的传动能够实现连读无级变速，做到边行驶边工作，并具有平稳起步的优势。
总体来说，液压机械无级变速箱在水旱田中两用的拖拉机上应用具有可行性，能适应复杂的工况，并提高拖拉机的工作效率。
1、液压机械无级传动自动控制介绍作为全新的传动技术，液压机械无级传动近些年得到更多重视，开发力度加大。
最初液压机械无级传动自动控制主要在车辆中应用。
其本身具有小功率运行，无级调速能够有效控制，运行效率高等特点，调整车辆运行状态，减少车辆运行能耗，达到节能环保的目的。
液压机械无级传动装置在80年代，应用到美国步兵战车中，提升步兵战车控制效能。
德国结合美国应用经验，打造液压机械综合传动装置[1]。
日本研究出四段式液压机械传动装置，并且将其应用到施工车辆中，以此提高应用效率。
我国最初研究以二段式液压机械双流无级变速器为主，采用单双自由度搭配的方式，结合定排量液压元件，增设变排量系统，以此完成液压功率的传递[2]。
其中还包括齿轮元件，功率调节系统，以此有效控制运行功率变化。
根据变排量液压元件的控制，以及定排量液压元件的调整，科学协调运行功率。
结合制动器运行以及排量的控制，准确计算控制系统速度比，涉及输出转速nb，输入转速n0，传动装置速比kr，具体计算关系式如下：K r=n b/n o控制系统速比的计算，如果将液压系统运行期间的容积效率排除在外，定植选择n0，这期间结合计算得到液压元件在定排量控制下的输出转速关系变化。
拖拉机液压机械无级变速器控制系统研究
关 键 词：液压机械无级变速器，控制系统，计算机控制单元，控制程序，监
控程序
论文类型：应用研究
II
河南科技大学硕士学位论文
Subject: Automatic Control System Development for HydroMechanical Continuously Variable Transmission in Tractors Specialty: Mechatronics Engineering Name: Zhang Songyan Supervisor: Zhang Mingzhu
III
摘要
KEY WORDS: hydro-mechanical continuously variable transmission, control
system, ECU, monitor program
Dissertation Type: application research
IV
第 1 章 绪论
第1章 绪论
1.1 拖拉机变速器的功能、类型及其特点
拖拉机在农田建设、农田作业、农业运输等农业生产领域用途十分广泛。拖 拉机技术的发展对全面实现农业机械化起着至关重要的作用。目前，随着拖拉机 功率的提高，农机具工作幅宽和机组的田间作业速度的大幅度提高，加上联合作 业农机具的大量采用都对拖拉机的操纵性能提出了更高的要求。而变速器是提高 拖拉机操纵性能的关键部件，它不仅决定拖拉机的动力性和燃油经济性，同时也 决定了作业效率，所以变速器技术的发展成为拖拉机技术发展的重点领域。 变速器可分为有级变速器和无级变速器两大类。 有级变速器主要包括手动机械换挡变速器和电控机械换挡变速器。工程车辆 上运用最广泛的变速器是手动机械换挡变速器 (Mechanical Transmission ，简称 MT)。它传动效率高、成本低、易于制造，但配备这种变速器的车辆需要频繁换 挡变速以满足整机动力性要求，因此劳动强度大，生产效率低。容易造成驾驶员 疲劳，降低行驶安全性，并且更难以保证车辆始终工作在最佳动力性工作段或最 佳经济性工作段，另外还存在着换挡时的动力中断问题，这些严重制约了车辆性 能的提高[1]。电控机械换挡变速器(Automatic Mechanical Transmission，简称AMT)挡 位多，级差小，由计算机控制可实现动力换挡，传动效率高，因此是有级变速的 主要发展方向 [2-6]。但电控机械换挡变速器的换挡机构由同步器、杠杆拨叉与电 液操纵机构组成，结构较为复杂，生产加工成本较高，制约了它的推广应用。 无级变速器主要包括液力自动变速器、金属带无级变速器、液压无级变速 器、电动无级传动和液压机械无级变速器。 液力自动变速器(Automatic Transmission，简称AT)是依靠液力变矩器实现无级 变速，其技术成熟，控制方便，整机性能好，但传动效率低，造价高[7,8]。 金属带无级变速器(Continuously variable Transmission，简称CVT) 通过连续改变 传动带的工作半径，实现无级变速传动。它可以最大限度的利用发动机特性，提 高车辆的动力性和经济性，同时换挡平稳，行驶性能较好 [9,10] 。但也有如下不 足： 1.CVT 传递的转矩容量不大，目前主要应用于小排量车辆； 2.技术还不够成熟； 3.制造和使用成本高。
大型拖拉机动力换挡、无级变速器研发生产方案(二)
大型拖拉机动力换挡、无级变速器研发生产方案一、实施背景随着农业技术的不断发展和进步，大型拖拉机在农业生产中扮演着越来越重要的角色。
然而，现有的大型拖拉机在动力传输和变速方面仍存在一定的局限性，影响了农业生产效率。
为了满足市场需求，提高农业生产力，我们计划研发生产具有动力换挡和无级变速功能的大型拖拉机。
二、工作原理1.动力换挡：通过引入液压传动系统，实现动力的平稳切换。
在换挡过程中，液压系统将根据发动机转速和负载状态，自动调整液压压力，实现动力的无隙传输。
2.无级变速：通过引入CVT（无级变速器），实现发动机转速与车轮转速的连续可调。
CVT能够根据田间作业需求，自动调整发动机转速，以获得最佳的动力输出。
三、实施计划步骤1.需求调研：深入了解农业生产过程中对大型拖拉机的实际需求，收集用户反馈和建议。
2.技术研究：开展动力换挡和无级变速器相关技术的理论研究，进行技术可行性分析。
3.方案设计：根据调研结果和技术研究，设计大型拖拉机动力换挡、无级变速器的具体方案。
4.样品制作与测试：按照设计方案制作样品，并进行实地测试，收集使用反馈，对产品进行持续改进。
5.批量生产：经过样品测试和改进后，开始批量生产。
四、适用范围本产品适用于各种类型的农田作业，包括耕作、播种、收割等。
通过与现有农业机械的集成，可大幅提高农业生产效率。
五、创新要点1.引入液压传动系统，实现动力的平稳切换，提高换挡舒适性。
2.采用CVT无级变速技术，实现发动机转速与车轮转速的连续可调，提高作业效率。
3.将动力换挡与无级变速器相结合，为大型拖拉机提供更加高效、智能的动力传输解决方案。
六、预期效果1.提高农业生产效率：通过优化动力传输和变速性能，使大型拖拉机更加适应农业生产环境，提高作业效率。
2.降低油耗：CVT无级变速器能够更好地匹配发动机转速与车轮转速，从而降低油耗。
3.提高驾驶舒适性：通过引入液压传动系统和CVT无级变速技术，提高换挡舒适性和驾驶稳定性。
拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配
拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配
徐立友;周志立;张明柱;李言
【期刊名称】《农业工程学报》
【年(卷),期】2006(22)9
【摘要】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.
【总页数】5页(P109-113)
【作者】徐立友;周志立;张明柱;李言
【作者单位】西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安,710048;河南科技大学车辆与动力工程学院,洛阳,471003;河南科技大学车辆与动力工程学院,洛
阳,471003;河南科技大学车辆与动力工程学院,洛阳,471003;西安理工大学机械与精密仪器工程学院,西安,710048
【正文语种】中文
【中图分类】S2
【相关文献】
1.拖拉机液压机械无级变速传动系统速比匹配策略 [J], 徐立友;周志立;张明柱;李言
2.农业拖拉机液压机械无级变速传动变速规律研究 [J], 张松云
3.拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配 [J], 刘成元
4.液压机械无级变速传动在拖拉机上的应用分析 [J], 徐立友;李金辉;张彦勇
5.液压机械无级变速传动拖拉机虚拟试验平台设计 [J], 许家俊;张明柱;王建华;王界中
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万方数据
１１２
农业工程学报
２００６年
点为最佳工作点（图３中的Ａ、Ｓ、７１点），即经济性模式
Ｆｉｇ．８
图８ 匹配实现方案图 Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｍａｔｃｈｉｎｇ
驾驶员根据拖拉机不同的作业项目及作业要求选 择作业模式和输出模式。当设定好某一作业模式后，电 子控制器通过控制发动机油门拉杆，将油门拉杆移动到 与该作业模式相对应的位置，即选择了一定的油门位 置。在输出模式选定后，电子控制器根据所存储的最佳 动力性或最佳经济性工作线计算出发动机最佳工作点， 亦即获得了发动机的目标转速和转矩，然后控制器通过 控制液压传动系统中变量泵的电液比例阀及换档离合 器的接合状态来调节变速器的传动比，使发动机的输出 转速稳定在目标转速上，从而实现了发动机与无级变速 传动系统的匹配。当拖拉机不工作时，为了节省燃油，电 子控制器控制发动机油门拉杆，将油门拉杆移动到怠速 模式位置。
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图中的驱动力和车速一一对应，具体表达式如（３）、（４）、
（５）式
Ｆ。。一斑。
（３）
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（４）
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，
万方数据
第９期
徐立友等：拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配
１１３
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ｏ，』Ｌ扎ｆ＾以行ｉｃｓ以咒ｄ锄口，。口￡“ｓ （１．ＣｏＺ三ＰｇＰ
Ｅ咒ｇｉ挖Ｐ已一咒ｇ，Ｘｉ’ｎ咒Ｕ咒ｉ钌已，苫ｉ桫ｏ，了■ｆ＾咒ＤＺｏ．ｇｙ，Ｘｉ’口咒７１００４８，（巩ｉ冠口；
２．ＣＤＺＺ已９８ ｏ，矿已＾ｉｆｚＰ口，ｚｄ Ｐｏｚｕ８ｒ Ｅ，王ｇｉ咒已ｇ—ｎｇ，．日已，ｚ口矩Ｕ，ｚ而８ｒｓｉ砂ｏ，ＳｃｉＰ挖ｃ已＆丁Ｐｃ＾挖ＤＺＤｇ），，Ｌ“ｏ：）’口咒ｇ ４７１００３，Ｃ＾ｉ心口）
万方数据
低油耗点，所以最大功率点和最低油耗点是油门位置
（即油门开度ｄ）的函数，即
Ⅳ。。。（，ｚ。，必）＝／。１（ａ）
（１）
＆（咒。，尬）一厶（口）
（２）
１．３发动机转速调节特性
所谓转速调节特性是指需求特性的功率值在需求
特性场上变化时，独立地调节车辆传动装置的传动比，
使发动机维持在其供应特性场上任何一个相当功率值
ｍｅｎｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａ“ａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓ—
ｓｉｏｎ ｆｏｒ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｔｒａｃｔｏｒｓ［Ａ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２００４
ＣＩＧＲ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，２００４．
ｔｈｅ ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ｗｈｅｎ ｅｎｇｉｎｅ ｗｏｒｋｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ
ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｗｏｒｋ， ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｈｙｄｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＨＭＣＶＴ）
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１会议主题
中国农村建筑与环境技术创新
２会议时间和地点
拟定于２００６年１１月１１～１２日 地点：北京市房山区韩村河山庄
３会议组织形式
主办单位： 中国农业工程学会农村建筑与环境工程专业委员会
协办单位： 中国农业大学 中国民主促进会北京市委员会 深圳中国农大科技股份有限公司（股票代码００４） 北京国农置业有限公司 北京东方畅想建筑设计有限公司
１２—１７．
［９］ 张宝生，付铁军，周云山，等．金属带式无级变速传动系统
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［１１］欧阳联格．全液压推土机传动系统与发动机匹配［Ｊ］．工程
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｃｔｏｒ；ｈｙｄｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｍａｔｃｈｉｎｇ
关于召开“中国农村建筑与环境技术创新学术研讨会’’的通知
中国农业工程学会农村建筑与环境工程专业委员会将于 ２００６年１１月１１～１２日在北京市房山区韩村河山庄召开“中 国农村建筑与环境技术创新学术研讨会”，现将有关事宜通知 如下。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｏｕｔｐｕｔ ｔｏｒｑｕｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｅｎｇｉｎｅ ｔｅ§ｔ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｒｏｔａｒｙ ｓｐｅｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｎｏｔｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｒｏｔａｒｙ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ
２发动机与无级变速传动系统的匹配
如图５所示，左侧为发动机的万有特性图，通过控
制发动机使其工作在最佳动力性工作线ｄ或最佳经济
性工作线Ｐ上。在实际工作中，发动机工作点应落在由
最低稳定工作转速线ｚ、外特性线训及调速特性线ｆ所
包围的边界内，接近或者在最佳动力性工作线ｄ或最佳
经济性工作线Ｐ上。
发动机有效工作范围内的每一点都与拖拉机驱动
转速调节特性曲线。
２４００
２２００
∥
ｆ
２０００
７
１８００
ｆ ｇ
ｉ １６００
弋
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多乒 多 ７。 ，一一
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图４发动机转速调节特性
Ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｒｏｔａｒｙ ｓｐｅｅｄ