拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配

ＰＩＤ控制［Ｊ］．机械工程学报，２００４，４０（７）：８１—８４．
［２］徐立友，周志立，张明柱，等．拖拉机液压机械无级变速器
设计［Ｊ］．农业机械学报，２００６，３７（７）：５—８．
［３］ Ｔａｋａｈｉｓａ Ｎａｇａｏａ，Ｋｅｎ Ｉｃｈｉｒｙｕ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｕｐｅｒ ａＵ ｔｅｒｒａｉｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ［Ｊ］．ＳＡＥ ｐａｐｅｒ，０２１４４８：３７７—３８４．
４结论
通过对发动机试验数据的拟合，建立了发动机转矩 模型及燃油消耗率模型，确定了发动机转速调节特性。 在此基础上研究了发动机与无级变速传动系统的匹配 策略。根据拖拉机作业项目不同，分为３种作业模式，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。
［参 考 文 献］
［１］苑士华，侯国勇，张宝斌．液压机械无级变速器的变参数
机械，２００４，１１：４４—４７．
［１２］彭天好，杨华勇．液压挖掘机泵与发动机匹配研究口］．中
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［１３］周 萍，孙跃东．挖掘机发动机一变量泵系统经济匹配的
研究口］．工程机械，２０００，７：７—９．
［１４］Ｕｄａｅｇａｗａ Ｔ． Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ａ ｍｅｔａｌ Ｖ—ｂｅｌｔ ＣＶＴ ｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ口］．Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ，１９９５，（６）：３５—３８．
下所要求的特定点的转速调节［７］。如果要求将发动机供
应特性场上每一个相应的功率都保持在最低油耗的转
速下工作，则发动机油门开度与转速的关系即为最佳燃
油经济性转速调节特性。如果在每一个油门开度下发动
机均能在发出最大功率的转速下工作，则油门开度与转
速的关系即为最佳动力性转速调节特性。图４中的曲线
矗和ｅ分别表示发动机最佳动力性和最佳燃油经济性的
ｗｅｒｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｕｓｅｆｕｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ＨＭＣＶＴ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｒａｃｔｏｒ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｃｔｏｒ．
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
ｍｅｎｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａ“ａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓ—
ｓｉｏｎ ｆｏｒ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｔｒａｃｔｏｒｓ［Ａ］． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２００４
ＣＩＧＲ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，２００４．
，
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
Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｖｓｔｅｍ ０ｆ ｔｒａｃｔｏｒ
Ｘｕ ＬｉｙＯｕｌ”，ＺｈＯｕ Ｚｈ．Ｉｉ ２，Ｚｈａｎｇ Ｍｉｎｇｚｈｕ２，Ｌｉ Ｙａｎｌ
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）
［４］ Ｋｏｕｉｃｈｉ，Ｍａｓｕｚａｗａ，Ｋｅｎ Ｉｃｈｉｒｙｕ． Ｂａｓｉｃ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｉｎｐｕｔ ｓｐｌｉｔ ｔｙｐｅ ｈｙｄｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．ＩＣＦＰ，２００１， ４：４２—４５．
［５］ Ｈｉｒｏｙｕｋｉ Ｍｉｔｓｕｙａ，Ｋｅｉｊｉ ０ｔａｎｌ，Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｉｓｈｉｎｏ，ｅｔ ａ１． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｈｙｄｒｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ ｂｕｌｌ一 ｄｏｚｅｒｓ口］．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ，９４１７７２：１５９—１６８．
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）
Ｆ。一丝盟
（４）
ｒｄ
口口＝—一——坠——翌。■生——塑一
（Ｌ３５）Ｊ
Ｚ
式 驱中动力，Ｆ。ｋ。 Ｎ；。ｒ—地—面由附地着面系附着 数系；数Ｑ。所—限制—的驱拖动拉轮机垂最直大
载荷，ｋＮ；Ｆ。——拖拉机驱动力，ｋＮ；尥——发动机
扭矩，Ｎ．ｍ；心——驱动轮动力半径，ｍ；ｉ——传动系 统的传动比；仉——传动系效率；ｕ——车速，ｋｍ／ｈ；
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。
号
量 窖
ｎ，／ｒ·ｍｉｎ一１
Ｆｉｇ．３
图３发动机万有特性图
Ｅｎｇｉｎｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｃｈａｒａｃｔｅ“ｓｔｉｃ ｃｕｒｖｅ
在万有特性曲线上将具有相同功率的最小燃油消 耗率点连接起来，可得到发动机最佳燃油经济性工作 线，如图３中的ＡＳ丁曲线，亦即口曲线。通过上述分析 可知，每个油门位置ｘ对应一个最大功率点和一个最
在图３中，曲线Ａ日Ｃ是发动机的外特性，斜线ＡＵ、 ＢＦＳ、ＣＧ７１为不同油门位置时的调速特性。Ａ点（１００％ 全功率）、Ｂ点（约８５％全功率）和ｃ点（约７０％全功 率）分别是对应的最大功率输出点。在不同油门位置下， 发动机虽然可以工作在最大功率点，但是在有些最大功 率点（如图３中的Ｂ、ｃ点）抗过载能力差，容易导致发 动机熄火。所以在不同油门位置下，最大功率点的设定 应为图中的Ａ、Ｆ、Ｇ点，使得每一个最大功率点都留有 一定的过载余量，而不至于导致发动机熄火。因此，习惯 上将ＡＦＧ曲线称作发动机最佳动力性工作线，即ｄ曲 线。
［１５］张松明，吴相淦．农业机械运用学原理［Ｍ］．北京：中国农
业机械出版社，１９９０．
［１６］王红岩．金属带式无级变速传动系统分析、匹配与综合控
制的研究［Ｄ］．长春：吉林工业大学汽车工程学院，１９９８．
［１ ７］Ｌｉｙｏｕ Ｘｕ，Ｚｈｉｌｉ Ｚｈｏｕ，Ｍｉｎｇｚｈｕ Ｚｈａｎｇ，ｅｔ ａ１． Ｄｅｖｅｌｏｐ—
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
ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｆｉｅｌｄｗｏｒｋ，ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ
ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ；ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＨＭＣＶＴ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｔｃｈｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ
［６］侯国勇，苑士华．液压机械无级变速器的速比调节规律研
究［Ｊ］．工程机械，２００４，６：３６—３９．
［７］方泳龙，王红岩，秦大同．车辆无级变速传动系统匹配策略
的仿真［Ｊ］．农业机械学报，２０００，３１（４）：１—５．
［８］胡建军，秦大同，舒红．金属带式无级变速传动系统速比
匹配控制策略［Ｊ］．重庆大学（自然科学版），２００１，２４（６）：
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。
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
万方数据
１１０
农业工程学报
特性曲线获得不同转速下发动机功率与比油耗的关系， 利用样条插值拟合出如图２所示的关于发动机有效燃 油消耗率与发动机转速和转矩的关系曲面，即发动机燃 油消耗率的数值模型。利用发动机的数值模型可得图３ 所示的发动机万有特性图。
图２发动机燃油消耗率模型 Ｆｉｇ．２ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ
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
与发动机的匹配及其控制策略［Ｊ］．吉林大学学报（工学
版），２００４，３４（１）：６５～７０．
［１０］彭天好，杨华勇，傅新．液压挖掘机全局功率匹配与协调
Hale Waihona Puke Baidu
控制［Ｊ］．机械工程学报，２００１，３７（１１）：５０一５３．
［１１］欧阳联格．全液压推土机传动系统与发动机匹配［Ｊ］．工程
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）
转速调节特性曲线。
２４００
２２００
∥
ｆ
２０００
７
１８００
ｆ ｇ
ｉ １６００
弋
２
多乒 多 ７。 ，一一
∥
／
１４００ １２００
『 『／
／
／
一ｒ
／ｊ／
夕，
匕 １０００
．／
８００
０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００
ｄｆ％
Ｆｉｇ．４
图４发动机转速调节特性
Ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｒｏｔａｒｙ ｓｐｅｅｄ
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