浅析动力换挡自动变速器在拖拉机上的应用

浅析动力换挡自动变速器在拖拉机上的应用

孟　姣，宋艳青

（吉林省农业机械研究院，吉林长春１３００２２）

摘　要：动力换挡变速器的优势在于可以输出连续的换挡进程，其广泛运用到拖拉机与工程机械之中。本文结合当前国内外拖拉机动力换挡变速器的研究现状，论述了其工作原理；同时按照未来自动变速器的发展方向，对国内使用的电液技术、变速器传动系统和换挡控制策略进行了相关研究。动力换挡自动变速器可以参照本文的研究成果推广其在农业机械的应用。

关键词：小波变换；小波包；机械故障诊断

中图分类号：Ｓ２２０文献标识码：Ａ

１　引　言

车辆性能的大功率主要是由车辆的传动系统决定。当

前，我国大部分是利用轴式齿轮变速器制造拖拉机的动力传动系统。其优势在于具有较高的工作效率，较低的制造成本和较简单的结构，因此被普遍应用到拖拉机制造中。然而，此类变速器是手动机械式的，换挡也是非动力的，输出转矩较大，转速也较大，在换挡过程中第１步是使主离合器分离，使动力的传递得到切断，第２步才是通过对同步器的换挡操纵实现变换档位，此时是由驾驶员的经营决定什么时候换挡，不容易掌握换挡的最佳点，同时因为换挡过于频繁，使得驾驶员已产生疲劳，最终影响到驾驶员的安全。拖拉机多在恶劣的环境下左右，同时承受的负荷也容易发生变化，发动机与变速箱必须能够根据周围的环境与负荷调整转速与扭矩，拖拉机的行驶阻力也不同，因此借助于驾驶员的手动操作，实现拖拉机的换挡，不能使拖拉机的动力性能发挥到最佳，也没有发挥燃油的经济性，同时还会使驾驶员的劳动强度增加。

２　国内拖拉机动力换挡变速器的应用现状

我国在工程机械上最早应用的是动力换挡变速器，比如说在１９６６年，柳工生产的Ｚ４３５装载机，该拖拉机配置了定轴

式变速器；在１９７０年，又制造出一台配有行星式变速器的ＺＬ５０装载机。接着在２０世纪８０年代，我国拖拉机行业结合了日本ＴＣＭ公司变速器的研发技术，德国ＺＦ公司研发的电液控制技术，获得了迅速的发展。当前，应用最为广泛的推土机、平土机和叉车均安装了动力换挡变速器，国内研究液力变速控制技术的代表是吉林大学，同济大学等，也获得了相应的研发成果。然而，国内一般重视对汽车与工程机械液力自动控制技术的应用，而忽视了对农业拖拉机的研究。

随后，在２０１０年，中国的一拖才开始和国外展开合作，生产了一些重型动力换挡拖拉机，包括东方红ＬＺ、ＬＡ、ＬＦ系列，自此我国大型拖拉机也开始应用电液控制技术，不再是０的局面。目前，我国很多公司都对拖拉机的动力换挡技术进行了研究，也建立了各种相关研发单位，包括中国一拖集团，山东的常林，常州的东风，洛阳的博马等拖拉机企业，在国内的农机市场上也出现了不少研制的产品，比如说福田雷沃生产的Ｐ２６５４。然而和国外的先进技术相比，我国的技术依然落后，还是处于刚刚起步的阶段。

３　拖拉机动力换挡自动变速器技术现状

３畅１　传动系统

拖拉机一般是应用于道路运输，协助农民进行田间作业。对农业拖拉机来说，其最大的特征是具有多个档位，较大的传动范围，承受较大的负荷作业。增加档位，可使发动机的利用率得到提高，还可使拖拉机的变速器具有较宽范围的速比，使得拖拉机可在不同的复杂环境下进行作业。假定拖拉机的传动结构选择的是传统的２轴式获知是３轴式，则会导致拖拉机具有很复杂的变速器，因此拖拉机采用的档位一般是自动换挡，同时利用的传动方案是主副变速相串联。拖拉机的各操纵机构控制主副变速，其优势与具有很少的传动齿轮格式，在相同情况下，具有较轻和较小的变速箱，较大的传动变化率，拖拉机具有较宽的行驶速度与较大的驱动力。

半动力换挡自动变速器的控制方式是手动与自动相结合，换挡离合器的操纵主要是借助于液压控制来调节拖拉机的主变速，同时利用换挡规律控制拖拉机的各档位。比如说，由卡特彼勒公司研发的Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｒ３５型拖拉机的自动换挡范围控制在１０～１６挡之间。但是，最早是通过操纵换挡的滑动齿轮

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控制副变速的速度范围，之后，又诞生了啮合套、同步器，由此拖拉机可以更快速的切换档位，同时对换段的冲击也随之下降。驾驶员一般是依靠自身的作业经验手动控制换段。比如说，福田雷沃公司生产的Ｐ２６５４型拖拉机，中国一拖生产的ＬＺ２４０４拖拉机，其换段机构均是通过手柄操纵。

３畅２　电液技术

在换挡自动变速器中，一般是从以下３点利用电液技术：

３畅２畅１　换挡离合器的切换档位

比如说ＣａｓｅＩＨ公司在命名为Ｓｔｅｉｇｅｒ的拖拉机上使用了电子控制液压系统，即增加了换挡电磁阀，自动换挡改为控制器自动控制，由于配置的电磁阀具有电子脉冲宽度调节功能，使得拖拉机可以行驶在公路与田间时快速自由的切换档位，利用维持变速箱的寿命；还可以使驾驶员自身的疲劳现象减轻。

３畅２畅２　电子辅助功能

比如说：强制降档，驾驶员在高速行驶过程中，出现突发状况可以借助于油门踏板，紧急刹车，使得系统可以处于低档位的状态；巡航功能，驾驶员不需要借助于油门踏板就可以对油门的开度控制，还可实现档位的自由变换，只要将工作速度设定，如此可以使拖拉机在设定的工作速度下达到最佳的动力性能，燃油经济性也获得最佳值；驱动防滑功能。在部分具有较低附着系数的路面行驶过程中，拖拉机可以利用换挡的离合器或者是发动机的转速实现对轴转矩的控制，进而使牵引力得到控制，最终可以避免防滑，使拖拉机的稳定性与安全性得到提高；电子低头转向，拖拉机在田间行驶过程中，可以利用转向开关通过自动换挡实现转向，农业机械的升降，控制拖拉机的液压输出和油门，完成原地转弯。

３畅２畅３　拖拉机的各控制器可以和变速器的数据实现共享比如说，ＺＦ公司研发的Ｔ７０００型拖拉机，利用ＣＡＮ集成方式，动力换挡变速器和传动系统实现模块化的定制，利于和传动系统的连接；拖拉机的不同设备通过交换信息之后，既可以实时的监测并控制拖拉机的传动系统和其在进行农具作业时各参数的显示，还可以远程处理出现的故障，使更加方便的维护拖拉机，可靠性得到提高。３畅３　控制技术

拖拉机换挡自动变速器的关键之处是换挡控制技术，其可对拖拉机的燃油经济性，适应环境的能力和动力性能造成影响。控制技术通常是由换挡的规律与品质构成。

３畅３畅１　换挡规律

换挡规律主要是对拖拉机的每个档位的换挡时刻，对应的各控制参数进行研究，再进行性能仿真对档位进行优化，即可将拖拉机换挡点的最佳值确定，如此可防止拖拉机重复换挡。

３畅３畅２　换挡品质

动力换挡变速器的换挡一般是接合或者是分离液压的操纵分离器，然而因为液体具有不可压缩性，使得换挡的液压系统具有很大的刚度。假设换挡元件之间的接合力道太大，会造成对档位的冲击，带动拖拉机的传动系统的承载能力也随之增大，加快了对零部件的损害，使档位的使用寿命也有所下降，同时还容易造成驾驶员疲劳。因此，换挡品质良好的标志是换挡速度快，稳定，不会产生冲击，基本不影响拖拉机的传动系统，可以提供连续的动力。

４　结　论

这篇文章主要结合当前国内外拖拉机动力换挡变速器的研究现状，论述了其工作原理；同时按照未来自动变速器的发展方向，对国内使用的电液技术、变速器传动系统和换挡控制策略进行了相关研究。动力换挡自动变速器可以参照本文的研究成果推广其在农业机械的应用。

参考文献

［１］高辉松，朱思洪，贺亮，等．拖拉机动力换挡变速箱和无级变速箱发展现状与趋势［Ｊ］．机械传动，２０１２．

［２］朱思洪，朱星星，邓晓亭，等．拖拉机动力换挡变速箱液压系统动态特性试验研究［Ｊ］．南京农业大学学报，２０１１．

［３］赵剡水，杨为民．农业拖拉机技术发展观察［Ｊ］．农业机械学报，２０１０．

作者简介：孟姣（１９８０－），女，吉林长春，硕士，助理研究员，主要从事农机技术咨询与服务。

※农机水利农业与技术２０１５，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．０３　５３