串联式柴电混合动力拖拉机加载试验台的设计与试验

发布时间：2020-08-10 11:47

【摘要】：在面临能源短缺,环境污染以及气候异常的全球大背景下,我国作为传统的农业大国,节能又环保的拖拉机的研发对于减小环境破坏,实现能源可持续发展具有十分重要的意义。电动拖拉机和混合动力拖拉机作为节能环保农用车辆中的佼佼者,也将势必成为未来拖拉机发展的趋势之一。鉴于电动拖拉机受限于电池技术的发展,短时间内很难突破,混合动力拖拉机无疑是当下既满足农业发展需求,又符合节能环保主题的最佳选择。本文针对计算机仿真平台构造模型难度大,且可靠性未知,而实车试验平台开发周期长、成本高昂的特点,提出了一种多功能的串联式混合动力拖拉机加载试验平台的设计搭建方案。在进行混合动力拖拉机试验台的总体设计时,针对试验台所需实现的功能,采用模块化思想,将实验台划分为驾驶员操作、发动机测试、电源、轮毂电机控制及测试、模拟加载以及数据采集六大模块,进而设计构建试验台的结构模型,根据结构模型搭建整体台架,完成试验台的实际布局。其中,重点对模拟加载模块即加载试验平台做了一系列试验研究。同时为了实现试验台的测试功能,设计了试验台的测控方案,发动机作为动力源,通过发电机和控制器可带动电机部分实现模拟工况试验,电池组可单独也可配合发电部分同时驱动电机部分实现作业功能,所测信号通过数据采集卡反馈上位机,用户可以根据需要进行控制,达到调节优化的目的。针对所设计搭建的混合动力拖拉机模拟加载平台,在对转矩转速传感器、电流电压传感器、磁粉制动器等主要设备进行标定以及对轮毂电机负载特性的预备试验完成后,分别进行了道路运输、犁耕和突加载荷等三种典型拖拉机工况的模拟加载试验,结果如下:(1)在该试验中,轮毂电机的输出外特性曲线近似为双曲线,并且轮毂电机的转速随着其转矩的增大而降低,其输出功率随着转速增大而下降,效率则随着转速的增加而上升。轮毂电机能够独立驱动,且拥有较大的调速范围和过载能力,以及减速增矩的特性,满足大型拖拉机田间作业的要求。(2)在进行匀速道路运输作业时,驱动扭矩恒定,而在加速或减速作业行驶时,驱动扭矩为了克服惯性力而增大或减小;当匀速犁耕作业时,不同的田间条件,输出扭矩也有较大差别,与道路运输时相比,转矩明显增大,说明混合动力拖拉机各部件的转矩时随着外部载荷的增大而增大的。(3)基于PID控制的混合动力拖拉机加载系统相比没有经过控制优化的加载系统,输出响应精度明显提高,响应时间明显缩短。通过本课题的试验研究,可以为后续混合动力拖拉机驱动系统及控制系统的设计开发提供理论依据和技术支持,并且为实车试验提供重要参考。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S219
【图文】：

逡逑图１－１所示，它主要的工作原理是电动机带动旋耕刀进行田间旋耕作业，但由于当时逡逑的电池技术不发达，该拖拉机的动力源主要为一根长导线直接连接到电网上进行供逡逑电，不需要发动机消耗燃油提供动力，也可以进行大范围的耕种。但这种采用电线连逡逑接到电网上直接供电的方式，在耕地时需要用相当数量的缆杆支撑电缆，且需要拖着逡逑长长的电线作业，十分不便，其工作范围约为１２００平米，每隔一段距离就得移动电逡逑缆杆。逡逑美国的Ｇｅｎｅｒａｌ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ公司在上个世纪７０年代的时候研制出了一款叫Ｅｌｅｃ－Ｔｒａｋ逡逑的电动拖拉机｜１６１，如图１－２所示，该拖拉机的车身重量约在２２７ｋｇ到４０９ｋｇ之间，其逡逑功率范围可从８马力（约５．９ＫＷ）到１５马力（约１１ＫＷ）不等，其工作速度区间为４．８邋ｋｍ／ｈ逡逑到１４．４邋ｋｍ／ｈ。这种小型拖拉机的生产用途主要为进行一些低强度的作业，比如草坪修逡逑剪

逡逑图１－１所示，它主要的工作原理是电动机带动旋耕刀进行田间旋耕作业，但由于当时逡逑的电池技术不发达，该拖拉机的动力源主要为一根长导线直接连接到电网上进行供逡逑电，不需要发动机消耗燃油提供动力，也可以进行大范围的耕种。但这种采用电线连逡逑接到电网上直接供电的方式，在耕地时需要用相当数量的缆杆支撑电缆，且需要拖着逡逑长长的电线作业，十分不便，其工作范围约为１２００平米，每隔一段距离就得移动电逡逑缆杆。逡逑美国的Ｇｅｎｅｒａｌ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ公司在上个世纪７０年代的时候研制出了一款叫Ｅｌｅｃ－Ｔｒａｋ逡逑的电动拖拉机｜１６１，如图１－２所示，该拖拉机的车身重量约在２２７ｋｇ到４０９ｋｇ之间，其逡逑功率范围可从８马力（约５．９ＫＷ）到１５马力（约１１ＫＷ）不等，其工作速度区间为４．８邋ｋｍ／ｈ逡逑到１４．４邋ｋｍ／ｈ。这种小型拖拉机的生产用途主要为进行一些低强度的作业，比如草坪修逡逑剪

求的拖拉机形式。截止到现在，混合动力拖拉机的研究已经取得了一些不菲的成果。逡逑２００９年，在国际农机展上，俄罗斯的“ＲＵＳＥＬＰＲＯＭ”公司展出了一款串联式的混逡逑合动力拖拉机“Ｂｅｌａｍｓ－３０２３”，如图１－３所示，在此次展会上被授予了银奖，它创造性逡逑的搭载了由３００马力发动机、２２０ｋＷ发电机、丨８３ｋＷ牵引异步电动机和动力电子控逡逑制器以及步进减速器构成的机电驱动系统［６１。有研宄表明，这款混合动力拖拉机相比逡逑传统的动力换挡式拖拉机，在犁耕作业时能在节油１８％的前提下，提高２％的生产率。逡逑美国的Ｖｉｓｉｏｎ邋Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ公司和Ｃａｐａｃｉｔｙ邋ｏｆ邋Ｔｅｘａｓ公司在２０１０年联合推出了邋一款逡逑燃料电池混合动力拖拉机（Ｚｅｒｏ邋Ｅｍｉｓｓｉｏｎ邋Ｔｅｒｍｉｎａｌ邋Ｔｒａｃｔｏｒ，ＺＥＴＴ），如图１－４所示。逡逑该混合动力拖拉机的驱动系统是由１６５ｋＷ电动机、锂离子电池和氧燃料电池共同构逡逑成的，并不需要消耗燃油，真正可以实现无污染零排放｜６１。同类型的还有德国德累斯逡逑顿工业大学研制的１２０马力混合动力拖拉机，该拖拉机外观有了很大改进，比较美观，逡逑如图１－５所示。逡逑图１－３混合动力拖拉机Ｂｅｌａｒｕｓ－３０２３逦图１－４邋Ｖｉｓｉｏｎ燃料电池混合动力拖拉机逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－３邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｔｒａｃｔｏｒ邋Ｂｅｌａｒｕｓ－３０２３逦Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｖｉｓｉｏｎ邋ｆｕｅｌ邋ｃｅｌｌ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｔｒａｃｔｏｒ逡逑图１－５德累斯顿工业大学１２０马力混合动力拖拉机逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｄｒｅｓ

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本文编号：2788040