单排多区段液压功率分流无级变速箱的设计与控制
发布时间：2021-11-24 00:59
拖拉机作为最为重要的农业动力机械,除道路运输外,还要进行诸如播种、施肥等轻负荷作业以及犁耕、收获等重负荷作业。为适应不同作业工况下的行驶速度和负载强度要求,拖拉机一般设置有较多的工作挡位。工作挡位的增加虽能更好地满足不同的作业要求,但也使得变速箱结构复杂、成本居高不下,而且也给换挡操作和挡位选择带来困难,为此,无级调速成为拖拉机的一种技术发展趋势。我国对于液压功率分流无级变速箱的研究起步较晚且多采用多行星排多区段传动方案,整体结构复杂,至今未能实现其产业化应用。为此对于单排多区段拖拉机液压功率分流无级变速箱的研究显得尤为迫切。本文在分析国内外液压功率分流无级传动技术的研究现状基础上,设计了一种单排多区段液压功率分流无级变速箱,并对该变速箱的优化设计理论和换段控制策略进行了研究。本文具体的研究内容如下:（1）传动方案设计。本方案采用单个行星排即可完成拖拉机的全程无级调速,通过在马达轴设置挡位,解决了单行星排液压功率分流无级变速箱各区段速比的等差约束问题,从而优化了该类变速箱的加速性能。（2）传动参数设计。根据拖拉机的作业需求,对其典型作业工况进行了分析,确定了各区段的调速范围。本文在Si...
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
德国1907年研制的犁地机无级传动系统
单排多区段液压功率分流无级变速箱的设计与控制4少数国外大拖拉机制造企业所垄断（谢斌，2018）。图1-2InternationalHarvester公司生产的拖拉机静液压无极传动系统Fig.1-2HydrostaticsteplesstransmissionsystemfortractorsproducedbyInternationalHarvestercompany1.2.2无级变速国内研究现状近年来，无级变速作为提高拖拉机传动性能和驾乘舒适性的关键技术得到了国内诸多专家学者的广泛关注（LiB.etal.,2019；LiG.etal.,2018；LiuP.etal.,2017；LiL.etal.,2018）。例如：重庆大学的孙东野等人（孙冬野等，2000）针对金属带-行星齿轮无级变速传动装置的5个运行工况进行了研究分析，对其切换过程的工作机理和调速规律进行了详细分析。西华大学张庆功等人（张庆功等，2016）以半环面型无级变速器作为变速单元，结合双行星排差速机构设计了双腔半环面型无级变速机构，实现了车辆大转矩输出的功率需求。王光明等人（王光明等，2019）则针对金属带功率分流式无级变速箱在中、小功率拖拉机中应用的技术潜力进行了理论分析与探讨，认为其传动性能与传统机械式有级变速箱相当，而燃油经济性则优于传统机械式变速箱和单纯金属带式无级变速箱。1.3液压功率分流无级变速箱国内外研究现状1.3.1液压功率分流无级变速箱国外研究现状1996年，Fendt公司（BukashkinAYetal.,2017；MeyerH.J.etal.,2009）在Agritechnica1995农机展上展出的926Vario系列拖拉机（配套发动机功率191kW，额定转速2300r/min）首次装备了Vario系列液压功率分流无级变速箱（见图1-3），实现了该类变速箱在拖拉机领域的首次应用。其传动系统具有高低两个工作区段，最高设计时速达到50km/h。Vario变速箱采用行星排分流而非汇流方案，该设计对液压元件要求极高，当时
山东农业大学硕士专业学位论文5没有一种液压系统可以满足要求，于是Fendt与Sauer-Danfoss公司合作开发了45°大摆角泵控液压马达系统，可在单个区段下实现拖拉机大范围无级调速，而且具有较低的能耗，即便最大液压功率分流比达到100%，其满负荷效率仍可维持在80~85%。随后，Fendt公司在其几乎所有的拖拉机系列（200Vario、300Vario、400Vario、700Vario、800Vario、900Vario系列）中均配备了这种Vario型无级变速箱，功率覆盖范围从59kW（80hp）到265kW（360hp），尤其是应用在其中等功率段（40kW/55hp~73.6kW/100hp）和大功率段（73.6kW/100hp以上）的拖拉机中（吴清分，2016；刘天豪等，2011；赵剡水等，2008）。此后，MF公司的7400系列和MF8400型拖拉机使用的Dyna-VT型无级变速传动系统、JCB公司8250Fastrac拖拉机所使用的V-Tronic型无级变速传动系统都源自于Fendt公司的Vario系列（王东青，2011）。Vario系列无级变速箱是国际公认的最早在拖拉机上实现无级变速传动系统商业化应用的变速箱。截至目前，该公司的无级变速拖拉机产量和销售量均居世界首位（王建军等，2017）。图1-3Fendt公司生产的Vario系列液压功率分流无级变速箱Fig.1-3VarioserieshydraulicpowersplitCVTproducedbyFendtcompany随着Vario系列变速箱的广泛应用，德国ZF、Claas、Hofer、Zeppelin等公司，芬兰Valtra公司，英国JCB公司，美国JohnDeere、CNH、Caterpillar、Ford等公司也都陆续展开了对拖拉机液压功率分流无级变速箱的研究，如ZF公司生产的S-Matic变速箱、Eccom变速箱，Claas公司生产的Traxion变速箱，JohnDeere公司生产的AutoPowr变速箱、PowrQuad变速箱、CommandQuad变速箱、IVT无级变速箱等（张闽鲁等，2001）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]从2019 SIMA展看欧洲拖拉机技术发展趋势[J]. 王东青,赵传扬. 拖拉机与农用运输车. 2019(05)
[2]国内外农用拖拉机先进技术研究及对比分析[J]. 白学峰,马立新,乔璐,鲁植雄,纪鸿波,常江雪. 中国农机化学报. 2019(09)
[3]拖拉机链式金属带功率分流无级变速箱换段品质分析（英文）[J]. 王光明,张晓辉,栗晓宇,范国强,张海军,孙睿. 农业工程学报. 2019(05)
[4]农业拖拉机关键技术发展现状与展望[J]. 谢斌,武仲斌,毛恩荣. 农业机械学报. 2018(08)
[5]拖拉机CVT技术的发展与思考[J]. 王建军. 拖拉机与农用运输车. 2017(01)
[6]拖拉机动力换挡变速器换挡特性与控制策略研究[J]. 席志强,周志立,张明柱,曹青梅. 农业机械学报. 2016(11)
[7]基于拖拉机整机效率最大化的液压机械无级变速规律[J]. 张明柱,王全胜,白东洋,尹玉鑫,郝晓阳. 农业工程学报. 2016(21)
[8]147～221kW国外拖拉机技术特点及发展趋势[J]. 王兴伟. 拖拉机与农用运输车. 2016(05)
[9]Fendt公司900 Vario系列改进型无级变速拖拉机[J]. 吴清分,岳文亮. 农业工程. 2016(05)
[10]Fendt公司800 Vario系列无级变速新拖拉机[J]. 吴清分. 拖拉机与农用运输车. 2016(01)
博士论文
[1]拖拉机液压机械无级变速箱的特性、控制与故障诊断研究[D]. 王光明.南京农业大学 2014
[2]拖拉机液压机械无级变速器特性研究[D]. 徐立友.西安理工大学 2007
硕士论文
[1]采棉机液压机械无级变速器设计及控制策略研究[D]. 王琦.石河子大学 2019
[2]大功率拖拉机2×2段式液压机械无级变速箱的设计及换段品质研究[D]. 太健健.山东农业大学 2017
[3]非道路车辆液压机械无级变速器换档过程动态特性研究[D]. 常亚磊.南京农业大学 2012
[4]工程车辆自动变速技术及电控系统研究[D]. 马书会.吉林大学 2007
本文编号：3514973
【文章来源】：山东农业大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
德国1907年研制的犁地机无级传动系统
单排多区段液压功率分流无级变速箱的设计与控制4少数国外大拖拉机制造企业所垄断（谢斌，2018）。图1-2InternationalHarvester公司生产的拖拉机静液压无极传动系统Fig.1-2HydrostaticsteplesstransmissionsystemfortractorsproducedbyInternationalHarvestercompany1.2.2无级变速国内研究现状近年来，无级变速作为提高拖拉机传动性能和驾乘舒适性的关键技术得到了国内诸多专家学者的广泛关注（LiB.etal.,2019；LiG.etal.,2018；LiuP.etal.,2017；LiL.etal.,2018）。例如：重庆大学的孙东野等人（孙冬野等，2000）针对金属带-行星齿轮无级变速传动装置的5个运行工况进行了研究分析，对其切换过程的工作机理和调速规律进行了详细分析。西华大学张庆功等人（张庆功等，2016）以半环面型无级变速器作为变速单元，结合双行星排差速机构设计了双腔半环面型无级变速机构，实现了车辆大转矩输出的功率需求。王光明等人（王光明等，2019）则针对金属带功率分流式无级变速箱在中、小功率拖拉机中应用的技术潜力进行了理论分析与探讨，认为其传动性能与传统机械式有级变速箱相当，而燃油经济性则优于传统机械式变速箱和单纯金属带式无级变速箱。1.3液压功率分流无级变速箱国内外研究现状1.3.1液压功率分流无级变速箱国外研究现状1996年，Fendt公司（BukashkinAYetal.,2017；MeyerH.J.etal.,2009）在Agritechnica1995农机展上展出的926Vario系列拖拉机（配套发动机功率191kW，额定转速2300r/min）首次装备了Vario系列液压功率分流无级变速箱（见图1-3），实现了该类变速箱在拖拉机领域的首次应用。其传动系统具有高低两个工作区段，最高设计时速达到50km/h。Vario变速箱采用行星排分流而非汇流方案，该设计对液压元件要求极高，当时
山东农业大学硕士专业学位论文5没有一种液压系统可以满足要求，于是Fendt与Sauer-Danfoss公司合作开发了45°大摆角泵控液压马达系统，可在单个区段下实现拖拉机大范围无级调速，而且具有较低的能耗，即便最大液压功率分流比达到100%，其满负荷效率仍可维持在80~85%。随后，Fendt公司在其几乎所有的拖拉机系列（200Vario、300Vario、400Vario、700Vario、800Vario、900Vario系列）中均配备了这种Vario型无级变速箱，功率覆盖范围从59kW（80hp）到265kW（360hp），尤其是应用在其中等功率段（40kW/55hp~73.6kW/100hp）和大功率段（73.6kW/100hp以上）的拖拉机中（吴清分，2016；刘天豪等，2011；赵剡水等，2008）。此后，MF公司的7400系列和MF8400型拖拉机使用的Dyna-VT型无级变速传动系统、JCB公司8250Fastrac拖拉机所使用的V-Tronic型无级变速传动系统都源自于Fendt公司的Vario系列（王东青，2011）。Vario系列无级变速箱是国际公认的最早在拖拉机上实现无级变速传动系统商业化应用的变速箱。截至目前，该公司的无级变速拖拉机产量和销售量均居世界首位（王建军等，2017）。图1-3Fendt公司生产的Vario系列液压功率分流无级变速箱Fig.1-3VarioserieshydraulicpowersplitCVTproducedbyFendtcompany随着Vario系列变速箱的广泛应用，德国ZF、Claas、Hofer、Zeppelin等公司，芬兰Valtra公司，英国JCB公司，美国JohnDeere、CNH、Caterpillar、Ford等公司也都陆续展开了对拖拉机液压功率分流无级变速箱的研究，如ZF公司生产的S-Matic变速箱、Eccom变速箱，Claas公司生产的Traxion变速箱，JohnDeere公司生产的AutoPowr变速箱、PowrQuad变速箱、CommandQuad变速箱、IVT无级变速箱等（张闽鲁等，2001）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]从2019 SIMA展看欧洲拖拉机技术发展趋势[J]. 王东青,赵传扬. 拖拉机与农用运输车. 2019(05)
[2]国内外农用拖拉机先进技术研究及对比分析[J]. 白学峰,马立新,乔璐,鲁植雄,纪鸿波,常江雪. 中国农机化学报. 2019(09)
[3]拖拉机链式金属带功率分流无级变速箱换段品质分析（英文）[J]. 王光明,张晓辉,栗晓宇,范国强,张海军,孙睿. 农业工程学报. 2019(05)
[4]农业拖拉机关键技术发展现状与展望[J]. 谢斌,武仲斌,毛恩荣. 农业机械学报. 2018(08)
[5]拖拉机CVT技术的发展与思考[J]. 王建军. 拖拉机与农用运输车. 2017(01)
[6]拖拉机动力换挡变速器换挡特性与控制策略研究[J]. 席志强,周志立,张明柱,曹青梅. 农业机械学报. 2016(11)
[7]基于拖拉机整机效率最大化的液压机械无级变速规律[J]. 张明柱,王全胜,白东洋,尹玉鑫,郝晓阳. 农业工程学报. 2016(21)
[8]147～221kW国外拖拉机技术特点及发展趋势[J]. 王兴伟. 拖拉机与农用运输车. 2016(05)
[9]Fendt公司900 Vario系列改进型无级变速拖拉机[J]. 吴清分,岳文亮. 农业工程. 2016(05)
[10]Fendt公司800 Vario系列无级变速新拖拉机[J]. 吴清分. 拖拉机与农用运输车. 2016(01)
博士论文
[1]拖拉机液压机械无级变速箱的特性、控制与故障诊断研究[D]. 王光明.南京农业大学 2014
[2]拖拉机液压机械无级变速器特性研究[D]. 徐立友.西安理工大学 2007
硕士论文
[1]采棉机液压机械无级变速器设计及控制策略研究[D]. 王琦.石河子大学 2019
[2]大功率拖拉机2×2段式液压机械无级变速箱的设计及换段品质研究[D]. 太健健.山东农业大学 2017
[3]非道路车辆液压机械无级变速器换档过程动态特性研究[D]. 常亚磊.南京农业大学 2012
[4]工程车辆自动变速技术及电控系统研究[D]. 马书会.吉林大学 2007
本文编号：3514973
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