大功率拖拉机液压机械无级变速器传动设计与分析

摘要

拖拉机作业工况复杂，其变速器的工作条件远劣于普通车辆，尤其是大功率拖拉机，为了实现复杂工况下平稳的变速传动，通常增设较多挡位，但多挡位切换带来诸多不便，而液压机械无级变速在行驶平顺性、动力性、燃油经济性以及操作便利性都具有独特优势，特别适合在大功率拖拉机上应用。
　　在国外，液压机械无级变速器已经成功应用于多个品牌的拖拉机，而国内仍处于研究阶段，尚未出现成熟的市场产品。为了推进国产大功率拖拉机无级变速的发展，本文以KAT1804型拖拉机为研究对象，设计液压机械无级变速器，并进行试验与仿真分析，主要研究内容包括:
　　1、分析容积调速回路与行星齿轮机构的调速特性，根据拖拉机的动力参数和结构参数，将液压调速回路与机械调速机构有效结合，分别对行星排数量、行星排输入输出构件的布置、液压机械段位数量进行分析，提出了等差、等比传动方案;分析比较了两种方案的传动特性，从而确定了液压机械无级变速器采用等比传动方案。
　　2、基于遗传算法对变速器传动参数进行优化匹配，根据拖拉机相关参数、生产经验取值以及传动关系确定限制条件，采用实数编码方式、实值重组交叉与实值变异算法，多种选择机制进行参数优化，最终确定了液压机械无级变速器的转速、转矩以及液压功率分流比，并进行变量泵-定量马达的选取。
　　3、设计变速器结构，对双行星排中构件的结构与支承进行详尽设计，并采用弹性均载机构有效减少冲击。校核变速器中齿轮和传动轴的强度，并对湿式离合器进行选型设计。采用Creo软件建立了变速器的三维模型，对齿轮和离合器进行参数化建模，并完成了变速器的装配干涉检查。
　　4、对液压调速回路进行系统辨识试验，分别在变量泵正偏及反偏工作状态下，通过改变发动机转速获取相关试验数据。试验数据经滤波处理后，由Matlab系统辨识工具箱辨识得到系统模型。该模型准确度较高，可用于变速器的控制研究。
　　5、基于AMESim仿真软件建立液压机械无级变速器模型，包括发动机实验模型、液压调速回路模型、离合器模型、双排行星齿轮机构模型及后传动模型。对变速器模型进行仿真分析，验证了所设计变速器方案的可行性。
　　基于以上研究，本文设计了一款操纵方便、传动效率较高、能有效缓和动载荷的液压机械无级变速器，为后续该类型变速器的实际工况试验、驾驶舒适性及控制策略研究提供可靠的基础平台，对液压机械无级变速在国产大功率拖拉机的推广应用具有深远意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究目标与内容

第二章 大功率拖拉机无级变速器传动方案优化设计

2．1 拖拉机性能参数

2．2 调速特性分析

2．2．1 液压系统调速回路分析

2．2．2 行星齿轮机构速度特性分析

2．3 变速器方案分析与设计

2．3．1 行星排数量的确定

2．3．2 区段数量的选择

2．3．3 等差／等比方案分析

2．4 传动参数优化匹配

2．4．1 数学模型建立

2．4．2 遗传算法参数优化

2．4．3 传动参数确定

2．5 本章小结

第三章 变速器结构的设计计算

3．1 行星齿轮机构概述

3．2 双排行星齿轮机构设计

3．3 均载机构的设计

3．3．1 高精度

3．3．2 基本构件浮动机理

3．3．3 行星轮位置可调

3．3．4 弹性均载

3．4 其他关键零部件设计与校核

3．4．1 齿轮设计与校核

3．4．2 输出轴设计与校核

3．5 变速器参数化建模与干涉检查

3．5．1 参数化建模

3．5．2 全局干涉检查

3．6 本章小结

第四章 液压泵-马达系统辨识试验研究

4．1 液压调速系统辨识

4．2 调速系统辨析试验设计

4．3 试验步骤及结果分析

4．3．1 辨识试验步骤

4．3．2 试验结果处理与分析

4．4 本章小结

第五章 基于AMESim的无级变速器仿真

5．1 AMESim软件介绍

5．2 液压机械无级变速器模型建立

5．2．1 发动机模型的建立

5．2．2 容积调速回路模型

5．2．3 双排行星齿轮机构模型

5．2．4 离合器模型

5．2．5 分动箱与后桥模型

5．3 仿真分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 展望与建议

参考文献

致谢

硕士研究生期间参与科研项目与成果