拖拉机室内台架试验技术现状与展望

作为拖拉机研发的重要验证手段，拖拉机室内台架试验可方便高效地为拖拉机模拟各种工况下的性能表现。首先探究动力总成控制技术、负载模拟技术、试验数据处理技术和试验结果评价技术4种拖拉机室内台架试验关键技术，结合试验技术的最新研究进展，对4种技术进行详细的阐述和分析。接着从动力总成控制算法、负载模拟算法、试验数据处理方法、试验结果评价指标体系4个方面对拖拉机室内台架试验技术进行讨论与展望。最后得出对动力总成算法进行优化、提高动态负载模拟精度、保持试验数据处理方法的前沿性、对试验结果综合客观评价是拖拉机室内台架试验技术的发展趋势，以期为我国拖拉机室内台架试验技术的发展提供参考。     

液压机械复合传动阶跃输入恒转速输出双前馈模糊PID控制

针对液压机械复合传动系统在阶跃转速输入时输出转速稳定性差、不易控制等问题,该文提出了一种基于液压子系统、机械子系统和液压机械复合传动系统的输入双前馈+模糊PID转速复合控制方法,以系统输出转速恒定为控制目标,将2个子系统转速扰动量折算到变量马达转速变化量,通过排量补偿调节实现对系统输出转速波动控制,最终实现输出转速恒定控制。仿真与试验结果表明:在系统不同初始输入转速基础上,施加特定的阶跃转速扰动,该控制方法具有良好的控制精度和鲁棒性,相比于传统PID控制方法,系统输出转速最大超调量平均降低39.8%,稳定调整时间平均缩短35.53%,系统输出转速平均稳态误差控制在±0.7%之间。该文所提出的双前馈+模糊PID转速复合控制方法,对液压机械复合传动系统阶跃输入扰动引起的输出波动具有抑制作用,控制效果明显,增强系统在非线性输入复杂工况下转速输出的稳定性,可为液压机械复合传动系统在农业机械领域的设计和应用提供参考。     

基于充油流量与曝气程度的拖拉机动力换向性能研究

围绕拖拉机动力换向离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素影响,液压油在加注及工作过程中易受空气污染,导致液压油空气含量增加的工程应用问题,探究了不同充油流量及曝气程度对动力换向性能的影响。以换向时间、冲击度、滑摩功和磨损量为评价指标对换向性能进行了评估,以期提高拖拉机动力换向品质、工作效率和传动系使用寿命。以东方红LF2204型拖拉机TX4A传动系为研究对象,建立了考虑充油流量和曝气程度的动力换向过程数学模型,基于ADAMS、Matlab/Simulink和AMESim平台分别建立了换向离合器机械模型、控制模型和液压模型,对拖拉机Ⅰ挡作业时前进挡切换为倒退挡的工况进行了仿真分析与台架试验验证。仿真结果表明：当液压油曝气程度为0.1%,充油流量分别为16、14 L/min时,与20 L/min流量相比,换向时间分别增长20%和43%,变速器最小输出转矩分别下降26%和52%,滑摩功分别上升33%和78%,最大冲击度分别下降11%和18%,最大磨损量分别上升24%和44%。当充油流量为20 L/min,曝气程度分别为1%和5%时,与0.1%曝气程度相比,换向时间分别增长26%和...     

基于多性能目标的拖拉机运输机组优化设计

拖拉机运输机组总体参数的设计目标多元,约束条件复杂,传统经验法和单目标优化法难以使机组综合性能达到最优。该文以机组动力性、牵引点受力情况、附着性能和经济性最优为目标设计了目标函数;通过分析拖拉机运输机组动力学模型,确定了优化参数;通过研究拖拉机运输机组使用性能,制定了约束模型;采用改进型非支配排序遗传算法,导出了拖拉机运输机组总体参数多目标优化算法。以东方红150拖拉机运输机组为实例,优化了原有拖拉机和挂车的重力参数、质心位置和变速器传动比。设计试验与已有单目标优化方案和原始机组对比,结果为:运输Ⅰ挡和运输Ⅱ挡下,最大爬坡度分别提高1.35%、1.68%和1.38%、0.57%;牵引点受力分别减少1 222、703和2 792、2 125 N;驱动轮最大滑转率更接近特征滑转率;燃油消耗量分别下降12.9%和15.8%;改善了机组动力性、牵引点受力、附着性能、经济性,可为拖拉机运输机组配重方案和总体参数设计提供参考。     

拖拉机串联式液力机械复合传动系统设计与试验

针对现有拖拉机变速器存在机械结构复杂、挡位数较多、模式切换繁琐等问题,提出了一种串联式液力机械复合传动方案(Series hydraulic and mechanical hybrid transmission,HMD)及其配套拖拉机总体设计方法,包括功能需求、传动路线设计、组件特性分析、性能参数计算、仿真模型搭建、作...     

基于庞特里亚金极小值原理的混合动力拖拉机节能控制

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象，分析其拓扑结构特点及工作特性，构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型，以整机等效燃油消耗量最小为目标，电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量，建立基于庞特里亚金极小值原理的节能控制策略，基于Matlab仿真平台对该节能控制策略进行仿真试验。结果表明：与基于最佳经济性曲线的节能控制策略相比，所制定的基于庞特里亚金极小值原理节能控制策略能够合理控制柴油机和电机的运行状态，使柴油机、电机工作在高效率区，有效降低了拖拉机田间作业时的等效燃油消耗量。旋耕工况下，等效燃油消耗量降低10.44%;犁耕工况下，等效燃油消耗量降低11.20%。     

基于VB.NET的负荷车通信系统设计与实现

在拖拉机牵引试验中,为了实现负荷车测试系统对试验进程的实时监视与控制,针对负荷车通信系统展开研究。提出了一种主机与基于Windows CE操作系统的监视器之间的无线通信方案。阐述了通信系统功能,主机与监视器通信的Modbus协议,并在VB.NET编程环境中使用Serial Port控件实现监视器串口通信软件的开发。通过搭建通信系统试验平台进行了试验验证,结果表明,通信系统运行稳定,实现了对数据的实时、准确的接收与发送,达到了试验操作人员对测试数据实时监视及对试验进程实时控制的目的。该研究为负荷车测控系统的设计与开发提供了参考。     

拖拉机AMT代码自动生成应用技术研究

针对拖拉机AMT(电控机械式自动变速箱)电控系统软件手工编程难度大、效率低、错误多等问题,基于Simulink/Embedded Coder提出了一种实现拖拉机AMT电控系统软件开发的方法。分析了拖拉机AMT自动换挡控制原理,利用Simulink工具箱建立了自动换挡控制算法模型,利用Embedded Coder工具箱搭建了以TMS320F28335浮点DSP(数字信号处理器)为处理器的拖拉机AMT控制系统模型,借助灵思创奇开发的仿真管理软件RT-SIM进行了快速控制原型半实物仿真,将自动生成的代码移植到目标板进行硬件在环半实物仿真。仿真结果表明,基于Simulink/Embedded Coder与RT-SIM开发的拖拉机AMT电控系统软件能够稳定运行,满足AMT系统的控制要求。     

基于多岛遗传算法的电动拖拉机分布式驱动系统优化设计与试验

针对分布式驱动电动拖拉机（Distributed drive electric tractor,DDET）牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法（Multi-island genetic algorithm,MIGA）的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工况,建立了拖拉机分布式驱动系统7自由度耦合动力学模型以及轮胎-土壤交互模型,完成了驱动系统关键部件参数设计和匹配选型。提出基于MIGA的前后轮边传动比参数优化策略,将轮边传动比作为决策变量,驱动系统能量损失最小为优化目标,驱动电机功率和转速为约束条件。搭建Matlab/Simulink-NI PXI联合仿真平台验证了参数优化策略的正确性和实时可执行性。结果表明,基于MIGA参数优化后的分布式驱动系统各方面性能得到了有效提升。犁耕循环工况下,拖拉机平均牵引力为10.610N,最大牵引功率为31.25kW;平均效率提升了0.38%,驱动电机能耗降低了7.53%。本研究可为分布式驱动电动拖拉机优化设计和系统控制提供理论基础和验证方法。     

拖拉机动力输出轴动态转矩载荷谱编制与验证

拖拉机动力输出轴(power take-off, PTO)室内台架耐久性试验中转矩加载主要以静态加载或静态逐级加载方式为主,这种加载方式输出的载荷与PTO实际作业中承受的载荷动态特性不同,导致试验中PTO的失效形式及测试寿命与实际作业中存在差异。针对此问题,该文对多工况下PTO动态转矩载荷谱编制方法进行研究,测取了沙土、黏土2种土壤类型下旋耕、驱动耙典型作业的PTO转矩,利用希尔伯特黄算法对转矩进行预处理,采用四点循环雨流计数法对转矩均幅值进行频次统计,利用散点矩阵统计方法分析4种作业工况均值、幅值相关性及均值、幅值分布类型。基于Miner法则及轴类20CrMnTi修正S-N曲线,在损伤概率50%、相对误差5%、置信水平95%的统计条件下,确定了转矩样本容量。利用时域外推方法对PTO转矩数据进行外推。以阈值区间内峰谷值均值差的方差为指标,检验了外推过程中选取的阈值造成峰谷值均值波动的可能性。对比外推1次后载荷时间历程与原始载荷时间历程变化趋势。在时域频次外推因子为240、转矩累计频次达到106、平均加权4类转矩时,得到PTO动态转矩载荷谱。利用编制的动态载荷谱,驱动拖拉机传动系动态加载试验台对PTO进行台架耐久性试验,试验结果显示,PTO发生失效的时长为642 h,失效形式为PTO轴头花键磨损,失效时间、失效形式与实际作业一致,验证了动态转矩载荷谱的有效性。