高地隙电动拖拉机机驱动系统研究

我国是一个农业大国,农业在我国的国民经济中占了较大的比重,但是,我国在农业方面的技术与发达国家相比是落后的。要实现农业现代化,必须在农业机械化方面作出努力。农业机械已经成为我国现代农业发展的助推力,不仅可以极大节省农业成本,还能解放劳动生产力。本文所研究的高地隙电动拖拉机机便是农业机械的一种,基于高地隙电动拖拉机实际作业工况对电驱动系统的要求,设计一种基于直流电动机的驱动、采用行星轮系减速的高地隙电动拖拉机。     

电动拖拉机双电机耦合驱动系统传动特性研究

针对单电机驱动型式的电动拖拉机难以满足农田作业多工况的问题,提出了一种基于行星齿轮耦合的双电机驱动系统。根据电动拖拉机动力传动系统的结构方案,按多种作业类型对双电机耦合驱动系统的驱动模式进行分析。采用试验数据模型和理论模型相结合的方法,建立电动拖拉机驱动系统关键部件效率模型和整机纵向动力学模型,在此基础上搭建了电动拖拉机控制仿真试验模型。针对不同驱动模式设计了驱动系统综合控制策略,通过仿真试验得到两电机的功率分配规则。在搭建的传动性能试验平台上对双电机耦合驱动系统进行恒定负载试验和牵引性能试验。试验结果表明,两种试验条件下,主、副电机的功率分配比变化范围为1. 07～2. 73,恒定负载试验中,功率分配比为1. 88时系统效率最高,牵引性能试验时,功率分配比为1. 86时系统效率最高。双电机驱动系统能够跟随负载变化按照功率分配规则实现两电机的功率分配,满足作业负载的同时降低了功率损耗。     

增程式电动履带拖拉机设计与试验

针对缺乏适宜温室大棚作业的小功率电动拖拉机的问题,本文设计了一台10 kW增程式电动履带拖拉机,完成了工况分析、电驱系统设计和试验。针对行走、旋耕、开沟工况进行了性能测试,试验结果表明所设计的增程式电动拖拉机能够实现传统燃油履带式拖拉机所具备的功能。测试结果表明,速度4.8 km/h行走工况电动机消耗功率约为3.2 kW,速度2 km/h旋耕作业工况电机消耗功率约为3.75 kW,速度2 km/h开沟工况电机消耗功率约为3.3 kW。当前电池配置下,可以支持行走工作2.2 h,旋耕工作1.9 h和开沟工作2.1 h,纯电模式基本满足小规模温室大棚零排放作业需求。需要持续大负载工作时,增程式电动拖拉机可以启动增程器与电池协同供电以实现持续工作。     

电动拖拉机驱动系统设计与研究

基于25马力电动拖拉机设计其驱动系统,对电动拖拉机电气系统和机械系统的设计理论和计算方法深入研究,完成了对驱动电机、变速器、动力电池组的参数设计和选型。基于ADVISOR建立了电动拖拉机驱动系统仿真模型,对驱动系统的运输作业和犁耕作业两种工况进行了仿真。研究表明:整车动力性能和续航能力均满足作业需求。动力电池组一次充电后以5km/h进行犁耕作业最长约为6.7h,满足连续工作6h的性能要求,为驱动系统设计仿真出有效的设计参数。     

电动拖拉机综合台架试验系统设计与试验

电动拖拉机试验具有测试对象多和物理系统复杂的特点,单一试验系统不能满足电动拖拉机性能测试要求。根据电动拖拉机作业特点,通过分析其动力传动系统数学模型,确定了以电动机效率、电池组放电特性为测试变量的设计任务。采用模块化方法,设计了能源系统试验模块、动力系统试验模块和电动拖拉机综合试验系统整体方案。通过研究试验系统总体参数设计方法,得到了加载电动机、电池测试系统和直流电池模拟器等部件的参数计算模型。通过试验系统硬件选型匹配,设计了可满足90 k W以下电动拖拉机性能测试的试验系统。在该试验平台进行了电动拖拉机性能台架试验,结果表明:试验测试误差与前期仿真分析误差在10%以内,设计的综合台架试验系统对电动拖拉机部件性能测试的适用性较好,满足整机性能分析和标定的试验需求。     

拖拉机双向耦合电驱动系统设计与性能分析

针对双电机驱动电动拖拉机的多工况作业需求,提出了一种电动拖拉机双向耦合装置结构基本方案。在对行星齿轮机构传动理论研究的基础上,对提出的方案进行拓扑设计,推导各个方案的转速转矩关系式,通过分析其传动特性,优选出最终方案。对优选出的方案进行动力匹配、参数计算及参数化建模,得到双向耦合装置的三维模型。基于ADAMS搭建耦合装置的虚拟样机模型,对其进行运动学仿真分析,并试制样机进行装机试验。基于ANSYS Workbench建立耦合装置的有限元模型,通过模态分析,求得其前10阶振型以及相应的振型图。仿真和试验结果表明：设计的电动拖拉机双向耦合装置可实现功率的双向耦合流动,且响应速度快、动力传递平稳、无较大冲击;双向耦合装置的1阶固有频率为1 905.5 Hz,高于电动机激振频率带1 020～1 380 Hz,可避免产生共振,满足电动拖拉机多工况作业需求。     

电动拖拉机驱动转矩控制策略研究

针对电动拖拉机在田间作业时,作业工况复杂、作业阻力非线性等问题,选取拖拉机的典型工况—犁耕,提出了电动拖拉机作业时的转矩控制策略。整车的转矩控制策略将驾驶员的驾驶意图模式划分为3种,并建立了驱动模式模糊识别器。再根据识别结果制定了对应模式下的转矩控制策略。仿真结果表明:该控制策略能有效地识别驾驶员意图,提升了整车的动力性和经济性。     

双轮驱动电动拖拉机传动性能研究

提出了双轮驱动电动拖拉机的总体结构方案,从作业受力和牵引效率2个方面分析了电动拖拉机的牵引性能,并进行了传动部件的匹配分析。在此基础上搭建了电动拖拉机传动试验平台,分别进行了牵引性能、带载启动及运输工况等试验。试验结果表明,所设计的电动拖拉机牵引转矩达到1 800 N·m,可满足更大耕深作业。带载启动时,驱动转矩从700 N·m增至1 600 N·m,车速由0增至7 km/h,所用时间约为1.1 s。运输试验运输货物为1 710 kg时,速度达到6.5 km/h。     

大型拖拉机动力换挡变速箱试验台

根据拖拉机动力换挡变速箱试验要求,设计了大型拖拉机动力换挡变速箱试验台。设计了装夹装置、驱动装置、加载装置及其能量回馈系统,开发了电子控制单元和电子测量系统。试验结果表明：试验台功率大,达250kW;实现了能量闭环回馈,重载工况下的节能率高达80%;检测系统功能全,能检测驱动和加载电动机转矩、转速、液压系统压力和流量等16个信号。试验台运行平稳,达到设计要求。     

纯电动拖拉机动力系统设计及性能分析

针对传统燃油拖拉机油耗高、污染大、变速器结构复杂、底盘布置柔性化差等缺点,提出一种纯电动拖拉机动力系统传递方案。基于东方红—200P型拖拉机,通过理论计算对牵引电动机、变速器、动力电池组等主要部件完成选型,并在充分考虑滑转率影响下分析了选型后纯电动拖拉机作业性能。结果表明,所设计纯电动拖拉机能够实现犁耕、运输等多种作业工况,在整个驱动力范围内,滑转率控制在0.028~0.122之间,处于理想范围,犁耕作业速度在6km/h时的作业时间为5.7h,满足设计要求。     

拖拉机传动系加载磨合台测控技术研究

介绍拖拉机传动系加载磨合台的系统构成、软件设计、功能与创新之处。本磨合台采用电封闭结构,驱动电动机驱动被试传动系,被试传动系带动加载电动机,加载电动机产生的电能又返回驱动电动机,实现能量的循环利用。软件设计保证用户操作简单、稳定可靠。     

拖拉机传动装置的结构优化研究

为进一步提升农用拖拉机的传动性能,同时降低能耗损失,根据拖拉机作业工况特点及用途,在查阅国内外拖拉机传动装置特性研究与整机发展情况的基础上,通过分析我国常用拖拉机的结构组成及传动系统工作原理,将混合动力传动应用于核心传动装置,并对关键部件进行合理布局和计算选型;同时,植入智能控制系统,对变速、转向、步进等各作业状态进行监控与实时调整,达到传动装置工作的可视化目标。其中,CVT应用于连续、平稳更换挡位,实现了传动及时、控制精准性能要求。搭建了试验平台对牵引性能、能耗环保指标及安全性能综合测试,结果表明:各挡位的传动比较优化前数据提升19%左右,拖拉机整体工作效率得到有效提高,可为后续拖拉机其他核心部件优化与改进提供思路和参考。     

丘陵山地四轮驱动拖拉机驱动力主动分配系统研究

针对丘陵山地四轮驱动拖拉机在作业时车轮打滑而驱动力不足的状况,对丘陵山地拖拉机传动系统的关键部件行了优化设计。对丘陵山地拖拉机建立了动力学模型,并对丘陵山地拖拉机的轮间驱动力进行分析,提出了提高驱动效率最佳条件;设计了一种新型的驱动力分配装置对轴间驱动力重新进行分配,并对该装置的控制系统进行了设计和仿真。结果表明:该装置能明显改善打滑现象,提高驱动性能。     

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。     

拖拉机动力换挡变速箱试验台测控技术研究

采用数字化、智能化和电功率封闭技术模拟拖拉机动力换挡变速箱的全部工作过程。试验台采用搭积木形式,可根据变速箱结构不同任意组合,充分利用共有资源增加试验台的功能。驱动部分和加载部分组成电功率闭环,加载电动机将产生的电能回馈到电网,达到较好的节能效果,实现电能循环。     

液电混合驱动电铲提升系统能效特性研究

矿用电铲作业过程中,大质量的工作装置在提升和推压电机驱动下切入物料实现挖掘,在其卸料后下降时,工作装置的重力反驱提升电机发电,发出的电能通过制动电阻以热能形式消耗掉,造成能量浪费。本文提出液电混合驱动电铲提升系统,与提升电机同轴设置液压泵/马达,液压泵/马达的进出油口分别与蓄能器和油箱连接,通过蓄能器的预充压力平衡工作装置的重力。工作装置下降时,液压泵/马达将油箱中的低压油泵入蓄能器中,存储工作装置的重力势能;工作装置提升时,蓄能器释放高压油,液压泵/马达与提升电机共同驱动提升机构,达到降低电机装机功率和能耗的目的。分析了液电混合驱动的电铲提升机构驱动方案及其工作原理,搭建了原理性试验台,对液电混合提升驱动方案进行了验证,进一步建立了电铲整机机电液联合仿真模型,对液电混合电铲提升系统进行仿真分析。结果表明,本文方案可降低提升电机装机功率、峰值功率和能耗,适用于电动机驱动的重型提升装备。     

拖拉机电液耦合转向试验平台设计与硬件在环试验

针对电液耦合转向方案转向特性尚不明晰、转向数据采集和记录困难等问题,提出一种硬件在环拖拉机电液耦合转向试验平台设计方案。平台参数设计过程主要考虑功率损耗,为了满足电液耦合转向系统的性能要求,进行精度设计与量程设计。通过总体参数设计,得到电动助力、液压助力和阻力加载系统的参数计算模型,并基于AMESim建立电液耦合转向系统的控制与机械模型仿真进行了参数优化。通过基于dSPACE以及PXI的硬件在环控制方案,进行了各类转向工况试验验证,验证结果表明：阻力加载模拟系统能根据不同的地面条件、行驶工况等参数实现动态加载,响应速度和控制精度均能实现田间阻力模拟要求;电液助力转向系统能够产生较好的平滑助力,具有良好的转向路感;控制系统能与各传感器硬件协同配合,使拖拉机电液耦合转向试验平台具有良好的响应特性,能够真实还原拖拉机转向过程。