增程式电动拖拉机控制策略与启动方法研究

电动拖拉机适宜小地块、温室大棚和丘陵山区,但其作业历程短、临时充电不方便,于是衍生了增程式电动拖拉机,即附加一个柴油机和发电机组成的增程器,及时延长拖拉机的作业时间。本文对增程式电动拖拉机的控制策略进行了研究,提出了电动机功率前向预测控制模型,从发动机启动控制策略的优化标定角度对増程器启动平顺性、启动成功率、能耗等特性进行了试验研究和分析,通过改进拖动目标转速、电动机驱动退出时刻等方法,确定了启动控制方法及最佳拖动转速（1000r/min）,提高了启动的平顺性和成功率,降低了启动能耗。     

增程式电动拖拉机研究进展

传统电动拖拉机存在续航里程低、难以满足大功率段作业需求等问题,增程式电动拖拉机是在传统电动拖拉机基础上增加一套附加动力驱动装置,较好地兼顾经济性与动力性需求,是未来电动拖拉机的主要发展方向之一。在综述增程式电动汽车动力系统研究、能量管理控制策略等主要技术基础上,重点阐述增程式电动拖拉机在动力系统设计、与传动系统的参数匹配与优化算法、转矩分配以及能量管理的研究等方面的研究进展,指出：精准化、智能化以及如何在电耗以及油耗间寻求一个更好的平衡点,提升电能利用率、降低油耗,是未来增程式电动拖拉机得以推广的关键以及主要发展方向;针对增程式电动拖拉机的建模应充分考虑到拖拉机的诸如运输、犁土、翻土、整地等不同的作业需要,未来可以在基于一定数据分析基础上,全面考虑实际作业需求,实施个性化、精准化建模与参数设计,提高准确性;在充分分析增程式电动拖拉机作业特性与能量需求的基础上,可开展适应增程电动拖拉机的电池及相关技术研发,提升续航里程。     

增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型研究

以双电机独立电驱动增程式电动拖拉机旋耕机组为对象,提出一种适用于旋耕作业的双输入变量后向建模方法,即在模型中将行驶速度和动力输出轴旋耕转矩作为输入量,设计了双电机独立驱动增程式电动拖拉机动力系统能量管理模型。针对旋耕作业特性,提出一种基于实测数据与经验公式相结合的设计方法,建立了旋耕工况周期模型。基于动态规划算法,分别对其进行旋耕作业仿真试验和台架试验,结果表明：仿真试验结果与台架试验结果吻合度较高,能量管理模型能够很好地描述增程式电动拖拉机在给定旋耕工况下各电机功率、发电机组功率和动力电池组荷电状态的变化情况,且仿真试验和台架试验中燃油消耗量分别为4 065.5 g和3 994.7 g,其相对误差为1.77%,验证了建立的增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型的合理性和准确性。     

微型电动拖拉机驱动系统设计

提出了以电动机作为动力的微型电动拖拉机驱动系统方案,在对微型电动拖拉机牵引作业和旋耕作业工况特性进行分析的基础上,给出了电动机所需功率的计算方法,选配了相应的电动机和调速装置;确定了传动系统的传动比,设计了传动系统机械结构;所设计的驱动系统依靠调节电动机的控制装置能实现微型电动拖拉机常用工作速度之间的无级变化。计算结果表明,所设计的电驱动传动系统能满足不同工况下的需求。     

为什么履带拖拉机离合器上设小制动器

我们知道，履带拖拉机行驶速度低，行走装置本身的行走阻力大，一旦离合器分离，切断发动机向传动部分的动力输出，拖拉机将很快减速、停车（平地行驶时）。此时，与整车相连的变速箱第二轴（变速箱的从动轴、动力的输出轴）及第二轴上的齿轮也随之停转。 但这时离合器的从动部分及其相连的传动轴联轴节，变速箱第一轴（变速箱的主动轴、动力的输入轴）和第一轴上的齿轮在惯性作用下仍在转动。 若踏下离合器踏板，在很短的时间内就换档，会因为变速箱第一轴上的齿轮在转动，第二轴上的齿轮不转，待啮合的齿轮之间存在着较大的线速度差，使挂…     

轮式拖拉机与履带拖拉机差异浅议

介绍了目前常见的履带拖拉机类型和全球履带拖拉机的产业分布,分析了双轨履带拖拉机和轮式拖拉机之间的差异,提出了未来履带拖拉机的发展方向。     

拖拉机半履带行走装置设计与试验

针对丘陵地区轮式拖拉机田间作业时爬坡能力差、作业效率不高的问题,研究开发了一种半履带拖拉机行走装置。该装置主要由行走支架、减速机构、履带驱动轮、导向轮、若干支重轮、橡胶履带以及张紧轮机构等部件组成,对有一定坡度的山地适应能力好、不易打滑。田间驱动性能试验表明:拖拉机前轮线速度和履带驱动轮的线速度相对误差控制在4%以内,符合动力机械田间作业性能要求。该履带行走装置的成功研制对推动丘陵山区农业机械化的发展有重要意义,也为其他企业或科研院校研制开发半履带拖拉机提供了参考。      

履带拖拉机行走系履带架和平衡梁的设计与有限元分析

通过理论分析计算完成了对履带架、平衡梁等履带拖拉机行走系主要部件的初步设计,并通过建模和ANSYS有限元分析,对履带架、平衡梁等行走系关键部件进行了刚度和强度验证,均满足了设计要求。     

半履带拖拉机的行走装置设计

提供一种能在湿地、水田等处充分发挥拖拉机牵引功率的半履带拖拉机行走装置。该装置采用无芯铁橡胶履带,双半圆连接式驱动轮,节齿驱动,三角布置,并配有张紧缓冲装置、限位装置和挡泥装置,具有履带行进高速、安全可靠、车身作业平稳等特点。     

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。     

纯电动拖拉机电驱动系统设计与试验

根据拖拉机工作特性与传动特性要求,设计了一种基于丘陵山区耕播工况下拖拉机电驱动系统,包括电驱动传动方案、驱动电机参数匹配、传动机构及动力输出机构特征参数设计等。在搭建的电驱动系统综合性能试验台上对该系统进行外特性、传动效率、噪声及可靠性测试。试验结果表明,该电驱动系统传动效率在72%~94%之间,且在1 000 r/min以内低速工况下,能够稳定输出扭矩;在1 000~3 000 r/min之间能稳定输出功率。满足拖拉机耕播工况和运输工况下的特性要求,验证了电驱动系统设计的合理性。     

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。     

基于随机载荷功率谱的电动拖拉机复合能量系统研究

拖拉机重载作业模式下负载峰值功率和高频功率存在较大随机性,单一电源方案无法有效匹配电动拖拉机负载特性。通过分析拖拉机工况负载势变量功率谱密度和电源放电特性,基于电动拖拉机通过主、辅电源对低、高频功率分流的观点,设计了采用DC-DC转换器并联超级电容器的18.5 k W电动拖拉机复合电源方案,计算了系统参数。以平衡峰值功率和高频载荷控制超级电容器功率流方向为目标,设计了基于逻辑门的双DC-DC模式控制策略。根据负载时频分析需求,构建了基于Haar小波的双通道滤波器组,设计了功率分配控制器。以标准正态分布白噪声为基波,构造拖拉机犁耕、旋耕载荷波动间的互谱函数,建立了负载模拟模块。采用CRUISE/Simulink API动态联合仿真得出:基于功率分配控制的能量管理策略能够将动力电池电功率抑制在载荷波动基频附近,犁耕作业和旋耕作业下其电功率的截止频率分别为2、7 Hz,幅值符合正偏态分布;超级电容器平衡高频载荷,其电功率符合标准正态分布。     

电动拖拉机CAN通信网络设计及硬件在环测试

针对由于电动拖拉机控制系统的改变,拖拉机传统布线难以满足各电子控制单元之间的信息共享等问题,以功率分汇流式电动拖拉机CAN通信系统设计为例,基于SAEJ1939协议设计了CAN通信网络系统。分析比较了4种拓扑结构的优缺点,采用高、低速CAN通信网络系统构建了整机CAN网络结构。基于SAEJ1939协议,结合电动拖拉机结构及其作业工况特点制定了整机CAN通信网络协议。基于d SPACE硬件在环仿真平台和CANoe软件进行了CAN通信网络硬件在环测试试验。结果表明:功率分汇流式电动拖拉机CAN通信网络系统报文发送接收正常,测试模拟过程中没有出现错误帧,通信效果良好,系统稳定可靠;通信网络理论负载率理论计算结果与测试结果基本一致,验证了CAN网络系统的实时性和可靠性。     

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。     

双电源电动拖拉机能量管理仿真研究

通过分析拖拉机各个作业工况下的能量需求,提出了一种以超级电容作为辅助电源的新型纯电动拖拉机结构及能量管理研究方案,阐述了电动拖拉机在典型作业工况下的能量流动方式,并对拖拉机关键部件参数进行了匹配;建立了双电源纯电动拖拉机模型,制定了复合电源能量管理模糊控制策略,对该复合电源拖拉机在各作业工况下的动力性能和作业时间进行评价。结果表明:采用复合电源后的电动拖拉机在加速性能、牵引力等方面得到了较大提升,在犁耕时减少了拖拉机动力电池大电流放电次数,一次充电作业时间也得到了一定提升。该研究可为电动拖拉机样机研发、动力参数匹配及动力总成匹配提供技术支持。     

电动拖拉机底盘多目标优化设计

针对目前电动拖拉机底盘布置研究相对较少的情况,基于现有的整机匹配结果进行了底盘布置设计,利用三维建模软件建立模型,输入质量参数,提取整机主要零部件重心位置参数,然后通过分析拖拉机牵引机组作业时的力学特性,建立相关数学模型。以电动拖拉机的牵引效率和整机质量作为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化。综合考虑了犁耕作业下拖拉机的稳定性要求、驱动力要求、载荷波动情况以及传动系和行走系零件寿命等影响因素,制定了算法运行的约束条件,建立了约束方程组。以电动拖拉机的使用重力、前后电池组的质心和整机质心为目标变量,推导出动力性和经济性最优的目标函数。通过ModeFRONTIER平台,采用NSGA-Ⅱ算法对电池分布式方案进行了多目标优化。两种不同耕深条件下的优化结果对比分析表明,按照本文方式优化布置后的电动拖拉机在耕深为180mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了14.3%,配重质量为25.3kg;耕深为240mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了10.3%,配重质量仅为4.4kg,说明在牵引工况下无需额外增加配重就能达到良好的牵引性能。与经验法相比,两种耕深条件下拖拉机的配重都小很多,说明基于传统拖拉机的配重经验法计算并不适用于电动拖拉机,同时也能说明,电动拖拉机因自身总质量超过同功率段传统拖拉机,可以通过合理设计底盘布置方案,在没有配重的情况下达到理想的牵引效率。优化后的电动拖拉机底盘布置方案,在作业工况下驱动轮滑转率小于特征滑转率,整机牵引效率明显提高。     

电池位置纵向可调的电动拖拉机设计与试验

针对传统燃油拖拉机作业不可再生资源消耗大、环境污染严重以及人工调节配重费时费力等问题,基于世超1YZS150型燃油拖拉机底盘设计了一种电池位置纵向可调的电动拖拉机.电动拖拉机主要由电池、驱动电机、电机控制器、速度仪表、急停开关、BMS仪表、V型皮带、加速踏板、换挡杆、底盘、电池位置纵向调节机构及充电/DC-DC一体机等...