拖拉机自动变速器技术

1、内容提纲内容提纲车辆变速器概述车辆变速器概述一一拖拉机自动变速器开发背景拖拉机自动变速器开发背景二二液压机械无级变速器液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)三三动力换挡自动变速器动力换挡自动变速器(PST)(PST)四四自动变速器性能比较自动变速器性能比较五五一、车辆变速器概述一、车辆变速器概述PfPq发动机发动机变速器变速器中央中央传动 MqPTlvvlMeneMbnbrqnqfNq转速转矩车速驱动力发动机车辆动力需求场动力供应场p车辆变速传动原理车辆变速传动原理 一、车辆变速器概述一、车辆变速器概述转速转矩车速驱动力发动机车辆PfPq发动机发动机变速器变速器中央中央传动 MqPTl

2、vvlMeneMbnbrqnqfNqp车辆变速传动原理车辆变速传动原理 一、车辆变速器概述一、车辆变速器概述转速转矩车速驱动力发动机车辆PfPq发动机发动机变速器变速器中央中央传动 MqPTlvvlMeneMbnbrqnqfNqp车辆变速传动原理车辆变速传动原理 一、车辆变速器概述一、车辆变速器概述有级变速器有级变速器无级变速器无级变速器变速器变速器动力换挡自动变速器（动力换挡自动变速器（PSTPST）液力机械式自动变速器（液力机械式自动变速器（ATAT）电控机械式自动变速器（电控机械式自动变速器（AMTAMT）机械式机械式流体式流体式电动式电动式纯液压无级变速器（纯液压无级变速器（HSTHS

3、T）液压机械无级变速器（液压机械无级变速器（HMCVTHMCVT）带传动式带传动式牵引传动式牵引传动式电传动式无级变速器电传动式无级变速器胶带式无级变速器胶带式无级变速器金属带式无级变速器（金属带式无级变速器（CVTCVT）链式无级变速器链式无级变速器曲面式无级变速器曲面式无级变速器圆锥式无级变速器圆锥式无级变速器双离合器自动变速器（双离合器自动变速器（DCTDCT）手动换挡变速器（手动换挡变速器（MTMT）有级传动效率高，不易操作，匹配难；有级传动效率高，不易操作，匹配难；无级传动效率低，易操作，匹配易。无级传动效率低，易操作，匹配易。 p变速器类型及特点变速器类型及特点 p当前的国内环境是

4、农机发展难得的机遇期当前的国内环境是农机发展难得的机遇期土地流转后的农业集约化生产，提高粮食产量，需要先进的大功率高性能拖拉机，但目前只有引进产品农机购置补贴激发高性能拖拉机市场国务院最近制定的10大行业调整振兴规划，第七领域强调发展高性能、大功率、节约环保拖拉机等耕作机械二、拖拉机自动变速器开发背景二、拖拉机自动变速器开发背景p拖拉机年销量及平均功率逐年增大拖拉机年销量及平均功率逐年增大20122012年拖拉机年销量近年拖拉机年销量近3535万台万台p进口大马力拖拉机存在的一系列问题使得国内用户呼唤国产进口大马力拖拉机存在的一系列问题使得国内用户呼唤国产大马力拖拉机大马力拖拉机p引领行业技术

5、进步，占领行业技术制高点引领行业技术进步，占领行业技术制高点p打破进口产品对市场的独占，为公司创造经济效益打破进口产品对市场的独占，为公司创造经济效益电液控制差速锁、电液控制差速锁、分动箱、动力输出分动箱、动力输出离合器技术离合器技术大传动比末端传动大传动比末端传动技术技术电控多挡动力换档电控多挡动力换档自动变速器技术自动变速器技术大转向角前驱动桥大转向角前驱动桥技术技术电控低排放非道路电控低排放非道路柴油机技术柴油机技术电控悬挂及负荷传电控悬挂及负荷传感液压系统技术感液压系统技术覆盖件功能性开发覆盖件功能性开发驾驶室的减振降噪技术驾驶室的减振降噪技术内环境人机工程和人性内环境人机工程和人性化

6、设计化设计高速拖拉机前桥悬高速拖拉机前桥悬架技术架技术p大功率拖拉机核心部件技术大功率拖拉机核心部件技术二、拖拉机自动变速器开发背景二、拖拉机自动变速器开发背景p大功率拖拉机核心控制技术大功率拖拉机核心控制技术二、拖拉机自动变速器开发背景二、拖拉机自动变速器开发背景p拖拉机变速器换挡技术拖拉机变速器换挡技术二、拖拉机自动变速器开发背景二、拖拉机自动变速器开发背景滑动齿轮、啮合套、同步器、负载换挡滑动齿轮、啮合套、同步器、负载换挡( (动力换挡动力换挡) )啮合套换挡啮合套换挡是从动轴上的齿轮和主动轴上的空套齿轮经常处于是从动轴上的齿轮和主动轴上的空套齿轮经常处于啮合状态，移动主动轴花键上的啮合

7、套，使空套齿轮与主动轴连啮合状态，移动主动轴花键上的啮合套，使空套齿轮与主动轴连接。接。滑动齿轮换挡滑动齿轮换挡是主动齿轮在驱动轴上滑动，使其与从动齿轮相是主动齿轮在驱动轴上滑动，使其与从动齿轮相啮合。啮合。同步器换挡同步器换挡变速器采用摩擦原理，使相啮合的齿轮的圆周速度变速器采用摩擦原理，使相啮合的齿轮的圆周速度迅速地相等后再挂挡，其换挡平顺，减少了齿轮啮合时的互相撞迅速地相等后再挂挡，其换挡平顺，减少了齿轮啮合时的互相撞击，延长了齿轮的使用寿命。目前，击，延长了齿轮的使用寿命。目前，多数拖拉机仍采用该变速器。多数拖拉机仍采用该变速器。以上三种变速器换挡以上三种变速器换挡时会产生动力中断，机

8、组速度减低，工时会产生动力中断，机组速度减低，工作效率降低。因此，换挡时动力不中断的动力换挡变速器正日作效率降低。因此，换挡时动力不中断的动力换挡变速器正日益受到人们的青睐。益受到人们的青睐。p手动变速器手动变速器是目前拖拉机的主要变速器形式是目前拖拉机的主要变速器形式优点：优点：效率高，成本低，结构简单，性能可靠，应用广泛。效率高，成本低，结构简单，性能可靠，应用广泛。缺点：缺点：换挡动力中断，最佳换挡时机难把握；驾驶水平对拖拉机燃换挡动力中断，最佳换挡时机难把握；驾驶水平对拖拉机燃料经济性、动力性、乘坐舒适性影响大；频繁换挡，驾驶员易疲劳，料经济性、动力性、乘坐舒适性影响大；频繁换挡，驾驶

9、员易疲劳，影响行驶安全；驾驶员不能很好关注作业，影响作业质量和生产率。影响行驶安全；驾驶员不能很好关注作业，影响作业质量和生产率。发展：发展：开发开发动力换挡自动变速器动力换挡自动变速器(PST)、液压机械无级变速器、液压机械无级变速器(CVT)，克服手动变速器的不足，是拖拉机变速器的主要发展方向。，克服手动变速器的不足，是拖拉机变速器的主要发展方向。自动手动二、拖拉机自动变速器开发背景二、拖拉机自动变速器开发背景o大功率自动变速器大功率自动变速器是目前拖拉机的主要发展方向是目前拖拉机的主要发展方向组成：组成：齿轮式变速器、换挡执行元件、传感器、电子控制系齿轮式变速器、换挡执行元件、传感器、电

10、子控制系统。统。 二、拖拉机自动变速器开发背景二、拖拉机自动变速器开发背景o 自动变速器自动变速器(HMCVT、PST)的优点的优点自动换挡，换挡平稳，动力不中断，拖拉机负载能力强。自动换挡，换挡平稳，动力不中断，拖拉机负载能力强。实现多挡变速，大功率拖拉机挡位多（实现多挡变速，大功率拖拉机挡位多（12+8挡挡)。根据最佳换挡规律换挡，提高拖拉机的燃料经济性、动力性、根据最佳换挡规律换挡，提高拖拉机的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性。乘坐舒适性。驾驶员关注作业，提高作业质量和生产率。驾驶员关注作业，提高作业质量和生产率。减轻驾驶员劳动强度，保证安全行驶。减轻驾驶员劳动强度，保证安全行驶。时间车速

11、牵引力时间车速牵引力换挡换挡手动换挡自动换挡二、拖拉机自动变速器开发背景二、拖拉机自动变速器开发背景1.1.液压机械无级变速传动理论液压机械无级变速传动理论 三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)p液压机械无级变速传动液压机械无级变速传动 Hydro-mechanical continuously variable transmission ( HMCVT ) 机械变速机构机械变速机构分流机构分流机构行星排汇流机构行星排汇流机构动力动力输出输出动力动力输入输入由机械变速机构、泵由机械变速机构、泵- -马达液压无级变速系统、动力分流和汇流行星马达液压无级变速系统

12、、动力分流和汇流行星齿轮机构、电子控制装置及驱动系统等构成。齿轮机构、电子控制装置及驱动系统等构成。机械传动机械传动高效率高效率，液压传动与机械传动的结合实现，液压传动与机械传动的结合实现无级变速无级变速。国外：国外：道依兹道依兹法尔法尔、芬德、约翰、芬德、约翰迪尔、卡特比勒、小松等公司，在迪尔、卡特比勒、小松等公司，在其其拖拉机、工程机械等大功率车辆上得到应用。拖拉机、工程机械等大功率车辆上得到应用。国内：国内：河南科技大学、河南科技大学、中国一拖联合开发了中国一拖联合开发了拖拖拉机拉机用用HMCVTHMCVT。 1.1.液压机械无级变速传动理论液压机械无级变速传动理论 p传动基本原理及形式

13、传动基本原理及形式 基本原理：基本原理：通过调节液压传动系统中液压元件排量比通过调节液压传动系统中液压元件排量比e，改变传动，改变传动系统输出转速系统输出转速nb，使其，使其连续无级变化。连续无级变化。enb-1+1IIIIII0传动形式：传动形式：输出分流式，输入分流式输出分流式，输入分流式输出分流式输出分流式IOPM123DID123OPM输入分流式输入分流式三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)1.1.液压机械无级变速传动理论液压机械无级变速传动理论 p液压传动系统类型及特性液压传动系统类型及特性 液压传动系统类型：液压传动系统类型：变量泵变量泵- -定

14、量马达（定量马达（PV-MFPV-MF）、定量泵）、定量泵- -变量马变量马达（达（PF-MVPF-MV）、变量泵）、变量泵- -变量马达（变量马达（PV-MVPV-MV）。）。液压传动系统特性：液压传动系统特性：速比特性、转矩特性、效率特性。速比特性、转矩特性、效率特性。p液压机械传动特性液压机械传动特性 传动方案分析传动方案分析：1212种传动方案（种传动方案（单行星排单行星排）。）。各种方案的调速特性、转矩特性、效率特性等特性分析。各种方案的调速特性、转矩特性、效率特性等特性分析。结论：结论：单行星排变速范围有限，很难满足车辆传动的需要；汇流单行星排变速范围有限，很难满足车辆传动的需要；

15、汇流排组可扩大变速范围；排组可扩大变速范围；多段液压机械传动多段液压机械传动实现原理。实现原理。三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)2.HMCVT2.HMCVT传动方案设计及参数优化传动方案设计及参数优化 发动机0nbn3i2ie7i5i6i4i1isrcd1C2C4C3C8C5C7C6Cp传动方案设计传动方案设计 传动方案传动方案离合器接合状态离合器接合状态三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)2.HMCVT2.HMCVT传动方案设计及参数优化传动方案设计及参数优化 p系统参数优化系统参数优化 优化目标：优化目标：以获得较

16、高传动系统效率为目标，采用各段液压功以获得较高传动系统效率为目标，采用各段液压功率分流比、变速范围构造加权优化目标函数。率分流比、变速范围构造加权优化目标函数。决策变量：决策变量：选择主要传动和结构参数为决策变量（选择主要传动和结构参数为决策变量（i，e，k）约束条件：约束条件：拖拉机作业速度、传动功率、发动机特性、多档变拖拉机作业速度、传动功率、发动机特性、多档变速器传动比和结构参数速器传动比和结构参数优化算法优化算法：遗传算法，枚举算法：遗传算法，枚举算法优化出变速器结构设计的主要参数值（决策变量值）优化出变速器结构设计的主要参数值（决策变量值）三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器

17、(HMCVT)(HMCVT)3.HMCVT3.HMCVT特性分析特性分析 变量泵与定量马达排量比 e拖拉机速度 v / kmh-1-HM3-M1M2M3-HM2-H1H1HM2HM3HM4HM5HM6变速器速比 ib无级调速特性无级调速特性 拖拉机速度 v / kmh-1转矩比 Mbmax / MMmaxlq转矩特性转矩特性三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)3.HMCVT3.HMCVT特性分析特性分析 效率特性效率特性液压功率分流比液压功率分流比三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)3.HMCVT3.HMCVT特性分析特性

18、分析 有级多挡拖拉机牵引特性有级多挡拖拉机牵引特性无级变速拖拉机牵引特性无级变速拖拉机牵引特性三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)4.4.无级变速传动系统匹配理论无级变速传动系统匹配理论 p作业模式分析作业模式分析 根据不同的作业项目，将拖拉机的作业模式分为三种：重负荷根据不同的作业项目，将拖拉机的作业模式分为三种：重负荷模式（模式（100%100%全功率）、中度负荷模式（约全功率）、中度负荷模式（约85%85%全功率）和轻负荷全功率）和轻负荷模式（约模式（约70%70%全功率）。全功率）。p匹配评价指标匹配评价指标 动力性评价指标：牵引功率利用率动力性评价

19、指标：牵引功率利用率经济性评价指标：比油耗损失率经济性评价指标：比油耗损失率三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)4.4.无级变速传动系统匹配理论无级变速传动系统匹配理论 p匹配方法匹配方法 发动机与无级变速传动系统匹配图发动机与无级变速传动系统匹配图三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)5.5.无级变速和换段规律无级变速和换段规律 p 无级变速和换段规律是HMCVT实现的核心问题。p 影响因素 人（驾驶员）、机（拖拉机机组）、环境（土壤路面） 理想变速规律：人-机-环境协同控制p 无级变速和换段规律无级变速和换段规律牵引功率

20、最大的无级变速和换段规律 燃油经济性最佳的无级变速和换段规律 p HMCVT传动拖拉机机组系统建模和控制仿真传动拖拉机机组系统建模和控制仿真 牛顿动力学方法、键合图方法三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)p 牵引功率最大无级变速和换段规律的工程实现控制参数：调速位置、发动机转速、实际传动比拖拉机牵引功率大、牵引效率高、无循环换段现象 三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)o 燃油经济性最佳无级变速和换段规律的工程实现控制参数：目标车速、发动机转速、齿条位移、实际传动比、滑转率 在主要牵引力范围内，传动效率大于0.95，表明在

21、协同控制下，能充分发挥HMCVT无级变速和高效传动的优势 。 滑转率作为控制参数，保证实际行驶速度与指令速度一致。 三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)6.6.控制系统开发控制系统开发 p 液压控制系统 变量泵-定量马达闭式传动液压控制 换挡离合器液压控制p 控制系统硬件控制系统硬件p 工作模式及工作模式及TCUTCU控制软件控制软件 工作模式工作模式自动无级变速模式自动无级变速模式手动无级变速模式手动无级变速模式顺序换档模式顺序换档模式穿梭换档模式穿梭换档模式编程换档模式编程换档模式调整模式调整模式发动机启动模式发动机启动模式拖拉机起动模式拖拉机起动模式准

22、停模式准停模式制动模式制动模式应急模式应急模式控制器设定模式控制器设定模式最高生产率模式最高生产率模式最佳经济性模式最佳经济性模式三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)7.7.总图及部件图设计总图及部件图设计 p对变速器总图、零部件图进行设计，并应用工程软件进行工程分对变速器总图、零部件图进行设计，并应用工程软件进行工程分析（强度、刚度、结构）。析（强度、刚度、结构）。三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)7.7.总图及部件图设计总图及部件图设计 p对变速器总图、零部件图进行设计，并应用工程软件进行工程分对变速器总图、零部件图

23、进行设计，并应用工程软件进行工程分析（强度、刚度、结构）。析（强度、刚度、结构）。三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)8.HMCVT8.HMCVT样机样机 三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)9.9.自动变速控制系统自动变速控制系统 p控制系统组成框图控制系统组成框图三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)p控制系统组成特点控制系统组成特点三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)自动换档控制系统出现故障时，驾驶员可以通过机械换档手柄置自动换档控制系统出现故障时

24、，驾驶员可以通过机械换档手柄置位一固定的前进或后退档位一固定的前进或后退档车辆停车断电后自动变速器自动置于空档位置车辆停车断电后自动变速器自动置于空档位置控制台接收驾驶员操作设定，显示变速器相关状态控制台接收驾驶员操作设定，显示变速器相关状态车辆行走速度由驾驶员车辆行走速度由驾驶员通过油门调节手柄设定通过油门调节手柄设定车辆起步由驾驶员通过车辆起步由驾驶员通过踩踏主离合器完成踩踏主离合器完成p控制系统组成特点控制系统组成特点三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)控制器的输入信号控制器的输入信号调速齿条位置：调速齿条位置：反映发反映发动机功率大小和驾驶员驾动机功

25、率大小和驾驶员驾驶速度意图驶速度意图发动机转速：发动机转速：反映发动机工作状态和输出转矩反映发动机工作状态和输出转矩变速器输入轴转速变速器输入轴转速( (主离合器输出转速主离合器输出转速) )：反映主离合器状态和变反映主离合器状态和变速器输入速度速器输入速度变速器输出轴转速：变速器输出轴转速：反映变速器输输出轴转速和拖拉机行驶速度反映变速器输输出轴转速和拖拉机行驶速度液压马达转速：液压马达转速：反映变量泵马达系统调速特性反映变量泵马达系统调速特性变量泵斜盘倾角：变量泵斜盘倾角：反映变量泵工作状态和换档要求反映变量泵工作状态和换档要求行星齿轮汇流排齿圈、行星架转速：行星齿轮汇流排齿圈、行星架转速

26、：确定换档时刻确定换档时刻p控制系统组成特点控制系统组成特点三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)控制器的输出信号控制器的输出信号变量泵电液比例调速控制信号：变量泵电液比例调速控制信号：调节变量泵斜盘倾角调节变量泵斜盘倾角换档电磁阀开关动作信号：换档电磁阀开关动作信号：执行换挡动作执行换挡动作p控制系统工作原理控制系统工作原理三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)变速器计算机控制系统变速器计算机控制系统(TCU)(TCU)采集发动机油门位置和输出转采集发动机油门位置和输出转速大小信号速大小信号根据发动机输出特性，确定发动机的输

27、出功率、输出转矩和根据发动机输出特性，确定发动机的输出功率、输出转矩和工作点工作点依据驾驶员的设定，控制器内置的调速和换档策略，自动连依据驾驶员的设定，控制器内置的调速和换档策略，自动连续改变变速器的传动比续改变变速器的传动比从而改变行车速度和发动机的负载大小从而改变行车速度和发动机的负载大小保证发动机工作在最佳动力性或最佳燃油消耗率状态保证发动机工作在最佳动力性或最佳燃油消耗率状态p各种工作状态时的工作原理各种工作状态时的工作原理三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)发动机点火发动机点火因为断电时电磁阀复位，换档油缸泄荷，在弹簧力作用下油因为断电时电磁阀复位

28、，换档油缸泄荷，在弹簧力作用下油缸回位，换挡离合器分离，变速器处于空档位置。缸回位，换挡离合器分离，变速器处于空档位置。虽然主离合器处于接合状态，驾驶员可以点火发动车辆，并虽然主离合器处于接合状态，驾驶员可以点火发动车辆，并使发动机稳定在怠速状态。同时变速器控制用液压油泵工作，使发动机稳定在怠速状态。同时变速器控制用液压油泵工作，建立工作油压。建立工作油压。点火前，档位模式手柄应置于空档位置，接通变速器控制器点火前，档位模式手柄应置于空档位置，接通变速器控制器电源（电源（12V12V电瓶供电），控制器复位，驾驶员可设定变速器工电瓶供电），控制器复位，驾驶员可设定变速器工作模式。作模式。p各种工

29、作状态时的工作原理各种工作状态时的工作原理三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)拖拉机起步拖拉机起步驾驶员首先踏下主离合器，驾驶员首先踏下主离合器，TCUTCU根据主离合器输入和输出速根据主离合器输入和输出速度的变化度的变化( (或主离合器的位置或主离合器的位置) )，自动控制变速器挂接，自动控制变速器挂接I I档。档。驾驶员根据工况和经验逐渐接合主离合器，拖拉机以驾驶员根据工况和经验逐渐接合主离合器，拖拉机以I I档最档最低速起步。低速起步。当主离合器完全接合后，变速器根据油门和发动机速度自动当主离合器完全接合后，变速器根据油门和发动机速度自动变速，使发动机

30、趋向最佳工作点。变速，使发动机趋向最佳工作点。p各种工作状态时的工作原理各种工作状态时的工作原理三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)高速行驶：高速行驶：在行驶速度达到驾驶员设定最高速时，在行驶速度达到驾驶员设定最高速时，TCUTCU在保在保证发动机工作在最佳工作点设定区间范围内的同时，将液压分证发动机工作在最佳工作点设定区间范围内的同时，将液压分流功率调定在流功率调定在0 0值附近，使变速器工作在纯机械工作状态，以值附近，使变速器工作在纯机械工作状态，以提高传动效率。提高传动效率。驻车：驻车：驾驶员无论在何档位和速度状态下，当踩下主离合器驾驶员无论在何档位和

31、速度状态下，当踩下主离合器踏板使主离合器分离时，变速器自动换到最低档，当驾驶员设踏板使主离合器分离时，变速器自动换到最低档，当驾驶员设定驻车开关时，变速器自动脱档。定驻车开关时，变速器自动脱档。停车熄火：停车熄火：TCUTCU断电，电磁阀复位，油缸在弹簧力作用下回断电，电磁阀复位，油缸在弹簧力作用下回退，各档位离合器脱开。退，各档位离合器脱开。p各种工作状态时的工作原理各种工作状态时的工作原理三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)手动换档工作：手动换档工作：正常工作时驾驶员可在控制台上设定手动工正常工作时驾驶员可在控制台上设定手动工作状态和相应档位。当主离合器

32、分离时，换档自动完成。驾驶作状态和相应档位。当主离合器分离时，换档自动完成。驾驶员慢速接合主离合器使车辆平稳起步。员慢速接合主离合器使车辆平稳起步。变速器变速器TCUTCU故障时：故障时：首先分离主离合器，然后利用换档手柄首先分离主离合器，然后利用换档手柄置前进置前进I I档或后退档或后退I I档，拖拉机可低速行驶。驾驶员慢速接合主档，拖拉机可低速行驶。驾驶员慢速接合主离合器使车辆平稳起步行走。离合器使车辆平稳起步行走。p液压机械无级变速器变速规律和换段规律液压机械无级变速器变速规律和换段规律p液压机械无级变速器控制理论与技术液压机械无级变速器控制理论与技术p换挡离合器设计理论与工程实现技术换

33、挡离合器设计理论与工程实现技术10.10.关键技术关键技术 p满足农业拖拉机总体要求的满足农业拖拉机总体要求的HMCVTHMCVT设计理论与技术设计理论与技术p液压机械无级变速传动系统匹配理论和技术液压机械无级变速传动系统匹配理论和技术三、液压机械无级变速器三、液压机械无级变速器(HMCVT)(HMCVT)p动力换挡技术动力换挡技术 四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)动力换挡变速器动力换挡变速器( (即负载换挡、或功率流不中断换挡即负载换挡、或功率流不中断换挡) )，能，能够在拖拉机带负载工作时不切断动力而换挡，从而提高工作够在拖拉机带负载工作时不切断动力而换挡，

34、从而提高工作效率，操作轻便。效率，操作轻便。动力换挡过程动力换挡过程空挡：空挡：换挡离合器换挡离合器X X和和Y Y均分离均分离低挡：低挡：换挡离合器换挡离合器X X接合，接合，Y Y分离分离高挡：高挡：换挡离合器换挡离合器Y Y接合，接合，X X分离分离为了保证换挡时动力不中断，参与为了保证换挡时动力不中断，参与换挡的换挡的1 1对离合器应有部分转矩重叠，对离合器应有部分转矩重叠，由由换挡离合器接合规律换挡离合器接合规律实现。实现。p动力换挡离合器工作原理动力换挡离合器工作原理 四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)1.1.旋转密封环旋转密封环 2.2.驱动齿轮驱动

35、齿轮 3.3.静密封圈静密封圈 4.4.快速排油阀快速排油阀 5.5.离合器外鼓离合器外鼓 6.6.往复密封圈往复密封圈 7.7.活塞活塞 8.8.钢片钢片 9.9.摩擦片摩擦片10.10.回位弹簧回位弹簧 11.11.压盘压盘 12.12.回位弹簧支承盖回位弹簧支承盖 13.13.离合器内鼓离合器内鼓( (传动齿轮传动齿轮) 14.) 14.液压油缸液压油缸 15.15.电磁换档阀电磁换档阀 16.16.溢流阀溢流阀17.17.液压油箱液压油箱 18.18.粗滤器粗滤器 19.19.油油泵泵 20.20.精滤器精滤器 21.21.旁通阀旁通阀 22.22.减压阀减压阀 23.23.散热器散热

36、器 24.24.压力调节阀压力调节阀 p基本组成基本组成 四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)旱地旱地( (水田旱犁耕水田旱犁耕) ) 犁耕、耙耕犁耕、耙耕510驱动耙驱动耙 35水田犁耕、耙耕水田犁耕、耙耕46驱动耙驱动耙 35凿式犁深松凿式犁深松58 旋耕旋耕25动力输出动力输出播种播种610 移栽移栽1.55.5动力输出动力输出中耕中耕( (行间中耕行间中耕/ /全面中耕全面中耕) )59/ /1518全面中耕指用转锄式中耕机全面中耕指用转锄式中耕机谷物收获谷物收获38水稻收获水稻收获 23牧草收获牧草收获316动力输出动力输出块茎作物收获块茎作物收获37动力

37、输出动力输出肥料撒播肥料撒播2.515 田间运输田间运输512 道路运输道路运输830 装载装载3.58 推土推土24 旋转开沟旋转开沟0.10.4动力输出动力输出拖拉机作业速度范围拖拉机作业速度范围四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)p多挡位特点多挡位特点 四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)p多挡位特点多挡位特点 某拖拉机部分牵引功率特性某拖拉机部分牵引功率特性o研究现状与趋势研究现状与趋势国外：国外：20世纪世纪70年代开始研究应用，主要变速器制造公司都年代开始研究应用，主要变速器制造公司都开发了系列产品。在大功率拖拉机、联合收割机

38、、工程机械开发了系列产品。在大功率拖拉机、联合收割机、工程机械等上应用。等上应用。ZF的的7100、7200、7300等机型，均为全等机型，均为全动力换挡动力换挡；约翰；约翰迪尔的迪尔的1654、1854、2204、2504、2854等机型，均等机型，均为全动力换挡；凯斯纽荷兰的为全动力换挡；凯斯纽荷兰的T1404、1504、1804、2104等机型，有全动力也有部分动力换挡；爱科集团的等机型，有全动力也有部分动力换挡；爱科集团的T171、T151、T2104等机型，全动力部分动力都有；另等机型，全动力部分动力都有；另外，卡特彼勒、芬德、菲亚特、小松等国际大外，卡特彼勒、芬德、菲亚特、小松等国

39、际大公司公司均有均有。四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)o研究现状与趋势研究现状与趋势国内：国内：中国一拖中国一拖与与AVL公司合作开发公司合作开发LA2004型部分动力换挡变型部分动力换挡变速器速器(40+40挡挡)，已小批量生产已小批量生产。通过部级推广鉴定检测的机型有：通过部级推广鉴定检测的机型有：中国一拖的中国一拖的2204、2404、2804、3804；福田雷沃重工的；福田雷沃重工的1804、2104、2304、2654；山拖农装的五征山拖农装的五征1804、2004；山东亿嘉现代农机的；山东亿嘉现代农机的1604；约；约翰迪尔翰迪尔(哈尔滨哈尔滨)的的

40、1654、1854；爱科大庆农机的维美德；爱科大庆农机的维美德2104；凯斯纽荷兰凯斯纽荷兰(哈尔滨哈尔滨)1654等机型。等机型。入选国家支持推广农机产品目录的机型有：入选国家支持推广农机产品目录的机型有：中国一拖的中国一拖的2804、3804；福田雷沃重工的；福田雷沃重工的1804、2104、2304、2654。开展科研攻关和样机研制的有：开展科研攻关和样机研制的有：中国一拖、福田雷沃重工、山东常中国一拖、福田雷沃重工、山东常林、五征集团、常州东风、奇瑞重工、江苏联凯农业装备、江苏常林、五征集团、常州东风、奇瑞重工、江苏联凯农业装备、江苏常发农业装备等企业。发农业装备等企业。四、动力换挡自

41、动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)o基本原理基本原理驾驶员选择操作模式，并踩踏油门，由电子控制单元（驾驶员选择操作模式，并踩踏油门，由电子控制单元（TCU）提取驾驶员意图、测量拖拉机运行状态参数，按控制系统中提取驾驶员意图、测量拖拉机运行状态参数，按控制系统中存储的最佳换挡规律求得最佳挡位，通过换挡执行机构自动存储的最佳换挡规律求得最佳挡位，通过换挡执行机构自动控制完成换挡过程。控制完成换挡过程。变速器控制器发动机行走系统负载地面换挡规律驾驶员o传动方案设计传动方案设计四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(

42、PST)(PST)目标方案目标方案实际方案实际方案备注备注变速器档数变速器档数40F/40R40F/40R（带爬行档）（带爬行档）24F/24R24F/24R（不带爬行档）（不带爬行档）40F/40R40F/40R（带爬行档）（带爬行档）24F/24R24F/24R（不带爬行档）（不带爬行档）变速器结构变速器结构4 4档动力换档档动力换档+6+6档同步器区档同步器区段换档段换档+ +动力换向动力换向4 4档动力换档档动力换档+6+6档同步器档同步器区段换档区段换档+ +动力换向动力换向区段档数区段档数6 66 6换向器换向器动力换向动力换向动力换向动力换向动力换档档数动力换档档数4 44 4换

43、档模式换档模式平顺换档平顺换档平顺换档平顺换档主副换档杆数量主副换档杆数量1 11 1直接档速度范围：直接档速度范围：3 350km/h50km/hF:2.992F:2.99248.989km/h48.989km/hR:2.743R:2.74344.905km/h44.905km/h爬行档（选装）速爬行档（选装）速度度0.3km/h0.3km/hF:0.317F:0.3172.559km/h2.559km/hR:0.291R:0.2912.346km/h2.346km/h5 512km/h12km/h范围内范围内档数档数6 67 77 7四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(

44、PST)主要技术参数主要技术参数四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)主要车速参数（不带爬行挡）主要车速参数（不带爬行挡）四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)主要车速参数（爬行挡）主要车速参数（爬行挡）四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)传动系结构图（部分）传动系结构图（部分）四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)换挡规律是核心，控制系统是保障换挡规律是核心，控制系统是保障换换挡挡规律规律是指根据驾驶员意图和拖拉机运行工况是指根据驾驶员意图和拖拉机运行工况确定确定变速器应变速器应处的处的

45、挡挡位，也是位，也是挡挡位随控制参数变化的规律，即换位随控制参数变化的规律，即换挡挡时刻与控时刻与控制参数之间的关系。换制参数之间的关系。换挡挡规律直接影响拖拉机的动力性和经济规律直接影响拖拉机的动力性和经济性。性。变速器控制器发动机行走系统负载地面换挡规律驾驶员o换挡规律换挡规律四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)o换挡规律换挡规律 =1% =1% =5% =5% 最佳动力性三参数换挡规律曲线最佳动力性三参数换挡规律曲线四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)o换挡规律换挡规律- -挡动力性换挡曲面挡动力性换挡曲面 - - 挡动力性换挡曲面挡动力性换挡曲面- -挡动力性换挡曲面挡动力性换挡曲面- -挡动力性换挡曲面挡动力性换挡曲面四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)o换挡规律换挡规律-挡经济性换挡曲面挡经济性换挡曲面-挡经济性换挡曲面挡经济性换挡曲面-挡经济性换挡曲面挡经济性换挡曲面-挡经济性换挡曲面挡经济性换挡曲面四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速器(PST)(PST)o离合器接合规律离合器接合规律拖拉机起步过程离合器控制策略拖拉机起步过程离合器控制策略0246810-6-303624681012油门开度油门开度变化率驾驶意图四、动力换挡自动变速器四、动力换挡自动变速