拖拉機動力換擋變速箱試驗臺測控技術分析

安冬冬　路紅軍　姜義濤

摘 要 隨著社會的進步和國民經濟的發展，我國生產制造行業的發展得到了前所未有的進步，為人們日常的生產和生活提供了更多的方便?；诖?，結合工作經驗，利用數字化技術、智能化技術以及電功率技術等，對拖拉機動力的換擋變速箱工作的整個過程做出了模擬。模擬過程中的試驗臺主要利用到了搭積木的形式，能夠結合變速箱結構方面的具體要求進行隨意的組合，對共有資源加以充分的利用，繼而提升試驗臺的功能。驅動位置以及加載位置所形成的電功率閉環，在加載電動機的時候所形成的電能會回饋至電網當中，繼而形成非常良好的節能效果，形成電能的循環利用。

關鍵詞 拖拉機；動力換擋變速箱；試驗臺；自動控制

中圖分類號：S219 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.24.049

1 概述

動力換擋變速箱有著操作簡單、工作效率較高等特征，從20世紀50年代被應用在拖拉機中以來，歐美等很多大型拖拉機都應用了半動力換擋或者全動力換擋相關技術。而我國為了縮短與發達國家之間的差距，北汽福田、東風農機以及常發集團等拖拉機的制造企業逐漸開始對動力換擋變速箱進行了研制，而與其對應的試驗臺也成為了研究過程最為重要的部位。近年來，將動力換擋變速箱的試驗臺作為關鍵性技術，我國各大學和研究所逐步開始展開多個方面的研究。即使這樣，我國在大型拖拉機的動力換擋變速箱所需要利用的自動控制形式的試驗臺方面的研究還處于一個相對空白的階段，亟待廣大從業人員積極解決。

隨著我國農業和工業的高速發展，農業機械設備已經逐漸朝著更大規模，以及復式作業的形式發展。目前，機電一體化等高新控制技術已被廣泛地應用在拖拉機等產品的制造中，相對于一些發達國家，我國將機電一體化技術融合在拖拉機生產當中的技術研究還顯得不夠成熟，還沒有將拖拉機的動力換擋變速箱廣泛地應用在大功率形式的拖拉機生產中。而且我國在動力換擋變速箱方面的研究起步較晚，在實驗技術以及檢測設備等方面的研究還處于一定的空白階段，這樣的現實情況在一定程度上嚴重地影響了我國農業裝備產品的設計、研發以及農用機械產品可靠性檢驗等工作。

變速箱在拖拉機中屬于最為核心的部件，其性能將會直接影響到拖拉機最后生產完成所呈現的質量、安全性以及經濟性。我國拖拉機研究中心為了貼合我國目前在拖拉機產品方面的發展需求，在我國范圍之內首先開發出了147 kW形式的動力換擋變速箱，同時還自主研發出了能夠滿足于294 kW的動力換擋變速箱所需要應用的試驗臺[1]。這個試驗臺利用到了現代數字化技術、智能化技術以及電功率封閉技術等，對拖拉機在動力換擋變速箱工作整個的過程方面形成模擬，其中所呈現的測試參數以及測量的精度都能夠符合目前國際同等產品的要求。這個試驗臺在程序化控制以及數據采集等工作的全過程都能夠實現由單人操作，實現了人工成本的降低，同時也讓試驗所需時間大大縮減。

該試驗臺主要利用搭積木的形式進行任意的組合，對共有資源的增加試驗臺所具備的功能形成了充分的利用，這個試驗臺所對應的結構框圖如圖1所示。

2 控制部分

該試驗臺所應用的控制方式主要是依托于拖拉機TCU控制、計算機的自動控制、以及控制柜的手動控制方式，控制系統的結構圖如圖2所示。

2.1 驅動部分

該試驗臺的驅動部分主要是利用了四級變頻形式的調速電機，給被測試拖拉機的動力換擋變速箱供給動力，能夠實現在各種輸入轉速以及轉矩范圍的前提下，測定拖拉機動力換擋變速箱所具備的每一項功能。

2.2 負載部分

該試驗臺的負載部分主要是利用變頻交流形式的電動機進行加載，而負載吸收功率主要是利用發電的方法輸出，同時利用能量回饋裝置的作用而回饋給電網，給它供給試驗臺的負載。在交流變頻形式的驅動系統控制下，能夠穩定地工作于9.26～153.34 r/min的范圍之內實現任意的轉速[2]。利用針對加載電動機當中轉矩的控制，同時在這個轉速范圍之內應該施加上0～34 462 N·M（雙邊）的范圍之內隨意一個轉矩。

結合動力換擋形式拖拉機的實驗的需求，這個試驗臺需要在換擋的過程中始終維持動力以及負載不會被切斷，繼而在不同的區段之內對負載衡轉矩以及衡功率進行良好的控制。為了確保所加載轉矩的最大化，前后輪的加載需要利用到固定以及可變擋形式的升速箱，這樣就能夠滿足轉矩的具體要求，給衡轉矩以及衡功率的控制目標實現提供了便利。

2.3 變速箱手動擋換擋控制

在手動換擋控制方面，主要用到了滾珠式的絲桿層疊交叉來進行固定和安全的方法，同時融入減速機以及伺服電動機等設備，繼而讓換擋手柄在前后以及左右方向上的移動，形成良好的換擋。這個控制裝置所呈現的定位十分準確，在動態移動方面速度很快，而且程序控制以及運行方面顯得十分可靠，綜合指標要比氣動控制優質很多。

2.4 自動換擋控制

自動換擋形式的控制方法主要是利用計算機一級可編程形式的控制器，二者聯合來實現變速箱在自動換擋方面的功能?？删幊绦问降目刂破髂軌蜃詣訉崿F單位變換，而計算機則是形成了自動控制形式的荷載[3]。

2.5 控制數據庫

試驗臺控制數據庫當中主要包括各個機型以及各個檔位當中的換擋時間、轉矩的變化范圍、轉速的變化范圍以及各個離合器在壓力方面的變化過程等。這個數據庫主要是利用Microsoft Access構建而成，能夠隨時實現向動作控制器的傳入。

3 測量系統

動力換擋的測量系統需要測量在換擋過程中，變速箱當中各個離合器所呈現的壓力以及各個軸轉速所呈現的變化過程，還有所輸出轉矩形成的變化過程等。變速箱在換擋的過程當中藥實現全部參數的同時獲取。而為了卻波測量數據所具備的采樣速度，所構建的系統當中主要利用到了美國生產的數據采集機械設備（NICompactDAQ）。

軟件主要是將LabVIEW的虛擬儀器平臺作為基礎而進行開發的，其環境要求主要包括Windows XP以及Office2003，具備試驗數據庫的管理系統，它對應的平臺是Access數據庫。能夠完成針對輸入轉速、輸入轉矩、輸入功率、輪邊轉速等的動態測量，還有變速箱在系統壓力，以及離合器轉速以及壓力動態形式的測量，而且能夠完成對參數的測量，以及過渡過程中曲線的繪制[4-5]。這個試驗臺能夠切實完成動力換擋變速箱所具備基本功能的實驗、耐久性實驗、初始耐久試驗以及性能試驗等。

這個試驗臺已經在2016年12月投入到正式應用當中，試驗臺所具備的功能以及數據采集在精度方面能夠完全符合相關的要求，各個指標也都能夠達到相關的設計要求，工作過程顯得十分穩定。

4 結語

對拖拉機動態換擋變速箱的試驗臺的測控技術加以切實的研究具有非常重要的現實意義，能夠有效地推動我國農機制造行業的發展，繼而促進我國農業的發展進程。相關從業人員應積極探索，對國外的一些先進技術和理念加以借鑒，與我國農業和生產制造行業的發展情況相結合，繼而創建出一套符合我國國情的試驗臺測控體系，為我國各行業健康的發展提供良好的保障，為我國國民經濟長期保持高速的發展注入源源不斷的動力。

參考文獻

[1]朱思洪，朱永剛，朱星星，等.大型拖拉機動力換擋變速箱試驗臺[J].農業機械學報，2011，42（4）：13-16，38.

[2]席志強，周志立，張明柱.拖拉機動力換擋自動變速器經濟性換擋規律研究[J].機械傳動，2016，40（11）：144-150.

[3]高輝松，朱思洪，賀亮，等.拖拉機動力換擋變速箱和無級變速箱發展現狀與趨勢[J].機械傳動，2012，36（08）：119-123.

[4]郭曉博，周豫鴿，李靈敏，等.重型拖拉機動力換擋傳動系試驗臺的設計[J].中國農機化學報，2017，38（05）：58-62.

[5]席志強，周志立，張明柱，等拖拉機動力換擋變速器換擋特性與控制策略研究[J].農業機械學報，2016，47（11）：350-357.

（責任編輯：劉昀）endprint