拖拉机动力换挡变速箱试验台测控技术分析

安冬冬　路红军　姜义涛

摘 要 随着社会的进步和国民经济的发展，我国生产制造行业的发展得到了前所未有的进步，为人们日常的生产和生活提供了更多的方便。基于此，结合工作经验，利用数字化技术、智能化技术以及电功率技术等，对拖拉机动力的换挡变速箱工作的整个过程做出了模拟。模拟过程中的试验台主要利用到了搭积木的形式，能够结合变速箱结构方面的具体要求进行随意的组合，对共有资源加以充分的利用，继而提升试验台的功能。驱动位置以及加载位置所形成的电功率闭环，在加载电动机的时候所形成的电能会回馈至电网当中，继而形成非常良好的节能效果，形成电能的循环利用。

关键词 拖拉机；动力换挡变速箱；试验台；自动控制

中图分类号：S219 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.24.049

1 概述

动力换挡变速箱有着操作简单、工作效率较高等特征，从20世纪50年代被应用在拖拉机中以来，欧美等很多大型拖拉机都应用了半动力换挡或者全动力换挡相关技术。而我国为了缩短与发达国家之间的差距，北汽福田、东风农机以及常发集团等拖拉机的制造企业逐渐开始对动力换挡变速箱进行了研制，而与其对应的试验台也成为了研究过程最为重要的部位。近年来，将动力换挡变速箱的试验台作为关键性技术，我国各大学和研究所逐步开始展开多个方面的研究。即使这样，我国在大型拖拉机的动力换挡变速箱所需要利用的自动控制形式的试验台方面的研究还处于一个相对空白的阶段，亟待广大从业人员积极解决。

随着我国农业和工业的高速发展，农业机械设备已经逐渐朝着更大规模，以及复式作业的形式发展。目前，机电一体化等高新控制技术已被广泛地应用在拖拉机等产品的制造中，相对于一些发达国家，我国将机电一体化技术融合在拖拉机生产当中的技术研究还显得不够成熟，还没有将拖拉机的动力换挡变速箱广泛地应用在大功率形式的拖拉机生产中。而且我国在动力换挡变速箱方面的研究起步较晚，在实验技术以及检测设备等方面的研究还处于一定的空白阶段，这样的现实情况在一定程度上严重地影响了我国农业装备产品的设计、研发以及农用机械产品可靠性检验等工作。

变速箱在拖拉机中属于最为核心的部件，其性能将会直接影响到拖拉机最后生产完成所呈现的质量、安全性以及经济性。我国拖拉机研究中心为了贴合我国目前在拖拉机产品方面的发展需求，在我国范围之内首先开发出了147 kW形式的动力换挡变速箱，同时还自主研发出了能够满足于294 kW的动力换挡变速箱所需要应用的试验台[1]。这个试验台利用到了现代数字化技术、智能化技术以及电功率封闭技术等，对拖拉机在动力换挡变速箱工作整个的过程方面形成模拟，其中所呈现的测试参数以及测量的精度都能够符合目前国际同等产品的要求。这个试验台在程序化控制以及数据采集等工作的全过程都能够实现由单人操作，实现了人工成本的降低，同时也让试验所需时间大大缩减。

该试验台主要利用搭积木的形式进行任意的组合，对共有资源的增加试验台所具备的功能形成了充分的利用，这个试验台所对应的结构框图如图1所示。

2 控制部分

该试验台所应用的控制方式主要是依托于拖拉机TCU控制、计算机的自动控制、以及控制柜的手动控制方式，控制系统的结构图如图2所示。

2.1 驱动部分

该试验台的驱动部分主要是利用了四级变频形式的调速电机，给被测试拖拉机的动力换挡变速箱供给动力，能够实现在各种输入转速以及转矩范围的前提下，测定拖拉机动力换挡变速箱所具备的每一项功能。

2.2 负载部分

该试验台的负载部分主要是利用变频交流形式的电动机进行加载，而负载吸收功率主要是利用发电的方法输出，同时利用能量回馈装置的作用而回馈给电网，给它供给试验台的负载。在交流变频形式的驱动系统控制下，能够稳定地工作于9.26～153.34 r/min的范围之内实现任意的转速[2]。利用针对加载电动机当中转矩的控制，同时在这个转速范围之内应该施加上0～34 462 N·M（双边）的范围之内随意一个转矩。

结合动力换挡形式拖拉机的实验的需求，这个试验台需要在换挡的过程中始终维持动力以及负载不会被切断，继而在不同的区段之内对负载衡转矩以及衡功率进行良好的控制。为了确保所加载转矩的最大化，前后轮的加载需要利用到固定以及可变挡形式的升速箱，这样就能够满足转矩的具体要求，给衡转矩以及衡功率的控制目标实现提供了便利。

2.3 变速箱手动挡换挡控制

在手动换挡控制方面，主要用到了滚珠式的丝杆层叠交叉来进行固定和安全的方法，同时融入减速机以及伺服电动机等设备，继而让换挡手柄在前后以及左右方向上的移动，形成良好的换挡。这个控制装置所呈现的定位十分准确，在动态移动方面速度很快，而且程序控制以及运行方面显得十分可靠，综合指标要比气动控制优质很多。

2.4 自动换挡控制

自动换挡形式的控制方法主要是利用计算机一级可编程形式的控制器，二者联合来实现变速箱在自动换挡方面的功能。可编程形式的控制器能够自动实现单位变换，而计算机则是形成了自动控制形式的荷载[3]。

2.5 控制数据库

试验台控制数据库当中主要包括各个机型以及各个档位当中的换挡时间、转矩的变化范围、转速的变化范围以及各个离合器在压力方面的变化过程等。这个数据库主要是利用Microsoft Access构建而成，能够随时实现向动作控制器的传入。

3 测量系统

动力换挡的测量系统需要测量在换挡过程中，变速箱当中各个离合器所呈现的压力以及各个轴转速所呈现的变化过程，还有所输出转矩形成的变化过程等。变速箱在换挡的过程当中药实现全部参数的同时获取。而为了却波测量数据所具备的采样速度，所构建的系统当中主要利用到了美国生产的数据采集机械设备（NICompactDAQ）。

软件主要是将LabVIEW的虚拟仪器平台作为基础而进行开发的，其环境要求主要包括Windows XP以及Office2003，具備试验数据库的管理系统，它对应的平台是Access数据库。能够完成针对输入转速、输入转矩、输入功率、轮边转速等的动态测量，还有变速箱在系统压力，以及离合器转速以及压力动态形式的测量，而且能够完成对参数的测量，以及过渡过程中曲线的绘制[4-5]。这个试验台能够切实完成动力换挡变速箱所具备基本功能的实验、耐久性实验、初始耐久试验以及性能试验等。

这个试验台已经在2016年12月投入到正式应用当中，试验台所具备的功能以及数据采集在精度方面能够完全符合相关的要求，各个指标也都能够达到相关的设计要求，工作过程显得十分稳定。

4 结语

对拖拉机动态换挡变速箱的试验台的测控技术加以切实的研究具有非常重要的现实意义，能够有效地推动我国农机制造行业的发展，继而促进我国农业的发展进程。相关从业人员应积极探索，对国外的一些先进技术和理念加以借鉴，与我国农业和生产制造行业的发展情况相结合，继而创建出一套符合我国国情的试验台测控体系，为我国各行业健康的发展提供良好的保障，为我国国民经济长期保持高速的发展注入源源不断的动力。

参考文献

[1]朱思洪，朱永刚，朱星星，等.大型拖拉机动力换挡变速箱试验台[J].农业机械学报，2011，42（4）：13-16，38.

[2]席志强，周志立，张明柱.拖拉机动力换挡自动变速器经济性换挡规律研究[J].机械传动，2016，40（11）：144-150.

[3]高辉松，朱思洪，贺亮，等.拖拉机动力换挡变速箱和无级变速箱发展现状与趋势[J].机械传动，2012，36（08）：119-123.

[4]郭晓博，周豫鸽，李灵敏，等.重型拖拉机动力换挡传动系试验台的设计[J].中国农机化学报，2017，38（05）：58-62.

[5]席志强，周志立，张明柱，等拖拉机动力换挡变速器换挡特性与控制策略研究[J].农业机械学报，2016，47（11）：350-357.

（责任编辑：刘昀）endprint