安冬冬　路紅軍　姜義濤

摘 要 隨著社會(huì)的進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國生產(chǎn)制造行業(yè)的發(fā)展得到了前所未有的進(jìn)步，為人們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活提供了更多的方便?；诖?，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，利用數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)以及電功率技術(shù)等，對(duì)拖拉機(jī)動(dòng)力的換擋變速箱工作的整個(gè)過程做出了模擬。模擬過程中的試驗(yàn)臺(tái)主要利用到了搭積木的形式，能夠結(jié)合變速箱結(jié)構(gòu)方面的具體要求進(jìn)行隨意的組合，對(duì)共有資源加以充分的利用，繼而提升試驗(yàn)臺(tái)的功能。驅(qū)動(dòng)位置以及加載位置所形成的電功率閉環(huán)，在加載電動(dòng)機(jī)的時(shí)候所形成的電能會(huì)回饋至電網(wǎng)當(dāng)中，繼而形成非常良好的節(jié)能效果，形成電能的循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞 拖拉機(jī)；動(dòng)力換擋變速箱；試驗(yàn)臺(tái)；自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：S219 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.24.049

1 概述

動(dòng)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(jì)50年代被應(yīng)用在拖拉機(jī)中以來，歐美等很多大型拖拉機(jī)都應(yīng)用了半動(dòng)力換擋或者全動(dòng)力換擋相關(guān)技術(shù)。而我國為了縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距，北汽福田、東風(fēng)農(nóng)機(jī)以及常發(fā)集團(tuán)等拖拉機(jī)的制造企業(yè)逐漸開始對(duì)動(dòng)力換擋變速箱進(jìn)行了研制，而與其對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)臺(tái)也成為了研究過程最為重要的部位。近年來，將動(dòng)力換擋變速箱的試驗(yàn)臺(tái)作為關(guān)鍵性技術(shù)，我國各大學(xué)和研究所逐步開始展開多個(gè)方面的研究。即使這樣，我國在大型拖拉機(jī)的動(dòng)力換擋變速箱所需要利用的自動(dòng)控制形式的試驗(yàn)臺(tái)方面的研究還處于一個(gè)相對(duì)空白的階段，亟待廣大從業(yè)人員積極解決。

隨著我國農(nóng)業(yè)和工業(yè)的高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備已經(jīng)逐漸朝著更大規(guī)模，以及復(fù)式作業(yè)的形式發(fā)展。目前，機(jī)電一體化等高新控制技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在拖拉機(jī)等產(chǎn)品的制造中，相對(duì)于一些發(fā)達(dá)國家，我國將機(jī)電一體化技術(shù)融合在拖拉機(jī)生產(chǎn)當(dāng)中的技術(shù)研究還顯得不夠成熟，還沒有將拖拉機(jī)的動(dòng)力換擋變速箱廣泛地應(yīng)用在大功率形式的拖拉機(jī)生產(chǎn)中。而且我國在動(dòng)力換擋變速箱方面的研究起步較晚，在實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及檢測(cè)設(shè)備等方面的研究還處于一定的空白階段，這樣的現(xiàn)實(shí)情況在一定程度上嚴(yán)重地影響了我國農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)以及農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品可靠性檢驗(yàn)等工作。

變速箱在拖拉機(jī)中屬于最為核心的部件，其性能將會(huì)直接影響到拖拉機(jī)最后生產(chǎn)完成所呈現(xiàn)的質(zhì)量、安全性以及經(jīng)濟(jì)性。我國拖拉機(jī)研究中心為了貼合我國目前在拖拉機(jī)產(chǎn)品方面的發(fā)展需求，在我國范圍之內(nèi)首先開發(fā)出了147 kW形式的動(dòng)力換擋變速箱，同時(shí)還自主研發(fā)出了能夠滿足于294 kW的動(dòng)力換擋變速箱所需要應(yīng)用的試驗(yàn)臺(tái)[1]。這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)利用到了現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)以及電功率封閉技術(shù)等，對(duì)拖拉機(jī)在動(dòng)力換擋變速箱工作整個(gè)的過程方面形成模擬，其中所呈現(xiàn)的測(cè)試參數(shù)以及測(cè)量的精度都能夠符合目前國際同等產(chǎn)品的要求。這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)在程序化控制以及數(shù)據(jù)采集等工作的全過程都能夠?qū)崿F(xiàn)由單人操作，實(shí)現(xiàn)了人工成本的降低，同時(shí)也讓試驗(yàn)所需時(shí)間大大縮減。

該試驗(yàn)臺(tái)主要利用搭積木的形式進(jìn)行任意的組合，對(duì)共有資源的增加試驗(yàn)臺(tái)所具備的功能形成了充分的利用，這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 控制部分

該試驗(yàn)臺(tái)所應(yīng)用的控制方式主要是依托于拖拉機(jī)TCU控制、計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制、以及控制柜的手動(dòng)控制方式，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.1 驅(qū)動(dòng)部分

該試驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)部分主要是利用了四級(jí)變頻形式的調(diào)速電機(jī)，給被測(cè)試拖拉機(jī)的動(dòng)力換擋變速箱供給動(dòng)力，能夠?qū)崿F(xiàn)在各種輸入轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩范圍的前提下，測(cè)定拖拉機(jī)動(dòng)力換擋變速箱所具備的每一項(xiàng)功能。

2.2 負(fù)載部分

該試驗(yàn)臺(tái)的負(fù)載部分主要是利用變頻交流形式的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行加載，而負(fù)載吸收功率主要是利用發(fā)電的方法輸出，同時(shí)利用能量回饋裝置的作用而回饋給電網(wǎng)，給它供給試驗(yàn)臺(tái)的負(fù)載。在交流變頻形式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制下，能夠穩(wěn)定地工作于9.26～153.34 r/min的范圍之內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意的轉(zhuǎn)速[2]。利用針對(duì)加載電動(dòng)機(jī)當(dāng)中轉(zhuǎn)矩的控制，同時(shí)在這個(gè)轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)應(yīng)該施加上0～34 462 N·M（雙邊）的范圍之內(nèi)隨意一個(gè)轉(zhuǎn)矩。

結(jié)合動(dòng)力換擋形式拖拉機(jī)的實(shí)驗(yàn)的需求，這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)需要在換擋的過程中始終維持動(dòng)力以及負(fù)載不會(huì)被切斷，繼而在不同的區(qū)段之內(nèi)對(duì)負(fù)載衡轉(zhuǎn)矩以及衡功率進(jìn)行良好的控制。為了確保所加載轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的具體要求，給衡轉(zhuǎn)矩以及衡功率的控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供了便利。

2.3 變速箱手動(dòng)擋換擋控制

在手動(dòng)換擋控制方面，主要用到了滾珠式的絲桿層疊交叉來進(jìn)行固定和安全的方法，同時(shí)融入減速機(jī)以及伺服電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，繼而讓換擋手柄在前后以及左右方向上的移動(dòng)，形成良好的換擋。這個(gè)控制裝置所呈現(xiàn)的定位十分準(zhǔn)確，在動(dòng)態(tài)移動(dòng)方面速度很快，而且程序控制以及運(yùn)行方面顯得十分可靠，綜合指標(biāo)要比氣動(dòng)控制優(yōu)質(zhì)很多。

2.4 自動(dòng)換擋控制

自動(dòng)換擋形式的控制方法主要是利用計(jì)算機(jī)一級(jí)可編程形式的控制器，二者聯(lián)合來實(shí)現(xiàn)變速箱在自動(dòng)換擋方面的功能?？删幊绦问降目刂破髂軌蜃詣?dòng)實(shí)現(xiàn)單位變換，而計(jì)算機(jī)則是形成了自動(dòng)控制形式的荷載[3]。

2.5 控制數(shù)據(jù)庫

試驗(yàn)臺(tái)控制數(shù)據(jù)庫當(dāng)中主要包括各個(gè)機(jī)型以及各個(gè)檔位當(dāng)中的換擋時(shí)間、轉(zhuǎn)矩的變化范圍、轉(zhuǎn)速的變化范圍以及各個(gè)離合器在壓力方面的變化過程等。這個(gè)數(shù)據(jù)庫主要是利用Microsoft Access構(gòu)建而成，能夠隨時(shí)實(shí)現(xiàn)向動(dòng)作控制器的傳入。

3 測(cè)量系統(tǒng)

動(dòng)力換擋的測(cè)量系統(tǒng)需要測(cè)量在換擋過程中，變速箱當(dāng)中各個(gè)離合器所呈現(xiàn)的壓力以及各個(gè)軸轉(zhuǎn)速所呈現(xiàn)的變化過程，還有所輸出轉(zhuǎn)矩形成的變化過程等。變速箱在換擋的過程當(dāng)中藥實(shí)現(xiàn)全部參數(shù)的同時(shí)獲取。而為了卻波測(cè)量數(shù)據(jù)所具備的采樣速度，所構(gòu)建的系統(tǒng)當(dāng)中主要利用到了美國生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集機(jī)械設(shè)備（NICompactDAQ）。

軟件主要是將LabVIEW的虛擬儀器平臺(tái)作為基礎(chǔ)而進(jìn)行開發(fā)的，其環(huán)境要求主要包括Windows XP以及Office2003，具備試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的管理系統(tǒng)，它對(duì)應(yīng)的平臺(tái)是Access數(shù)據(jù)庫。能夠完成針對(duì)輸入轉(zhuǎn)速、輸入轉(zhuǎn)矩、輸入功率、輪邊轉(zhuǎn)速等的動(dòng)態(tài)測(cè)量，還有變速箱在系統(tǒng)壓力，以及離合器轉(zhuǎn)速以及壓力動(dòng)態(tài)形式的測(cè)量，而且能夠完成對(duì)參數(shù)的測(cè)量，以及過渡過程中曲線的繪制[4-5]。這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)能夠切實(shí)完成動(dòng)力換擋變速箱所具備基本功能的實(shí)驗(yàn)、耐久性實(shí)驗(yàn)、初始耐久試驗(yàn)以及性能試驗(yàn)等。

這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)已經(jīng)在2016年12月投入到正式應(yīng)用當(dāng)中，試驗(yàn)臺(tái)所具備的功能以及數(shù)據(jù)采集在精度方面能夠完全符合相關(guān)的要求，各個(gè)指標(biāo)也都能夠達(dá)到相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，工作過程顯得十分穩(wěn)定。

4 結(jié)語

對(duì)拖拉機(jī)動(dòng)態(tài)換擋變速箱的試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控技術(shù)加以切實(shí)的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠有效地推動(dòng)我國農(nóng)機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展，繼而促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)積極探索，對(duì)國外的一些先進(jìn)技術(shù)和理念加以借鑒，與我國農(nóng)業(yè)和生產(chǎn)制造行業(yè)的發(fā)展情況相結(jié)合，繼而創(chuàng)建出一套符合我國國情的試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控體系，為我國各行業(yè)健康的發(fā)展提供良好的保障，為我國國民經(jīng)濟(jì)長期保持高速的發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：劉昀）endprint