祁亞蘭

摘 要：動力換擋技術(shù)是先進(jìn)拖拉機(jī)變速箱廣泛使用的關(guān)鍵技術(shù)，能夠有效解決傳統(tǒng)變速箱在換擋過程中動力中斷的問題，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)在牽引農(nóng)機(jī)具換擋過程中行駛速度的穩(wěn)定性，能夠有效保證農(nóng)機(jī)具作業(yè)的實(shí)際需求，通過對拖拉機(jī)動力換擋技術(shù)的發(fā)展過程及基本原理的介紹，說明了其關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施及常用解決方案。

關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)；變速箱；動力換擋；技術(shù)特點(diǎn)

中圖分類號：S219.03 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.007

拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著牽引農(nóng)機(jī)具和運(yùn)輸農(nóng)產(chǎn)品的重要作用，但拖拉機(jī)牽引農(nóng)機(jī)具進(jìn)行作業(yè)時，由于耕地、播種、收獲等不同作業(yè)要求，拖拉機(jī)的行駛方式受到了農(nóng)機(jī)具特點(diǎn)的制約。拖拉機(jī)的變速器是控制行駛速度和換擋邏輯的關(guān)鍵部件，變速器功能的合理性直接決定了農(nóng)機(jī)具的工作狀態(tài)和工作效率。傳統(tǒng)的換擋方式多通過滑動齒輪、嚙合套等方式實(shí)現(xiàn)，在換擋的過程中拖拉機(jī)的動力會出現(xiàn)短暫的中斷現(xiàn)象。此時若拖拉機(jī)負(fù)載較大或受阻力很大，就會使原有的行駛速度大幅降低甚至出現(xiàn)停車現(xiàn)象，不僅會因?yàn)閯恿Φ姆磸?fù)連接而影響工作效率，導(dǎo)致油耗增加，還容易引起重復(fù)播種或翻耕土壤不均勻等問題。隨著機(jī)械技術(shù)的不斷進(jìn)步，采用動力換擋的變速箱有效地解決了動力中斷的問題，顯著提高了作業(yè)質(zhì)量和效果，并降低了使用過程中的能源消耗。

1 動力換擋的發(fā)展過程

當(dāng)傳統(tǒng)機(jī)械式換擋難以滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對拖拉機(jī)的使用要求，動力換擋被開發(fā)并應(yīng)用于農(nóng)用拖拉機(jī)上，以達(dá)到優(yōu)化傳動過程和改善拖拉機(jī)牽引農(nóng)機(jī)具作業(yè)效果的作用。動力換擋的發(fā)展大體經(jīng)過了兩個階段：一是半動力換擋階段，采用的是手動和自動聯(lián)合的方式，其主要的變速過程通過液壓控制換擋離合器來實(shí)現(xiàn)，擋位能夠通過控制器按照預(yù)定好的規(guī)律實(shí)現(xiàn)自動換擋，但是對于換擋的操作仍需駕駛員手動進(jìn)行控制，盡管半動力換擋在一定程度上減輕了駕駛的駕駛負(fù)擔(dān)，但仍需要依靠駕駛員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，達(dá)不到全面的精確控制與傳動的優(yōu)化。經(jīng)過對動力換擋的不斷優(yōu)化與改進(jìn)，半動力換擋逐漸向全動力換擋轉(zhuǎn)變，在先進(jìn)的控制技術(shù)支持下，擋位變換完全實(shí)現(xiàn)了自動控制，給拖拉機(jī)的操作者帶來了極大的便利，并提高了拖拉機(jī)的作業(yè)效率。

2 動力換擋的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 基本原理介紹

動力換擋的要求就是要在拖拉機(jī)工作的過程中實(shí)現(xiàn)換擋時動力不中斷，通常是采用摩擦離合器做為換擋過程的執(zhí)行元件。在如圖所示的傳動系統(tǒng)中A為動力輸入端，B為動力輸出端，C為過渡傳動軸，采用動力換擋的變速器能夠通過電液壓操控機(jī)構(gòu)來控制不同位置的離合器的接觸和分離。假設(shè)換擋過程中圖中左側(cè)位置的傳動結(jié)構(gòu)處于結(jié)合狀態(tài)，而右側(cè)的位置處于斷開狀態(tài)，在進(jìn)行換擋的過程中，在右側(cè)動力結(jié)合與左側(cè)動力斷開過程中有一定的時間重合，這就在理論上實(shí)現(xiàn)了換擋過程的動力不中斷要求。動力換擋的主要的工作部件包括了具有動力換擋結(jié)構(gòu)的變速箱、電液控制系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)三大部分。其中液壓系統(tǒng)是為離合器提供分離結(jié)合動力的裝置，并能為變速箱提供強(qiáng)制的潤滑保障。電液控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的控制單元，能夠在滿足換擋要求的同時實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)數(shù)、扭距、壓力、溫度等數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

2.2 重點(diǎn)問題分析

2.2.1 動力換擋規(guī)律

由于越來越多的大型拖拉機(jī)采用了自動變速箱技術(shù)，換擋規(guī)律就成為了拖拉機(jī)性能的直接影響因素。換擋時機(jī)主要是拖拉機(jī)根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)、工作環(huán)境以及駕駛員的思想意圖來分析和判斷恰當(dāng)?shù)纳龘鹾徒祿鯐r機(jī)。由于拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理念跟普通車輛存在較大差距，且其工作環(huán)境復(fù)雜，影響因素較多，在牽引不同農(nóng)機(jī)工作的同時還要實(shí)現(xiàn)不同的行駛方式。因此，拖拉機(jī)的換擋規(guī)律與普通的機(jī)動車相比具有自身特點(diǎn)和實(shí)際需求，在對拖拉機(jī)換擋規(guī)律設(shè)計(jì)的過程中要考慮其參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不同農(nóng)機(jī)具的相關(guān)要求，避免出現(xiàn)換擋與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)律不符合的問題，并利用現(xiàn)代化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)和模糊控制技術(shù)等對拖拉機(jī)的換擋過程進(jìn)行優(yōu)化和修正，以保證駕駛過程中優(yōu)秀的控制效果。

2.2.2 動力換擋離合器的結(jié)合規(guī)律

相對于傳統(tǒng)的機(jī)械式換擋方式，動力換擋的過程更為柔合，能夠顯著降低傳動零件在換擋過程中的沖擊和磨損問題，但要進(jìn)一步提高換擋品質(zhì)，也還必須要使離合器的結(jié)合規(guī)律更加的科學(xué)合理。首先，離合器為滿足高效工作的要求，其對應(yīng)的分離和結(jié)合的過程必須要足夠快，這樣不僅能夠減少換擋過程中的動力損失，還能夠縮小滑動摩擦過多導(dǎo)致的零部件壽命縮短的問題。其次，為避免過大的沖擊和載荷，離合器的科學(xué)平穩(wěn)換擋能夠有效減少零件瞬時加速度過大的問題，保證換擋過程中的平穩(wěn)性。最后，離合器的換擋還要保證其功能的可靠性，盡量避免在使用壽命期限內(nèi)出現(xiàn)跳擋、脫擋或雙擋并行等故障問題。

2.2.3 動力換擋的控制技術(shù)要求

先進(jìn)的動力換擋采用了電液控制的方式來實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行電子化控制的過程中，自動換擋的穩(wěn)定性和可靠性是前提。因此，有效地實(shí)現(xiàn)電子控制過程中的抗干抗技術(shù)、故障診斷技術(shù)、錯誤修正技術(shù)是提高動力換擋設(shè)備科學(xué)化的基本要求。

3 關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施及解決過程

對于農(nóng)業(yè)機(jī)械變速箱的優(yōu)化與改良，無論是用哪種技術(shù)，其最終的目的都是優(yōu)化變速箱對駕駛意圖的合理化判斷，將原本復(fù)雜的操作過程盡力簡化，同時更加適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)要求。

3.1 電液控制技術(shù)的實(shí)施

電液控制技術(shù)主要用于提高變速箱換擋的便捷程度及實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)變速箱難以實(shí)現(xiàn)的功能。電液控制技術(shù)的實(shí)施能夠通過傳感器及電磁閥等電子設(shè)備提升傳動過程的智能化程度，并為拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)一些必須的功能，主要包括：（1）強(qiáng)制降擋功能。在拖拉機(jī)已掛入較高擋位行駛時，當(dāng)駕駛員深踩油門以希望獲得動力時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動降擋增加扭距的功能。（2）防滑功能。當(dāng)拖拉機(jī)在田間作業(yè)遇到泥濘路段時，容易出現(xiàn)輪胎打滑的問題，導(dǎo)致行進(jìn)困難。通過優(yōu)化拖拉機(jī)牽引力控制的方式，綜合調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)及擋位、離合器之間的配合關(guān)系，有利于更好的解決拖拉機(jī)在附著力較低情況下起步和加速的難題。（3）定速巡行功能，在生產(chǎn)力較好的大規(guī)模經(jīng)營地區(qū)，拖拉機(jī)作業(yè)時常需要以穩(wěn)定的速度行進(jìn)，以保證農(nóng)機(jī)作業(yè)的均勻和合理性，定速巡行功能能夠有效降低駕駛員在勻速行駛過程中的疲勞問題并減少農(nóng)機(jī)行駛過程中的燃油消耗。

通過電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對離合器擋位的切換，能夠有效提升換擋過程的流暢程度。例如，凱斯公司生產(chǎn)的拖拉機(jī)所使用的電子脈沖寬度調(diào)節(jié)換擋電磁閥，能夠通過控制器來控制自動換擋，有效優(yōu)化了換擋過程的合理性，延長了變速箱的使用壽命，電液系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)變速箱與拖拉機(jī)其它結(jié)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)共享。通過總線集成技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機(jī)各個設(shè)備之間的信息交換，并有利于對發(fā)動機(jī)換擋系統(tǒng)以及牽引農(nóng)機(jī)具進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，顯著提高拖拉機(jī)的故障歸避能力及可靠程度。

3.2 自動換擋技術(shù)的實(shí)施

為拖拉機(jī)而設(shè)計(jì)的自動變送器，換擋技術(shù)的好壞直接關(guān)系到拖拉機(jī)整體的適應(yīng)能力以及動力響應(yīng)速度和燃油經(jīng)濟(jì)性等問題。換擋的最關(guān)鍵技術(shù)在于換擋規(guī)律的設(shè)定，現(xiàn)階段所使用的農(nóng)用變速箱多是汽車自動變速箱演變而來，但是汽車變速箱所考慮的換擋時機(jī)的參數(shù)較少，由于拖拉機(jī)的復(fù)雜工況和載荷變化頻繁，原有換擋模型不能合理實(shí)施。只有通過現(xiàn)代化的手段，利用數(shù)學(xué)模型技術(shù)以及模糊控制技術(shù)，對于拖拉機(jī)的復(fù)雜情況、駕駛員意圖、車輛的行駛速度、油門踏板的位置變化程度等因素進(jìn)行綜合的方法構(gòu)建，并利用現(xiàn)代化的控制方法實(shí)現(xiàn)部分換擋控制的非線性轉(zhuǎn)換，利用對拖拉機(jī)具體工作過程的參數(shù)采集和環(huán)境影響的研究，使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中擋位更換更為合理。

進(jìn)口先進(jìn)拖拉機(jī)自動換擋的邏輯分為兩種模式，分別供拖拉機(jī)在田間作業(yè)和公路行駛使用。在田間作業(yè)的過程中，更多的使用動力控制模式，以滿足牽引農(nóng)機(jī)具過程中的動力輸出要求；在道路行駛時通常使用經(jīng)濟(jì)模式，在保證合理行駛速度的同時，盡可能降低燃油的使用量。由于使用電液方式進(jìn)行的動力換擋是通過液壓來實(shí)現(xiàn)離合器的分離和結(jié)合，因液壓傳動的迅速性，容易出現(xiàn)換擋過程沖擊較大、零部件磨損等問題。因此，先進(jìn)的拖拉機(jī)電液控制換擋技術(shù)會使用比例電磁閥來調(diào)整離合器結(jié)合時的液壓強(qiáng)度，并結(jié)合過載保護(hù)裝置減小換擋過程中的沖擊和動載荷，達(dá)到變速箱平穩(wěn)的要求，有效提高換擋的質(zhì)量。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段我國的大中馬力拖拉機(jī)保有量仍相對較低，對于動力換擋技術(shù)的普及程度也相對不足，這在一定程度上影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際作業(yè)過程與效率。但隨著自主農(nóng)機(jī)技術(shù)研究的不斷進(jìn)步，動力換擋及自動變速箱會越來越多的應(yīng)用于不同規(guī)格的拖拉機(jī)之上，顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和作業(yè)質(zhì)量。

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