孫傳東

摘 要：由于電動(dòng)拖拉機(jī)動(dòng)力不足的限制，導(dǎo)致電動(dòng)拖拉機(jī)不能在山區(qū)廣泛使用，影響其動(dòng)力不足的主要因素是爬坡度和牽引力。在電機(jī)參數(shù)固定的情況下，變速箱的制作工藝及大小受到限制，所以通過(guò)改變主減速器的傳動(dòng)比來(lái)改變電動(dòng)拖拉機(jī)爬坡度和牽引力。文章利用CRUISE軟件對(duì)電動(dòng)拖拉機(jī)進(jìn)行仿真，研究了主減速器傳動(dòng)比與爬坡度、牽引力的規(guī)律特性，提供了一種設(shè)計(jì)主減速器傳動(dòng)比的方法，以此來(lái)改善電動(dòng)拖拉機(jī)的爬坡度與牽引力。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)拖拉機(jī);傳動(dòng)比;爬坡度;牽引力

中圖分類(lèi)號(hào)：S24? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）22-57-03

Abstract： Due to the limited power of electric tractors， electric tractors can not be widely used in mountainous areas. The main factors affecting their power shortage are slope climbing and traction. In the case of fixed motor parameters， gearbox production process and size is limited， so by changing the transmission ratio of the main reducer to change the electric tractor climbing slope and traction. In this paper， CRUISE software is used to simulate the electric tractor， and the regular characteristics of the transmission ratio， climbing slope and traction of the main reducer are studied. A method of designing the transmission ratio of the main reducer is provided to improve the climbing slope and traction of the electric tractor.

Keywords： Electric tractor; Transmission ratio; Climbing slope; Traction

CLC NO.： S24? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-57-03

前言

隨著石油資源的日益匱乏，柴油拖拉機(jī)逐漸退出了歷史的舞臺(tái)，電動(dòng)拖拉機(jī)的使用引發(fā)了學(xué)者和設(shè)計(jì)者的廣泛的關(guān)注。為了解決電動(dòng)拖拉機(jī)存在的動(dòng)力不足問(wèn)題，仿真軟件的使用是必不可少的。李崧[1]通過(guò)CRUISE軟件搭建了輪式拖拉機(jī)仿真平臺(tái)，對(duì)拖拉機(jī)進(jìn)行性能研究;夏先文[2]利用CRUISE軟件搭建純電動(dòng)拖拉機(jī)模型，并對(duì)各個(gè)檔位下的最大牽引力及其工作速度進(jìn)行了分析。本文利用完整的電動(dòng)拖拉機(jī)數(shù)據(jù)，建立了電動(dòng)拖拉機(jī)的仿真模型，針對(duì)爬坡度和牽引力進(jìn)行了仿真分析，提供了一種設(shè)計(jì)主減速器傳動(dòng)比的方法，可對(duì)以后的電動(dòng)拖拉機(jī)的爬坡性能和牽引力性能分析及使用提供有力的借鑒。

1 構(gòu)建系統(tǒng)模型并建立物理及信號(hào)連接

本文構(gòu)建的電動(dòng)拖拉機(jī)模型共包含了17個(gè)模塊，由1個(gè)動(dòng)力電池組模塊，1個(gè)電機(jī)模塊，1個(gè)變速箱模塊，1個(gè)主減速器模塊，1個(gè)差速器模塊，4個(gè)制動(dòng)器模塊，4個(gè)輪胎模塊，1個(gè)駕駛員模塊，1個(gè)ASC模塊和1個(gè)顯示器模塊等組成。

利用CRUISE仿真軟件提供的模塊建立電動(dòng)拖拉機(jī)的仿真模型，電動(dòng)拖拉機(jī)模型如圖1所示。為了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，各個(gè)模塊的信號(hào)連接，嚴(yán)格按照能量輸入、輸出關(guān)系進(jìn)行總線數(shù)據(jù)連接和連接線連接，保證信號(hào)傳遞的正確性。其中駕駛艙、電池、電機(jī)對(duì)仿真至關(guān)重要，其信號(hào)連接如表1所示;制動(dòng)器、車(chē)輪模塊以及其他微小的零部件對(duì)仿真結(jié)果影響較小，這里不做展示。

2 設(shè)置各部件的參數(shù)

車(chē)輛整體模型的參數(shù)準(zhǔn)確的描述了整車(chē)的整體結(jié)構(gòu)形狀及其質(zhì)量，如整備質(zhì)量，軸距等，對(duì)于保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。這里僅對(duì)電動(dòng)拖拉機(jī)的重要部件的參數(shù)做詳細(xì)的介紹，如車(chē)輛整體模型的參數(shù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)、電池參數(shù)等，重要部件的參數(shù)如表2所示，電動(dòng)機(jī)外特性曲線設(shè)置如圖2[2]。制動(dòng)器、輪胎等元件對(duì)仿真結(jié)果影響較小，這里不再一一贅述。

3 電動(dòng)拖拉機(jī)爬坡度與牽引力的分析

利用CRUISE仿真軟件，能夠?qū)﹄妱?dòng)拖拉機(jī)的循環(huán)行駛工況、爬坡性能、穩(wěn)態(tài)行駛、最高車(chē)速、最大牽引力等一系列任務(wù)進(jìn)行仿真分析，本文重點(diǎn)對(duì)爬坡度和牽引力進(jìn)行了深度分析。

由圖3可知：

（1）小型電動(dòng)拖拉機(jī)的動(dòng)力性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求最高爬坡度大于等于20%。本例中i=1.058～3.058之間，最高爬坡度均大于20%，因此具有良好的爬坡性能。

（2）在主減速器不同傳動(dòng)比下，電動(dòng)拖拉機(jī)在速度較小時(shí)爬坡度基本保持不變，隨著速度增大爬坡度先急劇減小后逐漸趨近于零。因此在使用拖拉機(jī)時(shí)要適當(dāng)?shù)目刂扑俣?，例如i=3.058時(shí)，拖拉機(jī)的運(yùn)行速度應(yīng)大致保持在2km/h，此時(shí)爬坡度曲線還未開(kāi)始下降，既不會(huì)使電動(dòng)拖拉機(jī)速度過(guò)低，影響生產(chǎn)效率，又能保證電動(dòng)拖拉機(jī)的動(dòng)力性。

（3）爬坡度曲線圖與電機(jī)的外特性曲線圖的變化趨勢(shì)相似，體現(xiàn)了電機(jī)額定轉(zhuǎn)速前的恒轉(zhuǎn)矩的特性。

由圖4可知：

不同主減速器傳動(dòng)比下速度與牽引力的關(guān)系圖與速度與爬坡度的關(guān)系圖具有很高的相似性，爬坡度與牽引力隨速度變化的趨勢(shì)幾乎一致。

由表3可知，在電動(dòng)拖拉機(jī)等于3km/h速度下，爬坡度曲線與牽引力曲線隨主減速器的傳動(dòng)比的變化趨勢(shì)。在實(shí)際生活中，我們?yōu)榱诉m應(yīng)山區(qū)復(fù)雜的地理環(huán)境，我們需要選取合適的傳動(dòng)比來(lái)獲得高的爬坡度和牽引力。

一般小型電動(dòng)拖拉機(jī)的動(dòng)力性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求爬坡度大于等于20%，對(duì)于爬坡度來(lái)說(shuō)，主減速器傳動(dòng)比的左邊界為1.4;在傳動(dòng)比2.4～2.6之間，采用線性插值的方法進(jìn)行估算，主減速器傳動(dòng)比的右邊界為2.528;因此，合適的傳動(dòng)比大約為1.4～2.528。

小型電動(dòng)拖拉機(jī)的動(dòng)力性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求牽引力大于3800N，對(duì)于牽引力而言，在傳動(dòng)比1.8～2之間，采用線性插值的方法進(jìn)行估算，主減速器傳動(dòng)比的右邊界為1.945;在傳動(dòng)比2.4～2.6之間，采用線性插值的方法進(jìn)行估算，主減速器傳動(dòng)比的右邊界為2.446;因此合適的傳動(dòng)比大約為1.945～2.446。

另外我們還需要考慮到主減速器的大小受到機(jī)器本身限制，在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求所需的動(dòng)力性后，我們應(yīng)盡可能選取小的傳動(dòng)比來(lái)減小主減速器的體積。本例中的最佳傳動(dòng)比大約為1.945，既保證了較大的爬坡度和牽引力，又保證主減速器不占用過(guò)大的空間。

4 結(jié)語(yǔ)

在電動(dòng)拖拉機(jī)爬坡度大于等于20%，牽引力大于3800N，工作速度為3km/h的情況下，繪制同一速度下不同傳動(dòng)比與爬坡度的關(guān)系表和同一速度下不同傳動(dòng)比與牽引力的關(guān)系表，通過(guò)插值運(yùn)算的方式計(jì)算主減速器的傳動(dòng)比，提供了一種在一定生產(chǎn)條件下的主減速器傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)方法，為今后其他電動(dòng)拖拉機(jī)主減速器傳動(dòng)比的選擇提供了借鑒。

參考資料

[1] 李崧.LH1620輪式拖拉機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2011.

[2] 夏先文，純電動(dòng)拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[D].河南：河南科技大學(xué)， 2015.

[3] 魏吉.汽車(chē)新能源與節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2013，（08）：104.

[4] 梁延會(huì)，夏長(zhǎng)高.設(shè)施大棚履帶式電動(dòng)拖拉機(jī)動(dòng)力學(xué)性能分析[J].農(nóng)機(jī)化研究，2015，37（01）：55-58.

[5] 張鐵民，閆國(guó)琦，溫利利，廖懿華.我國(guó)電動(dòng)力農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，34（04）：236-240.

[6] 秦松.園藝電動(dòng)拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略研究[D].江蘇大學(xué)，2019.

[7] 呂欣.小型純電動(dòng)拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配與優(yōu)化[D].湖南科技大學(xué)，2017.