大功率輪式拖拉機(jī)自動(dòng)換擋控制裝置

陳曉強(qiáng)

一、技術(shù)背景

隨著輪式拖拉機(jī)功率的不斷提高，農(nóng)機(jī)具工作幅寬和拖拉機(jī)田間作業(yè)速度都有了大幅度提高，加上聯(lián)合整地機(jī)的大量使用，都對(duì)拖拉機(jī)的操縱提出了更高的要求。為了獲得拖拉機(jī)作業(yè)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的最佳匹配，要求拖拉機(jī)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和負(fù)載的變化，自動(dòng)選擇擋位。目前國(guó)外先進(jìn)的大功率輪式拖拉機(jī)都普遍采用電子控制的自動(dòng)換擋技術(shù)，如卡特彼勒公司的Challenger E系列、迪爾公司的8000系列、凱斯公司的Quadtrac、芬特公司的900系列等。

目前國(guó)內(nèi)開發(fā)的大功率輪式拖拉機(jī)，多采用主離合器加機(jī)械換擋變速箱和濕式主離合器加動(dòng)力換擋變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)形式，以上均為機(jī)械雙桿操控。其特點(diǎn)表現(xiàn)為承載大，擋位多，速比范圍寬。在一些復(fù)雜多變的作業(yè)工況下，駕駛員極易造成誤換擋，降低拖拉機(jī)行駛的安全性。駕駛員對(duì)換擋的最佳時(shí)機(jī)把握不好，也會(huì)對(duì)拖拉機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性造成極大影響。另外頻繁換擋操作，增加了駕駛員工作強(qiáng)度。

二、自動(dòng)換擋裝置設(shè)計(jì)方案

1．系統(tǒng)組成

控制裝置由液壓執(zhí)行元件、電路控制元件、信息獲取元件和信息處理元件四部分組成。控制器將獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、油門位置、離合位置、擋位位置等信息與設(shè)定數(shù)值比對(duì)，通過(guò)邏輯判斷、運(yùn)算、處理后發(fā)出指令。指令分別通過(guò)信號(hào)線輸?shù)诫姶砰y組合閥塊，電磁閥組合閥塊按指令向液壓執(zhí)行油缸供油，達(dá)到自動(dòng)換擋、變速的目的。同時(shí)控制器還將各類擋位、轉(zhuǎn)速、開關(guān)位置信息輸送到顯示器。

2．控制方法

大功率輪式拖拉機(jī)變速機(jī)構(gòu)為組合式變速箱，由變速箱與分動(dòng)箱串聯(lián)組成。該變速機(jī)構(gòu)將二者擋位進(jìn)行穿插排布，滿足農(nóng)用拖拉機(jī)多擋位要求。拖拉機(jī)變速換擋時(shí)需操縱變速箱和分動(dòng)箱操縱桿，故操縱形式較為復(fù)雜。本自動(dòng)換擋系統(tǒng)的控制方法為：在系統(tǒng)的初始設(shè)定中，根據(jù)變速機(jī)構(gòu)擋位穿插排布的順序，參考理論車速，將各擋位進(jìn)行有序排列。在自動(dòng)換擋過(guò)程中，根據(jù)目標(biāo)擋位，控制器內(nèi)部進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)從低擋位到高擋位自動(dòng)選擋和掛擋操作。

3．工作原理

在工作過(guò)程中，齒輪泵接受由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力。換擋時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)使得離合器分離，切斷動(dòng)力傳輸，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器提取的車速和油門等信號(hào)，確定需要的擋位。控制器根據(jù)目標(biāo)擋位，通過(guò)內(nèi)部邏輯判斷，完成選擋操作；同時(shí)控制變速箱和分動(dòng)箱換擋電磁閥之間的邏輯動(dòng)作，促使變速箱、分動(dòng)箱各自的換擋油缸相應(yīng)動(dòng)作而完成換擋。選定擋位后自動(dòng)控制系統(tǒng)使得離合器結(jié)合，拖拉機(jī)按照新選定的擋位運(yùn)行。

1.變速箱 2.分動(dòng)箱 3.油門踏板 4.顯示器 5.電控手柄 6.控制器 7.變速箱換擋端蓋總成 8.分動(dòng)箱換擋端蓋總成 9.液壓缸 10.油管 11.離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu) 12.制動(dòng)踏板 13.觸點(diǎn)開關(guān)

圖1組合式變速箱4．實(shí)施方式

本文所述的大功率輪式拖拉機(jī)，其變速機(jī)構(gòu)為組合式變速箱，由變速箱與分動(dòng)箱串聯(lián)組成，如圖1所示。替換原變速箱1與分動(dòng)箱2換擋端蓋總成，新的變速箱換擋端蓋總成7和分動(dòng)箱換擋端蓋總成8上集成了獨(dú)立操縱換擋撥叉、組合電磁閥和液壓缸，其中液壓缸帶比例位移傳感器；在油門踏板3下安裝帶有比例位移傳感器的液壓缸9；在制動(dòng)踏板12下安裝觸點(diǎn)開關(guān)13；在變速箱體上安裝離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11，該機(jī)構(gòu)主要由電磁閥組、位移傳感器和工作油缸組成，它和離合擋桿連接；控制器6、電控手柄5和顯示器4安裝在駕駛室里，變速箱換擋端蓋總成7和分動(dòng)箱換擋端蓋總成8上的傳感器和電磁閥、觸點(diǎn)開關(guān)13、控制器6、電控手柄5和顯示器4等電器元件用電線連接，液壓缸的油管10接到變速箱1換擋端蓋總成7上的組合電磁閥。

三、總結(jié)

本文介紹了大功率輪式拖拉機(jī)自動(dòng)換擋控制裝置的系統(tǒng)組成、控制方法、工作原理及實(shí)現(xiàn)方式。自動(dòng)換擋控制技術(shù)的應(yīng)用，擴(kuò)大擋位的速比范圍，提高了擋位的密集度，提高拖拉機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和綜合使用性能。使駕駛員從繁重的換擋操作中解放出來(lái)，更專注于機(jī)體所帶農(nóng)機(jī)具的操作，減少了工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

（01）

一、技術(shù)背景

隨著輪式拖拉機(jī)功率的不斷提高，農(nóng)機(jī)具工作幅寬和拖拉機(jī)田間作業(yè)速度都有了大幅度提高，加上聯(lián)合整地機(jī)的大量使用，都對(duì)拖拉機(jī)的操縱提出了更高的要求。為了獲得拖拉機(jī)作業(yè)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的最佳匹配，要求拖拉機(jī)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和負(fù)載的變化，自動(dòng)選擇擋位。目前國(guó)外先進(jìn)的大功率輪式拖拉機(jī)都普遍采用電子控制的自動(dòng)換擋技術(shù)，如卡特彼勒公司的Challenger E系列、迪爾公司的8000系列、凱斯公司的Quadtrac、芬特公司的900系列等。

目前國(guó)內(nèi)開發(fā)的大功率輪式拖拉機(jī)，多采用主離合器加機(jī)械換擋變速箱和濕式主離合器加動(dòng)力換擋變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)形式，以上均為機(jī)械雙桿操控。其特點(diǎn)表現(xiàn)為承載大，擋位多，速比范圍寬。在一些復(fù)雜多變的作業(yè)工況下，駕駛員極易造成誤換擋，降低拖拉機(jī)行駛的安全性。駕駛員對(duì)換擋的最佳時(shí)機(jī)把握不好，也會(huì)對(duì)拖拉機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性造成極大影響。另外頻繁換擋操作，增加了駕駛員工作強(qiáng)度。

二、自動(dòng)換擋裝置設(shè)計(jì)方案

1．系統(tǒng)組成

控制裝置由液壓執(zhí)行元件、電路控制元件、信息獲取元件和信息處理元件四部分組成。控制器將獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、油門位置、離合位置、擋位位置等信息與設(shè)定數(shù)值比對(duì)，通過(guò)邏輯判斷、運(yùn)算、處理后發(fā)出指令。指令分別通過(guò)信號(hào)線輸?shù)诫姶砰y組合閥塊，電磁閥組合閥塊按指令向液壓執(zhí)行油缸供油，達(dá)到自動(dòng)換擋、變速的目的。同時(shí)控制器還將各類擋位、轉(zhuǎn)速、開關(guān)位置信息輸送到顯示器。

2．控制方法

大功率輪式拖拉機(jī)變速機(jī)構(gòu)為組合式變速箱，由變速箱與分動(dòng)箱串聯(lián)組成。該變速機(jī)構(gòu)將二者擋位進(jìn)行穿插排布，滿足農(nóng)用拖拉機(jī)多擋位要求。拖拉機(jī)變速換擋時(shí)需操縱變速箱和分動(dòng)箱操縱桿，故操縱形式較為復(fù)雜。本自動(dòng)換擋系統(tǒng)的控制方法為：在系統(tǒng)的初始設(shè)定中，根據(jù)變速機(jī)構(gòu)擋位穿插排布的順序，參考理論車速，將各擋位進(jìn)行有序排列。在自動(dòng)換擋過(guò)程中，根據(jù)目標(biāo)擋位，控制器內(nèi)部進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)從低擋位到高擋位自動(dòng)選擋和掛擋操作。

3．工作原理

在工作過(guò)程中，齒輪泵接受由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力。換擋時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)使得離合器分離，切斷動(dòng)力傳輸，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器提取的車速和油門等信號(hào)，確定需要的擋位。控制器根據(jù)目標(biāo)擋位，通過(guò)內(nèi)部邏輯判斷，完成選擋操作；同時(shí)控制變速箱和分動(dòng)箱換擋電磁閥之間的邏輯動(dòng)作，促使變速箱、分動(dòng)箱各自的換擋油缸相應(yīng)動(dòng)作而完成換擋。選定擋位后自動(dòng)控制系統(tǒng)使得離合器結(jié)合，拖拉機(jī)按照新選定的擋位運(yùn)行。

1.變速箱 2.分動(dòng)箱 3.油門踏板 4.顯示器 5.電控手柄 6.控制器 7.變速箱換擋端蓋總成 8.分動(dòng)箱換擋端蓋總成 9.液壓缸 10.油管 11.離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu) 12.制動(dòng)踏板 13.觸點(diǎn)開關(guān)

圖1組合式變速箱4．實(shí)施方式

本文所述的大功率輪式拖拉機(jī)，其變速機(jī)構(gòu)為組合式變速箱，由變速箱與分動(dòng)箱串聯(lián)組成，如圖1所示。替換原變速箱1與分動(dòng)箱2換擋端蓋總成，新的變速箱換擋端蓋總成7和分動(dòng)箱換擋端蓋總成8上集成了獨(dú)立操縱換擋撥叉、組合電磁閥和液壓缸，其中液壓缸帶比例位移傳感器；在油門踏板3下安裝帶有比例位移傳感器的液壓缸9；在制動(dòng)踏板12下安裝觸點(diǎn)開關(guān)13；在變速箱體上安裝離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11，該機(jī)構(gòu)主要由電磁閥組、位移傳感器和工作油缸組成，它和離合擋桿連接；控制器6、電控手柄5和顯示器4安裝在駕駛室里，變速箱換擋端蓋總成7和分動(dòng)箱換擋端蓋總成8上的傳感器和電磁閥、觸點(diǎn)開關(guān)13、控制器6、電控手柄5和顯示器4等電器元件用電線連接，液壓缸的油管10接到變速箱1換擋端蓋總成7上的組合電磁閥。

三、總結(jié)

本文介紹了大功率輪式拖拉機(jī)自動(dòng)換擋控制裝置的系統(tǒng)組成、控制方法、工作原理及實(shí)現(xiàn)方式。自動(dòng)換擋控制技術(shù)的應(yīng)用，擴(kuò)大擋位的速比范圍，提高了擋位的密集度，提高拖拉機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和綜合使用性能。使駕駛員從繁重的換擋操作中解放出來(lái)，更專注于機(jī)體所帶農(nóng)機(jī)具的操作，減少了工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

（01）

一、技術(shù)背景

隨著輪式拖拉機(jī)功率的不斷提高，農(nóng)機(jī)具工作幅寬和拖拉機(jī)田間作業(yè)速度都有了大幅度提高，加上聯(lián)合整地機(jī)的大量使用，都對(duì)拖拉機(jī)的操縱提出了更高的要求。為了獲得拖拉機(jī)作業(yè)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的最佳匹配，要求拖拉機(jī)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和負(fù)載的變化，自動(dòng)選擇擋位。目前國(guó)外先進(jìn)的大功率輪式拖拉機(jī)都普遍采用電子控制的自動(dòng)換擋技術(shù)，如卡特彼勒公司的Challenger E系列、迪爾公司的8000系列、凱斯公司的Quadtrac、芬特公司的900系列等。

目前國(guó)內(nèi)開發(fā)的大功率輪式拖拉機(jī)，多采用主離合器加機(jī)械換擋變速箱和濕式主離合器加動(dòng)力換擋變速箱的傳動(dòng)系統(tǒng)形式，以上均為機(jī)械雙桿操控。其特點(diǎn)表現(xiàn)為承載大，擋位多，速比范圍寬。在一些復(fù)雜多變的作業(yè)工況下，駕駛員極易造成誤換擋，降低拖拉機(jī)行駛的安全性。駕駛員對(duì)換擋的最佳時(shí)機(jī)把握不好，也會(huì)對(duì)拖拉機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性造成極大影響。另外頻繁換擋操作，增加了駕駛員工作強(qiáng)度。

二、自動(dòng)換擋裝置設(shè)計(jì)方案

1．系統(tǒng)組成

控制裝置由液壓執(zhí)行元件、電路控制元件、信息獲取元件和信息處理元件四部分組成。控制器將獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、油門位置、離合位置、擋位位置等信息與設(shè)定數(shù)值比對(duì)，通過(guò)邏輯判斷、運(yùn)算、處理后發(fā)出指令。指令分別通過(guò)信號(hào)線輸?shù)诫姶砰y組合閥塊，電磁閥組合閥塊按指令向液壓執(zhí)行油缸供油，達(dá)到自動(dòng)換擋、變速的目的。同時(shí)控制器還將各類擋位、轉(zhuǎn)速、開關(guān)位置信息輸送到顯示器。

2．控制方法

大功率輪式拖拉機(jī)變速機(jī)構(gòu)為組合式變速箱，由變速箱與分動(dòng)箱串聯(lián)組成。該變速機(jī)構(gòu)將二者擋位進(jìn)行穿插排布，滿足農(nóng)用拖拉機(jī)多擋位要求。拖拉機(jī)變速換擋時(shí)需操縱變速箱和分動(dòng)箱操縱桿，故操縱形式較為復(fù)雜。本自動(dòng)換擋系統(tǒng)的控制方法為：在系統(tǒng)的初始設(shè)定中，根據(jù)變速機(jī)構(gòu)擋位穿插排布的順序，參考理論車速，將各擋位進(jìn)行有序排列。在自動(dòng)換擋過(guò)程中，根據(jù)目標(biāo)擋位，控制器內(nèi)部進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)從低擋位到高擋位自動(dòng)選擋和掛擋操作。

3．工作原理

在工作過(guò)程中，齒輪泵接受由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力。換擋時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)使得離合器分離，切斷動(dòng)力傳輸，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器提取的車速和油門等信號(hào)，確定需要的擋位。控制器根據(jù)目標(biāo)擋位，通過(guò)內(nèi)部邏輯判斷，完成選擋操作；同時(shí)控制變速箱和分動(dòng)箱換擋電磁閥之間的邏輯動(dòng)作，促使變速箱、分動(dòng)箱各自的換擋油缸相應(yīng)動(dòng)作而完成換擋。選定擋位后自動(dòng)控制系統(tǒng)使得離合器結(jié)合，拖拉機(jī)按照新選定的擋位運(yùn)行。

1.變速箱 2.分動(dòng)箱 3.油門踏板 4.顯示器 5.電控手柄 6.控制器 7.變速箱換擋端蓋總成 8.分動(dòng)箱換擋端蓋總成 9.液壓缸 10.油管 11.離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu) 12.制動(dòng)踏板 13.觸點(diǎn)開關(guān)

圖1組合式變速箱4．實(shí)施方式

本文所述的大功率輪式拖拉機(jī)，其變速機(jī)構(gòu)為組合式變速箱，由變速箱與分動(dòng)箱串聯(lián)組成，如圖1所示。替換原變速箱1與分動(dòng)箱2換擋端蓋總成，新的變速箱換擋端蓋總成7和分動(dòng)箱換擋端蓋總成8上集成了獨(dú)立操縱換擋撥叉、組合電磁閥和液壓缸，其中液壓缸帶比例位移傳感器；在油門踏板3下安裝帶有比例位移傳感器的液壓缸9；在制動(dòng)踏板12下安裝觸點(diǎn)開關(guān)13；在變速箱體上安裝離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)11，該機(jī)構(gòu)主要由電磁閥組、位移傳感器和工作油缸組成，它和離合擋桿連接；控制器6、電控手柄5和顯示器4安裝在駕駛室里，變速箱換擋端蓋總成7和分動(dòng)箱換擋端蓋總成8上的傳感器和電磁閥、觸點(diǎn)開關(guān)13、控制器6、電控手柄5和顯示器4等電器元件用電線連接，液壓缸的油管10接到變速箱1換擋端蓋總成7上的組合電磁閥。

三、總結(jié)

本文介紹了大功率輪式拖拉機(jī)自動(dòng)換擋控制裝置的系統(tǒng)組成、控制方法、工作原理及實(shí)現(xiàn)方式。自動(dòng)換擋控制技術(shù)的應(yīng)用，擴(kuò)大擋位的速比范圍，提高了擋位的密集度，提高拖拉機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和綜合使用性能。使駕駛員從繁重的換擋操作中解放出來(lái)，更專注于機(jī)體所帶農(nóng)機(jī)具的操作，減少了工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

（01）