智能型多功能茶園作業機變速器電子換擋操縱系統研究

鹽城工業職業技術學院羅文華徐文海

智能型多功能茶園作業機變速器電子換擋操縱系統研究

鹽城工業職業技術學院羅文華徐文海

目前，大部分農用拖拉機和田間多功能作業機底盤的換擋操作都是通過拉桿進行遠程機械傳遞的方式來實現的。對于拉桿式遠程換擋機構而言,駕駛員憑經驗決定換擋時刻,換擋最佳時機不易把握，不同的駕駛技術對拖拉機的燃油經濟性、動力性、乘坐舒適性產生極大差異。另外操作人員駕駛拖拉機時由于頻繁地選擋換擋操作,換擋費力,因此容易疲勞，易使駕駛員疲勞,進而影響行駛安全。在原機械式變速箱上加裝由微機控制的電子操縱機構，取代原來由駕駛員人工完成的離合器分離與接合、選擋與換擋,可使駕駛員從繁重的換擋操作中解放出來,更加專注于機體所帶農機具的操作，減少了工作量，提高了生產效率。與其他幾種自動變速器相比，具有傳動效率高、制造成本低、工藝繼承性好的特點。

1 換擋機構設計

變速器換擋機構（圖1所示），含有變速桿14、撥叉軸和固定在撥叉軸上的撥叉，撥叉軸的前端設有凹槽，變速桿14的下端卡在撥叉軸的凹槽中，撥叉卡在變速器內的滑動齒輪的環槽內，還含有固定底板1、活動底板10、導軌、連桿15、固定座7、搖臂16、選擋電機13、進擋電機12、電子換擋控制系統22，固定底板1的前部設有換擋槽口6，該換擋槽口6包括1擋槽位口、2擋槽位口、3擋槽位口、4擋槽位口、倒擋槽位口和空擋位，圖中所示的①、②、③、④、和分別表示1擋槽位口、2擋槽位口、3擋槽位口、4擋槽位口、倒擋槽位口和空擋槽位口，空擋位位于1擋槽位口和2擋槽位口之間的中間位置。固定底板1設置在變速器的上蓋上，變速桿14位于固定底板1上設有的換擋槽口6中。導軌設置在固定底板的左右兩側，在圖1中，導軌包括左導軌9和右導軌8，活動底板10與導軌構成直線移動連接。進擋電機12通過進擋電機固定架20設置在活動底板10的前部，進擋電機12的輸出軸19的一端與變速桿14的上端固定相連。選擋電機13通過選擋電機固定架11設置在活動底板10的后部。搖臂16的一端固定在選擋電機13的輸出軸上，搖臂16的另一端與連桿15的一端構成鉸接，連桿15的另一端與固定座7構成鉸接。固定座7設置在固定底板1的后部。選擋電機13和進擋電機12分別與電子換擋控制系統22相連。

1-固定底板；2、3、5-固定螺孔；6-擋位槽口；7-固定架；8、9-導軌；10-活動底板；11-選擋電機固定架；12-進擋電機；13-選擋電機；14、變速桿；15-選擋電機連桿；16-選擋電機搖臂；17、18-銷軸；19-進擋電機輸出軸；20-進擋電機固定架；21-選擋電機輸出軸；22-電子換擋控制系統

圖1 變速器換擋機構

2 電子換擋控制系統

電子換擋控制系統（圖2所示），包括單片機、1擋開關、2擋開關、3擋開關、4擋開關、倒擋開關和空擋開關。選擋電機13和進擋電機12是可以由電子換擋控制系統22程序控制順時針、逆時針轉動角度的可控電機，電子換擋控制系統輸出的脈沖寬度控制電機軸的旋轉角度和方向。

圖2 電子換擋控制系統

3 控制過程

變速器電子換擋操縱系統中，變速桿14的初始位置位于1擋槽位口和2擋槽位口之間的中間位置，即空擋槽位口，也就是說，進擋電機12轉動到初始位置，同樣選擋電機13也轉動到初始位置，這時電子換擋控制系統的空擋開關處于開狀態。

作業過程中，當電子換擋控制系統22接收到擋位開關換擋信號時，進擋電機12轉動到初始位置，然后選擋電機13也轉動到初始位置，電子換擋控制系統22根據換擋信號，首先通過選擋電機13通過搖臂16和連桿15帶動活動底板10直線移動，將變速桿14移到所需進擋的擋位槽口處，再通過進擋電機12的轉動速帶動變速桿14轉動，使變速桿14的下端撥動所要擋位的撥叉軸來實現換擋。

下面以變速器從2擋位換至3擋位為例作說明：

當按下3擋開關時，電子換擋控制系統22控制進擋電機12轉到初始位置，這時變速桿14位于擋位槽口6的1擋槽位口和2擋槽位口之間的中間位置，即空擋槽位口，然后電子換擋控制系統22控制選擋電機13轉動、在搖臂16、連桿15和固定座7的共同作用下，使活動底板10向固定底板1的前部移動，直至變速桿14位于3擋槽位口和4擋槽位口之間的中間位置為止，最后電子換擋控制系統22控制進擋電機12轉動，使變速桿14轉至擋位槽口6的3擋槽位口的位置，這時變速桿14的下端撥動3擋位的撥叉軸實現從2擋位換至3擋位。

其它換擋位與上述從2擋位換至3擋位的過程類似。

4 結束語

變速器電子換擋操縱系統中，由于采用選擋電機13和進擋電機12來控制變速桿14的動作，并且操作人員可以通過操縱換擋開關實現換擋，因此有效降低操作人員駕駛拖拉機時由于頻繁地選擋換擋操作而導致容易疲勞。

采用電子換擋操縱系統優點是∶（1）突破液壓結構的限制，從而使結構更加緊湊，重量更輕，獲得更理想的燃料經濟性和動力性。（2）適應性強，開發周期短，在系列產品中更能顯示其優越性。（3）與整車的其他系統兼容性好。

電子換擋操縱系統與其他幾種操縱控制系統相比,具有顯著的優越性∶體積小、重量輕、液壓操縱慣性小、動作靈敏、液壓系統便于調節、易于實現換擋操縱自動化；只需作少量調整,就能裝到不同的變速箱上使用。在拖拉機上采用電子換擋變速器，對原有的機械傳動系統作了最大限度的保留，傳動效率高，控制系統硬件實現簡單方便，通過單片機控制能夠實現多種不同的換擋功能，可以獲得拖拉機機組性能的最佳匹配。

2016-11-25)

鹽城市農業科技創新專項引導資金項目（YK2015029）