基于充油流量与曝气程度的拖拉机动力换向性能研究_闫祥海.pdf

2 0 2 3 年 8 月农 业 机 械 学 报第 54 卷 第 8 期doi:106041/j issn 1000-1298 2023 08 037基于充油流量与曝气程度的拖拉机动力换向性能研究闫祥海1，2魏海江1刘孟楠2赵俊峰3张静云1，2徐立友1，2(1 河南科技大学车辆与交通工程学院，洛阳 471003;2 智能农业动力装备全国重点实验室，洛阳 471003;3 洛阳东方众成离合器有限公司，洛阳 453003)摘要:围绕拖拉机动力换向离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素影响，液压油在加注及工作过程中易受空气污染，导致液压油空气含量增加的工程应用问题，探究了不同充油流量及曝气程度对动力换向性能的影响。以换向时间、冲击度、滑摩功和磨损量为评价指标对换向性能进行了评估，以期提高拖拉机动力换向品质、工作效率和传动系使用寿命。以东方红 LF2204 型拖拉机 TX4A 传动系为研究对象，建立了考虑充油流量和曝气程度的动力换向过程数学模型，基于 ADAMS、Matlab/Simulink 和 AMESim 平台分别建立了换向离合器机械模型、控制模型和液压模型，对拖拉机挡作业时前进挡切换为倒退挡的工况进行了仿真分析与台架试验验证。仿真结果表明:当液压油曝气程度为 0.1%，充油流量分别为 16、14 L/min 时，与 20 L/min 流量相比，换向时间分别增长20%和 43%，变速器最小输出转矩分别下降 26%和 52%，滑摩功分别上升 33%和 78%，最大冲击度分别下降 11%和 18%，最大磨损量分别上升 24%和 44%。当充油流量为 20 L/min，曝气程度分别为 1%和 5%时，与 0.1%曝气程度相比，换向时间分别增长 26%和 85%，变速器最小输出转矩分别下降 0.4%和 0.8%，滑摩功分别上升 38%和163%，最大冲击度分别下降 57%和 50%，最大磨损量分别上升 47%和 163%。台架试验结果表明:试验数据与仿真试验数据变化趋势基本保持一致，误差都在 5%之内，最大误差出现在充油流量为 20 L/min、曝气程度为 5%时，主要原因是油液自身脉动对传感器产生冲击影响，以及比例阀受油液气泡影响，输出精度降低。关键词:拖拉机;动力换挡变速器;充油流量;曝气程度;换向性能中图分类号:S219文献标识码:A文章编号:1000-1298(2023)08-0381-13OSID:收稿日期:2023 03 23修回日期:2023 05 23基金项目:国家重点研发计划项目(2022YFD2001203、2022YFD2001201B)、农业关键核心技术 GG 项目(NK202216010103)和智能农业动力装备全国重点实验室开放项目(SKT2022001、SKLIAPE2023006)作者简介:闫祥海(1985)，男，副教授，博士，主要从事农业机械控制系统及性能验证研究，E-mail:9905167 haust edu cn通信作者:徐立友(1974)，男，教授，博士生导师，主要从事车辆传动理论与控制技术研究，E-mail:xlyou haust edu cnDynamic Change Direction of Tractor Based on Oil Filling Flowand Aeration DegreeYAN Xianghai1，2WEI Haijiang1LIU Mengnan2ZHAO Junfeng3ZHANG Jingyun1，2XU Liyou1，2(1 College of Vehicle and Traffic Engineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003，China2 State Key Laboratory of Intelligent Agricultural Power Equipment，Luoyang 471003，China3 Luoyang Oriental Zhongcheng Clutch Co，Ltd，Luoyang 453003，China)Abstract:The effects of different oil flow rates and aeration degree on the performance of power reversingwere studied The oil flow rate of tractor power reversing clutch is easily affected by temperature，returnspring stiffness and preload force，and the air content of hydraulic oil is easily polluted during filling andworking The reversing performance was evaluated by using reversing time，impact，slip work and wear toimprove the quality of the tractor s power reversing，working efficiency and service life of the drive trainTaking the TX4A drive train of Dongfanghong LF2204 tractor as the research object，the mathematicalmodel of the dynamic reversing process considering the oil filling flow and aeration degree wasestablished The mechanical model，control model and hydraulic model of the reversing clutch wereestablished based on ADAMS，Matlab/Simulink and AMESim Simulation analysis and bench test werecarried out under the condition that the forward gear changed to the backward gear when the tractor wasworking in I gear The simulation results showed that when the hydraulic oil aeration degree was 0.1%and the oil filling flow rate was 16 L/min，and 14 L/min，compared with the flow rate of 20 L/min，thecommutation time was increased by 20%and 43%，the transmission minimum output torque wasdecreased by 26%and 52%，the slip work was increased by 33%and 78%，the maximum impactdegree was decreased by 11%and 18%，maximum wear was increased by 24%and 44%，respectivelyWhen the oil flow rate was 20 L/min and the aeration degree was 1%and 5%，compared with theaeration degree of 0.1%，the commutation time was increased by 26%and 85%，the minimum outputtorque of the transmission was decreased by 0.4%and 0.8%，the slip work was increased by 38%and163%，the maximum impact degree was decreased by 57%and 50%，and maximum wear was increasedby 47%and 163%，respectively The bench test results showed that the variation trend of the test datawas basically consistent with that of the simulation test data，and the error was within 5%The maximumerror occurred when the oil filling flow rate was 20 L/min and the aeration degree was 5%The mainreason was that the oil pulsation itself had impact on the sensor，and the proportional valve was affectedby oil bubbles，which reduced the output accuracyKey words:tractor;power shift transmission;oil filling flow;degree of aeration;reversing performance0引言目前，利用产品建模、多领域动态协同仿真、机电液联合控制仿真等技术对拖拉机传动系进行设计优化和性能评估已成为拖拉机传动系智能化设计的重要手段1。例如，WANG 等2 利用 AMESim 液压模型分析了采埃孚动力换挡变速箱的液压缓冲阀。廖湘平等3 利用 AMESim 平台研究了新型液粘调速离合器对减少工程车辆起步冲击的作用。桂林等4 利用 Pro/E 和 ADAMS 对拖拉机齿轮系统设计与仿真进行了研究。郝希阳等5 利用 AMESim 和ADAMS 对拖拉机电控液压悬挂系统进行了仿真。周杰等6 利用 ADAMS 对轮式拖拉机进行了研究。以上研究表明，将联合仿真技术应用到传动系设计中，可以减少仿真与试验间的误差。由于 拖 拉 机 动 力 换 挡 变 速 箱(Power shifttransmission，PST)中离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素的影响，液压油在加注及工作过程中易受空气污染导致液压油曝气程度增加，使系统动力学参数发生波动变化，拖拉机换向过程中动力性、平顺性和舒适性变差7 11。陆凯等12 建立了带有不匹配干扰的非线性湿式离合器数学模型。鲍明喜等13 分析了离合器流量调节阀对离合器减压阀压力的影响。吴健鹏等14 建立了离合器电液比例减压阀和离合器供油系统的数学模型，研究了不同的 PWM 输入信号对离合器充油特性的影响。闫宏伟等15 对不同空气含量对液压系统动态特性影响进行了研究。赵一荣16 对拖拉机动力换向冲击进行了分析和优化。陈旭东17 对拖拉机动力换向动态控制进行了研究。以上研究集中于对液压系统特性的研究。针对动力换向性能、离合器充油流量及曝气程度关系的研究较少，部分研究通过电液仿真平台对其中一种关系进行分析，不能充分表达其动力学和液力学性能。本文将东方红 LF2202 型拖拉机TX4A 传动系作为研究对象，基于 ADAMS、Matlab/Simulink 和 AMEsim 平台，通过机电液联合仿真，对拖拉机挡作业前进挡切换为倒退挡工况下，离合器不同充油流量和不同曝气程度对换向品质的影响进行