周志立，倪　倩，徐立友,2

(1.河南科技大學(xué) 車輛與交通工程學(xué)院，河南 洛陽 471003；2.中國一拖集團(tuán)有限公司，河南 洛陽 471004)

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并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)傳動系參數(shù)設(shè)計(jì)及性能分析

周志立1，倪倩1，徐立友1,2

(1.河南科技大學(xué) 車輛與交通工程學(xué)院，河南 洛陽 471003；2.中國一拖集團(tuán)有限公司，河南 洛陽 471004)

針對大功率輪式拖拉機(jī)存在的檔位過多、操作復(fù)雜和牽引效率低等問題，基于拖拉機(jī)工作特點(diǎn)、并聯(lián)混合動力傳動系統(tǒng)原理和拖拉機(jī)犁耕工況下的負(fù)載特性，對132 kW并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)的動力系統(tǒng)、耦合系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了合理匹配設(shè)計(jì)。結(jié)合給定的輸出特性目標(biāo)及控制方案，對并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)的理論牽引特性進(jìn)行分析，并與東方紅-1804大功率輪式拖拉機(jī)對比。對比結(jié)果表明：并聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)的牽引效率特性、滑轉(zhuǎn)率特性、動力輸出功率特性、牽引功率特性和行駛速度特性等理論牽引特性的各項(xiàng)指標(biāo)均有一定的改善，牽引性能更優(yōu)越。其動力性和經(jīng)濟(jì)性得到提高，并減少了檔位數(shù)量，有利于傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化和操控。

并聯(lián)混合動力；拖拉機(jī)；負(fù)載特性；理論牽引特性；傳動系

0　引言

近年來，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械尤其是大功率輪式拖拉機(jī)保有量持續(xù)增加，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度不斷提高。然而，日趨緊張的能源問題逐步限制了農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程。隨著各大公司及高校對混合動力系統(tǒng)的深入研究，混合動力系統(tǒng)技術(shù)逐步走向成熟，柴油-電力混合技術(shù)也迅速發(fā)展。混合動力系統(tǒng)在客車[1]、工程機(jī)械[2]和履帶式車輛[3]上的應(yīng)用相繼展開，為混合動力拖拉機(jī)的研究奠定了理論基礎(chǔ)。

目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者已展開了對混合動力拖拉機(jī)的研究并取得了一定的成果[4-5]。文獻(xiàn)[6-8]對混合動力拖拉機(jī)的動力耦合裝置和動力特性進(jìn)行了深入研究，并根據(jù)混合動力拖拉機(jī)傳動原理和工作特性，提出了一種串聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法、動力性和經(jīng)濟(jì)性的評價(jià)指標(biāo)。文獻(xiàn)[9-12]詳細(xì)分析了串聯(lián)式與并聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)的能量管理策略，并提出了串聯(lián)式混合動力拖拉機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，對適合混合動力拖拉機(jī)的試驗(yàn)臺架進(jìn)行了搭建設(shè)計(jì)和性能分析，為混合動力拖拉機(jī)及其試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了平臺。對混合動力拖拉機(jī)的研究，可以有效緩解能源消耗和環(huán)境污染的巨大壓力，對于促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平有著深遠(yuǎn)意義。

中國廣泛采用的東方紅系列大功率輪式拖拉機(jī)普遍存在檔位過多、操作困難和牽引效率低等問題。本文以東方紅-1804大功率輪式拖拉機(jī)為研究對象，根據(jù)其工作特點(diǎn)和混合動力傳動原理，提出了并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)的整體耦合及傳動方案。基于拖拉機(jī)犁耕工況下的負(fù)載特性，對混合動力拖拉機(jī)的動力系統(tǒng)、耦合方案和傳動系統(tǒng)的具體參數(shù)進(jìn)行了匹配設(shè)計(jì)，并對其理論牽引特性的多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了具體分析，以改善其理論牽引特性。

1　并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)方案設(shè)計(jì)

1.1并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)整體方案

并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)是一個(gè)由發(fā)動機(jī)直接向驅(qū)動輪供給機(jī)械動力的驅(qū)動系，電機(jī)通過機(jī)械耦合裝置輔助配合共同提供動力。機(jī)械耦合包括轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合。轉(zhuǎn)矩耦合中，耦合裝置將發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩相加在一起，并將總轉(zhuǎn)矩傳遞給驅(qū)動輪，兩轉(zhuǎn)矩可以獨(dú)立控制。轉(zhuǎn)速耦合中，機(jī)械耦合裝置將發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速相加在一起，而轉(zhuǎn)矩被耦合在一起，不能獨(dú)立控制。

1.發(fā)動機(jī)；2.動力電池組；3.電力變換器；4.電動機(jī)及耦合裝置；5.電控機(jī)械式自動變速箱；6.分動器；7.后驅(qū)動橋；8.前驅(qū)動橋。圖1　單軸前置轉(zhuǎn)矩耦合并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)圖

混合動力拖拉機(jī)可選擇多種結(jié)構(gòu)，根據(jù)輸入軸的不同可分為單軸式、兩軸式和分離軸式，根據(jù)傳動耦合裝置的位置不同可分為前傳動裝置耦合與后傳動裝置耦合。同時(shí)，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的傳動裝置各自可選用多檔傳動或者單檔傳動，再進(jìn)行相互組合，而形成多種不同的傳動方案。大功率輪式拖拉機(jī)屬于低速大轉(zhuǎn)矩機(jī)械，變速箱檔位較多，底盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本文并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)采用單軸前置轉(zhuǎn)矩耦合裝置，具體方案如圖1所示。

1.2機(jī)械轉(zhuǎn)矩耦合裝置方案

對于耦合裝置排檔方案的選擇[13]，發(fā)動機(jī)及電動機(jī)傳動裝置均采用多檔時(shí)，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜化，增加了控制系統(tǒng)的難度。發(fā)動機(jī)多檔及電動機(jī)單檔時(shí)，可以克服發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性的缺陷，但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不易操控。發(fā)動機(jī)單檔及電動機(jī)多檔，屬于不適宜的設(shè)計(jì)。發(fā)動機(jī)及電動機(jī)傳動裝置均采用單檔時(shí)，整體結(jié)構(gòu)與控制較為簡單，雖然受最大牽引力的限制，但合理匹配設(shè)計(jì)發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和蓄電池組的額定功率及傳動裝置的相關(guān)參數(shù)時(shí)，能得到較好的牽引性能和傳動效率。故本文采用單檔發(fā)動機(jī)及電動機(jī)傳動裝置，轉(zhuǎn)矩耦合配置如圖2所示。圖2中：T1、T2和T3分別為發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和轉(zhuǎn)矩耦合裝置的轉(zhuǎn)矩，N·m;n1、n2和n3分別為發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和轉(zhuǎn)矩耦合裝置的轉(zhuǎn)速，r/min。

圖2　轉(zhuǎn)矩耦合配置圖

本文采用三端口、兩自由度的機(jī)械配置方案，端口1為單向的輸入，端口2和端口3為雙向的輸入或輸出。輸入輸出是指能量流入流出耦合配置機(jī)構(gòu)。在混合動力拖拉機(jī)應(yīng)用中，端口1通過傳動裝置連接到發(fā)動機(jī)；端口2通過傳動裝置連接到電動機(jī)軸；端口3通過傳動系統(tǒng)連接到驅(qū)動輪。

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況下，對轉(zhuǎn)矩耦合器而言(忽略損耗)，其輸入功率始終等于其輸出功率。設(shè)端口2電動機(jī)輸入功率處于驅(qū)動狀況，那么轉(zhuǎn)矩耦合配置功率平衡為：

T3n3=T1n1+T2n2；

(1)

T3=T1i1+T2i2，

(2)

其中：i1和i2分別為發(fā)動機(jī)和電動機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩耦合器的傳動比，是轉(zhuǎn)矩耦合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)；T3為載荷轉(zhuǎn)矩，N·m；T1和T2分別為發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，兩者可獨(dú)立控制，N·m。但是由于式(1)的約束，轉(zhuǎn)速n1、n2和n3相互關(guān)聯(lián)在一起，不能獨(dú)立控制，其關(guān)聯(lián)式為：

(3)

2　動力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)

2.1額定牽引力的確定

額定牽引力是指在水平地段具有適耕濕度的土壤茬地上，拖拉機(jī)以基本犁耕速度和驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率在規(guī)定值或發(fā)動機(jī)于標(biāo)定工況工作時(shí)，所能發(fā)出的最大牽引力(取兩者中的較小值)。犁耕是農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)最基本而又繁重的作業(yè)，牽引力的確定，首先應(yīng)滿足犁耕的使用要求，犁耕作業(yè)所需的拖拉機(jī)牽引力：

FT=zblhkk,

(4)

其中：FT為犁耕所需的拖拉機(jī)牽引力，kN；z為犁鏵數(shù)，根據(jù)選型的農(nóng)機(jī)具，z=6；bl為單體犁鏵寬度，bl=0.35 m；hk為耕深，hk=0.25 m；k為土壤比阻，k取7 N/cm2。根據(jù)式(4)計(jì)算得FT=36.75 kN。

通常計(jì)算的農(nóng)機(jī)具牽引力是一個(gè)平均值。實(shí)際上由于作業(yè)對象、環(huán)境、工藝過程和作業(yè)種類等因素隨時(shí)間和地點(diǎn)經(jīng)常變化，拖拉機(jī)的牽引阻力是隨時(shí)間而變化的變值。許多試驗(yàn)表明：牽引阻力連續(xù)不斷地變化，盡管很復(fù)雜，但是為了方便研究，可以近似地用正弦曲線來表示牽引阻力隨時(shí)間而變化的曲線函數(shù)，即負(fù)載特性曲線。用方程表示為[13]：

RT=FT+FT×0.5?Rsin(mt)，

(5)

其中：RT為犁耕所需實(shí)際牽引力，為平均牽引力與動態(tài)牽引力之和，kN；?R為牽引阻力不均率，?R取0.2～0.4；m為農(nóng)機(jī)具阻力變化的頻率；t為時(shí)間，s。

額定牽引力為：

FTN=RTmax=(1.1～1.2)FT，

(6)

其中：FTN為額定牽引力，kN；RTmax為犁耕所需實(shí)際牽引力的最大值，kN。

2.2動力系統(tǒng)功率匹配設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)拖拉機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，以額定牽引力來確定發(fā)動機(jī)功率。考慮到拖拉機(jī)作業(yè)的復(fù)雜與多變，在設(shè)計(jì)并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)時(shí)，為滿足發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動負(fù)荷需求，發(fā)動機(jī)功率的選取與傳統(tǒng)拖拉機(jī)一致。即并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)額定功率為：

(7)

其中：Pe為發(fā)動機(jī)額定功率，kW；FTN為額定牽引力，一般取最大值,即1.2FT，kN；vl為基本耕作檔理論速度，其取值一般為6～10 km/h，基于多方面因素并參考相關(guān)資料，vl取8 km/h；ηδ為滑轉(zhuǎn)效率，旱地拖拉機(jī)取0.8；ηT為牽引效率，四輪驅(qū)動拖拉機(jī)取0.7；ηu為柴油機(jī)功率儲備因數(shù)，取0.85。根據(jù)式(7)可得Pe=131.856 kW。電動機(jī)額定功率為：

(8)

其中：Pmotor為電動機(jī)額定功率，kW ；ηmotor為電動機(jī)功率儲備因數(shù)，與發(fā)動機(jī)儲備因數(shù)一致。

如此，電動機(jī)的額定功率就可以滿足作業(yè)中不同幅度的載荷波動需求。此外，電動機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)能夠有效地改善拖拉機(jī)的冷啟動性能。

綜上所述，選取立式增壓中冷直噴柴油發(fā)動機(jī)，型號為SC8D215G2，其標(biāo)定功率為132 kW，額定轉(zhuǎn)速為 2 200 r/min。選取的電動機(jī)為三相異步電動機(jī)，型號為Y200L2-6，其額定功率為22 kW，轉(zhuǎn)速為980 r/min，轉(zhuǎn)速比為3，功率因數(shù)為0.8，額定電流為37.7 A，額定電壓為380 V。

根據(jù)所選發(fā)動機(jī)與電動機(jī)的參數(shù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到其外特性曲線，如圖3所示。由圖3a可知：發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的提高先增加后減小，在1 400 r/min達(dá)到最大值；輸出功率隨轉(zhuǎn)速的提高逐漸變大，在2 200 r/min時(shí)達(dá)到最大值。由圖3b可知：轉(zhuǎn)速在0～1 000 r/min時(shí)，電動機(jī)恒轉(zhuǎn)矩輸出，輸出功率隨轉(zhuǎn)速線性遞增；轉(zhuǎn)速大于1 000 r/min后，電動機(jī)恒功率輸出，輸出轉(zhuǎn)矩逐步減小；轉(zhuǎn)速大于 3 000 r/min后，電動機(jī)輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩大幅度減小。

圖3　選取的發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的外特性曲線

2.3轉(zhuǎn)矩耦合傳動比的確定

轉(zhuǎn)矩耦合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)要求發(fā)動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速工作時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近恒定功率輸出的最大速度。以保證調(diào)速過程中電動機(jī)保持恒定功率輸出，可得：

(9)

其中：n1max、n2max和n3max分別為發(fā)動機(jī)、電動機(jī)和耦合裝置在發(fā)動機(jī)定轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)速，r/min。選定n3max=2 200 r/min,那么i1=1.0，i2=1.3，由式(2)和式(3)可得：

T3=T1×1.0+T2×1.3；

(10)

(11)

2.4耦合系統(tǒng)輸出特性設(shè)計(jì)

并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)耦合系統(tǒng)輸出特性的設(shè)計(jì)目標(biāo)(以某檔位為例)如圖4所示。圖4中:Po為耦合系統(tǒng)功率；Pe為發(fā)動機(jī)功率；Pm為電動機(jī)功率。曲線AB段，發(fā)動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下單獨(dú)驅(qū)動，耦合系統(tǒng)輸出功率與發(fā)動機(jī)輸出功率相等，隨牽引力增大而增大；當(dāng)牽引力達(dá)到BE位置，發(fā)動機(jī)處于額定工作狀態(tài)；牽引力繼續(xù)增大，進(jìn)入混合驅(qū)動狀態(tài)，協(xié)調(diào)控制發(fā)動機(jī)-電動機(jī)，保持耦合系統(tǒng)輸出功率不變，且與發(fā)動機(jī)額定功率一致，直到達(dá)到最大牽引力為止，如曲線BC段。

圖4給出了兩種方案，以實(shí)現(xiàn)耦合系統(tǒng)輸出特性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖4a為發(fā)動機(jī)最大油門控制方案：BE臨界點(diǎn)后，發(fā)動機(jī)速度下降，發(fā)動機(jī)處于油門最大狀態(tài)，電動機(jī)自適應(yīng)調(diào)節(jié)(即曲線EF)以實(shí)現(xiàn)耦合系統(tǒng)輸出功率不變。圖4b為電動機(jī)額定輸出控制方案：BE臨界點(diǎn)后，發(fā)動機(jī)速度下降，電動機(jī)處于額定功率狀態(tài)(即曲線EF)，恒功率輸出；發(fā)動機(jī)也處于恒定功率輸出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)耦合系統(tǒng)輸出功率不變。

圖4　耦合系統(tǒng)輸出特性設(shè)計(jì)方案(以某檔位為例)

3　理論速度與傳動比設(shè)計(jì)匹配

參考目前拖拉機(jī)各種作業(yè)工況的速度范圍，依據(jù)設(shè)計(jì)的混合動力拖拉機(jī)耦合系統(tǒng)輸出特性[13]，匹配計(jì)算變速箱傳動比及其理論速度。對于緩行和作業(yè)擋位來說，主要依據(jù)作業(yè)要求確定其速度，進(jìn)而確定變速器傳動比；對于運(yùn)輸擋來說，主要依據(jù)道路條件確定其速度和傳動比。本文共設(shè)計(jì)8個(gè)前進(jìn)檔位，其中，運(yùn)輸檔位2個(gè)，作業(yè)檔位2個(gè)，緩行檔位4個(gè)。對應(yīng)的變速箱傳動比依次增加，理論速度依次遞減，具體數(shù)值見表1。

表1　混合動力拖拉機(jī)變速箱傳動比及其理論速度

4　理論牽引特性分析

4.1牽引效率特性及滑轉(zhuǎn)率特性

傳統(tǒng)拖拉機(jī)的牽引效率為拖拉機(jī)的牽引功率和相應(yīng)的發(fā)動機(jī)功率的比值，根據(jù)混合動力拖拉機(jī)的動力系統(tǒng)原理，同理，定義其牽引效率為其牽引功率和動力耦合機(jī)構(gòu)的輸出功率的比值[13]。根據(jù)設(shè)計(jì)的混合動力拖拉機(jī)動力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)、牽引效率影響因素的變化規(guī)律及繪制拖拉機(jī)理論牽引特性曲線的方法，利用MATLAB編程繪制混合動力拖拉機(jī)和東方紅-1804拖拉機(jī)(傳統(tǒng)拖拉機(jī))牽引效率特性和滑轉(zhuǎn)率特性的曲線對比圖，如圖5所示。圖5中：傳統(tǒng)拖拉機(jī)和混合動力拖拉機(jī)的最大牽引效率相同，但傳統(tǒng)拖拉機(jī)對應(yīng)的驅(qū)動力更小。當(dāng)牽引效率小于最大牽引效率時(shí)，相同的驅(qū)動力下，傳統(tǒng)拖拉機(jī)的牽引效率略大；當(dāng)牽引效率大于最大牽引效率時(shí)，則相反。隨著驅(qū)動力的增加，相同的驅(qū)動力下，傳統(tǒng)拖拉機(jī)的滑轉(zhuǎn)率更大。綜上可知：混合動力拖拉機(jī)的牽引效率特性優(yōu)于傳統(tǒng)拖拉機(jī)，即混合動力拖拉機(jī)的牽引性能更好。

圖5　兩種拖拉機(jī)牽引效率特性和滑轉(zhuǎn)率特性對比圖

4.2動力輸出功率特性

圖6　兩種拖拉機(jī)動力輸出功率特性對比圖

拖拉機(jī)最理想的工作狀態(tài)是發(fā)動機(jī)處于額定工作狀態(tài)，恒功率輸出。傳統(tǒng)拖拉機(jī)不斷地增加前進(jìn)的檔位就是為了使拖拉機(jī)的輸出接近理想狀態(tài)，逐步減小未利用的理論牽引功率范圍。圖6為兩種拖拉機(jī)的動力輸出功率特性對比圖。

在緩行和爬行檔位工作時(shí)，拖拉機(jī)的動力主要用于動力輸出軸輸出或者爬坡，具體牽引特性不明顯，暫不考慮。本文只分析了運(yùn)輸與田間作業(yè)檔位的動力輸出功率特性，其中，混合動力拖拉機(jī)的動力輸出功率指動力耦合機(jī)構(gòu)輸出端的功率，即發(fā)動機(jī)和電機(jī)功率之和。由圖6可知：混合動力拖拉機(jī)的前進(jìn)檔位更少，當(dāng)輸出相同的牽引力時(shí)，混合動力拖拉機(jī)的動力輸出功率更大，且其未利用功率區(qū)域更小，說明混合動力拖拉機(jī)的動力系統(tǒng)輸出功率特性更好，牽引性能更優(yōu)越。

4.3牽引功率特性

根據(jù)牽引效率和理想的額定輸出功率就可以得到拖拉機(jī)的理論牽引功率范圍。現(xiàn)代拖拉機(jī)設(shè)計(jì)研究的一個(gè)重要課題便是不斷增大理論牽引功率的利用范圍，目前有兩種研究思路：一種是動力(負(fù)載)換檔變速箱，方法是增加速度檔位，如中國一拖生產(chǎn)的“東方紅”動力換檔重型拖拉機(jī)；另一種是采用液壓機(jī)械無級變速裝置，方法是實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的無極變速，如文獻(xiàn)[14]的Vario系統(tǒng)、文獻(xiàn)[15]的S-matic/Eccom傳動系、文獻(xiàn)[16]的IVT無級變速系統(tǒng)以及文獻(xiàn)[17]的液壓機(jī)械無級變速器。圖7對比分析了并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)和傳統(tǒng)拖拉機(jī)的牽引功率特性。

由圖7可知：混合動力拖拉機(jī)的牽引功率輸出略大于傳統(tǒng)拖拉機(jī)的牽引功率，并且基本實(shí)現(xiàn)了一定范圍內(nèi)理想牽引功率的充分利用，為增大理論牽引功率的利用范圍提供了新思路；同時(shí)隨著牽引力的增加，混合動力拖拉機(jī)動力系統(tǒng)的牽引功率變化更平穩(wěn)，說明混合動力拖拉機(jī)動力系統(tǒng)牽引特性較傳統(tǒng)拖拉機(jī)有較大的改善。

4.4行駛速度特性

在牽引特性中，隨牽引力的變化，各檔運(yùn)動速度的變化規(guī)律由發(fā)動機(jī)的調(diào)速特性、傳動比和滑轉(zhuǎn)率決定。在某檔位下，空行時(shí)拖拉機(jī)速度最高；隨牽引力增加，滑轉(zhuǎn)率增大，拖拉機(jī)速度降低；當(dāng)牽引力大于拖拉機(jī)額定負(fù)荷時(shí)，發(fā)動機(jī)超負(fù)荷轉(zhuǎn)速下降，滑轉(zhuǎn)率也逐步增大，拖拉機(jī)速度明顯下降；在較低檔位時(shí)，由于附著力不足，滑轉(zhuǎn)率急劇增加，拖拉機(jī)速度顯著降低，直到熄火或完全滑轉(zhuǎn)為止。圖8對比分析了傳統(tǒng)拖拉機(jī)和混合動力拖拉機(jī)的行駛速度特性。

圖7 兩種拖拉機(jī)牽引功率特性對比圖圖8 兩種拖拉機(jī)行駛速度特性對比圖

從圖8可以看出：設(shè)計(jì)的混合動力拖拉機(jī)行駛速度對傳統(tǒng)拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)了較好的包絡(luò)，而且實(shí)現(xiàn)了檔位間行駛速度的合理銜接，換檔過程將會更加便利?；旌蟿恿ν侠瓩C(jī)具有較好的運(yùn)動速度曲線，主要是由于電功率的輸入，減緩了拖拉機(jī)在超負(fù)荷時(shí)速度下降的程度，實(shí)現(xiàn)了更合理的調(diào)速過程，具有更好的速度輸出特性。

5　結(jié)論

(1)與傳統(tǒng)拖拉機(jī)相比，本文設(shè)計(jì)的并聯(lián)混合動力拖拉機(jī)的牽引效率特性、滑轉(zhuǎn)率特性、動力輸出功率特性、牽引功率特性和行駛速度特性等理論牽引特性的各項(xiàng)指標(biāo)均有一定的改善，優(yōu)于傳統(tǒng)拖拉機(jī)，并且減少了檔位數(shù)量，有益于傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化和操控。

(2)耦合系統(tǒng)的輸出特性目標(biāo)可以通過不同的控制方案實(shí)現(xiàn)，在一定程度上能夠提高動力性和經(jīng)濟(jì)性，并在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對牽引功率的充分利用。

(3)電動機(jī)低速大扭矩的特性可以彌補(bǔ)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性的缺點(diǎn)，有效地改善拖拉機(jī)的冷啟動性能。

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國家“十二五”科技支撐計(jì)劃基金項(xiàng)目(2014BAD08B04);河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究基金項(xiàng)目(152300410080);中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M582212)；河南科技大學(xué)青年自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014QN017,2015QN001)

周志立(1957-),男,河南偃師人,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事車輛新型傳動理論與控制技術(shù)等方面的研究.

2016-03-20

1672-6871(2016)06-0009-07

10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2016.06.003

S219.032.1

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