鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院羅文華徐文海

智能型多功能茶園作業(yè)機(jī)變速器電子換擋操縱系統(tǒng)研究

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院羅文華徐文海

目前，大部分農(nóng)用拖拉機(jī)和田間多功能作業(yè)機(jī)底盤的換擋操作都是通過拉桿進(jìn)行遠(yuǎn)程機(jī)械傳遞的方式來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于拉桿式遠(yuǎn)程換擋機(jī)構(gòu)而言,駕駛員憑經(jīng)驗(yàn)決定換擋時(shí)刻,換擋最佳時(shí)機(jī)不易把握，不同的駕駛技術(shù)對(duì)拖拉機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、乘坐舒適性產(chǎn)生極大差異。另外操作人員駕駛拖拉機(jī)時(shí)由于頻繁地選擋換擋操作,換擋費(fèi)力,因此容易疲勞，易使駕駛員疲勞,進(jìn)而影響行駛安全。在原機(jī)械式變速箱上加裝由微機(jī)控制的電子操縱機(jī)構(gòu)，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(jī)體所帶農(nóng)機(jī)具的操作，減少了工作量，提高了生產(chǎn)效率。與其他幾種自動(dòng)變速器相比，具有傳動(dòng)效率高、制造成本低、工藝?yán)^承性好的特點(diǎn)。

1 換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

變速器換擋機(jī)構(gòu)（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(shè)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(nèi)的滑動(dòng)齒輪的環(huán)槽內(nèi)，還含有固定底板1、活動(dòng)底板10、導(dǎo)軌、連桿15、固定座7、搖臂16、選擋電機(jī)13、進(jìn)擋電機(jī)12、電子換擋控制系統(tǒng)22，固定底板1的前部設(shè)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(shè)置在變速器的上蓋上，變速桿14位于固定底板1上設(shè)有的換擋槽口6中。導(dǎo)軌設(shè)置在固定底板的左右兩側(cè)，在圖1中，導(dǎo)軌包括左導(dǎo)軌9和右導(dǎo)軌8，活動(dòng)底板10與導(dǎo)軌構(gòu)成直線移動(dòng)連接。進(jìn)擋電機(jī)12通過進(jìn)擋電機(jī)固定架20設(shè)置在活動(dòng)底板10的前部，進(jìn)擋電機(jī)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(jī)13通過選擋電機(jī)固定架11設(shè)置在活動(dòng)底板10的后部。搖臂16的一端固定在選擋電機(jī)13的輸出軸上，搖臂16的另一端與連桿15的一端構(gòu)成鉸接，連桿15的另一端與固定座7構(gòu)成鉸接。固定座7設(shè)置在固定底板1的后部。選擋電機(jī)13和進(jìn)擋電機(jī)12分別與電子換擋控制系統(tǒng)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(dǎo)軌；10-活動(dòng)底板；11-選擋電機(jī)固定架；12-進(jìn)擋電機(jī)；13-選擋電機(jī)；14、變速桿；15-選擋電機(jī)連桿；16-選擋電機(jī)搖臂；17、18-銷軸；19-進(jìn)擋電機(jī)輸出軸；20-進(jìn)擋電機(jī)固定架；21-選擋電機(jī)輸出軸；22-電子換擋控制系統(tǒng)

圖1 變速器換擋機(jī)構(gòu)

2 電子換擋控制系統(tǒng)

電子換擋控制系統(tǒng)（圖2所示），包括單片機(jī)、1擋開關(guān)、2擋開關(guān)、3擋開關(guān)、4擋開關(guān)、倒擋開關(guān)和空擋開關(guān)。選擋電機(jī)13和進(jìn)擋電機(jī)12是可以由電子換擋控制系統(tǒng)22程序控制順時(shí)針、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度的可控電機(jī)，電子換擋控制系統(tǒng)輸出的脈沖寬度控制電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)角度和方向。

圖2 電子換擋控制系統(tǒng)

3 控制過程

變速器電子換擋操縱系統(tǒng)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(jìn)擋電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)到初始位置，同樣選擋電機(jī)13也轉(zhuǎn)動(dòng)到初始位置，這時(shí)電子換擋控制系統(tǒng)的空擋開關(guān)處于開狀態(tài)。

作業(yè)過程中，當(dāng)電子換擋控制系統(tǒng)22接收到擋位開關(guān)換擋信號(hào)時(shí)，進(jìn)擋電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)到初始位置，然后選擋電機(jī)13也轉(zhuǎn)動(dòng)到初始位置，電子換擋控制系統(tǒng)22根據(jù)換擋信號(hào)，首先通過選擋電機(jī)13通過搖臂16和連桿15帶動(dòng)活動(dòng)底板10直線移動(dòng)，將變速桿14移到所需進(jìn)擋的擋位槽口處，再通過進(jìn)擋電機(jī)12的轉(zhuǎn)動(dòng)速帶動(dòng)變速桿14轉(zhuǎn)動(dòng)，使變速桿14的下端撥動(dòng)所要擋位的撥叉軸來實(shí)現(xiàn)換擋。

下面以變速器從2擋位換至3擋位為例作說明：

當(dāng)按下3擋開關(guān)時(shí)，電子換擋控制系統(tǒng)22控制進(jìn)擋電機(jī)12轉(zhuǎn)到初始位置，這時(shí)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(tǒng)22控制選擋電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)、在搖臂16、連桿15和固定座7的共同作用下，使活動(dòng)底板10向固定底板1的前部移動(dòng)，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(tǒng)22控制進(jìn)擋電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)，使變速桿14轉(zhuǎn)至擋位槽口6的3擋槽位口的位置，這時(shí)變速桿14的下端撥動(dòng)3擋位的撥叉軸實(shí)現(xiàn)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(jié)束語

變速器電子換擋操縱系統(tǒng)中，由于采用選擋電機(jī)13和進(jìn)擋電機(jī)12來控制變速桿14的動(dòng)作，并且操作人員可以通過操縱換擋開關(guān)實(shí)現(xiàn)換擋，因此有效降低操作人員駕駛拖拉機(jī)時(shí)由于頻繁地選擋換擋操作而導(dǎo)致容易疲勞。

采用電子換擋操縱系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是∶（1）突破液壓結(jié)構(gòu)的限制，從而使結(jié)構(gòu)更加緊湊，重量更輕，獲得更理想的燃料經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。（2）適應(yīng)性強(qiáng)，開發(fā)周期短，在系列產(chǎn)品中更能顯示其優(yōu)越性。（3）與整車的其他系統(tǒng)兼容性好。

電子換擋操縱系統(tǒng)與其他幾種操縱控制系統(tǒng)相比,具有顯著的優(yōu)越性∶體積小、重量輕、液壓操縱慣性小、動(dòng)作靈敏、液壓系統(tǒng)便于調(diào)節(jié)、易于實(shí)現(xiàn)換擋操縱自動(dòng)化；只需作少量調(diào)整,就能裝到不同的變速箱上使用。在拖拉機(jī)上采用電子換擋變速器，對(duì)原有的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)作了最大限度的保留，傳動(dòng)效率高，控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，通過單片機(jī)控制能夠?qū)崿F(xiàn)多種不同的換擋功能，可以獲得拖拉機(jī)機(jī)組性能的最佳匹配。

2016-11-25)

鹽城市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)引導(dǎo)資金項(xiàng)目（YK2015029）