1 研究背景

隨著農(nóng)用機(jī)械的不斷發(fā)展，同步器因具有消減換檔沖擊度，延長齒輪和傳動系統(tǒng)壽命的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用

。變速箱的換檔過程需要通過離合器的打開和結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，然而離合器輸入端和離合器輸出端具有一定的轉(zhuǎn)速差，如果轉(zhuǎn)速差過大，離合器在結(jié)合時會造成一定的磨損。同步器作為變速箱實(shí)現(xiàn)自動換擋最重要零部件之一，可以將速差消除到一定范圍內(nèi)，減小離合器磨損，提高換擋舒適性，同時消除換擋過程中產(chǎn)生的大噪聲。

在變速箱控制器識別到換擋需求指令后，變速箱的液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動撥叉帶動同步器齒套向檔位齒方向移動，齒套推動滑塊，滑塊彈簧產(chǎn)生的軸向力可以消除同步環(huán)摩擦面和齒輪錐面間的油膜，開始建立錐面間的摩擦系數(shù)，完成同步器預(yù)同步；同步環(huán)在產(chǎn)生摩擦力矩時，通過梅角對齒套的軸向移動進(jìn)行鎖止；當(dāng)同步完成，摩擦力矩消失，齒套可進(jìn)一步往前移動，克服軸系的阻力矩，完成齒輪結(jié)合齒花鍵的嚙合，從而完成換擋實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞

。其中，鎖環(huán)式雙錐面同步器被廣泛應(yīng)用于中重型變速箱，它相比于鎖銷式同步器，具有結(jié)構(gòu)簡單、軸向尺寸小、重量輕、同步容量大、同步時間短、換檔沖擊力小、可靠性高等特點(diǎn)，可以大大縮短變速箱總長、減小變速箱重量、降低變速箱成本

。

農(nóng)用拖拉機(jī)在駕駛過程中，受工況、駕駛需求等因素的影響，需要切換高低檔以滿足當(dāng)前駕駛需求，實(shí)際高低檔切換依靠同步器來實(shí)現(xiàn)

，當(dāng)同步器撥叉片受鐵屑、油液品質(zhì)的影響時會出現(xiàn)工作異常狀態(tài)，導(dǎo)致高低檔切換失敗，影響整車正常運(yùn)行

。然而同步器的異常工作狀態(tài)可能是偶發(fā)性的撥叉片卡滯也可能是嚴(yán)重的機(jī)械損壞，同步器撥叉片卡滯可通過調(diào)節(jié)驅(qū)動方式來實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，從而保證繼續(xù)行車正常?；诖耍疚奶岢隽艘环N基于HMCVT高低檔同步器智能控制及工作狀態(tài)檢測方法，提高整車作業(yè)效率。

蠶豆屬一年生草本植物，主要分布在北緯63°的溫暖濕地，耐寒性較差，也不耐高溫和干旱。蠶豆根系較發(fā)達(dá)，入土較深，根瘤形成早，主根短粗，須根較多，根瘤密集呈粉紅色。莖粗壯，莢果肥厚，花期4～5月，果期5～6月。蠶豆忌連作，連作不僅會影響植株長勢，造成病苗弱株，生育不佳，更會導(dǎo)致根瘤菌數(shù)量下降，活性低，結(jié)莢少，發(fā)病多，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。栽培蠶豆宜實(shí)行至少3年以上的輪作，如小麥—蠶豆—青稞—小麥，或蠶豆—玉米（套甘薯）—小麥—花生，小麥—棉花—蠶豆—玉米（套甘薯）。

2 同步器工作原理

鎖環(huán)式同步器可分為單錐鎖環(huán)、多錐鎖環(huán)同步器。受成本、工藝和結(jié)構(gòu)等條件限制，鎖環(huán)式同步器的摩擦副數(shù)量目前最多應(yīng)用到三錐。根據(jù)外環(huán)與內(nèi)環(huán)的結(jié)構(gòu)關(guān)系，多錐同步器又 可分為非耦合式、耦合式。在相同軸向尺寸下，非耦合式的錐面摩擦副面積大于耦合式，且 前者錐面錐角一般小于后者，同等條件下可提供更大的摩擦力矩；但前者的鎖止能力相對后者較弱，并且需要更大的撥環(huán)力矩，且同步之后產(chǎn)生沖擊也較大。結(jié)合考慮二者的優(yōu)缺點(diǎn)，中重型變速器以耦合式多錐同步器應(yīng)用居多。在HMCVT高低檔切換時，變速器的輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)速不相同，依靠電磁閥驅(qū)動來改變同步器撥叉片位置，使輸入端在接觸錐面摩擦力矩作用下，克服輸入端零件的等價慣性力矩，使輸入端與輸出端的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步

，當(dāng)輸入端和輸出端達(dá)到同步后完成檔位的切換。其工作原理如圖1所示：

(1)檢測高低檔切換指令與當(dāng)前實(shí)際檔位狀態(tài)是否一致；

同步器從空擋到擋位結(jié)合完成共分為6個過程：空擋、分度、同步、齒套穿過同步環(huán)、齒套撥動結(jié)合齒、擋位結(jié)合完成，過程示意圖見圖2,在同步過程的最后幾個過程中最容易發(fā)生卡滯問題。

3 同步器的失效形式

(3)存儲記錄：統(tǒng)計識別到此類工況并最終通過改變驅(qū)動電流的方式使高低檔恢復(fù)正常工作的次數(shù)；當(dāng)次數(shù)超過判斷閾值高低檔切換沒有恢復(fù)正常，則提示駕駛員需對高低檔相關(guān)硬件進(jìn)行排查。

4 同步器控制策略

4.1 基本控制思想

(1)狀態(tài)識別：當(dāng)檢測到高低檔指令與實(shí)際行車狀態(tài)不一致時，認(rèn)為同步器工作狀態(tài)異常。

4.2 控制實(shí)現(xiàn)過程

生產(chǎn)回水通過生產(chǎn)回水加壓管道系統(tǒng)輸送至高位生產(chǎn)回水水池后，再通過生產(chǎn)回水供水管道系統(tǒng)重力輸送至采礦工藝及選礦工藝各生產(chǎn)回水用水點(diǎn)。

當(dāng)檢測到高低檔切換失敗時，通過多次切換高低檔命令來驅(qū)動同步器工作，如果在設(shè)定切換次數(shù)內(nèi)高低檔切換成功，則說明此時同步器異常是因?yàn)榕及l(fā)性的卡滯，而非硬件本身損壞，可以繼續(xù)正常行車。如果高低檔切換仍然處于失敗狀態(tài)，則繼續(xù)進(jìn)行多次高低檔切換并每次增加相應(yīng)檔位切換的驅(qū)動電流，如果在設(shè)定切換次數(shù)內(nèi)高低檔切換成功，則說明此時同步器異常是因?yàn)榕及l(fā)性的卡滯，高低檔同步器自修復(fù)成功，反之則需要硬件的進(jìn)一步檢查。

我國亟待加快CCUS技術(shù)升級換代。一是在當(dāng)前技術(shù)條件下，成熟的化學(xué)吸附法能耗高、成本高，捕集成本為300～400元/噸，埋存成本為200～300元/噸。從發(fā)展的視角看，企業(yè)負(fù)擔(dān)不起。同時，增加捕集二氧化碳環(huán)節(jié)，發(fā)電廠每千瓦時能耗將增加10%左右。二是我國東部地區(qū)油藏多為陸相沉積，原油大都為石蠟基原油，二氧化碳混相壓力高，驅(qū)油效率較低，提高采收率幅度低，大規(guī)模驅(qū)油利用需進(jìn)行深化研究。因此，需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，加快CCUS技術(shù)升級換代。

(2)若高低檔指令與當(dāng)前實(shí)際狀態(tài)一致，則高低檔切換成功；若高低檔指令與狀態(tài)不一致，則發(fā)出與當(dāng)前高低檔切換指令相反的指令；

變速箱的換擋性能是影響駕駛感受的重要指標(biāo)。變速箱在換擋過程中，如果出現(xiàn)設(shè)計魯棒性不足、不合理以及零件尺寸控制不嚴(yán)等問題時同步器就會出現(xiàn)磨損、打齒、卡滯、等多種問題,本文就同步器卡滯問題重點(diǎn)進(jìn)行介紹?？饕窃趽Q檔過程中不能實(shí)現(xiàn)同步而造成的。一是由于摩擦錐面間的接觸面積過小，二是由于同步環(huán)磨損嚴(yán)重、外同步環(huán)凸爪兩側(cè)磨損嚴(yán)重或是兩側(cè)的錐度過大，在同步過程中不能保證同步環(huán)與齒套接合齒很好地實(shí)現(xiàn)鎖止作用，所以換檔時間長并且在換檔時發(fā)響

。變速箱上安裝了同步器位置傳感器，是用于計算同步過程完成的重要參考信號，換擋過程中需要給同步器電磁閥加電，電磁閥通過以后，變速箱系統(tǒng)泵提供的壓力會驅(qū)動液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動撥叉帶動同步器齒套用于驅(qū)動。如果發(fā)生卡滯，同步器位置能夠很好的反映出故障狀態(tài)，下圖3顯示了驅(qū)動過程中發(fā)生同步器卡滯的情形。

具體控制過程如圖4所示：

黃土高原位于中國中部偏北，包括了太行山以西，秦嶺以北，烏鞘嶺以東，長城以南的廣大地區(qū)?？珀兾鳌⑸轿?、青海、甘肅、寧夏及河南等省區(qū)，面積約40萬km2，海拔1 500～2 000 m。除少數(shù)石質(zhì)山地外，高原被厚厚的黃土層覆蓋，黃土厚度在50～80 m，最厚達(dá)150～180 m。黃土顆粒較細(xì)，但是土質(zhì)松軟，而且含有較豐富的礦物質(zhì)養(yǎng)分，有利于開墾農(nóng)業(yè)，盆地和河谷農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史悠久。但隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展，人們?nèi)狈ΡＷo(hù)環(huán)境的意識，植被保護(hù)工作一直沒有得到重視，在長期的流水侵蝕之后下地面變得支離破碎，形成了千溝萬壑的地表現(xiàn)象。

(2)驅(qū)動控制：當(dāng)檢測到同步器工作狀態(tài)異常后，首先通過多次改變高低檔切換命令來進(jìn)行同步器的自修復(fù)，如果在此策略控制下同步器仍然處于異常工作狀態(tài)，則繼續(xù)多次改變高低檔切換命令并同時增加相應(yīng)的電磁閥驅(qū)動電流來控制。

本策略的控制實(shí)現(xiàn)主要分為三個過程，分別為狀態(tài)識別、驅(qū)動控制以及存儲記錄。

(3)檢測此時高低檔指令和當(dāng)前實(shí)際狀態(tài)是否一致，若一致則高低檔切換恢復(fù)正常，該控制策略結(jié)束，整車正常運(yùn)行；否則繼續(xù)判斷高低檔切換次數(shù)是否達(dá)到了設(shè)定閥值，若沒有超出則重復(fù)執(zhí)行上述步驟(2)，反之繼續(xù)改變高低檔切換指令，并同時線性增加相應(yīng)電磁閥的驅(qū)動電流；

(4)繼續(xù)檢測此時高低檔指令和當(dāng)前實(shí)際狀態(tài)是否一致，若一致則高低檔切換恢復(fù)正常，該控制策略結(jié)束；否則繼續(xù)判斷高低檔切換次數(shù)是否達(dá)到了設(shè)定閥值，若沒有達(dá)到則重復(fù)執(zhí)行上述步驟(3)，反之控制策略結(jié)束并報出高低檔切換失敗故障提醒駕駛員進(jìn)行高低檔同步器硬件檢查。

由于引入了多種智能化的現(xiàn)代技術(shù)，更加增強(qiáng)了變電站自身變電能力。傳統(tǒng)的變電站不能添加的二次變電能力，可以集成化添加到智能變電站間隔層中，無需增加電纜便能實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的變電能力。通過引入先進(jìn)的光電技術(shù)，能更多的監(jiān)測出信息，處理信息的能力也得到了大的提升。

5 測試結(jié)果分析

按照本文所提高低檔同步器智能控制和工作狀態(tài)檢測方法進(jìn)行測試，由實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果可知，在檢測到高低檔切換失敗后，通過此策略有效排查了同步器非硬件損壞的偶發(fā)性卡滯問題，實(shí)現(xiàn)高低檔同步器自修復(fù)，大大提高了整車工作效率。測試結(jié)果如圖5所示。

6 結(jié)論

通過分析可知，整車運(yùn)行期間如果出現(xiàn)高低檔切換失敗，可能是高低檔同步器因受鐵屑等因素導(dǎo)致的非硬件損壞的偶發(fā)故障，通過改變高低檔切換命令、增加電磁閥驅(qū)動電流可以修復(fù)該故障，實(shí)現(xiàn)高低檔同步器自修復(fù)，繼續(xù)保持整車的正常運(yùn)行，反之則判斷出高低檔同步器可能存在硬件損壞故障，提醒駕駛員進(jìn)行硬件檢查。因此本文所提基于HMCVT的高低檔同步器智能控制及工作狀態(tài)檢測策略可以大大提高整車的工作效率和駕駛舒適性。

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