拖拉机的研究：控制离合器的液压系统，降低驾驶员操作的复杂性

互推小编 2024-04-18

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文|牧童

编辑|牧童

◆ ◇ 前言 ◇ ◆

湿式离合器有摩擦片和独立的摩擦片。在接合过程中，湿式离合器通过摩擦传递扭矩磁盘之间。

湿式离合器由于其啮合平稳，扭矩传递大。PST（动力换档变速箱）依赖在湿式离合器的滑动摩擦上实现换档过程而不中断，有效提高了农机作业效率。实现拖拉机换向时，不需要通过切换前进和后退湿式离合器来中断动力，从而降低驾驶员操作的复杂性。

HMCVT中（液压机械无级变速器），减少了冲击通过合理控制，多个湿式离合器来提高换档质量。作为关键部件，湿式离合器的动态接合特性将直接影响影响农业设备的性能。湿式离合器依靠液压油结合，研究湿式离合器的充油特性对提高离合器接合质量。

1.湿式离合器充油特性影响因素划分及平顺性评价指标

湿式离合器充油过程通常分为四个阶段：

阶段1：湿式离合器电磁阀线圈通电后,活塞腔开始形成，摩擦片和钢板之间的间隙被消除。

阶段2：随着活塞油压的增加，摩擦片和钢板进一步按压。此时，离合器依赖于粗糙的摩擦扭矩和粘性扭矩以传递扭矩。

阶段3：活塞油压升至设定值，以确保湿式离合器具有一定的储备扭矩。此时，摩擦片和钢板。

阶段4：活塞油压保持恒定，直到控制器发出新指令。

通过分析，本研究选取了影响充油特性的五个因素，曲线—第1阶段的充油率，第1阶段持续时间占总时间的比例充油时间，第2阶段的充油率，第2期的持续时间与总充油时间，以及阶段3的持续时间占总充油的比例时间——探索不同加油控制策略对交战的影响湿式离合器的质量。

在本文中，动载荷、滑动摩擦功、冲击选择接合度和接合时间来评估湿式的接合质量以及湿式离合器接合质量的综合评价指标已建立。动态负载是指最大传动扭矩与稳定扭矩的比值变速器扭矩，表示由湿式离合器。

式中，y1为动载荷，Tmax为湿式离合器接合过程（Nm），T0是湿式离合器接合过程（Nm）.

湿式离合器的板。摩擦功会加速离合器摩擦片的磨损，并缩短离合器的使用寿命。

式中，y2为滑动摩擦功（J），Tcl为湿式离合器（Nm），ω1是摩擦片的转速（rad/s），ω0是转速在钢板（rad/s）中，t1是滑动开始时间，t2是滑动结束时间。冲击程度是指拖拉机纵向加速度的变化率；这个冲击越大，拖拉机的平顺性和驾驶舒适性就越低。

在公式中，y3是冲击程度(m/s3)，v是拖拉机的速度(m/s)。

接合时间是指湿式离合器接到接合指令至摩擦片与钢片之间没有转速差的时间。

在公式中，y4是完全接合时间，to是湿式离合器致动器接收组合指令的时间，tstable是摩擦片和钢板之间不存在速度差的时间。

2.基于RSM的实验设计

本文提出了响应面法中的中心复合设计被选择来设计离合器接合质量的模拟测试，以及测试组的数量总共为50个。CCD具有以下优点设计灵活，测试次数少，在科学实验中得到广泛应用。

RSM基于最小二乘回归方法来拟合统计模型，近似真实的函数关系，并描述科学地输入和响应。该模型可以优化和预测响应。建模时可以选择每个因素的代码值和实际值。

两种方法建立的模型中的项目是相同的，但每个参数都是不同的因子（A、B、C、D和E）与响应值之间的关系（y1、y2、y3、y4和y5）如公式所示：

式中，A为充油率，B为持续时间占总充油时间，C为第2阶段的充油率，D为比例第2阶段的持续时间占总充油时间的比例，E为第3阶段持续时间的比例，ε是模型不能从其他来源得到的变化解释，使用一阶或二阶泰勒展开来近似函数

模型在相对较小的区域中的形式。二阶模型为：

3.湿式离合器活塞油压控制效果验证

在不同系统输入下的油压，本文研究了方波信号和正弦信号作为油压控制目标进行验证。根据目标曲线可以有效地跟踪离合器活塞上的油压。

当目标值随方波信号而变化时测试时间为3s。第一阶段，目标油压为2.165MPa，控制器稳定到目标值所需的时间为0.05s。最大值该过程中的油压超调为0.923MPa。在第二阶段，目标油压力为1.627MPa，控制器稳定到目标所需的时间值为0.106s。

在此过程中，最大油压超调为0.091MPa。在第三阶段，目标油压为1.075MPa，控制器稳定到目标值为0.144s。在此过程中，最大油压超调为0.102MPa。实际油压与目标值之间的误差在油压跟随控制的过程中。

第一个的最大跟随误差阶段为2.165MPa，第二阶段的最大跟随误差为0.538MPa。第三级的最大跟随误差为0.552MPa。

当时的目标值离合器的充油压力随正弦信号变化，总模拟试验时间为3s，控制器响应时间为0.1s，以下误差小于0.01MPa，以及油压跟随过程中的最大超调油压为0.026MPa。仿真结果表明，活塞油压控制器基于算法，可以实现更好的跟踪效果来控制带有不同的充油特性曲线。

同时，为了进一步验证油压的控制效果本文设计的控制器，以正方形为例，反推将控制器和工程中常用的PID控制器进行了比较。方波信号的最终稳定值为1.165MPa。这个PID控制器在0–0.099s内剧烈振荡，并且反步的过冲控制器与PID控制器相比减少了78%。倒退控制器稳定到预期值的速度较慢，但两个控制器都可以快速更改为预期值，所需时间分别为0.099s和0.189s。

反步控制器的超调相对较小加油压力小。在湿式离合器接合过程中，波动充油压力的大小将直接影响湿式离合器的滑动摩擦值工作，长期使用会加剧湿式离合器的磨损，影响使用生活和参与质量。

4.RSM测试结果分析

根据表中的湿式离合器接合质量的模拟测试结果，以动载荷y1为响应值的二次回归多项式模型已建立：

式中，A为相1的充油率，B为相1持续时间占总充油时间，C为第2阶段的充油率，D为阶段2的持续时间占总充油时间的比例，E是阶段3的持续时间与总充油时间，y1为动载荷。每个模型项目的方差分析进行显著性检验，结果如表所示。

从表中可以看出，动态负荷回归模型的p值为小于0.0001，表明回归模型具有高度显著性。因此模型拟合精度高，可以用来描述样本。拟合系数动态负荷回归模型的系数为0.8792，调整系数为0.7959，变异系数为6.29%。总之，回归模型具有较高的拟合度准确度，可以反映五个影响因素与能够准确地分析和预测动态载荷。

在模型的方差分析中，一度项A和B的影响为显著性（p<0.05），五个因素的显著程度由高到低依次为A>B>D>C>E.B2是二阶项目中的签名项目（p<0.05），表明因子B对动载荷的影响是非线性的。在交叉项目中，AC和AD显著（p<0.05），表明因子a之间存在显著的相互作用以及因子A和因子D。

图中显示了一个曲面，表明相互作用的影响动态载荷上的因子A和C之间是非线性的。随着加油量的增加阶段1的速率和阶段2的充油速率，动态负载值逐渐增加。

◆ ◇ 结语 ◇ ◆

根据表中湿式离合器接合质量的模拟试验结果，a滑动摩擦功y2为响应值的二次回归多项式模型已建立：

从表中可以发现，滑动摩擦功回归的p值模型小于0.0001，表明回归模型具有高度显著性。因此，模型拟合精度高，可以用来描述样本。配件模型系数为0.9656，调整系数为0.9504，系数变化率为3.95%。

该模型具有较高的拟合精度，能够反映五个影响因素与滑动摩擦功的关系并能较准确地分析和预测滑动摩擦功。

在滑动摩擦功回归模型的方差分析中，交叉项AB、AC和BC的影响显著（p<0.05），表明因子a和因子B、因子a和因素C之间存在显著的交互作用，因子B和因子几乎是一个平面，表明因子a和B之间的相互作用对滑动摩擦功具有线性影响。

当第1阶段的充油率恒定时，滑动摩擦功的值随着第1阶段持续时间与总充油时间的比例的增加而减小。

参考文献：

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