【摘要】：在面臨能源短缺,環(huán)境污染以及氣候異常的全球大背景下,我國作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國,節(jié)能又環(huán)保的拖拉機的研發(fā)對于減小環(huán)境破壞,實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。電動拖拉機和混合動力拖拉機作為節(jié)能環(huán)保農(nóng)用車輛中的佼佼者,也將勢必成為未來拖拉機發(fā)展的趨勢之一。鑒于電動拖拉機受限于電池技術(shù)的發(fā)展,短時間內(nèi)很難突破,混合動力拖拉機無疑是當下既滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需求,又符合節(jié)能環(huán)保主題的最佳選擇。本文針對計算機仿真平臺構(gòu)造模型難度大,且可靠性未知,而實車試驗平臺開發(fā)周期長、成本高昂的特點,提出了一種多功能的串聯(lián)式混合動力拖拉機加載試驗平臺的設(shè)計搭建方案。在進行混合動力拖拉機試驗臺的總體設(shè)計時,針對試驗臺所需實現(xiàn)的功能,采用模塊化思想,將實驗臺劃分為駕駛員操作、發(fā)動機測試、電源、輪轂電機控制及測試、模擬加載以及數(shù)據(jù)采集六大模塊,進而設(shè)計構(gòu)建試驗臺的結(jié)構(gòu)模型,根據(jù)結(jié)構(gòu)模型搭建整體臺架,完成試驗臺的實際布局。其中,重點對模擬加載模塊即加載試驗平臺做了一系列試驗研究。同時為了實現(xiàn)試驗臺的測試功能,設(shè)計了試驗臺的測控方案,發(fā)動機作為動力源,通過發(fā)電機和控制器可帶動電機部分實現(xiàn)模擬工況試驗,電池組可單獨也可配合發(fā)電部分同時驅(qū)動電機部分實現(xiàn)作業(yè)功能,所測信號通過數(shù)據(jù)采集卡反饋上位機,用戶可以根據(jù)需要進行控制,達到調(diào)節(jié)優(yōu)化的目的。針對所設(shè)計搭建的混合動力拖拉機模擬加載平臺,在對轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、電流電壓傳感器、磁粉制動器等主要設(shè)備進行標定以及對輪轂電機負載特性的預(yù)備試驗完成后,分別進行了道路運輸、犁耕和突加載荷等三種典型拖拉機工況的模擬加載試驗,結(jié)果如下:(1)在該試驗中,輪轂電機的輸出外特性曲線近似為雙曲線,并且輪轂電機的轉(zhuǎn)速隨著其轉(zhuǎn)矩的增大而降低,其輸出功率隨著轉(zhuǎn)速增大而下降,效率則隨著轉(zhuǎn)速的增加而上升。輪轂電機能夠獨立驅(qū)動,且擁有較大的調(diào)速范圍和過載能力,以及減速增矩的特性,滿足大型拖拉機田間作業(yè)的要求。(2)在進行勻速道路運輸作業(yè)時,驅(qū)動扭矩恒定,而在加速或減速作業(yè)行駛時,驅(qū)動扭矩為了克服慣性力而增大或減小;當勻速犁耕作業(yè)時,不同的田間條件,輸出扭矩也有較大差別,與道路運輸時相比,轉(zhuǎn)矩明顯增大,說明混合動力拖拉機各部件的轉(zhuǎn)矩時隨著外部載荷的增大而增大的。(3)基于PID控制的混合動力拖拉機加載系統(tǒng)相比沒有經(jīng)過控制優(yōu)化的加載系統(tǒng),輸出響應(yīng)精度明顯提高,響應(yīng)時間明顯縮短。通過本課題的試驗研究,可以為后續(xù)混合動力拖拉機驅(qū)動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持,并且為實車試驗提供重要參考。
【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S219
【圖文】：

逡逑圖１－１所示，它主要的工作原理是電動機帶動旋耕刀進行田間旋耕作業(yè)，但由于當時逡逑的電池技術(shù)不發(fā)達，該拖拉機的動力源主要為一根長導線直接連接到電網(wǎng)上進行供逡逑電，不需要發(fā)動機消耗燃油提供動力，也可以進行大范圍的耕種。但這種采用電線連逡逑接到電網(wǎng)上直接供電的方式，在耕地時需要用相當數(shù)量的纜桿支撐電纜，且需要拖著逡逑長長的電線作業(yè)，十分不便，其工作范圍約為１２００平米，每隔一段距離就得移動電逡逑纜桿。逡逑美國的Ｇｅｎｅｒａｌ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ公司在上個世紀７０年代的時候研制出了一款叫Ｅｌｅｃ－Ｔｒａｋ逡逑的電動拖拉機｜１６１，如圖１－２所示，該拖拉機的車身重量約在２２７ｋｇ到４０９ｋｇ之間，其逡逑功率范圍可從８馬力（約５．９ＫＷ）到１５馬力（約１１ＫＷ）不等，其工作速度區(qū)間為４．８邋ｋｍ／ｈ逡逑到１４．４邋ｋｍ／ｈ。這種小型拖拉機的生產(chǎn)用途主要為進行一些低強度的作業(yè)，比如草坪修逡逑剪

逡逑圖１－１所示，它主要的工作原理是電動機帶動旋耕刀進行田間旋耕作業(yè)，但由于當時逡逑的電池技術(shù)不發(fā)達，該拖拉機的動力源主要為一根長導線直接連接到電網(wǎng)上進行供逡逑電，不需要發(fā)動機消耗燃油提供動力，也可以進行大范圍的耕種。但這種采用電線連逡逑接到電網(wǎng)上直接供電的方式，在耕地時需要用相當數(shù)量的纜桿支撐電纜，且需要拖著逡逑長長的電線作業(yè)，十分不便，其工作范圍約為１２００平米，每隔一段距離就得移動電逡逑纜桿。逡逑美國的Ｇｅｎｅｒａｌ邋Ｅｌｅｃｔｒｉｃ公司在上個世紀７０年代的時候研制出了一款叫Ｅｌｅｃ－Ｔｒａｋ逡逑的電動拖拉機｜１６１，如圖１－２所示，該拖拉機的車身重量約在２２７ｋｇ到４０９ｋｇ之間，其逡逑功率范圍可從８馬力（約５．９ＫＷ）到１５馬力（約１１ＫＷ）不等，其工作速度區(qū)間為４．８邋ｋｍ／ｈ逡逑到１４．４邋ｋｍ／ｈ。這種小型拖拉機的生產(chǎn)用途主要為進行一些低強度的作業(yè)，比如草坪修逡逑剪

求的拖拉機形式。截止到現(xiàn)在，混合動力拖拉機的研究已經(jīng)取得了一些不菲的成果。逡逑２００９年，在國際農(nóng)機展上，俄羅斯的“ＲＵＳＥＬＰＲＯＭ”公司展出了一款串聯(lián)式的混逡逑合動力拖拉機“Ｂｅｌａｍｓ－３０２３”，如圖１－３所示，在此次展會上被授予了銀獎，它創(chuàng)造性逡逑的搭載了由３００馬力發(fā)動機、２２０ｋＷ發(fā)電機、丨８３ｋＷ牽引異步電動機和動力電子控逡逑制器以及步進減速器構(gòu)成的機電驅(qū)動系統(tǒng)［６１。有研宄表明，這款混合動力拖拉機相比逡逑傳統(tǒng)的動力換擋式拖拉機，在犁耕作業(yè)時能在節(jié)油１８％的前提下，提高２％的生產(chǎn)率。逡逑美國的Ｖｉｓｉｏｎ邋Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ公司和Ｃａｐａｃｉｔｙ邋ｏｆ邋Ｔｅｘａｓ公司在２０１０年聯(lián)合推出了邋一款逡逑燃料電池混合動力拖拉機（Ｚｅｒｏ邋Ｅｍｉｓｓｉｏｎ邋Ｔｅｒｍｉｎａｌ邋Ｔｒａｃｔｏｒ，ＺＥＴＴ），如圖１－４所示。逡逑該混合動力拖拉機的驅(qū)動系統(tǒng)是由１６５ｋＷ電動機、鋰離子電池和氧燃料電池共同構(gòu)逡逑成的，并不需要消耗燃油，真正可以實現(xiàn)無污染零排放｜６１。同類型的還有德國德累斯逡逑頓工業(yè)大學研制的１２０馬力混合動力拖拉機，該拖拉機外觀有了很大改進，比較美觀，逡逑如圖１－５所示。逡逑圖１－３混合動力拖拉機Ｂｅｌａｒｕｓ－３０２３邐圖１－４邋Ｖｉｓｉｏｎ燃料電池混合動力拖拉機逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－３邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｔｒａｃｔｏｒ邋Ｂｅｌａｒｕｓ－３０２３邐Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｖｉｓｉｏｎ邋ｆｕｅｌ邋ｃｅｌｌ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｔｒａｃｔｏｒ逡逑圖１－５德累斯頓工業(yè)大學１２０馬力混合動力拖拉機逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｄｒｅｓ

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