设计了一种满足中大型采棉机行驶需求的液压机械无级变速器试验台,完成了各部分设计及搭建,并进行了相关试验。基于液压机械无级变速器工作原理和传动特性,针对自主研发的分矩汇速等差多段式液压机械无级变速器,提出试验台整体设计方案,确定试验台各装置组成,设计试验台动力负载部分、测控人机交互部分与传动固定部分,并进行相应试验。结果表明:液压机械无级变速器试验台运转平稳,能够实现液压机械无级变速器参数测试,转速和负载的变化与换段时速度下降幅度呈正相关。研究可为采棉机液压机械无级变速器试验台的设计与试验提供理论依据。

针对装有液压机械无级变速器的采棉机在工作环境下采摘速率与行驶速度的稳定性差、难以匹配等问题,提出了一种基于采棉机单泵控双马达的采摘子系统与变量泵控马达的行驶子系统的恒转速协同控制方法。以采摘速度与行走速度的输出转速恒定为控制目标,通过直接控制、PID控制和双前馈模糊PID协同控制对比验证采棉机采摘与行驶的同步控制。仿真结果表明,双前馈模糊PID协同控制使采摘系统达到稳定状态的超调量减少3.95%,调整时间减少0.124 s;同时使行驶系统超调量减少0.1%,稳定输出转速的调整时间减少3.67 s。双前馈模糊PID协同控制提高了采棉机采摘与行驶的同步稳定性,增强了系统控制性能。

根据液压机械无级变速器传动原理,结合HMCVT试验台架、泵控马达测控系统及HMCVT测控系统,对双向变量泵工作效率进行分析,通过Design Expert10建立多元回归模型,并用响应曲面法分析各因素对双向变量泵的效率的影响。为提高变量泵控定量马达系统的工作效率,通过MATLAB/Simulink和多体动力学软件ITI SimulationX建立模糊控制模型与动力学模型,并进行联合仿真,采用自适应模糊PID控制和普通PID控制2种控制方法对定量马达输出转速和双向变量泵排量比进行比较。结果研究表明:定量马达稳定输出转速时间减少了0.86 s,超调量下降11.4%,排量比稳定输出时间减少0.57 s,超调量下降15.5%。为进一步研究HMCVT效率特性及动态特性提供依据。

针对搭载液压机械无级变速器的非道路车辆在复杂工作环境下容易引起液压调速系统输出转速波动剧烈、稳定性下降等问题,提出一种基于液压调速系统的遗传算法优化前馈-反馈+PID转速复合控制方法。以系统输出转速平稳恒定为控制目标,将未加控制时的马达转速分别与PID控制以及遗传算法优化前、后的前馈-反馈PID控制下的马达转速进行比较。仿真结果表明,遗传算法优化前馈-反馈PID控制使系统达到稳定状态时的超调量减少38.7%,调节时间减少3.5 s,提高了系统的抗负载干扰能力和转速控制性能。

为提高车辆驾驶舒适性,减少液压功率分流无级变速器换段次数,提出一种基于拉维娜行星齿轮结构设计的液压功率分流无级变速箱设计方案。首先,进行速比匹配,建立了变速箱传动方程,确定其主要参数取值;其次,基于SimulationX平台建立了泵控液压马达、湿式离合器等变速箱关键模块的物理模型,搭建起整体动力学仿真变速箱仿真平台;最后,基于所构建的模型对变速箱传动连续特性和调速特性等进行了仿真分析。仿真结果表明:所设计的变速箱结构紧凑,仅采用单个汇流行星排就能实现6~56 km/h范围内的无级调速;各工作段速比呈等比式增长,能够在较短时间内完成调速,符合设计要求。

针对采棉机作业工况复杂,提出一种由静液压无级变速与机械式有级变速组配式动力换挡无级调速行驶传动方案。建立采棉机田间采摘、田间运输和公路运输3种工作模式控制逻辑,确定3种模式速度范围。构建动力传动方程,确定采棉机设计参数和液压系统元件选型。搭建采棉机样机进行速比特性田间试验,分析调速特性与变量泵效率特性。结果表明:通过变量泵和变量马达联合调控以及改变机械式有级变速箱传动比,可实现采棉机在田间采摘模式时恒转矩输出,在运输模式时恒功率输出;采棉机田间采摘速度范围为0~8.5 km/h,田间运输速度范围为0~14.5 km/h,公路运输速度为0~27.5 km/h;可实现采棉机全程作业无级调速,满足其行驶动力需求。