随着农业现代化的快速发展,农业机械车辆担当着越来越重要的角色。目前,在农业机械车辆的动力传动结构研究中,有混合动力和纯电动动力两种,但混合动力结构依然难以避免燃油造成的尾气污染。随着车辆动力电气化的发展,纯电动动力传动已成为车辆动力传动的研究热点。当前,纯电动动力传动主要有单电机多速比驱动、双电机双轴驱动以及轮毂电机驱动等传动结构,由于工作环境和工作特点,上述结构主要用于电动汽车和工程机械,难以适用于农业机械车辆。本文针对农业机械车辆工作环境特点和纯电动动力传动研究现状,设计一种适用于农业机械车辆的双电机并联耦合输入单输出传动结构的试验台。这种传动结构不仅可以增大调速范围,提升耦合动力,还可以解决单个小功率单电机因动力不足、调速范围小造成电机损坏和单个大功率电机自身负载大、能量损耗大等问题,同时可以满足车辆在复杂环境作业的动力需求,为后续研究双电机动力耦合农业机械车辆的动力优化和最优功率平衡匹配提供试验研究平台。试验台设计主要完成的工作归纳如下:1.无刷直流电机运行原理分析与数学模型建立。为了实现双电机无级调速,分析了无刷直流电机的结构及运行工作原理,建立了电机的数学模型,根据无级调速原理与方法,分析了电机控制器实现无级调速的控制方式、控制结构和控制策略。2.齿轮箱传动结构的设计与运行分析。以行星差动齿轮作为主要传动机构,结合动力源的特点与特性,分析了行星差动齿轮传动输出转速、转矩分别与输入转速、转矩的关系及传动效率。根据行星差动齿轮的传动特性,设计了试验台双输入单输出的传动齿轮箱结构,结合齿轮箱的设计参数,在行星差动齿轮运行分析的基础上,计算推导出了试验台齿轮箱传动运行中,电机独立工作和双电机共同工作时转速和转矩的输出与输入关系。3.双电机耦合传动系统仿真试验设计与结果分析。利用动力学仿真平台SimulationX建立了双电机耦合传动系统的仿真模型,分析了系统在单电机独立工作和双电机共同工作下,负载变化时,输出输入转速和转矩的变化关系。仿真试验表明,当系统加载时,电机转速响应时间变长。当电机达到稳定运行状态时,输出转速、转矩分别与输入转速、转矩的关系与理论计算推导关系一致。忽略齿轮啮合摩擦的影响,双电机耦合输出调速范围增大29.17%,实现了增大调速范围的目标。4.试验台硬件系统与软件测控系统的设计与实现。设计内容主要包括五部分:(1)驱动控制系统,采用了控制方式为PWM的自带双闭环控制结构和硬件PI调节器的IPM控制器,实现了电机无级调速。(2)耦合传动系统,以行星差动齿轮为主要结构,设计定轴齿轮作为双电机输入端,通过定轴齿轮带动行星差动齿轮的太阳轮和内齿圈实现了双输入单输出结构的传动齿轮箱。(3)传感器检测系统,采用高精度AN系列总线数字式转矩转速传感器JN338,以总线结构将控制器和传感器连接,通过485转232与PC机连接,实现了实时检测试验台输入和输出的转速和转矩。(4)模拟加载系统,采用XZ25YS磁粉制动器,通过调节张力调节器的激励电流大小改变摩擦力,实现了加载作用。(5)通讯与软件测控系统,以VC++为开发平台,采用Modbus总线传输协议实现了上下位机的串口数据通信。通过PC机可以设定双电机的转速值,实现对电机的运行控制。同时将传感器采集的转速转矩值传输在PC上,实现了实时显示出检测数据和转速曲线。并将检测到的存储在Access数据库中。5.试验台测试与结果分析。将试验台软硬件系统组装,针对双电机无级调速耦合传动试验台在单电机独立工作和双电机共同工作下做了试验测试,对电机不同工作模式下的输出转速值和输入转速值进行分析。试验结果表明,试验台能够稳定运行,并且通过转速输出曲线与输入曲线比较可得,双电机耦合输出实现了转速范围增大的目标。由试验误差分析可得,双电机耦合运行转速小于1400r/min时,空载状态下,输出转速值与理论输出值的平均误差小于3.5%,负载状态下,输出转速值与理论输出值的平均误差小于8.5%,因此,双电机耦合工作与电机独立工作相比,系统的抗干扰能力和稳定性增强。