拖拉机作业工况复杂,既要以极低的速度从事重负荷犁耕作业,又要以较高的速度从事轻负荷运输作业,所需挡位数量远多于道路车辆(国产大功率拖拉机的前进挡数量最多已超过40个),挡位的增多不仅使得变速箱结构复杂,而且换挡时机不易把握。液压机械无级变速箱(Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission,简称HMCVT)是融合机械有级变速和液压无级变速的复合传动装置,不仅驱动功率大、传动效率高,而且操作简便,易于实现拖拉机在重负荷作业时的大功率输出与轻负荷作业时的燃油经济性。本课题根据大功率拖拉机的作业特点,设计出一种基于单排行星齿轮的2×2段式液压机械无级变速箱,并重点研究其换段品质问题。主要研究工作归纳如下:1、液压机械无级变速箱的传动系统设计。本课题根据拖拉机作业需求详细论证并确定了液压机械无级变速箱的传动系统设计方案,并分析了其工作过程,确定了各段的速比区间。根据等速换段条件及各段速度与泵马达排量比之间的关系,确定了变速箱的传动参数,并进一步得出变速箱的结构参数和液压油路参数。2、液压机械机械无级变速箱的传动特性分析。(1)分析了变速箱的速度特性,并借助Matlab分别绘出了泵马达排量比与各段传动比之间得关系。通过分析可知:本课题研制的液压机械无级变速箱,通过离合器与变量泵排量的协同控制,可实现其在液压机械段内的速比连续变化以及相邻段间的速比平稳衔接,从而实现大功率拖拉机在大范围内的无级调速;(2)通过液压机械无级变速箱的转矩特性分析,可知变速箱在HM1和HM2段输出转矩与马达转矩比值为常数,在各段内变速箱为恒转矩输出,不随排量比变化而变化;(3)通过对液压机械无级变速箱循环功率的分析,明确了变速箱液压循环功率所在的速比区间,从而为后续控制策略的制定提供了重要的理论参考。3、无级变速拖拉机的动力学模型构建和仿真研究。分析了各种因素对液压机械无级变速箱换段品质的影响规律。(1)基于Simulation X平台,构建了无级变速拖拉机的整机动力学模型,包括变速箱模型、发动机模型、拖拉机后桥模型与负载模型等。(2)定义标准仿真工况,并给出了速度降、动载荷系数、最大滑模功率、滑摩功和综合指数等5项换段品质评价指标;(3)对各个因素分别进行仿真和分析,得出各种因素对换段品质的影响规律。4、液压机械无级变速箱换段液压系统的异常模式识别研究。(1)对试验得到的离合器充油压力数据进行预处理;(2)使用随机抽取的方式产生训练样本集和测试样本集,在使用训练样本集对BP神经网络进行训练后,输入测试样本集进行分类测试;(3)利用神经网络特征选择方法对BP神经网络进行属性约简,并与多值分类方法的分类结果作了比较和分析。结果显示,BP网络的二值分类方法,对5种典型油路状态模式的平均识别率均在98%以上;经过属性约简,包括正常模式、活塞卡死、密封圈损坏、油道阻塞及密封不严在内的几种典型故障模式,分别可约简3、4、3、3、3个样本属性。结果表明,换段期间油压的波动情况与各故障模式之间存在特异性关联(具有可分性),应用BP网络可有效区分系统当前状态,该技术可应用于换段液压系统的异常模式识别与故障诊断,从而确保变速箱换段品质的可靠性。本课题的研究,为提高单排多区段液压机械无级变速箱的换段品质提供了坚实的理论基础,对促进液压机械无级变速箱在我国大功率拖拉机中的产业化应用具有重要的理论指导意义。