智能型多功能茶园作业机变速器电子换挡操纵系统研究

盐城工业职业技术学院罗文华徐文海

智能型多功能茶园作业机变速器电子换挡操纵系统研究

盐城工业职业技术学院罗文华徐文海

目前，大部分农用拖拉机和田间多功能作业机底盘的换挡操作都是通过拉杆进行远程机械传递的方式来实现的。对于拉杆式远程换挡机构而言,驾驶员凭经验决定换挡时刻,换挡最佳时机不易把握，不同的驾驶技术对拖拉机的燃油经济性、动力性、乘坐舒适性产生极大差异。另外操作人员驾驶拖拉机时由于频繁地选挡换挡操作,换挡费力,因此容易疲劳，易使驾驶员疲劳,进而影响行驶安全。在原机械式变速箱上加装由微机控制的电子操纵机构，取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、选挡与换挡,可使驾驶员从繁重的换挡操作中解放出来,更加专注于机体所带农机具的操作，减少了工作量，提高了生产效率。与其他几种自动变速器相比，具有传动效率高、制造成本低、工艺继承性好的特点。

1 换挡机构设计

变速器换挡机构（图1所示），含有变速杆14、拨叉轴和固定在拨叉轴上的拨叉，拨叉轴的前端设有凹槽，变速杆14的下端卡在拨叉轴的凹槽中，拨叉卡在变速器内的滑动齿轮的环槽内，还含有固定底板1、活动底板10、导轨、连杆15、固定座7、摇臂16、选挡电机13、进挡电机12、电子换挡控制系统22，固定底板1的前部设有换挡槽口6，该换挡槽口6包括1挡槽位口、2挡槽位口、3挡槽位口、4挡槽位口、倒挡槽位口和空挡位，图中所示的①、②、③、④、和分别表示1挡槽位口、2挡槽位口、3挡槽位口、4挡槽位口、倒挡槽位口和空挡槽位口，空挡位位于1挡槽位口和2挡槽位口之间的中间位置。固定底板1设置在变速器的上盖上，变速杆14位于固定底板1上设有的换挡槽口6中。导轨设置在固定底板的左右两侧，在图1中，导轨包括左导轨9和右导轨8，活动底板10与导轨构成直线移动连接。进挡电机12通过进挡电机固定架20设置在活动底板10的前部，进挡电机12的输出轴19的一端与变速杆14的上端固定相连。选挡电机13通过选挡电机固定架11设置在活动底板10的后部。摇臂16的一端固定在选挡电机13的输出轴上，摇臂16的另一端与连杆15的一端构成铰接，连杆15的另一端与固定座7构成铰接。固定座7设置在固定底板1的后部。选挡电机13和进挡电机12分别与电子换挡控制系统22相连。

1-固定底板；2、3、5-固定螺孔；6-挡位槽口；7-固定架；8、9-导轨；10-活动底板；11-选挡电机固定架；12-进挡电机；13-选挡电机；14、变速杆；15-选挡电机连杆；16-选挡电机摇臂；17、18-销轴；19-进挡电机输出轴；20-进挡电机固定架；21-选挡电机输出轴；22-电子换挡控制系统

图1 变速器换挡机构

2 电子换挡控制系统

电子换挡控制系统（图2所示），包括单片机、1挡开关、2挡开关、3挡开关、4挡开关、倒挡开关和空挡开关。选挡电机13和进挡电机12是可以由电子换挡控制系统22程序控制顺时针、逆时针转动角度的可控电机，电子换挡控制系统输出的脉冲宽度控制电机轴的旋转角度和方向。

图2 电子换挡控制系统

3 控制过程

变速器电子换挡操纵系统中，变速杆14的初始位置位于1挡槽位口和2挡槽位口之间的中间位置，即空挡槽位口，也就是说，进挡电机12转动到初始位置，同样选挡电机13也转动到初始位置，这时电子换挡控制系统的空挡开关处于开状态。

作业过程中，当电子换挡控制系统22接收到挡位开关换挡信号时，进挡电机12转动到初始位置，然后选挡电机13也转动到初始位置，电子换挡控制系统22根据换挡信号，首先通过选挡电机13通过摇臂16和连杆15带动活动底板10直线移动，将变速杆14移到所需进挡的挡位槽口处，再通过进挡电机12的转动速带动变速杆14转动，使变速杆14的下端拨动所要挡位的拨叉轴来实现换挡。

下面以变速器从2挡位换至3挡位为例作说明：

当按下3挡开关时，电子换挡控制系统22控制进挡电机12转到初始位置，这时变速杆14位于挡位槽口6的1挡槽位口和2挡槽位口之间的中间位置，即空挡槽位口，然后电子换挡控制系统22控制选挡电机13转动、在摇臂16、连杆15和固定座7的共同作用下，使活动底板10向固定底板1的前部移动，直至变速杆14位于3挡槽位口和4挡槽位口之间的中间位置为止，最后电子换挡控制系统22控制进挡电机12转动，使变速杆14转至挡位槽口6的3挡槽位口的位置，这时变速杆14的下端拨动3挡位的拨叉轴实现从2挡位换至3挡位。

其它换挡位与上述从2挡位换至3挡位的过程类似。

4 结束语

变速器电子换挡操纵系统中，由于采用选挡电机13和进挡电机12来控制变速杆14的动作，并且操作人员可以通过操纵换挡开关实现换挡，因此有效降低操作人员驾驶拖拉机时由于频繁地选挡换挡操作而导致容易疲劳。

采用电子换挡操纵系统优点是∶（1）突破液压结构的限制，从而使结构更加紧凑，重量更轻，获得更理想的燃料经济性和动力性。（2）适应性强，开发周期短，在系列产品中更能显示其优越性。（3）与整车的其他系统兼容性好。

电子换挡操纵系统与其他几种操纵控制系统相比,具有显著的优越性∶体积小、重量轻、液压操纵惯性小、动作灵敏、液压系统便于调节、易于实现换挡操纵自动化；只需作少量调整,就能装到不同的变速箱上使用。在拖拉机上采用电子换挡变速器，对原有的机械传动系统作了最大限度的保留，传动效率高，控制系统硬件实现简单方便，通过单片机控制能够实现多种不同的换挡功能，可以获得拖拉机机组性能的最佳匹配。

2016-11-25)

盐城市农业科技创新专项引导资金项目（YK2015029）