輪式拖拉機手柄操控系統(tǒng)起步控制探討

李 潛，張翠瑩，王亞偉

（第一拖拉機股份有限公司中小輪拖裝配廠，河南 洛陽 471003）

我國傳統(tǒng)拖拉機的駕駛員位置較高，所以在進(jìn)行駕駛的時候容易受到樹木等外在因素的干擾，甚至還有可能威脅到駕駛員的人身安全，針對這種情況設(shè)計了雙操作系統(tǒng)拖拉機，能夠?qū)崿F(xiàn)利用手柄進(jìn)行拖拉機駕駛操作。這套手柄操作系統(tǒng)主要是在拖拉機的主駕旁邊設(shè)計位置較低的座椅，并且安置人工操作臺，可以讓駕駛員在座椅中進(jìn)行手柄操作以及操作臺按鍵操作。手柄操作與原有操作之間是相互協(xié)調(diào)的，并且能夠做到隨意切換，方便拖拉機進(jìn)行作業(yè)。

手柄操作系統(tǒng)主要是進(jìn)行電液控制系統(tǒng)設(shè)計，通過對轉(zhuǎn)向、變速、離合等進(jìn)行多方位元件安裝，進(jìn)而實現(xiàn)有效控制。其中比較難的部分是起步階段的離合器剎車配合。手柄操作系統(tǒng)需要完成的是駕駛員不再需要單獨控制起步時的離合以及剎車，僅僅需要掛擋以及推動手柄就能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機的起步。其中離合器接合速度控制跟剎車解除的時機必須要把握好，一方面需要保證拖拉機能夠起步平穩(wěn)，另一方面也要降低離合器磨損，延長使用壽命。如果操作系統(tǒng)不夠完善就容易導(dǎo)致熄火、溜車等問題出現(xiàn)。所以在具體的設(shè)計中必須要保證離合器接合過程控制和剎車解除時機達(dá)到合理效果。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

手柄操作系統(tǒng)基于原有的拖拉機結(jié)構(gòu)，對離合系統(tǒng)以及剎車系統(tǒng)安裝液壓油缸、位置傳感器、TCU控制單元，從而實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的精確操控。核心是TCU控制系統(tǒng)，采集傳感器相關(guān)信號，通過提升器位置信號的感應(yīng)做出工況判斷，再利用不同的工況進(jìn)行離合剎車控制方案選擇。

在離合剎車控制液壓系統(tǒng)中，油缸、電磁閥、調(diào)速閥等液壓組件共同發(fā)揮控制作用，兩個液壓油缸分別控制離合以及剎車系統(tǒng)的操作桿，離合器調(diào)速控制由電磁閥以及調(diào)速閥組成，剎車系統(tǒng)調(diào)速由單向調(diào)速閥控制。離合器在不同的工況下需要不同的接合速度，由不同流量的調(diào)速閥進(jìn)行控制。液壓系統(tǒng)可以保證拖拉機的起步階段實現(xiàn)離合與剎車自動控制，操作起來比較簡單，并且穩(wěn)定性較高。

2 拖拉機起步過程分析

（1）離合器工作過程。拖拉機的起步操控過程中，離合器工作步驟分為四步。第一步為消除空行程，第二步離合器從動盤開始轉(zhuǎn)動拖拉機靜止，第三步開始拖拉機進(jìn)行起步，第四步離合器主動盤與從動盤同時進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

（2）剎車工作過程。拖拉機的制動系統(tǒng)為傳統(tǒng)機械式傳動，具體步驟為：第一階段，駕駛員進(jìn)行操作反應(yīng)；第二階段，空行程階段；第三階段，制動力從無到有，并且提升到最大值；第四階段，保持制動力穩(wěn)定；第五階段，制動解除。

（3）拖拉機起步力學(xué)分析。根據(jù)拖拉機在不同的路況進(jìn)行起步狀況不同進(jìn)行力學(xué)分析，能夠發(fā)現(xiàn)在離合器接合的時候進(jìn)行剎車解除需要考慮兩個方面，一是起步路況坡度的大小，二是離合器傳遞扭矩的發(fā)小。當(dāng)離合器傳遞扭矩大于起步阻力矩的時候需要快速解除制動，如果離合器扭矩增長過快就會造成熄火，過慢的話會造成使用壽命的下降。在進(jìn)行耕地工作的時候，由于路況原因可以不考慮剎車解除時機。

3 拖拉機起步控制策略

（1）起步評價標(biāo)準(zhǔn)。包括沖擊度和離合器的滑磨動作，不同的國家對于沖擊度的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置不同，我國將沖擊度小于10作為起步評價標(biāo)準(zhǔn)。拖拉機起步時的沖擊度取決于滑磨階段的結(jié)合速度，所以能夠根據(jù)離合器不同時段的速度控制降低沖擊度，接合速度應(yīng)該保持在最大速度之內(nèi)。滑磨功主要指的是離合器主動盤與從動盤互相的摩擦產(chǎn)生的功。在拖拉機進(jìn)行起步的時候，滑磨功大小主要取決于結(jié)合時間以及轉(zhuǎn)速差，所以應(yīng)該盡量降低起步時間，減小轉(zhuǎn)速差。

（2）控制策略。通過拖拉機中設(shè)置的傳感器信息進(jìn)行不同的工況判斷，從而選擇不同的控制方案。在拖拉機進(jìn)行耕地工作的時候可以不考慮剎車解除時機，其余時候都需要對剎車解除時機進(jìn)行控制。①消除離合器空行程階段，應(yīng)該迅速進(jìn)行接合；于是動盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動，扭矩輸出，不過此時的輸出扭矩小于阻力矩，拖拉機為靜止?fàn)顟B(tài)，應(yīng)該迅速接合；③開始離合器傳遞扭矩大于阻力矩，拖拉機開始出現(xiàn)動作，為了降低起步?jīng)_擊，應(yīng)該減緩離合器接合速度；④離合器的主動盤與從動盤轉(zhuǎn)速相同，離合器應(yīng)該快速運動，完成理想起步控制。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對雙系統(tǒng)拖拉機的離合剎車控制進(jìn)行設(shè)計，深入探討了拖拉機起步階段離合器的工作步驟以及不同路況進(jìn)行起步的受力情況，進(jìn)而制定了對應(yīng)的剎車解除時機策略。手柄操作系統(tǒng)能夠根據(jù)具體的控制策略完成拖拉機平穩(wěn)起步，不斷進(jìn)行控制系統(tǒng)完善，有效提高離合、剎車配合度，同時也能夠提升拖拉機起步品質(zhì)。