纯电动拖拉机与传统燃油拖拉机性能对比分析doc

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　　纯电动拖拉机与传统燃油拖拉机性能对比分析 方树平 王宁宁 徐立友 易克传 安徽科技学院 河南科技大学 中国一拖集团有限公司 X 关注成功！ 加关注后您将方便地在 我的关注中得到本文献的被引频次变化的通知！ 新浪微博 腾讯微博 人人网 开心网 豆瓣网 网易微博 摘????要： 针对传统燃油拖拉机排放差、变速箱挡位多及底盘布置柔性化差等问题, 基于某型传统燃油拖拉机提出了一种纯电动拖拉机动力系统驱动方案。分别在CI=700的麦茬地、CI=900的麦茬地、柏油路和土路4种典型作业路面, 充分考虑滑转率、牵引效率的影响, 借助Mat Lab软件预测了两种拖拉机作业性能。结果表明:新设计的纯电动拖拉机作业速度曲线、牵引功率曲线基本能够覆盖传统燃油拖拉机, 作业性能更优。这说明, 所设计的纯电动拖拉机传递方案可行, 且结构简单、挡位少、底盘布置柔性化, 具备传统燃油拖拉机的作业能力。 关键词： 纯电动拖拉机; 动力系统; 作业性能; 作者简介：方树平 (1989-) , 男, 河南信阳人, 助教, (E-mail) fang-sp2015@。 作者简介：徐立友 (1974-) , 男, 河南息县人, 教授, (E-mail) xlyou2002@。 收稿日期：2017-02-17 基金：“十二五”国家科技支撑计划项目 (2014BAD08B04) Performance Comparison Between Pure Electric Tractor and Conventional Fuel Tractor Fang Shuping Wang Ningning Xu Liyou Yi Kechuan University of Science and Technology of Anhui; Henan University of Science and Technology; Abstract： Aiming at the problems such as poor traction of conventional tractor, bad gearbox and poor flexibility of chassis arrangement, a pure electric tractor power system driving scheme was proposed based on a traditional tractor. The performance of the two tractors was predicted by Mat Lab software under the influence of slip ratio and traction efficiency under the condition of CI = 700 wheat stubble, CI = 900 wheat stubble, asphalt road and soil road. The calculation results show that the traction power curve and traction power curve of the newly designed pure electric tractor can cover the traditional tractor, and the working performance is better. The result shows that the designed pure electric tractor transmission scheme is feasible and the structure is simple, the gear position is small, the chassis layout is flexible, and the traditional tractor has the capability of operation. Keyword： pure electric tractor; power system; work performance; Received： 2017-02-17 0 引言 目前我国的拖拉机技术发展水平不高, 处于国外20世纪70-80年代的水平[1], 电子控制技术刚刚得到应用[2]。拖拉机排放性不佳[3], 随着拖拉机专业化增强、智能化程度增高, 变速器将采用增加挡位、动力换挡技术及无极变速技术来适应各种复杂工况[4-5], 因此拖拉机的成本将大幅提高, 可靠性也带来挑战。“十三五”规划中, 我国明确提出了“牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念, 走环境友好的农业现代化道路”[6-8]。 随着环境污染问题和石油短缺问题的严峻化, 电驱动系统以其环保、传输功率损失小、调速范围宽、易实现智能化的优点, 被国内外不少企业、高校和科研院所研究。 文献[9-10]对分别对功率为5k W和8k W的纯电动拖拉机进行了研究, 并分析了牵引性能, 但均是在原车基础上改型, 底盘布置上并未重新布置设计。文献[11-12]研究了串联式混合动力拖拉机驱动系统及其能量管理策略;文献[13-17]对并联式混合动力拖拉机进行了研究, 由于混合动力拖拉机传动系统复杂、底盘布置不方便、控制系统复杂且控制难度大, 使得对混合动力拖拉机的研究还停留在理论层面。本文对15k W纯电动拖拉机展开研究, 根据牵引电动机外特性重新进行底盘布置设计, 并分析其牵引性能, 拟通过与原同马力拖拉机进行性能对比分析, 来评价两种拖拉机的性能优劣, 为纯电动拖拉机的开发提供理论依据。 1 纯电动拖拉机驱动系统结构方案 纯电动拖拉机驱动系统结构方案如图1所示。 图1 纯电动拖拉机驱动系统结构方案 ??下载原图 1.蓄电池组2.电机控制器3.牵引电动机4.联轴器5.拖拉机驱动轮6.差速器7.变速器输入轴8.变速器中间轴9.变速器10.拖拉机前轮11.轴承12.动力输出轴 工作时, 由蓄电池组通过电机控制器给牵引电动机提供电能, 通过两挡变速器和差速器将动力传递给拖拉机驱动轮;该变速器同时提供动力输出轴, 用于旋耕等作业工况。该拖拉机有以下特点:传递方案简单, 蓄电池组、电机控制器和牵引电动机之间柔性连接, 因此在底盘上布置更加方便, 利于载荷分配系数的调整;采用两档变速器, 挡位少, 倒挡通过电机反转实现, 简化操作;增加了动力输出轴, 使更多作业工况成为可能。 2 两种拖拉机主要参数对比 纯电动拖拉机的选型依据文献[5-11], 这里简单讲述纯电动拖拉机传动比的选择。该纯电动拖拉机传动比的选择依据最常用的作业工况。由于拖拉机经常在麦茬地上进行犁耕、耙地及旋耕等作业, 也经常从事运输作业, 故设置1个犁耕挡和1个运输挡。犁耕作业时推荐速度为4~6km/h, 运输作业时推荐速度为30km/h。根据公式 (1) 设置传动比, 即 式中u—拖拉机作业速度 (km/h) ; rq—驱动轮半径 (m) ; ne—牵引电机额定转速 (r/min) ; ig—变速器传动比; i0—主减速器传动比; ηδ—滑转效率。 得到的纯电动拖拉机和原有传统燃油拖拉机性能参数表1所示。 表1 两种拖拉机主要参数 ?? 下载原表 表1 两种拖拉机主要参数 ?? 下载原表 3 性能曲线中的参数, 用以下主要公式[18-23]对两款拖拉机进行性能分析, 即 式中Fq—驱动力 (N) ; TM—牵引电动机/发动机输出扭矩 (N) ; ηT—牵引效率; ηm—机械效率; ηf—滚动效率, ηf=1-Ff/Fq; φ—附着系数; φmax—极限附着系数; λ—质量分配因数; G—拖拉机的使用质量 (kg) ; g—重力加速度 (m/s) ; Zq—驱动轮处载荷 (N) ; u0—拖拉机纯滚动时车速 (km/h) 。 为了使两种拖拉机的性能分析具有可比性, 在分析拖拉机性能时采用同样的思路和计算方法:分别从发动机和牵引电动机的外特性出发, 充分考虑不同作业工况下的牵引效率与驱动力变化关系、驱动力与滑转率变化关系, 分别得出两种拖拉机牵引特性。其计算分析程序流程图如图2所示。 图2 牵引性能分析流程图 ??下载原图 根据牵引电动机外特性和发动机外特性实验数据, 采用三次多项式拟合, 拟合精度达到98%以上, 得到了拟合后的牵引电动机和发动机外特性曲线 牵引电动机和发动机外特性曲线可以看出:牵引电动机外特性与发动机外特性曲线区别较大, 牵引电动机表现出“低转速恒扭矩, 高速恒功率”的输出特性, 具体表现为转速nM2400r/min, 输出转矩TM=60N·m, nM2 400r/min转速时, 电动机输出功率P=TM·nM≈15k W;而发动机输出扭矩随着转速的增大表现为先增大后减小, 并在转速1 544r/min时扭矩达到最大值73.61N·m。根据拖拉机行驶平衡方程式, 拖拉机起步时, 车速低;需要较大的扭矩;车速高时, 需要较大的功率。因此, 传统燃油拖拉机需要增加很多个挡位来满足行驶功率需求。比较发现, 牵引电动机外特性

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