电动拖拉机驱动系统设计.pdf

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1、第36卷第5期河南科技大学学报：自然科学版V0I．36NO．52015年1O月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScience0ct．2015文章编号：1672—6871(2015J05—0078—04电动拖拉机驱动系统设计周志立，夏先文，徐立友(1．河南科技大学车辆与交通工程学院，河南洛阳471003；2．中国一拖集团有限公司，河南洛阳471004)摘要：针对传统拖拉机存在高油耗、高排放、变速器结构复杂等问题，提出了一种电动拖拉

2、机驱动系统的设计方法，对牵引电动机、变速器以及动力电池组等驱动系统主要部件进行了设计选型。以邢台XT120小型拖拉机为研究对象，设计了其驱动系统主要参数，绘制了速度特性曲线、牵引功率特性曲线以及连续作业时间与负荷率、行驶速度的关系曲线。研究结果表明：设计的电动拖拉机不需要频繁换挡，降低了驾驶人员的劳动强度；在有效牵引力范围内，可以充分发挥其作业能力；连续作业时间达到了预期设计目标。关键词：电动拖拉机；驱动系统；设计方法；牵引特性中图分类号：s219．4文献标志码：A0引言近年来，随着石油资源日益枯竭，能

3、源危机和环境污染问题不断加剧，各国都开始制定相关标准和法规，促进节能减排和新能源车辆的研发。中国也大力提倡发展“绿色农机”，《全国农业机械化科技发展“十二五”规划》指出，加快转变农业发展方式，将增产增效型、资源节约型、环境友好型农机化技术作为农业机械技术的发展方向⋯。电动拖拉机作为一种新型农用动力机械，具有污染小、噪声低、效率高、操作方便等优点，对减轻环境污染、缓解能源危机、促进农业的可持续发展具有重要意义。国外对电动拖拉机的研究起步较早。1995年，文献[3]研制了电动手扶拖拉机，并对其特性进行了研究

4、。文献[4～5]在柴油拖拉机的基础上改装了电动拖拉机，对电动拖拉机的能量消耗及牵引特性进行了研究。国内目前对电动拖拉机的研究刚刚起步。南京农业大学的高辉松对电动拖拉机各部件的匹配方法进行了研究。西北农林科技大学的卢毅开发了一种可遥控控制的微型履带电动拖拉机。2012年，中国一拖集团与美国通用公司正式签订了电动拖拉机项目合作协议，目前正在加紧研发过程中。但总体来看，针对电动拖拉机的理论研究相对较少，进一步研究电动拖拉机驱动系统的设计理论，对于加快电动拖拉机产业化具有一定的意义。本文提出了一种电动拖拉机驱动

5、系统的设计方法，并以邢台XT120小型拖拉机为研究对象进行了计算分析，以期为电动拖拉机驱动系统的设计开发提供理论依据。茎1驱动系统设计1·1传动流程一一电流图1为本文所采用电动拖拉机驱动系统的传动流程图。—机械驱动系统主要由动力电池组、控制器、牵引电动机、变速器和驱动桥等组成。动力电池组作为唯一的能源供给装置，本文选用磷酸铁锂动力电池组，其寿命长、容量大、无记忆效应、质量轻、环保，是电动拖拉机储能装置的最佳选择。牵引电动机是驱动系统的核心部件，其性能直接决定了电动拖拉机的动力性能。选取永磁同步电机作为牵

6、引电动机，其具有启围，由基金项目：国家“十二五”科技支撑计划基金项目(2014BAD08B04)；河南省重点科技攻关计划基金项目(142102210424)作者简介：周志立(1957～)，男，河南偃师人，教授，博士，博士生导师，主要从事车辆新型传动理论与控制技术方面的研究收稿日期：2Ol5—0l一29第5期周志立，等：电动拖拉机驱动系统设计·79·动转矩大、效率高、过载能力强、体积小、质量轻等优点¨，可以满足电动拖拉机作业时特殊的动力需求。1．2额定牵引力拖拉机的典型工况是带牵引农具在水平田地里稳定作业

7、。由于电动拖拉机行驶速度较低，忽略空气阻力的影响，考虑各个力在水平方向的平衡，可得到总的牵引平衡方程式为：F=F+，(1)式中：F为驱动力，N；F为牵引阻力，N；F，为滚动阻力，N。F的计算公式为：Fr=Z6h^，(2)式中：z为犁铧个数；为土壤比阻，N／cm；h为耕深，cm；b为单个犁铧宽度，Cm。拖拉机的额定牵引力F通常由犁耕作业时的平均牵引阻力，来确定n。拖拉机的作业环境复杂多变，工作条件、农具等经常改变，考虑到这些阻力变化的因素，应保留10％～20％的储备牵引能力，因此电动拖拉机的额定牵引力F确

8、定为：F=(1．1—1．2)Fr。(3)1．3牵引电动机功率电动拖拉机的牵引力由牵引电动机提供，牵引电动机具有在低速范围内恒转矩，在高速范围内恒功率的特性。利用低速时恒转矩特性，结合拖拉机作业时的速度和牵引力需求，得出牵引电动机的功率应满足：VPⅢ≥*TN'T，(4)式中：P为牵引电动机额定功率，kW；V为拖拉机犁耕作业时的速度，km／h；r／为拖拉机的牵引效率。与传统燃油拖拉机相比，电动拖拉机的牵引效率除受传动系统的传动效率、驱动轮的滑转