拖拉机变速箱技术进步多维深度剖析(上)

拖拉机是农业机械的移动动力，在农机系列产品中处于基础和核心地位，决定了农机化质量和效率。近些年来，大量的汽车及机械传动装置科研成果应用于拖拉机变速箱，使拖拉机质量、性能和效率有了革命性提高，推动了拖拉机产业的升级换代。本文对此进行多维深度剖析，以收抛砖引玉之效，供参考。

一、拖拉机变速箱技术最新研究方向

1、动力换挡变速箱相关研究

动力换挡变速箱在拖拉机上的应用研究不断深入。其基本原理是通过湿式离合器控制变速箱换挡，借助液压控制系统达成传动器的不间断换挡、换向操作。例如，在国内一些研究中，对动力换挡变速箱的关键技术进行分析，包括换挡控制策略的优化等。这有助于提升换挡的平顺性和响应速度。同时，如何提高动力换挡变速箱在不同工况下的适应性也是研究热点。因为拖拉机在田间作业时，负载变化频繁，需要变速箱能够快速、精准地进行换挡调整。如在一些复杂的农田地形中，拖拉机可能需要在爬坡、转弯、深耕等不同作业状态下迅速切换挡位，以保证作业效率和动力输出的稳定性。

2、无级变速箱的研究进展

无级变速箱（CVT）方面的研究成果显著。CVT可以实现连续的变速比调整，使拖拉机在不同作业速度下都能保持较好的动力输出和燃油经济性。在重型拖拉机的研究中，针对液压机械无级变速器箱体的减振降噪问题有了新的研究成果。例如，通过对箱体进行动态特性分析，建立箱体壳单元和体单元耦合的有限元模型，进行模态分析和瞬态动力学分析，然后运用拓扑和形貌联合优化的方法得到了箱体最优化的材料分布和加强筋分布，从而有效降低了箱体的振动和噪声。

3、智能化设计技术研究

随着智能化技术的发展，拖拉机变速箱的智能化设计技术研究逐渐兴起。由于在进行变速器新产品开发的时候，存在对以往成熟案例的依赖性强、知识重用率低及开发周期长等特点，针对这些问题，有研究提出将知识工程应用到拖拉机变速箱的设计中。通过建立知识模型，对以往的设计经验和数据进行整合和管理，提高设计效率和质量。例如，可以利用智能化算法对不同的设计方案进行优化评估，快速筛选出最优的设计方案，减少设计过程中的试错成本。

4、电动拖拉机变速箱的探索

随着电动拖拉机的发展，其变速箱技术也有新的探索。例如江苏大学与国家农机装备创新中心联合发布的新一代新能源无人驾驶智能拖拉机ET504 - W，这款50马力轮边/轮毂电机电动拖拉机能够同时适应轮边电机和轮毂电机的配套使用。电动拖拉机的变速箱需要考虑电机的特性，如电机的扭矩特性、转速范围等，与传统燃油拖拉机的变速箱设计有很大的不同。同时，电动拖拉机的变速箱还要与无人驾驶技术相结合，满足远程操作、自动换挡等功能需求。

二、近年来拖拉机变速箱技术的重大进展

1、从手动变速箱向自动变速箱的转变

在全球拖拉机发展趋势下，从手动变速箱向动力换挡变速箱和CVT变速箱发展是必然的趋势。手动变速箱操作复杂，需要驾驶员频繁换挡，而且换挡过程中容易出现动力中断，影响作业效率。而自动变速箱则可以根据拖拉机的行驶速度、负载等情况自动调整挡位。例如动力换挡变速箱，驾驶员可以在极短的时间内完成复杂的各种作业过程，不仅大大降低了操作难度和劳动强度，而且还大大提高了作业质量，从而实现了效率的提升，并且动力换挡还更省油。在国内，一些高端拖拉机及重型拖拉机极有可能会跃过动力换挡时代而直接进入CVT时代，部分企业早已在布局相关技术研发和生产。

2、国产拖拉机在关键技术上的突破

国产拖拉机在变速箱技术方面取得了一些重大突破。如某些国产拖拉机突破了无级变速传动系统、智能化控制管理系统等重型拖拉机的关键核心技术，填补了多项国内技术空白，其中的无级变速技术与欧美拖拉机产品同步。这一突破改变了国内拖拉机产业长期依赖进口技术的局面，提升了国产拖拉机在国际市场上的竞争力。例如，在无级变速技术方面，国产拖拉机企业通过自主研发和创新，掌握了CVT的关键技术，实现了CVT变速箱的国产化生产，降低了生产成本，同时也提高了产品的质量和性能。

3、技术进步带来的作业性能提升

拖拉机变速箱技术的进步对作业性能有着显著的提升。在动力性方面，新的变速箱技术能够更好地匹配发动机的输出功率，使拖拉机在各种工况下都能发挥出最佳的动力性能。例如在耕地作业时，能够提供足够的扭矩来驱动农具，提高耕地深度和效率。在经济性方面，通过优化换挡逻辑和提高传动效率，降低了燃油消耗。像CVT变速箱可以根据实际作业需求精确调整传动比，使发动机始终在经济转速范围内工作，减少了不必要的燃油浪费。在舒适性方面，自动换挡技术减少了驾驶员的操作疲劳，而且变速箱的减振降噪技术也提高了驾驶室内的安静程度，改善了驾驶员的工作环境。

4、适应多种作业需求的发展

现代拖拉机需要适应多种作业需求，变速箱技术也朝着这个方向发展。除了正常的农业生产作业外，为提高拖拉机在运输作业的生产率和燃油经济性，可根据需求增加运输挡；为提高拖拉机的开沟、爬坡等低速作业项目，可增加专用的爬行挡。这使得拖拉机在不同的作业场景下都能有合适的挡位选择，提高了作业效率和质量。同时，一些拖拉机的变速箱还能够适应不同类型的农机具，通过调整挡位和传动比，满足各种农机具的动力需求。

三、拖拉机变速箱技术创新成果分析

1、动力换挡技术的创新成果

动力换挡技术在拖拉机上的应用带来了多方面的创新成果。首先，在操作便利性上有了极大的提升。传统的手动换挡需要驾驶员踩下离合器进行换挡操作，而动力换挡技术通过湿式离合器控制变速箱换挡，通过液压控制系统实现不间断换挡、换向操作，驾驶员只需要简单地操作按钮即可完成换挡，大大降低了操作难度和劳动强度。例如在大型农场的作业中，驾驶员在长时间的工作下容易疲劳，动力换挡技术可以减少驾驶员的操作复杂度，提高工作效率。

其次，在动力输出的连续性方面，动力换挡技术能够在不切断动力输出的同时实现换挡工作，保证了拖拉机作业过程中的动力连续性。这对于一些对动力要求较高的作业，如深耕、牵引重型农具等非常重要。在换挡过程中，不会出现动力中断导致的农具停顿或速度波动，从而提高了作业质量。

再者，从效率和经济性角度来看，动力换挡技术的应用能够优化拖拉机的动力传输效率。由于可以根据实际作业需求及时、精准地调整挡位，使发动机能够在高效的工况下运行，减少了燃油的浪费，提高了燃油经济性。

2、无级变速技术的创新成果

无级变速技术（CVT）是拖拉机变速箱技术的又一重要创新成果。CVT的最大优势在于能够实现连续的变速比调整，使拖拉机可以在任意速度下都能找到最适合的传动比。这在田间作业时非常有用，例如在不同的作物种植行距下，拖拉机需要以不同的速度行驶，CVT可以根据实际需求精确调整速度，而不需要像传统变速箱那样在几个固定的挡位之间切换。

在舒适性方面，CVT由于没有明显的换挡顿挫感，驾驶体验更加平稳、舒适。这对于长时间在田间作业的驾驶员来说，可以减少疲劳感。同时，CVT技术也有助于提高拖拉机的作业效率。因为它可以根据负载的变化实时调整传动比，使发动机始终保持在最佳的工作状态，避免了因挡位不合适而导致的动力不足或浪费现象。

此外，在一些高端的拖拉机产品中，CVT技术与智能化控制系统相结合，可以实现更加智能、高效的作业模式。例如，根据预先设定的作业路线和任务要求，智能化控制系统可以自动调整CVT的变速比，实现自动化的作业流程。

3、智能化技术在变速箱中的创新成果

智能化技术在拖拉机变速箱中的应用也取得了不少创新成果。在设计阶段，基于知识的智能化设计技术可以提高设计效率和质量。通过对以往设计经验和数据的整合和管理，利用智能化算法对不同的设计方案进行优化评估，能够快速筛选出最优的设计方案，减少设计周期和成本。

在使用阶段，智能化控制系统可以实时监测拖拉机的工作状态，包括发动机转速、负载、行驶速度等信息，然后根据这些信息自动调整变速箱的挡位。例如，当拖拉机在爬坡时，智能化控制系统检测到负载增加和速度下降，会自动降低挡位以提供更大的扭矩；当在平坦道路上行驶时，又会自动调整到合适的挡位以提高行驶速度和燃油经济性。

另外，智能化技术还可以实现远程监控和诊断功能。农场主或维修人员可以通过远程设备实时了解拖拉机变速箱的工作状态，当出现故障时，可以及时进行诊断和维修，减少停机时间，提高作业效率。

4、结构优化方面的创新成果

在拖拉机变速箱的结构优化方面也有一些创新成果。例如，针对重型拖拉机液压机械无级变速器箱体的减振降噪问题，通过对箱体进行动态特性分析，建立箱体壳单元和体单元耦合的有限元模型，进行模态分析和瞬态动力学分析，运用拓扑和形貌联合优化的方法得到了箱体最优化的材料分布和加强筋分布。这种结构优化不仅降低了箱体的振动和噪声，提高了驾驶舒适性，而且还可以延长箱体的使用寿命，减少维修成本。

在一些新型的电动拖拉机变速箱设计中，结构优化也起到了重要作用。例如，为了适应轮边电机和轮毂电机的配套使用，变速箱的结构设计更加紧凑、合理，减少了不必要的空间占用，提高了整个电动拖拉机的集成度和性能。