大功率拖拉机工作环境恶劣,作业工况复杂多变,过多的工况需要设置大量的工作挡位,导致其变速器结构相当复杂,操纵困难,经济性得不到保证。液压机械无级变速器(Hydro-mechanical CVT,简称HMCVT)是液压无级调速和机械有级调速并联而成的新型传动装置,结合了液压传动无级调速和机械传动高效率的特点,全程速比可连续调节,该类变速器具有良好的操纵性,特别适用于大功率拖拉机复杂作业工况。传动效率是衡量液压机械无级变速器性能的重要参数,其高低受到变速器中复杂机构的综合影响,要设计高效节能的HMCVT,需要明确不同参数在变速器效率中的作用,建立系统的效率特性图谱,而目前国内外开展的相关具体研究相对较少,因此开展深入的大功率拖拉机HMCVT效率特性的研究具有重要意义。本论文在江苏省自然科学基金(BK20140727)、江苏省科技支撑计划(BE2014134)的资助下,针对大功率拖拉机的工作特点,设计了液压机械无级变速器传动方案,并对其效率特性进行了仿真研究。主要完成的研究内容如下:1.根据拖拉机行驶速度和工作环境要求确定了变速器工作段位,并设计了变速器传动方案,基于传动方案计算了总传动比和各齿轮传动比。设计了变速器液压油路,并且根据传动输出功率选取了液压元件型号。分析了所设计方案的转速转矩特性,建立了转速转矩理论模型;着重分析了功率循环机理,建立了液压功率分流比理论模型。2.综合明确了不同参数对HMCVT传动效率的影响机理,分析了机械部分的齿轮、轴承的负载与非负载下的摩擦、搅油等功率损失;对液压部分,基于数学模型,着重分析了液压系统对变速器效率的影响,结果表明:液压系统的传动效率随排量比的增加而提高,液压泵-马达进出口油路压力差越大,液压系统的传动效率就会越高;液压系统的传动效率随液压油动力粘度增大而变低;泵轴输入转速的提高,导致液压系统传动效率的降低。3.基于SimulationX平台,通过修正液压系统、行星轮系与定轴轮系的简单数学模型,建立了液压机械无级变速器效率仿真模型;搭建了试验台架,设计了台架硬件及测控系统,通过泵-马达进出口油路的压力差试验校准了马达轴粘性阻尼系数fm为0.16;通过变速器输出转速试验校准的组合系数Cs(Vpmax+Vm)/μ为3.5×10-12;由效率试验结果校准的泵轴的粘性阻尼系数fp为0.12。4.建立了泵控马达补油回路模型、变速器模型,并对模型分别进行了液压马达转速和整机行驶速度的仿真,仿真结果与理论计算基本一致;综合发动机模型,将第四章得到的传动效率及控制信号作为元件插值到变速器输出端,综合建立了“发动机-变速器”系统效率模型;5.基于“发动机-变速器”系统效率模型,在由发动机外特性数据确立的三种工况下,研究了满负荷工况下的效率特性,结果表明:变速器传动效率与负载转矩成正比、与转速成反比;传动效率随段位的调整而呈现周期性变化,排量比的绝对值越大,其传动效率越低;受到循环功率的影响,三种工况下的HM1、HM3段,排量比为正时的传动效率基本要低于排量比为负的情况,而在HM2则正好相反,和循环功率的理论计算相符。6.研究了部分负荷工况下的效率特性,研究表明:恒速比下,变速器传动效率与负载转矩成正比、与转速成反比;恒定行驶速度下,发动机转速与变速器速不同的组合对应的变速器传动效率不同,传动效率的等值线在同一段内随发动机转速的变化呈现U形趋势,变速器所处的段位越高,其传动效率就越高。7.通过对泵前齿轮传动比对效率的影响分析,将其调整到1对传动方案进行效率优化,研究表明:满负荷工况时,新设计方案较原方案的传动效率有较大提高,最高传动效率从原设计的80.1%提高到85.3%,发动机转速的影响已大大降低。同时,ip变大使泵-马达轴转速降低,进而降低了粘性阻尼所导致的液压系统的损耗。综上,本文设计了液压机械无级变速器传动方案,对其效率特性进行了深入研究,为传动方案的优化设计和变速器在拖拉机上的实际应用推广提供了理论依据。