本发明涉及一种拖拉机自动变速传动装置，属于拖拉机技术领域。
背景技术：
目前，拖拉机的动力换向换档部分普遍采用普通手动挂档式换档，动力换向部分主要包括主离合器和机械换向装置，但该种结构形式无法形成连续的工作车速，操作难度大，操作复杂，劳动强度大，特别是上坡、下坡、起步、换档、地头、转向等工况下，高低档、前进、倒档、变速箱的多档位之间切换，操作时手忙脚乱，当有液压翻转犁等农机具的动力输出操作时，更应接不暇；并且该种结构形式在换挡时发动机转速的陡然变化，同时造成了较高的油耗，且该种结构形式换挡时间长，换档时会出现牵引力中断，输出扭矩中断，无法形成连续的工作车速，影响拖拉机的作业质量和工作效率。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种操作简单、可大大降低操作难度和劳动强度、提高作业质量和工作效率、油耗低、换档时动力不中断的拖拉机自动变速传动装置。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种拖拉机自动变速传动装置，包括变速箱，爬行档，中央传动、最终传动机构，PTO动力输出装置，其特征是：还包括动力换档箱，电液控制部分，所述动力换档箱包括动力换档箱箱体、设置在动力换档箱箱体内的动力换档机构，所述动力换档箱箱体与所述变速箱的箱体可拆卸连接，所述动力换档机构包括同向设置并相互平行的一轴、二轴、三轴，所述一轴、二轴、三轴呈三角形空间布置，所述一轴上依次设置有齿轮Ⅰ、高档离合器、齿轮Ⅲ，所述齿轮Ⅰ与所述一轴固定联接并与所述高档离合器的转毂固定联接，所述高档离合器的转毂与高档离合器的摩擦片隔板花键滑动联接，所述齿轮Ⅲ与所述高档离合器的摩擦片花键滑动联接，所述一轴的输出端上安装有花键套Ⅰ，所述二轴上依次设置有齿轮Ⅱ、低档离合器、齿轮Ⅳ，所述齿轮Ⅱ与所述二轴固定联接并与所述低档离合器的转毂固定联接，所述低档离合器的转毂与低档离合器的摩擦片隔板花键滑动联接，所述齿轮Ⅳ与所述低档离合器的摩擦片花键滑动联接，所述三轴上依次设置有齿轮Ⅴ、倒退离合器、齿轮Ⅵ，所述齿轮Ⅴ与所述三轴固定联接并与所述倒退离合器的转毂固定联接，所述倒退离合器的转毂与倒退离合器的摩擦片隔板花键滑动联接，所述齿轮Ⅵ与所述倒退离合器的摩擦片花键滑动联接，所述齿轮Ⅱ分别与所述齿轮Ⅰ和所述齿轮Ⅴ相啮合，并且所述齿轮Ⅰ和所述齿轮Ⅴ不相啮合，所述齿轮Ⅲ分别与所述齿轮Ⅳ和所述齿轮Ⅵ相啮合，并且所述齿轮Ⅳ和所述齿轮Ⅵ不相啮合；所述一轴上的花键套Ⅰ与所述变速箱的空心的输入轴连接，所述一轴的输出端自所述变速箱的输入轴中间穿过后通过PTO离合器与所述PTO动力输出装置连接；所述电液控制部分包括控制器，用于测量车速、转速、角度的传感器，换档执行元件，换档面板，液压系统，所述换档执行元件、传感器、换档面板均与所述控制器电气连接，所述高档离合器、低档离合器、倒退离合器、PTO离合器均为湿式离合器，所述液压系统通过管路与各离合器及换挡执行元件连接，所述控制器通过所述换档执行元件给离合器供油量的大小来控制离合器的接合状态和时间，换档时所述高档离合器和低档离合器中一个为接合状态而另一个为分离状态。
本发明工作时，发动机动力由动力换档箱的一轴传入。动力换档箱包括动力换向与动力高-低档两个功能。当需要处于动力高档前进时，动力由一轴传递给齿轮Ⅰ，并依次传递给高档离合器、花键套Ⅰ，然后主动力输出至变速箱，此时控制器控制高档离合器接合，低档离合器和倒退离合器分离；当需要处于动力抵档前进时，动力由一轴传递给齿轮Ⅰ，并依次传递给齿轮Ⅱ、低档离合器、齿轮Ⅳ、齿轮Ⅲ、花键套Ⅰ，然后主动力输出至变速箱，此时控制器控制低档离合器接合，高档离合器和倒退离合器分离；当需要处于倒退档倒退时，动力由一轴传递给齿轮Ⅰ，并依次传递给齿轮Ⅱ、齿轮Ⅴ、倒退离合器、齿轮Ⅵ、齿轮Ⅲ、花键套Ⅰ，然后主动力输出至变速箱，此时控制器控制倒退离合器接合，高档离合器和低档离合器分离。当动力需要输出至PTO动力输出装置时，控制器控制PTO离合器接合时间，动力由一轴后端传递至PTO动力输出装置。
进一步的，所述一轴的输入端设置有缓冲器。通过设置缓冲器，能有效减振与缓冲发动机的输出扭矩。
进一步的，所述高档离合器、低档离合器、倒退离合器均为相同结构的离合器，在离合器的摩擦片挡板的外侧设置有离合器调整垫片。由于离合器摩擦片在加工过程中其两个摩擦面的平行度、平面度普遍存在加工误差，容易导致离合器接合/分离不良，离合器接合/分离不良容易导致离合器不能同步，出现齿轮打齿的现象，影响设备使用寿命。通过设置离合器调整垫片，根据摩擦片的实际误差可选用合适厚度的离合器调整垫片对离合器的摩擦片进行调整，从而保证离合器的工作状态，保证三个离合器能够同步到位，防止出现打齿现象。
进一步的，所述离合器调整垫片的厚度优选为0.05-0.5mm。
进一步的，为保证换档及时，所述高档离合器、低档离合器、倒退离合器的工作油压为1.8Mpa，所述高档离合器、低档离合器的切换时间为0.5～1.0s，倒退离合器的切换时间为2.5s，PTO离合器接合时间为3.0s。
进一步的，所述换档面板上设置有高-低档按钮、换向手柄、PTO按钮开关、分动箱按钮开关与所述控制器电气连接。采用按钮式电控智能换档系统，自动升档或降档，自动选择合适的档位，为不同工况提供最佳动力。
进一步的，所述液压系统还为变速箱和拖拉机的后桥提供强制润滑。
进一步的，发动机的动力由一轴传入动力换档箱，所述动力换档箱有动力高档、动力低档、动力倒档三个档位，其中：
动力高档：高档离合器接合，低档离合器和倒退离合器分离，发动机动力由一轴→齿轮Ⅰ→高档离合器→花键套Ⅰ→主动力输出至变速箱；
动力低档：低档离合器接合，高档离合器和倒退离合器分离，发动机动力由一轴→齿轮Ⅰ→齿轮Ⅱ→低档离合器→齿轮Ⅳ→齿轮Ⅲ→花键套Ⅰ→主动力输出至变速箱；
动力倒挡：倒退离合器接合，高档离合器和低档离合器分离，发动机动力由一轴→齿轮Ⅰ→齿轮Ⅱ→低档离合器→齿轮Ⅴ→倒退离合器→齿轮Ⅵ→齿轮Ⅲ→花键套Ⅰ→主动力输出至变速箱。
本发明的有益效果是：本发明中的动力换档箱采用三轴三离合三角空间布置的形式，其结构紧凑，原有拖拉机轴距与整机长度可保持不变，即可保持整机布置与主要技术参数不改变，但是通过设置动力换档箱可使驾驶员操作系统更加符合人机工程要求，驾驶员可以在极短的时间内完成复杂的换档过程，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，实现了效率的提升；动力换档箱具有动力换向与动力高-低档两个功能，高、低档离合器与倒退离合器均采用电液控制，换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，档位变换不中断动力，实现在不切断动力的情况下进行不间断的换档、换向，传动扭矩大，通过切换高低档位，可使前进档数翻倍，即每一个前进档都对应一个低档，通过换向可实现拖拉机行驶方向的改变，获得与前进挡数相同的倒退档数，与现有技术相比，本发明在大马力拖拉机上应用效率可提高30％，并有明显的节能减排效果；本发明采用一轴后端输出PTO动力，输出轴自变速箱的输入轴中间穿过，该结构不仅在传动上更加简洁，在空间布置上也更加紧凑，便于整机的整体布置，且该传动结构使PTO湿式离合器接合过程中平顺性好，无明显冲击；本发明采用电控智能换档系统，自动升档或降档，自动选择合适的档位，可为不同工况提供最佳动力，提高使用效率，同时发动机油耗低，节约能耗；本发明相对于现有技术中的拖拉机，其可完全取消原有机型中的主离合器、逆行器、超速器、气制动等，操作方便，驾驶员操作系统更加符合人机工程要求。
附图说明
图1是本发明的传动结构示意图；
图2是本发明中的动力换挡箱的结构示意图；
图3是图2中的A向前列齿轮的啮合示意图；
图4是图2中的A向后列齿轮的啮合示意图；
图5是本发明中的低档离合器与齿轮及二轴的装配结构示意图；
图6是本发明的电液控制示意图；
图7是本发明具体实施方式中的电液控制逻辑关系示意图；
图8是本发明具体实施方式中的动力换档电液控制及润滑系统原理图；
图中，1、动力换档箱，2、主变速箱，3、副变速箱，4、爬行档，5、中央传动、最终传动机构，6、PTO动力输出装置，7、一轴，8、二轴，9、三轴,10、缓冲器,11、齿轮Ⅰ，12、齿轮Ⅱ，13、齿轮Ⅲ，14、齿轮Ⅳ，15、齿轮Ⅴ，16、齿轮Ⅵ，17、高档离合器，18、低档离合器,19、倒退离合器，20、变速箱输入轴，21、PTO离合器，22、分动箱离合器，23、爬行器，24、花键套Ⅰ，25、动力换挡箱箱体,26、离合器活塞，27、摩擦片隔板，28、摩擦片，29、摩擦片挡板，30、挡圈，31、离合器调整垫片，32、离合器调整垫片挡圈，33、螺钉，34、内挡圈，35、滚针轴承，36、后挡圈，37、挡圈，38、弹簧挡圈，39、回位弹簧，40、离合器的转毂，41、齿轮泵，42、吸油过滤器，43、压力过滤器，44、蓄能器，45、高档离合器控制阀，46、低档离合器控制阀，47、倒档离合器控制阀，48、PTO离合器控制阀，49、分动箱离合器控制阀。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图所示，一种拖拉机自动变速传动装置，包括变速箱，爬行档4，中央传动、最终传动机构5，PTO动力输出装置6，动力换档箱1，电液控制部分。所述变速箱包括主变速箱2和副变速箱3，所述变速箱为现有技术，主变速箱2内设有1档、2档、3档、4档共4四个档位，副变速箱3内设有高档、低档、中低、中高四个档位，所述变速箱的输入轴20为空心轴。爬行档4也为现有技术，其内设置有爬行器23。中央传动、最终传动机构5也为现有技术，PTO动力输出装置6也为现有技术。本申请中所述动力换档箱1装配成为一个独立部件，安装在发动机与变速箱之间，其包括动力换档箱箱体25、设置在动力换档箱箱体25内的动力换档机构，所述动力换档箱箱体25与所述变速箱的箱体可拆卸连接，所述动力换档机构包括同向设置并相互平行的一轴7、二轴8、三轴9，所述一轴7、二轴8、三轴9呈三角形空间布置，所述一轴7上依次设置有齿轮Ⅰ11、高档离合器17、齿轮Ⅲ13，所述一轴7的输出端上安装有花键套Ⅰ24，所述二轴8上依次设置有齿轮Ⅱ12、低档离合器18、齿轮Ⅳ14，所述三轴9上依次设置有齿轮Ⅴ15、倒退离合器19、齿轮Ⅵ16。本发明中的高档离合器17、低档离合器18、倒退离合器19均为湿式离合器，高档离合器17、低档离合器18、倒退离合器19为相同结构的离合器。如附图5所示，以低档离合器为例，离合器的基本结构为现有技术，主要包括轮毂40，设置在轮毂40内的离合器活塞26、复位弹簧39、多个摩擦片隔板27、多个摩擦片28。复位弹簧39、摩擦片隔板27、摩擦片2均设置在离合器活塞26的同一侧，摩擦片28设置在两个摩擦片隔板27之间，摩擦片28的外侧设置有摩擦片挡板29，摩擦片隔板端面设置有花键，离合器的轮毂40与摩擦片隔板花键滑动联接，摩擦片28端面也设置有花键。为便于对摩擦片的平行度及平面度误差进行调整，保证离合器工作准确性，本实施例中在离合器的摩擦片挡板29的外侧设置有挡圈30、离合器调整垫片31、离合器调整垫片挡圈32，离合器调整垫片31设置在挡圈30和离合器调整垫片挡圈32之间，通过螺钉33与摩擦片挡板29固定在一起，离合器调整垫片31的厚度根据实际需要选择。离合器调整垫片31的厚度优选为0.05-0.5mm。各离合器与轴及齿轮的连接关系为：所述齿轮Ⅰ11与所述一轴7固定联接并与所述高档离合器17的转毂固定联接，所述高档离合器17的转毂与高档离合器17的摩擦片隔板花键滑动联接，所述齿轮Ⅲ13与所述高档离合器17的摩擦片花键滑动联接；所述齿轮Ⅱ12与所述二轴8固定联接并与所述低档离合器18的转毂固定联接，所述低档离合器18的转毂与低档离合器18的摩擦片隔板花键滑动联接，所述齿轮Ⅳ14与所述低档离合器18的摩擦片花键滑动联接；所述齿轮Ⅴ15与所述三轴9固定联接并与所述倒退离合器19的转毂固定联接，所述倒退离合器19的转毂与倒退离合器19的摩擦片隔板花键滑动联接，所述齿轮Ⅵ16与所述倒退离合器19的摩擦片花键滑动联接。各齿轮的啮合关系为：所述齿轮Ⅱ12分别与所述齿轮Ⅰ11和所述齿轮Ⅴ15相啮合，并且所述齿轮Ⅰ11和所述齿轮Ⅴ15不相啮合，所述齿轮Ⅲ13分别与所述齿轮Ⅳ14和所述齿轮Ⅵ16相啮合，并且所述齿轮Ⅳ14和所述齿轮Ⅵ16不相啮合。本发明中，所述一轴7上的花键套Ⅰ24与所述变速箱的空心的输入轴20连接，所述一轴7的输出端自所述变速箱的输入轴20中间穿过后通过PTO离合器21与所述PTO动力输出装置6连接。PTO离合器21也为湿式离合器。所述电液控制部分包括控制器、用于测量车速、转速、角度的传感器、换档执行元件、换档面板及液压系统，所述换档执行元件、传感器、换档面板均与所述控制器电气连接。所述换档执行元件包括有倒档离合器控制阀47、高档离合器控制阀45、低档离合器控制阀46、PTO离合器控制阀48、分动箱离合器控制阀49。如附图8所示，本实施例中，所述液压系统通过管路分别与倒档离合器控制阀47、高档离合器控制阀45、低档离合器控制阀46、PTO离合器控制阀48、分动箱离合器控制阀49连接，各控制阀通过管路分别与倒退离合器、高档离合器、低档离合器、PTO离合器、分动箱离合器连接，所述液压系统除用于对动力高-低档、动力换向、PTO、分动箱五个湿式离合器的控制与强制润滑外，还提供对变速箱和拖拉机后桥的强制润滑。所述换档面板上设置有高-低档按钮、换向手柄、PTO按钮开关、分动箱按钮开关，这些按钮均与控制器连接，其中，高-低档按钮有两个档位：高挡离合器为常接合状态；按下高低档按钮，高档离合器分离，低档离合器接合，在行进中再按一下高低档按钮，高档离合器接合，低档离合器分离，车速即恢复正常；换向手柄有三个挡位：N位：空档即中间位，此时三个离合器均处于分离状态；F位：前进档，将手柄从N位上抬再前推，高档离合器或低档离合器接合(按照高低档按钮当前状态接合)，倒退离合器分离，拖拉机前行；R位：倒退档，将手柄从N位上抬再后扳，倒退离合器接合，高档离合器和低档离合器分离(此时按压高低档按钮无效)，拖拉机倒退。本发明中，分别用于测量车速、转速、角度的车速传感器、转速传感器、角度传感器的设置均同现有技术。本发明采用电子离合踏板控制当前接合的离合器，随踏板行程变化获得不同微动速度，实现寸进功能，当电子离合踏板踩到底时，当前接合的离合器完全分离，动力中断，可实现主、副变速机械换档。所述控制器通过各离合器控制阀给离合器供油量的大小来控制离合器的接合状态和时间。换档时所述高档离合器17和低档离合器18中一个为接合状态而另一个为分离状态。
为有效减振及缓冲发动机的输出扭矩，本实施例中还在所述一轴7的输入端设置有缓冲器13，缓冲器13也为现有技术。
本实施例中，动力高档传动比1.0，发动机动力经过高档离合器直接从一轴后端输出动力至主变速箱；动力低档传动比1.164，动力经过低档离合器与两级齿轮传动；动力倒档传动比1.026，动力经过倒退离合器与三级齿轮传动。高档离合器、低档离合器、倒退离合器三个湿式离合器的工作油压为1.8MPa，倒退离合器切换时间一般为2.5s，动力高-低档离合器切换时间一般为0.5～1.0s，PTO离合器接合时间一般为3.0s。拖拉机倒档开始切换时，前进车速不高于12km/h，高于12km/h时系统报警，不作换向切换。
下面对本实施例中的传动系电液控制进行说明：
1、动力换档箱共有动力高档、动力低档、动力倒档三个档位，实现拖拉机动力换向和动力高、低档功能。工作时，发动机动力经缓冲器13传入一轴7。
2、换向手柄扳到F位(即前进)，将信号传递给控制器(TCU)，控制器通过高档离合器控制阀45迅速给高档离合器17供油，高档离合器17接合(此时，低档离合器18和倒退离合器19分离)，此时发动机动力经缓冲器13传入动力换档箱，通过一轴7→齿轮Ⅰ11→高档离合器17→花键套Ⅰ24→主动力输出至变速箱。如需改变车速，踩下离合踏板，角度传感器将信号传递给控制器(TCU)，控制器通过高档离合器控制阀45停止给动力换档箱内高档离合器供油，离合器在其回位弹簧作用下迅速分离。此时变速箱主动力中断，将主、副变速操纵杆挂入合适挡位，慢慢松开离合踏板，控制器根据角度传感器开度信号，通过离合器控制阀给离合器供油量大小来控制离合器的接合状态和时间。
当拖拉机前进作业中遇到较大阻力时，在行进过程中(无需停车)按下高、低档按钮，将信号传递给控制器(TCU)，控制器根据车速传感器确认当前拖拉机状态为前进，控制器通过高档离合器控制阀45停止给高档离合器17供油，高档离合器17在其回位弹簧作用下迅速分离。同时低档离合器控制阀46迅速给低档离合器18供油，高档离合器17分离的瞬间低档离合器18接合。此时发动机动力经缓冲器13传入动力换档箱，通过一轴7→齿轮Ⅰ11→齿轮Ⅱ12→低档离合器18→齿轮Ⅳ14→齿轮Ⅲ13→花键套Ⅰ24→主动力输出至变速箱。控制器通过离合器控制阀给离合器供油量大小来控制离合器的接合状态和时间。高、低档切换时间为0.5s，动力不中断，可使车速降低16％，增加牵引力克服遇到的阻力，提高作业效率和操纵便利性，降低驾驶员劳动强度。在前进过程中(无需停车)再按一下高、低档按钮，高档离合器接合，低档离合器分离，车速即恢复正常。
3、换向手柄扳到R位(即倒退)，将信号传递给控制器(TCU)，控制器通过倒档离合器控制阀47迅速给倒退离合器19供油，倒退离合器19接合(此时高档离合器17和低档离合器18分离)，此时发动机动力经缓冲器13传入动力换档箱，通过一轴7→齿轮Ⅰ11→齿轮Ⅱ12→齿轮Ⅴ15→倒退离合器19→齿轮Ⅵ16→齿轮Ⅲ13→花键套Ⅰ24→主动力输出至变速箱。如需改变车速，踩下离合踏板，角度传感器将信号传递给控制器(TCU)，控制器通过倒档离合器控制阀47停止给动力换档箱内倒退离合器19供油，离合器在回位弹簧作用下迅速分离。此时变速箱主动力中断，将主、副变速操纵杆挂入合适挡位，慢慢松开离合踏板，控制器根据角度传感器开度信号，通过离合器控制阀给离合器供油量大小来控制离合器的接合状态和时间。
当拖拉机倒退时，按下高、低档按钮，将信号传递给控制器(TCU)，控制器根据车速传感器确认当前拖拉机状态为倒退时，高、低档按钮无效，控制器不执行该命令。高、低档按钮只能在拖拉机前进时使用。
当拖拉机倒退速度高于20km/h，控制器根据车速传感器反馈信号，通过倒档离合器控制阀47停止给倒退离合器19供油，离合器在回位弹簧作用下迅速分离，倒退动力切断。直到拖拉机倒退速度降低倒20km/h以下(通过制动或者换档等操作)，倒退离合器接合，拖拉机会继续执行倒退。
4、拖拉机在前进过程中，需要改变行进方向时，无需停车，将换向手柄直接扳到与拖拉机行驶方向相反的档位(R位)，换向手柄将信号传递给控制器(TCU)，控制器根据车速传感器确认当前拖拉机行驶速度。如低于12km/h，控制器通过高档离合器控制阀停止给高档离合器供油，离合器在回位弹簧作用下迅速分离。同时控制器通过倒档离合器控制阀迅速给倒退离合器供油，高档离合器分离的瞬间倒退离合器接合，动力换向时间为2.5s。拖拉机会迅速减速直到停止然后以相反的方向行驶。
如果当前拖拉机行驶速度高于12km/h，控制器不执行换向功能，拖拉机将继续行驶，直到拖拉机速度降低倒12km/h以下(通过制动或者换档等操作)，拖拉机会立即开始执行动力换向功能。
5、按下动力输出接合按钮(PTO按钮开关)，将信号传递给控制器(TCU)，控制器根据转速传感器反馈信号(有两个转速传感器，一个监测PTO离合器输入转速，另一个监测PTO离合器输出转速)，判断当前PTO离合器21输入与输出转速差，控制器通过PTO离合器控制阀48给PTO离合器21供油量大小来控制离合器的接合时间，确保动力输出轴旋转平顺防止冲击。
当按下动力输出分离按钮(PTO按钮开关)，控制器通过PTO离合器控制阀48停止给PTO离合器21供油，离合器在回位弹簧作用下迅速分离，动力输出轴停止转动。
6、按下分动箱接合按钮(分动箱按钮开关)，将信号传递给控制器(TCU)，控制器通过分动箱离合器控制阀49给分动箱离合器22供油，离合器接合，分动箱开始工作。由于分动箱使用要求较低，故不做监测。
当按下分动箱分离按钮(分动箱按钮开关)，控制器通过分动箱离合器控制阀49停止给分动箱离合器22供油，离合器在回位弹簧作用下迅速分离，分动箱停止工作。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。