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中国是农业大国,农业作业机械的现代化程度体现着农业的发展水平。拖拉机作为主要的农业机械,现代、高效大马力拖拉机的研发已经被列为国家重点建设项目。多段液压机械式无级变速器(Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)因其具有大功率、高效率及变速范围宽的特性,在农业拖拉机上具有优越的应用价值。开发高性能的多段HMCVT,研究其换段规律已成为拖拉机技术研究及应用的核心内容。本文以某型号轮式拖拉机所装配的多段HMCVT为具体研究对象,阐述了多段HMCVT的工作原理,从速比特性、同步换段特性、功率分流特性、转矩特性、效率特性五个方面分析了多段HMCVT的传动工作特性。以多段HMCVT中HM2段切换至HM3段的过程为例,根据动力学原理,采用模块化方法依次建立了轴系数学模型、泵-马达系统数学模型、行星轮系数学模型、离合器数学模型、发动机数学模型、主传动数学模型、行走机构模型。使用Matlab/simulink、stateflow建模工具,根据有限状态机原理,按照面向对象的方法,建立了由发动机模块、HMCVT模块、状态转换逻辑模块、离合器模块、计算模块、主传动模块和行走机构模块七个模块构成的多段HMCVT换段过程的仿真模型。通过分析计算证明出:多段液压机械无级变速器在相邻两无级段的换段点处效率差异且换段前后泵-马达系统能量传递倒向既是循环换段的主要产生原因,又影响了拖拉机的换段平稳性。提出了消除多段HMCVT换段过程循环换段的控制原理。用解析的办法制定了以油门开度、车速和行驶阻力为控制参数的多段HMCVT动态三参数换段规律,确立了不同油门开度、行驶阻力下的换段点车速。仿真表明:在多段HMCVT的换段过程中,应用所提的消除循环换段的换段规律能够有效地消除换段过程中的循环换段现象。应用所提的动态三参数换段规律,多段HMCVT的速度稳定系数、冲击度、滑摩功、动载系数分别下降了57.14%、75.26%、55.38%、55.75%,有效提高了多段HMCVT传动拖拉系统的动力性、耐久性及换段平稳性。实现了基于dSPACE实时仿真系统的行驶车速与排量比的仿真试验研究。该研究为拖拉机自动变速器的开发应用奠定了理论基础。