变速器是提高拖拉机操纵性能的重要部件，其技术的发展是拖拉机技术发展的重要领域。液压机械无级变速器（Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission，简称HMCVT）能显著提高车辆动力性、燃油经济性和操作舒适性，在发达国家拖拉机中已得到广泛应用。随着国家农机补贴的强力拉动和农机的集约化使用，对大功率、高性能轮式拖拉机的需求日益增加，研究大功率拖拉机中的液压机械无级变速器有着重要意义。本文阐述了液压机械无级变速器的基本传动原理，着重从多段HMCVT的传动原理、传动系统和控制系统的数学建模、以及控制仿真等三个方面，研究了大功率轮式拖拉机多段液压机械无级变速器。以400马力轮式拖拉机多段液压机械无级变速器为研究对象，分析了变速器的传动原理，从传动比特性、同步换段特性、输出转矩特性和功率分流特性等方面研究了多段HMCVT的传动特性。根据HMCVT的传动系统组成，采用分块建模的方法建立了多段HMCVT的传动系统动力学模型、变量泵定量马达系统模型、双行星排机构模型，并建立了拖拉机动力学模型。为了减少拖拉机换段冲击，改善其传动性能，研究了拖拉机HMCVT换段时离合器的切换状态特性；利用二次型最优控制方法，建立了离合器油压控制模型；分析了换段逻辑控制条件，运用有限状态机原理确定了换段控制策略；建立了多段HMCVT实现无级变速和换段控制的仿真模型。将在Adams工作环境中模拟分析的双行星排机构模型，与Simulink工具中的模块相结合，建立了离合器切换特性模型。通过Matlab/Simulink工具将建立的HMCVT传动系统模型和控制系统模型联立在一起，仿真分析了离合器切换过程中的动态特性，结果表明HMCVT设计方案合理，也验证了控制策略的可行性。