典型工况下装载机液压系统载荷时间历程的制取方法

针对目前装载机发动机与液力变矩器功率匹配存在的缺陷,该文构建了装载机液压测试系统,确定了传感器压力信号与转矩间的定量关系。在分析确定装载机典型试验工况为铲装工况、采样频率为1000Hz与样本长度为60个作业循环的基础上,按照规范对装载机进行了实机试验,应用Vib’SYS和nSoft软件对试验数据进行了分段与合并处理、滤波与去异值处理以及数据平稳性检验,研究了装载机典型工况液压系统载荷时间历程的制取方法,并给出了铲掘原生土时液压系统消耗发动机转矩的单次典型循环时间为87.304s的载荷时间历程,该研究为装载机优化匹配设计提供依据。     

面向作业终端动力需求的装载机循环工况的创建

由于缺少面向作业终端的循环工况,装载机的节能机理及其仿真研究难以深入地开展,该文基于试验数据创建了装载机循环工况,从装载机作业终端描述了其作业过程中最基本的能耗规律。首先,利用数理统计的方法从装载机的工作循环试验数据中萃取了行驶车速、行驶阻力、整机质量和液压阻力矩等4方面的特征数据,然后,将这些特征数据分别置于4个独立的坐标轴上,在同一时间序列上创建了面向作业终端动力需求的装载机循环工况,最后,通过交叉验证试验检验了该循环工况有效性。面向作业终端的循环工况不仅为装载机节能机理研究、仿真研究和混合动力等装载机的开发提供必要的数据支持,同时也为传统装载机的性能试验提供统一的规范和标准。     

基于用户使用工况的ZL50装载机传动比设计

为了优化装载机各挡传动比,提出基于使用工况的传动比重新设计。装载机在Ⅱ、Ⅲ挡工作时,通过试验得到前、后桥左右半轴转矩曲线和转向泵、变速泵、工作泵压力曲线。基于分布概率计算出Ⅱ、Ⅲ挡时总转矩概率平均值,根据发动机和液力变矩器共同工作时的输入、输出特性,找出输出特性最低油耗点及其对应的输出转矩。保持Ⅰ、Ⅳ挡传动比不变,按照Ⅱ、Ⅲ挡总转矩概率平均值与最低油耗点对应的转矩相匹配的原则,计算出Ⅱ、Ⅲ挡传动比分别为2.433和1.264。经仿真计算,装载机在循环工况下,按新传动比工作的耗油量为13.85 L/h,比原来降低了1.33 L/h。新设计的传动比提高了装载机的燃油经济性。     

基于典型工况的装载机发动机与液力变矩器匹配

针对目前发动机与液力变矩器常用匹配方案中发动机净转矩获取方法的不足,为实现发动机与液力变矩器更科学、合理的匹配,构建了装载机液压测试系统,对传感器性能进行了标定。在典型工况下开展了实机试验,应用nSoft软件对测试数据进行处理,得到液压系统实际消耗的发动机转矩为288.76 N·m,进而提出了一种基于典型工况的发动机与液力变矩器匹配方案。根据试验用装载机发动机与液力变矩器原始特性数据,应用数据拟合方法,得到了发动机与变矩器的共同输入与输出特性。采用积分平均方法求取了涡轮工作高效区涡轮轴平均输出功率和发动机平均油耗率。在变矩器高效区,试验功率匹配方案的涡轮轴平均输出功率分别比原匹配方案、部分功率匹配方案高17.02%和42.59%,试验功率匹配方案的发动机平均油耗率分别比原匹配方案、部分功率匹配方案低3.80%和8.72%。结果表明文中提出的匹配方案优于目前常用的匹配方案。该研究为液力变矩器的优化设计、发动机与液力变矩器合理匹配提供了参考。     

基于参数循环算法的HMCVT燃油经济性多参数优化

为了使有液压机械无级变速器的中小型拖拉机获得更高的燃油经济性,使得拖拉机在任意工况下都能工作在整机经济性最佳的工作点上,该研究结合一种行星比连续可变的液压机械无级变速传动系统(hydro-mechanical continuously variable transmission,HMCVT),提出以发动机燃油消耗率g_e与HMCVT传动效率η_b之比为拖拉机整机经济性目标函数,在考虑发动机转速、转矩和HMCVT变速传动系统中变量泵排量比调节的基础上,加入HMCVT变速传动系统中牵引式行星排的行星比这一辅助变量,对发动机工作点和HMCVT工作点进行多参数调节。然后采用参数循环算法对多参数调节中的控制参数进行优化,得到任意负载和目标车速下的最佳发动机转速、转矩和最佳HMCVT变量泵排量比和牵引式行星排的行星比。随后分析了不同作业车速下牵引式行星排的行星比对拖拉机整机经济性的影响,得到低、中、高3种车速工况下的最佳行星比及排量比,最后从HMCVT的传动效率和变速比两个方面验证多参数调控效果。结果表明,具有排量比和行星比双参数可调的液压机械无级变速传动系统能满足中小型拖拉机的犁耕作业,与国标相比牵引式行星排行星比的加入使拖拉机的燃油消耗率降低29.86%;行星比越大,拖拉机整机比油耗越低。本文提出的多参数控制策略能够保证拖拉机在宽速比和高效率区域下工作,且易于实时调控,研究结果可为推动无级变速拖拉机变速器开发应用和进一步改善拖拉机动力性与燃油经济性提供理论参考。     

双离合器混合动力系统稳态工况的仿真

针对单轴并联式(ISG)混合动力系统中能量回收效率低等不足,设计了一套含双离合器的总成结构方案,并采用较大功率的电动机.根据汽车动力学理论计算了车辆在中国典型城市等多种工况下的需求动力,对新方案的动力和传动进行了稳态工况的建模和仿真,仿真及试验结果表明,新方案的动力性可以实现无转矩波动的状态切换过程,改善了状态切换过程中动力传递的平顺性,缩短工况过渡的时间(从8s缩短剑4s),燃油经济性和排放性能也有一定的提高.     

拖拉机动力输出轴动态转矩载荷谱编制与验证

拖拉机动力输出轴(power take-off, PTO)室内台架耐久性试验中转矩加载主要以静态加载或静态逐级加载方式为主,这种加载方式输出的载荷与PTO实际作业中承受的载荷动态特性不同,导致试验中PTO的失效形式及测试寿命与实际作业中存在差异。针对此问题,该文对多工况下PTO动态转矩载荷谱编制方法进行研究,测取了沙土、黏土2种土壤类型下旋耕、驱动耙典型作业的PTO转矩,利用希尔伯特黄算法对转矩进行预处理,采用四点循环雨流计数法对转矩均幅值进行频次统计,利用散点矩阵统计方法分析4种作业工况均值、幅值相关性及均值、幅值分布类型。基于Miner法则及轴类20CrMnTi修正S-N曲线,在损伤概率50%、相对误差5%、置信水平95%的统计条件下,确定了转矩样本容量。利用时域外推方法对PTO转矩数据进行外推。以阈值区间内峰谷值均值差的方差为指标,检验了外推过程中选取的阈值造成峰谷值均值波动的可能性。对比外推1次后载荷时间历程与原始载荷时间历程变化趋势。在时域频次外推因子为240、转矩累计频次达到106、平均加权4类转矩时,得到PTO动态转矩载荷谱。利用编制的动态载荷谱,驱动拖拉机传动系动态加载试验台对PTO进行台架耐久性试验,试验结果显示,PTO发生失效的时长为642 h,失效形式为PTO轴头花键磨损,失效时间、失效形式与实际作业一致,验证了动态转矩载荷谱的有效性。     

拖拉机液压机械无级变速传动系统与发动机的合理匹配

利用发动机的试验测试结果，采用多项式拟合的方法建立了发动机模型，给出了关于发动机的最佳动力性和最佳燃油经济性的转速调节特性。在此基础上研究了发动机与无级变速传动系统的匹配机理。根据不同的作业项目，将拖拉机的作业工况分为3种模式，阐述了各种作业模式下发动机与无级变速传动系统匹配的实现方案。该研究对理解和设计拖拉机液压机械无级变速传动系统，提高拖拉机生产率，具有一定的意义。     

液压机械无级变速装载机工况在线识别方法

液压机械无级变速装载机发动机转速与车速解耦,具有节油、高效的优点,为了解决其工况繁多、动力匹配问题,以某液压机械无级变速装载机为研究对象,基于液压机械状态参数开展了装载机负载估计理论分析和仿真,建立了负载估计模型,仿真结果表明该方法能准确估计液压机械段内负载,结果偏差在±4.69％以内.在负载估计方法基础上,建立液压机...     

提高燃油经济性的拖拉机变速控制策略

为实现对液压机械无级变速拖拉机的最佳燃油经济性控制,分析发动机及液压机械无级变速器(hydro-mechanical continuously variable transmission, HMCVT)对拖拉机燃油经济性的影响,研究拖拉机最佳燃油经济性无级变速控制策略,该文针对发动机和HMCVT二元调节无级变速拖拉机,分析了发动机燃油消耗率和变速器的效率变化特性,提出了以发动机有效燃油消耗率g_e与HMCVT传动效率η_b的比值g_e/η_b为指标的最佳燃油经济性无级变速控制策略及拖拉机负载反馈控制原理。采用参数循环算法,求算出拖拉机在负载特性场内任意工作点下的最佳发动机转速、转矩、HMCVT的最佳变速比,保证了二元协同调节下拖拉机最佳燃油经济性变速控制策略的工程实现。计算结果显示:最佳变速比的分布呈现梯田状,平台部分的最佳变速比对应HMCVT纯机械传动时的工作状态,此时HMCVT处于传动效率最高点,并且在变速器传动效率高于0.92的工作区,最佳变速比的分布比例高达72.84%。相比较一元调节下分别以g_e、g_e/η_b为指标、二元调节下以g_e为指标的3种变速控制策略,明显降低了拖拉机燃油消耗率。牵引功率范围内,当拖拉机在某一目标车速下稳定工作时,在基于g_e/η_b最小化的二元调节变速控制策略调控下,拖拉机更可能在较低油耗状态下工作。表明以g_e/η_b为指标的二元调节拖拉机最佳燃油经济性变速控制策略能够提高拖拉机在任意工况下的燃油经济性。     

工程车辆传动系载荷谱编制方法

为研究工程车辆传动系疲劳载荷谱的编制方法,采集了装载机5种典型工况的传动件载荷信号,采用作业循环分成6段处理的方式,对原始信号进行预处理和特性分析,得到反映载荷变化规律的真实信号。对变速箱后传动法兰,利用雨流计数法对其载荷时间历程进行了统计处理,结果表明：后传动法兰铲掘段均值分布服从均值为1910 N·m、标准差为537.8 N·m的正态分布,其幅值服从三参数威布尔分布,并且均值和幅值相互独立。根据各个工况的作业时间比例,进行频次外推和合成,利用二维概率分布函数,建立了各作业段的8×8级二维载荷谱。应用Goodman方法,将二维载荷谱转化为8级一维载荷谱,编制成反映装载机传动系受载情况的程序载荷谱。该方法可为工程车辆传动系寿命预测以及疲劳寿命试验提供参考。     

装载机工作过程联合仿真与试验

为了分析装载机工作过程中的能量消耗情况,首先使用Pro/E软件建立了装载机工作装置的三维模型,将其导入Simulation X仿真软件中建立了装载机的动力学模型,同时使用该仿真软件建立了装载机工作装置液压系统模型,进一步建立了装载机联合仿真模型。然后针对正载和偏载2种典型工况中各个工作部件能量消耗情况进行了仿真和试验研究,通过比较仿真与试验结果,验证了所建立装载机工作装置机液联合仿真模型的准确性,获得了驱动工作装置液压系统在典型工况中的能量损失。结果表明:在正载工况下,多路阀的能量损失占49%;偏载工况下,多路阀的能量损失占52%。多路阀在一个工作循环中消耗能量最大,主要是中位卸荷损失。该研究为装载机液压控制系统节能设计提供了参考。     

联合收割机行走半轴载荷测试系统构建与性能试验

为了给联合收割机行走半轴载荷谱的编制提供真实全面的载荷—时间历程,需要准确获取联合收割机行走半轴在典型作业工况下的载荷信号。该文在分析联合收割机工况特点和行走底盘结构特点的基础上,基于无线传感测试技术,通过选用合理的扭矩、转速传感器和数据采集系统,构建了一种联合收割机行走半轴扭矩和转速无线测试系统,并以沃得巨龙280型履带式联合收割机为样机搭载该系统,并进行了载荷测试性能试验,分析了该样机行走半轴在不同路面起步、直行、转弯时的扭矩和转速,确定了载荷测试性能的稳定性和可靠性。试验结果表明,该载荷测试系统方案合理、技术可行,所获数据稳定可靠。     

电液流量匹配装载机转向系统特性分析

为降低小型装载机负荷传感液压转向系统在流量方面的能量损失,提出用伺服电机独立驱动定量泵的电液流量匹配转向控制方法。该文首先在Simulation X中建立了装载机整机联合仿真模型,对采用负荷传感转向系统的装载机在原地转向工况下进行仿真。构建了装载机试验测试系统,通过对比仿真与试验结果,验证了仿真模型的准确性。进一步将电液流量匹配转向方法应运于此仿真模型。维持与负荷传感系统相同转向特性的条件下,该系统在低速空载工况下使液压泵能量消耗相对负荷传感系统降低36%,高速空载为37%,中速正载为39%,中速偏载为28%,电液流量系统平均降低了转向过程中泵输出能耗约30%。该文提出的研究方法对装载机转向节能研究提供了参考。     

拖拉机液压机械无级变速箱效率特性的仿真与试验

为了对一种新型拖拉机液压机械无级变速箱的效率水平进行评估,该文对其满负荷及部分负荷下的效率特性进行了研究。基于SimulationX平台,该文构建了完整的变速箱传动模型,并通过台架试验对其进行了校准,从而确保了模型的可靠性。通过仿真分析,得出了传动效率与发动机转速、负载扭矩和速比的关系,并绘制了较为全面的效率图谱;指出了泵前齿轮副对变速箱效率的影响,从而使得基于效率进行变速箱的结构优化具备了理论上的可操作性。结果表明,该变速箱在HM2、HM4段负排量和HM1、HM3段正排量时存在功率循环,且变速箱的传动效率受到发动机转速和扭矩的双重影响,其在额定工况下的满负荷传动效率为81.5%。因此,该类变速箱的传动效率随工况波动较大,为了使拖拉机在给定的车速、负载水平下高效作业,必须合理匹配其速比与发动机转速的关系。该研究可为变速箱的结构优化及动力匹配提供理论依据。     

采用双定子泵的多级恒功率调速系统回路特性分析与试验

传统恒功率调速系统的调节原理(转速与转矩的乘积必为定值)决定其无法满足转矩不变、输出不同转速的工况要求。为解决上述问题,采用双定子泵对其进行改进,对组成的多级恒功率调速系统性能与传统系统进行了对比分析,并搭建试验台进行了试验论证。结果表明,采用双定子泵组成的多级恒功率调速系统既具有传统系统适应恒功率工况的特性,传动效率可比普通定量泵系统提高7%,又能满足多级恒功率负载的工况。在工况要求转矩输出恒定的前提下,若要求马达输出多级转速,多级恒功率调速系统可以通过控制双定子泵的工作方式以较少的功率满足要求,而传统恒功率调速系统则只能采用节流调速的方式溢流掉一部分流量来满足要求,因此前者比后者减少了能量的损失。该研究既丰富了双定子泵的应用领域,也可为恒功率调速系统应用于农业机械并提高其工作效率提供参考。