本文關(guān)鍵詞： 裝載機(jī) 節(jié)能 低轉(zhuǎn)速大能容 液力變矩器 導(dǎo)輪自由輪 渦輪閉鎖 變功率匹配　出處：《吉林大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)能源的需求持續(xù)增加。近年來(lái)，能源危機(jī)問(wèn)題日益嚴(yán)重，以節(jié)能降耗為主題的綠色經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的主旋律。輪式裝載機(jī)作為一種鏟土工程機(jī)械，它作業(yè)靈活、操作方便，在基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、物流運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用。在輪式裝載機(jī)節(jié)能領(lǐng)域里，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)制定了嚴(yán)格的能耗指標(biāo)，并作為產(chǎn)品許可的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)也把降低能耗作為發(fā)展輪式裝載機(jī)的一項(xiàng)基本政策，并制定了能耗指標(biāo)，把它作為評(píng)價(jià)裝載機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的重要條件。降低燃油消耗、發(fā)展節(jié)能型裝載機(jī)已經(jīng)成為大家的共識(shí)。 裝載機(jī)的液力傳動(dòng)系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液力變矩器、動(dòng)力換擋變速箱和驅(qū)動(dòng)橋等部件組成。其中液力變矩器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且變矩范圍寬、可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速；它的最大缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率低，對(duì)裝載機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性影響較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率經(jīng)液力傳動(dòng)系統(tǒng)到車輪有30%左右的損失，而其中80%的損失來(lái)自液力變矩器，因此對(duì)裝載機(jī)液力傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能的研究具有很大的發(fā)展空間和重要意義。 國(guó)外在裝載機(jī)液力傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域的研究起步較早，對(duì)傳統(tǒng)的液力傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域節(jié)能的研究已經(jīng)成熟。主要通過(guò)應(yīng)用低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)、自由導(dǎo)輪、渦輪閉鎖、提高變速箱、驅(qū)動(dòng)橋等部件的齒輪精度，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配來(lái)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，改善整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。在新的節(jié)能領(lǐng)域里，主要通過(guò)應(yīng)用液壓-機(jī)械偶合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速（CVT）節(jié)能，或應(yīng)用混合動(dòng)力（Hybrid）實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這兩種節(jié)能方法都取消了液力變矩器，裝載機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性得到了明顯提升。但這種節(jié)能方法技術(shù)難度大，成本高，，短期內(nèi)很難被市場(chǎng)所接受，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化仍需一定的時(shí)間。在未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)，各裝載機(jī)制造商仍將以優(yōu)化液力傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能為主要路線，同時(shí)研究?jī)?chǔ)備CVT和Hybrid等下一代節(jié)能方案。 國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)基本都應(yīng)用了傳統(tǒng)的液力傳動(dòng)系統(tǒng)，其中以ZL50系列的雙渦輪液力變矩器為主，在液力傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域的研究比國(guó)外起步晚。由于生產(chǎn)量大，競(jìng)爭(zhēng)激烈，同時(shí)又受到國(guó)外先進(jìn)節(jié)能型裝載機(jī)的影響，研究液力傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能非常迫切而且具有重要的意義。 針對(duì)上述問(wèn)題，本文結(jié)合國(guó)家863項(xiàng)目“面向土方機(jī)械動(dòng)力總成全生命周期設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)”（2014AA041502），基于廣西柳工機(jī)械股份有限公司某型號(hào)輪式裝載機(jī)的液力傳動(dòng)系統(tǒng)，開(kāi)展了一系列的節(jié)能研究，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下。 1.研究了某ZL50輪式裝載機(jī)低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)與低轉(zhuǎn)速大能容液力變矩器的匹配節(jié)能。應(yīng)用CFD方法設(shè)計(jì)了低轉(zhuǎn)速大能容雙渦輪液力變矩器，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了CFD的設(shè)計(jì)精度。研究表明，低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)與低轉(zhuǎn)速大能容液力變矩器匹配時(shí)較原高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器具有更大的轉(zhuǎn)矩輸出。為了保證變速箱的可靠性，提出了通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)雙渦輪液力變矩器的超越離合器匯流機(jī)構(gòu)的齒輪副速比的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大能容液力變矩器合理匹配低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，且輸出轉(zhuǎn)矩不大于原高轉(zhuǎn)速整車的方案。提出了將匯流機(jī)構(gòu)超越離合器凸輪設(shè)計(jì)成內(nèi)星輪結(jié)構(gòu)的方法，有效地減少了凸輪在頻繁閉解鎖過(guò)程中的磨損。最后對(duì)低、高轉(zhuǎn)速裝載機(jī)整車進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)證明，在保證裝載機(jī)動(dòng)力性能不變的情況下，低轉(zhuǎn)速裝載機(jī)較原來(lái)的高轉(zhuǎn)速裝載機(jī)最高車速等速百公里行車平均節(jié)油約13%，鏟裝作業(yè)平均節(jié)油約6%。 2.研究了導(dǎo)輪自由輪及渦輪閉鎖對(duì)整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響，裝備閉鎖離合器后，裝載機(jī)的各擋位最大輸出功率之和提高了31.7%，且各擋位最高車速增加，加速時(shí)間縮短，最高車速對(duì)應(yīng)的等速百公里油耗降低，說(shuō)明液力變矩器渦輪閉鎖能顯著地提高裝載機(jī)在高速時(shí)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和作業(yè)效率。同時(shí)研究了渦輪閉解鎖策略，提出了裝載機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳閉鎖節(jié)能效果時(shí)的變速箱擋位速比級(jí)差。對(duì)有無(wú)裝備導(dǎo)輪自由輪的裝載機(jī)進(jìn)行了最高車速等速百公里行車油耗測(cè)試，試驗(yàn)證明，裝備導(dǎo)輪自由輪的裝載機(jī)較無(wú)導(dǎo)輪自由輪的裝載機(jī)節(jié)能約17%。對(duì)國(guó)內(nèi)有無(wú)裝備渦輪閉鎖離合器的某型號(hào)裝載機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力性測(cè)試，試驗(yàn)證明，裝載機(jī)裝備渦輪閉鎖后的各擋位最高車速均有所增加，并且擋位越高，車速的增加量越大。 3.研究了變功率發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的匹配節(jié)能，提出了基于物料強(qiáng)度來(lái)選擇變功率發(fā)動(dòng)機(jī)與同一液力變矩器匹配的方法�；谀承吞�(hào)裝載機(jī)統(tǒng)計(jì)分析了作業(yè)載荷分布，根據(jù)裝載機(jī)作業(yè)負(fù)荷設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)變功率特性曲線。分別通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速段轉(zhuǎn)速、外特性段轉(zhuǎn)矩及綜合兩種方式等三種方法來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，并分析了它們與同一個(gè)液力變矩器匹配的合理性。每種發(fā)動(dòng)機(jī)變功率方案都設(shè)計(jì)有動(dòng)力模式、標(biāo)準(zhǔn)模式和經(jīng)濟(jì)模式等三種功率曲線，使裝載機(jī)具有多種動(dòng)力模式的作業(yè)功能，以滿足不同作業(yè)工況的要求。最后通過(guò)改變調(diào)速段轉(zhuǎn)速的方式試制了變功率發(fā)動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行了裝車作業(yè)油耗測(cè)試。試驗(yàn)證明，在松散物料工況，裝載機(jī)在動(dòng)力模式下鏟裝作業(yè)的絕對(duì)油耗比經(jīng)濟(jì)模式下鏟裝作業(yè)的絕對(duì)油耗高9.8%；在最高車速等速百公里行車工況，裝載機(jī)在動(dòng)力模式下的絕對(duì)油耗比經(jīng)濟(jì)模式時(shí)的絕對(duì)油耗高12.4%。 本文針對(duì)裝載機(jī)的液力傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能方法開(kāi)展了研究，提出了具體可行的解決方案，并結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行裝車試驗(yàn)，有效驗(yàn)證了節(jié)能方案。為裝載機(jī)液力傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能研究提供了支持，同時(shí)對(duì)其它工程機(jī)械的液力傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能研究也有一定的參考價(jià)值。
[Abstract]:With the rapid development of economy , the demand for energy is increasing . In recent years , the energy crisis has become more and more serious , and the green economy with energy saving and consumption reduction has become the main melody of social development . The hydraulic transmission system of loader consists of engine , torque converter , power shift gear box and drive axle . The hydraulic torque converter has the advantages of simple structure and low manufacturing cost . It has the biggest disadvantage that the transmission efficiency is low and the influence on the fuel economy of the loader is large . According to statistics , the power of the loader engine output from the hydraulic transmission system to the wheel has a loss of about 30 % , and 80 % of the loss comes from the torque converter , so the research on the energy saving of the hydraulic transmission system of the loader has great development space and important significance . In the field of energy saving , the research on energy saving in the hydraulic transmission system of loader is very early , and the energy saving in the traditional hydraulic transmission system has been mature . The domestic loader basically applies the traditional hydraulic transmission system , in which the ZL50 series double - turbine hydraulic torque converter is the main , and the research on the energy - saving field of the hydraulic transmission system is more and more important than that in the foreign countries . In view of the above - mentioned problems , a series of energy - saving studies have been carried out based on the key technology of the whole life cycle design of the National 863 Project ( 2014 AA041502 ) , which is based on the hydraulic transmission system of a wheel loader of Liugong Machinery Co . , Ltd . in Guangxi . The main research contents and conclusions are as follows . 1 . The matching energy - saving of a ZL50 wheel loader low - speed engine and a low - speed large - capacity hydraulic torque converter is studied . The design accuracy of the low - speed large - capacity hydraulic torque converter is verified by using the CFD method . 2 . The influence of the wheel and turbine locking on the power and economy of the whole vehicle is studied . The maximum output power of each gear of the loader is increased by 31 . 7 % after the lock - up clutch is equipped . 3 . The matching energy - saving of variable power engine and hydraulic torque converter is studied . The method of matching the variable power engine with the same hydraulic torque converter is put forward based on the material strength . Three kinds of power curves , such as power mode , standard mode and economic mode , are designed based on the working load of loader . This paper studies the energy - saving method of the hydraulic transmission system of loader , puts forward the concrete feasible solution , and carries on the vehicle loading test according to the actual situation of the enterprise , effectively validates the energy - saving scheme . It provides the support for the energy - saving research of the hydraulic transmission system of the loader , and also has certain reference value to the energy - saving study of the hydraulic transmission system of other engineering machinery .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH243

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1515197