本文關(guān)鍵詞：液壓機(jī)械無級變速器性能優(yōu)化研究

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【摘要】：液壓機(jī)械無級變速器是一種新型復(fù)合無級傳動裝置,兼具液壓傳動無級調(diào)速和機(jī)械傳動高效變速的特點(diǎn),成為了大功率拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。為提高拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)的綜合性能,本文從設(shè)計(jì)方案、效率提升、換擋策略和匹配控制四個方面對液壓機(jī)械無級變速器進(jìn)行了研究,并對控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)作了簡單介紹。參考國內(nèi)外高校和科研院所既有研究成果,自主設(shè)計(jì)了五款簡單實(shí)用的液壓機(jī)械無級變速器,并對其中一款單行星齒輪匯流多離合器參與換擋的分段式液壓機(jī)械無級變速器進(jìn)行了深入研究。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,對拖拉機(jī)整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)分析,得到變速器主要部件的參數(shù)及裝配方案。繪制出無級調(diào)速特性曲線。通過仿真和試驗(yàn)對比分析,對泵控馬達(dá)系統(tǒng)(液壓機(jī)械無級變速器的液壓調(diào)速機(jī)構(gòu))的響應(yīng)特性和效率特性進(jìn)行了研究。分析了泵控馬達(dá)系統(tǒng)的輸入、輸出關(guān)系和穩(wěn)定性能,探討了轉(zhuǎn)速、排量和壓力對泵控馬達(dá)系統(tǒng)效率的影響。結(jié)果表明：泵的輸入電流決定排量比,泵的輸入電流和泵轉(zhuǎn)速共同決定馬達(dá)轉(zhuǎn)速,負(fù)載轉(zhuǎn)矩對馬達(dá)轉(zhuǎn)速的影響不明顯；泵控馬達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定性能良好,基于PID控制的閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)于開環(huán)系統(tǒng)；泵控馬達(dá)系統(tǒng)在中高轉(zhuǎn)速、全排量和中壓工況下效率可達(dá)85%以上。闡述了循環(huán)功率對液壓機(jī)械無級變速器效率的影響,通過效率定義法和嚙合功率法從結(jié)構(gòu)參數(shù)角度,對變速器效率提升進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：提高行星齒輪特性參數(shù),變量泵輸入齒輪副傳動比與定量馬達(dá)輸出齒輪副傳動比之積,以及液壓系統(tǒng)效率可提高變速器效率；變速器效率在排量比為0時(shí)達(dá)到最大值。通過臺架試驗(yàn)從運(yùn)行環(huán)境角度對提高變速器效率進(jìn)行了有益的探討,結(jié)果表明：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高,變速器效率越低,波動越明顯；變量泵輸入齒輪副傳動比越高,變速器效率越高；發(fā)動機(jī)功率和液壓系統(tǒng)壓力對變速器效率影響不明顯；液壓機(jī)械檔效率遠(yuǎn)高于液壓檔。建立基于Simulation X的液壓機(jī)械無級變速器換擋模型。以速度降幅度、動載荷系數(shù)、最大沖擊度和換擋時(shí)間為換擋品質(zhì)評價(jià)指標(biāo)；以力學(xué)參數(shù)(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、主油路油壓和調(diào)速閥流量)和換擋時(shí)序(各離合器切換時(shí)序)為換擋品質(zhì)影響因素；以參數(shù)對比法、極差法、方差分析法和試驗(yàn)驗(yàn)證法為換擋品質(zhì)研究方法,對多離合器參與換擋的液壓機(jī)械無級變速器連續(xù)換擋過程進(jìn)行分析。對影響變速器換擋品質(zhì)的兩種典型工況進(jìn)行基于力學(xué)參數(shù)和基于換擋時(shí)序的換擋策略仿真研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：典型工況的換擋品質(zhì)決定整個連續(xù)換擋過程的換擋品質(zhì)。在液壓機(jī)械負(fù)向傳動向液壓機(jī)械正向傳動過渡的過程中,為得到較好的換擋品質(zhì),基于力學(xué)參數(shù)的換擋策略是：采取較低的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,較小的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,較小的主油路油壓,以及較大的調(diào)速閥流量；基于換擋時(shí)序的換擋策略是：首先同時(shí)切換換擋機(jī)構(gòu)離合器,然后切換行星機(jī)構(gòu)待分離離合器,最后切換行星機(jī)構(gòu)待接合離合器。在液壓傳動向液壓機(jī)械傳動過渡的過程中,為得到較好的換擋品質(zhì),基于力學(xué)參數(shù)的換擋策略是：采取較低的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,較小的主油路油壓,以及較大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和調(diào)速閥流量；基于換擋時(shí)序的換擋策略是：首先切換靜液壓起步離合器和行星機(jī)構(gòu)待接合離合器,然后切換換擋機(jī)構(gòu)離合器。建立基于MATLAB的人-機(jī)-環(huán)境一體化匹配模型,以最佳動力性和最佳燃油經(jīng)濟(jì)性為主線,對基于駕駛員意圖和基于智能調(diào)節(jié)的控制策略進(jìn)行仿真分析�；隈{駛員意圖的控制策略以油門變化量和油門變化率為切入點(diǎn),通過變速器自動調(diào)節(jié)傳動比保證發(fā)動機(jī)在提供所需動力性后自動回到經(jīng)濟(jì)性曲線上�；谥悄苷{(diào)節(jié)的控制策略以阻力變化量和速度變化量為切入點(diǎn),通過變速器自動調(diào)節(jié)傳動比保證車輛運(yùn)行在新的經(jīng)濟(jì)性曲線上。對液壓機(jī)械無級變速器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)作了介紹,為實(shí)現(xiàn)換擋控制策略和匹配控制策略的工程應(yīng)用,提供了理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：液壓機(jī)械無級變速器 設(shè)計(jì)方案 效率提升 換擋策略 匹配控制
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.212
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 緒論15-27
• 1.1 課題的研究背景及意義15-16
• 1.2 液壓機(jī)械無級傳動控制策略研究16-23
• 1.2.1 液壓機(jī)械無級傳動概述16-21
• 1.2.2 液壓機(jī)械無級變速器控制策略研究21-23
• 1.3 主要內(nèi)容23-27
• 第二章 變速器傳動方案與結(jié)構(gòu)參數(shù)研究27-55
• 2.1 拖拉機(jī)整機(jī)參數(shù)與發(fā)動機(jī)選擇27-31
• 2.1.1 拖拉機(jī)整機(jī)系統(tǒng)動力學(xué)分析27-28
• 2.1.2 拖拉機(jī)整機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)分析28-29
• 2.1.3 發(fā)動機(jī)選擇29-31
• 2.2 液壓機(jī)械傳動裝置分析31-34
• 2.3 設(shè)計(jì)方案34-40
• 2.3.1 方案一35-36
• 2.3.2 方案二36-37
• 2.3.3 方案三37-38
• 2.3.4 方案四38-39
• 2.3.5 方案五39-40
• 2.4 方案五參數(shù)設(shè)計(jì)40-46
• 2.4.1 總體設(shè)計(jì)方案40-42
• 2.4.2 各檔位傳動比42
• 2.4.3 主泵、馬達(dá)選型42-45
• 2.4.4 齒輪傳動比的確定45
• 2.4.5 起步與制動校核45-46
• 2.4.6 離合器參數(shù)46
• 2.5 變速器無級變速曲線46-47
• 2.6 變速器主要部件研究47-53
• 2.6.1 機(jī)械部件47-49
• 2.6.2 液壓部件49-51
• 2.6.3 機(jī)械、液壓部件連接方案51-53
• 2.7 本章小結(jié)53-55
• 第三章 變速器效率特性研究55-73
• 3.1 泵控馬達(dá)系統(tǒng)響應(yīng)特性55-62
• 3.1.1 仿真模型55-58
• 3.1.2 基于MATLAB傳遞函數(shù)性能分析58-60
• 3.1.3 試驗(yàn)驗(yàn)證60-62
• 3.2 泵控馬達(dá)系統(tǒng)效率特性62-66
• 3.2.1 經(jīng)驗(yàn)公式測定62-63
• 3.2.2 試驗(yàn)分析63-66
• 3.3 液壓機(jī)械無級變速系統(tǒng)效率特性66-71
• 3.3.1 循環(huán)功率66
• 3.3.2 定義法計(jì)算效率66-68
• 3.3.3 嚙合功率法計(jì)算效率68-70
• 3.3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證70-71
• 3.4 本章小結(jié)71-73
• 第四章 變速器換擋控制策略研究73-125
• 4.1 建模假設(shè)73-74
• 4.2 換擋品質(zhì)評價(jià)指標(biāo)74-75
• 4.3 建立模型75-83
• 4.3.1 等效轉(zhuǎn)換75-76
• 4.3.2 等效動力學(xué)模型76-83
• 4.4 基于SIMULATION X的液壓機(jī)械無級變速器換擋特性分析83-124
• 4.4.1 Simulation X與MATLAB/simulink(stateflow)簡介83-84
• 4.4.2 液壓機(jī)械無級變速器換擋過程仿真模型84-85
• 4.4.3 液壓機(jī)械無級變速器連續(xù)換擋過程研究85-93
• 4.4.4 液壓機(jī)械無級變速器換擋影響因素分析93-99
• 4.4.5 基于正交試驗(yàn)極差法的換擋影響因素仿真分析99-107
• 4.4.6 基于正交試驗(yàn)方差分析法的換擋影響因素試驗(yàn)分析107-111
• 4.4.7 多離合器切換時(shí)序?qū)Q擋影響因素分析111-117
• 4.4.8 其它典型工況的液壓機(jī)械無級變速器換擋影響因素分析117-124
• 4.5 本章小結(jié)124-125
• 第五章 變速器匹配控制策略研究125-145
• 5.1 匹配控制策略介紹125-128
• 5.1.1 傳統(tǒng)控制策略125-126
• 5.1.2 基于駕駛員意圖的控制策略126-127
• 5.1.3 基于智能調(diào)節(jié)的控制策略127-128
• 5.1.4 系統(tǒng)模型的建立128
• 5.2 子系統(tǒng)模塊介紹128-136
• 5.2.1 駕駛員模糊控制模塊129-130
• 5.2.2 發(fā)動機(jī)模塊130-132
• 5.2.3 電控單元模塊132-135
• 5.2.4 液壓機(jī)械無級變速器模塊135-136
• 5.2.5 其它模塊136
• 5.3 匹配控制策略仿真分析136-143
• 5.3.1 基于駕駛員意圖的控制策略仿真分析136-139
• 5.3.2 基于智能調(diào)節(jié)的控制策略仿真分析139-143
• 5.4 本章小結(jié)143-145
• 第六章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)145-163
• 6.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)145-153
• 6.1.1 控制系統(tǒng)硬件組成145-146
• 6.1.2 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)146-153
• 6.2 控制系統(tǒng)軟件開發(fā)153-162
• 6.2.1 信號采集程序154-156
• 6.2.2 變速器應(yīng)用程序156-162
• 6.3 本章小結(jié)162-163
• 第七章 總結(jié)與展望163-167
• 7.1 主要研究成果163-165
• 7.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)165
• 7.3 研究展望165-167
• 參考文獻(xiàn)167-172
• 致謝172-173
• 攻讀學(xué)位期間取得的成果173-177
• 附錄Ⅰ 基于MATLAB傳遞函數(shù)性能分析177-179
• 附錄Ⅱ 變速器聯(lián)體軸等效量計(jì)算式179-183
• 附錄Ⅲ 換擋影響因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)(F2(N)→F3(P))183-186
• 附錄Ⅳ 換擋影響因素仿真數(shù)據(jù)(F2(N)→F3(P))186-190
• 附錄Ⅴ 換擋影響因素仿真數(shù)據(jù)(F(H)→F1(P))190-194
• 附錄Ⅵ 基于C語言軟件開發(fā)程序194-198

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：555547