基于典型工况的装载机动力总成优化

发布时间：2017-08-17 05:15

  本文关键词：基于典型工况的装载机动力总成优化

  更多相关文章： 轮式装载机 GUI 典型作业工况 模型 仿真

【摘要】：装载机动力总成合理匹配,是充分发挥系统各部件性能的基础,是满足整车动力性和经济性能的保证。因此,动力总成优化的研究对装载机节能减排具有重要意义。目前国内对装载机动力总成优化的研究,多以优化液力变矩器循环圆直径和传动系速比为主,对发动机特性参数的优化较少。因此,通过对装载机载荷谱数据进行采集分析,获取典型作业循环下发动机功率分流情况,对动力总成的优化,整车经济性能的提升具有重要意义。本文针对某企业ZL50型装载机油耗较高的问题进行了研究,试验测试发现,整车匹配转速较高,发动机运行分布点偏离最佳油耗区,需要对动力总成进行优化设计。通过阅读相关文献,掌握了装载机动力总成匹配的流程与方法,以及载荷谱数据处理和统计分析方法。采用样条插值法建立了发动机、液力变矩器等部件的数学模型,可以用于计算整车动力性和牵引性能。通过试验测取了装载机V型作业的载荷谱数据,包括：发动机转速及扭矩、油耗率、传动轴转速及扭矩、车速、档位、液压泵工作压力等基本参数。采用小波分形维数法对载荷谱信号进行去除异常值处理后,分析了循环作业过程液压系统工作压力变化特点,得到了铲装不同物料时液压系统消耗的扭矩。基于短行程,采用主成分分析和聚类法构建了ZL50轮式装载机典型工况作业参数,并通过概率统计分析及工况分布验证了其有效性。建立了轮式装载机反向仿真模型,并借助MATLAB平台开发了装载机动力总成匹配分析软件,以典型作业工况为输入参数进行了仿真,对比仿真结果与试验数据得出：93.77%变速比仿真结果和94.04%的发动机转速仿真结果误差在2%以内,循环油耗仿真结果误差为4.7%。因此,基于MATLAB建立的装载机整车仿真模型,可以较准确地模拟动力总成各部件的循环作业参数,对于研究装载机循环作业经济性具有一定的指导作用。基于发动机与液力变矩器全功率匹配方法,提出了根据液压系统实际消耗扭矩标定发动机外特性的方法,并以ZL50轮式装载机为例,对其电控发动机进行了外特性的标定与试验。试验结果表明：标定发动机外特性后,装载机铲装不同物料时每循环作业油耗降低6%～11%,并且部分工况下作业效率得到提高,可以为整车多模式运行提供指导。最后,基于建立的反向模型,采用遗传算法,以循环燃油消耗量最小为目标,优化了传动系的传动比。综上所述,本文对ZL50轮式载机动力总成建模仿真、发动机外特性标定、典型作业工况构建以及传动比优化等方面进行了较为系统的研究。提出了装载机典型作业工况构建方法和发动机外特性标定方法,为轮式装载机及相关工程机械动力总成优化匹配提供了一定的研究基础。
【关键词】：轮式装载机 GUI 典型作业工况 模型 仿真
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景及意义14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.3 课题主要研究内容18-20
• 第二章 装载机动力总成匹配与载荷谱分析的理论与方法20-30
• 2.1 动力总成建模20-26
• 2.1.1 动力系统子部件建模20-24
• 2.1.2 整车动力学建模24-26
• 2.2 动力总成匹配理论26-28
• 2.2.1 匹配原则26
• 2.2.2 匹配流程及方法26-28
• 2.3 数据处理方法28-29
• 2.3.1 小波变换28
• 2.3.2 分形维数28-29
• 2.3.3 剔除奇异点方法29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 装载机载荷谱测试、分析及典型作业工况构建30-46
• 3.1 载荷谱测试30-33
• 3.1.1 测试系统开发30-31
• 3.1.2 测试对象及仪器选择31-32
• 3.1.3 试验过程32-33
• 3.2 数据处理与分析33-37
• 3.2.1 降噪去除奇异值33-34
• 3.2.2 液压泵典型载荷历程制取与分析34-37
• 3.3 典型作业工况构建37-44
• 3.3.1 构建流程37-38
• 3.3.2 特征值选择与计算38-39
• 3.3.3 提取主成分39-40
• 3.3.4 聚类构建典型作业工况40-41
• 3.3.5 行驶工况构建41-42
• 3.3.6 装载工况构建42
• 3.3.7 典型作业工况有效性分析42-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 动力总成优化方法及软件设计46-60
• 4.1 优化流程46
• 4.2 优化设计模型46-50
• 4.2.1 整车动力学模块修正48
• 4.2.2 液力变矩器模型修正48-50
• 4.2.3 发动机模块修正50
• 4.3 发动机外特性标定50-52
• 4.3.1 基于载荷谱数据标定外特性曲线理论50-52
• 4.3.2 约束条件52
• 4.3.3 外特性标定52
• 4.4 遗传算法优化传动比52-53
• 4.4.1 设计变量52-53
• 4.4.2 约束条件53
• 4.4.3 目标函数53
• 4.5 优化软件设计53-58
• 4.5.1 主界面介绍53-54
• 4.5.2 发动机数据库界面54
• 4.5.3 液力变矩器数据库界面54-55
• 4.5.4 液压系统数据库界面55-56
• 4.5.5 发动机与变矩器匹配界面56-57
• 4.5.6 整车参数输入界面57
• 4.5.7 发动机运行工况点分析界面57
• 4.5.8 循环计算与传动比优化界面57-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 发动机外特性标定及传动比优化60-68
• 5.1 发动机外特性标定60-65
• 5.2 仿真模型有效性验证65-66
• 5.3 基于遗传算法的传动比设计66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读硕士期间发表的论文76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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本文编号：687271