轮式装载机湿式驱动桥制动热平衡仿真计算与改进

发布时间：2017-09-12 19:52

  本文关键词：轮式装载机湿式驱动桥制动热平衡仿真计算与改进

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【摘要】：轮式装载机作为工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一，其广泛应用于公路、铁路、港口、码头、煤炭、矿山、水利、国防等工程和城市建设等场所。驱动桥是轮式装载机的关键部件之一，其能否正常有效的工作直接影响着装载机的工作状况。在轮式装载机驱动桥中推广湿式多片制动器，是提高工程机械驱动桥产品技术水平的途径之一，也是国产轮式装载机发展的必然趋势。 湿式驱动桥的摩擦片置于冷却油中，循环冷却油可带走制动时产生的大部分热量，其制动效果和制动稳定性均优于钳盘式驱动桥。但由于轮毂内存在多个紧密装配的构件，导致轮毂内的冷却油量有限，其热容量有限。大量工程车辆实践证明，当轮式装载机在高强度作业时需要长时间高频次制动，这使得轮毂内的冷却油温度过高，造成摩擦片生成的热量不断积聚。长此以往，冷却油的性质将发生变化而失效，摩擦片的使用寿命也将会缩短，甚至会发生翘曲或烧蚀，最终使得装载机无法正常工作，影响了工作效率。 目前对轮式装载机湿式驱动桥热平衡的研究多是针对湿式多片制动器而展开的，由于轮毂内空间狭小且结构紧密，很难对制动器的结构和尺寸做出优化。本文将从湿式驱动桥整体出发，研究造成轮式装载机湿式驱动桥长时间高频次制动工况下热平衡失效的原因，并提出散热改进方案。 本文以ZL50式装载机为研究对象，首先根据一个循环周期所用时间总结划分装载机的循环工况，，并针对不同的循环工况分别对制动能量进行了理论计算。同时对装载机驱动桥中主减速器、差速器、轮边减速器、轴承因摩擦造成的功率损失和齿轮搅油损失进行了分析，并给出了计算方法。 其次，利用CATIA软件对ZL50装载机的湿式驱动桥进行了建模，并利用网格划分软件GAMBIT对三维模型进行了网格的划分和边界条件的设置，最终生成了FLUENT计算模型。利用计算流体力学方法，对驱动桥制动工况下的流场、温度场进行了数值模拟，初步总结温度分布情况。 最后，通过试验过程和进一步的数值模拟，分析影响制动能量大小的因素和造成驱动桥制动热平衡温度过高的原因，提出了通过循环冷却以改善驱动桥散热的措施，并通过试验过程验证了方案的可行性。
【关键词】：轮式装载机 湿式驱动桥 热平衡 数值模拟 温度场
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 轮式装载机的发展现状9-10
• 1.2 国内外轮式装载机驱动桥发展现状及趋势10-13
• 1.3 驱动桥热分析的研究现状13-14
• 1.4 本文的研究意义14-15
• 1.5 本论文研究的主要内容15-17
• 2 湿式驱动桥循环工况下能量计算17-29
• 2.1 轮式装载机作业工况定义17-19
• 2.1.1 轮式装载机的工作方式17-18
• 2.1.2 轮式装载机作业工况定义18-19
• 2.2 各循环工况下制动能量的计算19-24
• 2.2.1 制动过程滑摩功计算19-21
• 2.2.2 制动减速度的计算21
• 2.2.3 各循环工况制动能量的计算21-24
• 2.3 其他热源计算24-27
• 2.3.1 主传动及差速器功率损失计算24-25
• 2.3.2 终传动效率计算25
• 2.3.3 轴承的发热计算25-26
• 2.3.4 搅油损失26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 驱动桥制动热平衡仿真分析29-47
• 3.1 计算流体力学原理29-33
• 3.1.1 概述29
• 3.1.2 计算流体力学控制方程29-32
• 3.1.3 计算流体力学的求解过程32-33
• 3.2 仿真模型的建立33-39
• 3.2.1 三维建模过程33-38
• 3.2.2 仿真模型的建立38-39
• 3.3 数值模拟过程39-42
• 3.3.1 FLUENT 软件简介39-40
• 3.3.2 网格及运行环境设置40
• 3.3.3 求解器及计算模型选择40-41
• 3.3.4 材料参数设置41
• 3.3.5 边界条件设置41-42
• 3.4 仿真计算及结果分析42-45
• 3.4.1 仿真计算42
• 3.4.2 仿真结果分析42-45
• 3.5 本章小结45-47
• 4 ZL50 式装载机驱动桥热平衡试验与分析47-63
• 4.1 试验前的准备47-51
• 4.1.1 试验所用装载机性能测试47-48
• 4.1.2 试验用传感器及布置48-50
• 4.1.3 信号采集系统50-51
• 4.2 试验过程51-54
• 4.2.1 不同工作循环下制动生热测试51-52
• 4.2.2 滑摩功影响因素测试52-53
• 4.2.3 长时间制动热平衡测试53-54
• 4.3 实验结果分析54-62
• 4.3.1 滑摩功的计算方法54-55
• 4.3.2 循环工况下作业数据分析55-59
• 4.3.3 滑摩功影响因素分析59-61
• 4.3.4 长时间制动热平衡测试数据分析61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 驱动桥制动热平衡的改进63-79
• 5.1 不同滑摩功率下热平衡仿真计算63-71
• 5.1.1 仿真模型的验证63-65
• 5.1.2 驱动桥热平衡稳态仿真计算65-69
• 5.1.3 驱动桥热平衡瞬态仿真计算69-70
• 5.1.4 热平衡影响因素分析70-71
• 5.2 驱动桥热平衡改进方案设计71-74
• 5.2.1 强制冷却循环设计71-73
• 5.2.2 试验方案确定73-74
• 5.3 改进方案试验结果分析74-76
• 5.4 本章小结76-79
• 6 总结与展望79-81
• 6.1 全文总结79-80
• 6.2 展望80-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-87
• 附录87
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文87

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