采棉机液压机械无级变速器设计及控制策略研究

发布时间：2020-11-20 07:37

　　 液压机械无级变速器(HMCVT)是一种新型复合无级变速装置,综合了液压传动和机械传动的优点,可根据负载与行驶速度要求实现速比的连续调节,结合采棉机与发动机的速比匹配,可提高采棉机的燃油经济性。为提高国产采棉机传动系统的综合性能,本文从传动方案、模型搭建、换段策略、试验台架和测控系统等方面对液压机械无级变速器进行了研究。针对国产采棉机在采收作业过程中行走速度无法自适应作业条件、环境、植棉密度和行驶阻力的变化,采棉机发动机与变速箱速比匹配不合理,变速过程挫钝。综合分析现有的自走式采棉机作业特性,本文结合液压机械无级变速传动原理,设计了一种基于采棉机的液压机械无级变速器。运用理论分析、仿真试验和台架试验研究相结合的方法,研究了该液压无级变速器的传动特性,构建了变速器传动系统仿真模型,开发了换段调速过程的控制策略,并利用动力学仿真软件优化换段过程,设计液压无级变速器试验台及测控系统,进行了该变速器自适应试验,试验结果表明,其工作性能满足采棉机行驶自适应的要求。研究内容如下:1.研究液压机械无级变速器的传动速比和转矩传递规律;结合发动机外特性与采棉机作业工况,设计HMCVT传动方案,建立该HMCVT传动系统数学模型,并对其进行结构设计及优化。2.基于HMCVT传动方案和其数学模型,构建了泵—马达容积调速回路、离合器液压控制油路和复合行星轮系等HMCVT动力学仿真模型;根据John Deere 4045HYC11柴油发动机的输出参数,运用试验建模的方法,构建了发动机控制模型;根据HMCVT换段过程,运用状态机与流程图构建时序逻辑决策,设计了HMCVT换段控制逻辑,实现了HMCVT仿真模型连续无级换段,验证了HMCVT传动方案与数学模型的合理性。3.根据模糊PID控制、灰度预测控制和RBF神经网络控制理论,确定了适合于本变速器的控制算法,通过HMCVT仿真试验,验证了在工况速度自适应特性、运输速度自适应试验和负载自适应试验中所设计的灰度预测模糊PID控制器有较好的自适应性和鲁棒性。4.根据采棉机HMCVT的传动方案,搭建了包含发动机、变速器、磁粉制动器以及相关监测仪器的试验台;针对HMCVT进行相关数据的采集与处理,根据HMCVT传动原理与换段过程,运用STM32F407单片机,设计HMCVT上位机和下位机控制器的测控系统,为变量泵、离合器和制动器的动作切换提供控制信号。经试验验证:HMCVT实现了连续无级调速过程,试验结果与仿真结果基本一致,满足采棉机的行驶要求。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S225.911
【部分图文】：

Agrotron变速器传动方案简图

S-Matic液压机械无级变速器

Eccom4段式液压机械变速箱Fig.1-2S-Matichydro-mechanicalCVTFig.1-3Eccomfour-stagehydraulicmechanical
【参考文献】

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本文编号：2891163