装载机液力变速器系统工作热特性

引用本文

王振宝, 秦四成, 马润达. 装载机液力变速器系统工作热特性.吉林大学学报:工学版, 2016, 46(4): 1136-1141
WANG Zhen-bao, QIN Si-cheng, MA Run-da. Thermal characteristic analysis in hydraulic transmission system of wheel loader. Journal of Jilin University Engineering and Technology Edition, 2016, 46(4): 1136-1141 复制到剪切板

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装载机液力变速器系统工作热特性

王振宝, 秦四成, 马润达

吉林大学机械科学与工程学院,长春 130022

通讯作者：秦四成(1962-),男,教授,博士生导师.研究方向:工程车辆节能技术.E-mail:qsc925@hotmail.com

作者简介:王振宝(1989-),男,博士研究生.研究方向:工程车辆节能技术.E-mail:wangzhenbao1989@126.com

基金:“十二五”国家科技支撑计划项目(2013BAF07B04)

摘要

为了解决装载机对液力变速器系统热特性的要求,在简化热平衡计算方法的基础上,根据能量守恒定律建立了液力变速器系统的热平衡模型和产热量优化模型,同时运用Matlab编写了计算程序。针对某ZL50装载机的高速跑工况和I型铲装工况,进行了液力变速器系统热特性的求解计算,并将仿真结果与试验数据进行了对比。结果表明:液力变速器热平衡模型具有较好的仿真精度,基本可以预测传动油的温升曲线,能够为液力变速器系统的设计和优化提供一定的技术参考。

关键词: 流体传动与控制; 装载机; 液力变速器; 热平衡

中图分类号:TK81 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2016)04-1136-06

Thermal characteristic analysis in hydraulic transmission system of wheel loader

WANG Zhen-bao, QIN Si-cheng, MA Run-da

College of Mechanical Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China

Abstract

In order to solve the thermal characteristic requirements in hydraulic transmission system of loader, the heating mechanism and heat transfer process were analyzed. The heat balance model of the hydraulic transmission system was established based on the simplified heat balance calculation method, and heat production optimization model was built to reduce energy loss. For efficient calculation, simulation program was developed on Matlab. The power loss, quantity of heat and the temperature in the hydraulic transmission system of a ZL50 wheel loader were simulated under typical working condition, and the simulation results were compared with the test results. It is shown that the equilibrium temperatures of the transmission oil are within the normal working oil temperature scope under two kinds of operation mode. The heat balance model of the hydraulic transmission has good imitating accuracy and can predict the oil temperature rise curve. This research can provide a reference for the design and optimization of a hydraulic transmission system.

Keyword: fluid power transmission and control; loader; hydraulic transmission; heat balance

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0 引言

液力变速器作为传动系统的一个核心部件, 其性能直接影响到车辆的牵引性能、动力性和燃油经济性等。采用液力变速器的车辆能够实现一定范围内的无级变速, 可以在不切断动力的情况下进行换挡, 使操作简单方便^{[1, 2, 3]}。随着我国工程机械的快速发展, 液力传动技术也得到了快速发展, 但国产液力变速器存在工作效率低、发热量较大等问题。液压控制系统油温过高, 使系统的润滑性能变差, 导致其他传动件磨损加速。变速箱温升过高会引起各零部件配合间隙减小, 使热应力增大, 从而损坏零件; 各零件温升不均匀也会导致热应力过大损坏零件^{[4, 5]}。因此对液力变速器进行热平衡研究具有重要意义。

目前国内对于液力传动系统的热平衡研究多集中在液力变矩器和变速箱等单独元件上, 对于液力变速器的整体研究较少, 同时也忽略了液力传动系统在不同工况下的综合发热情况^[6]。本文以某ZL50装载机的液力变速器为研究对象, 详细分析了液力变速器系统各组成元件相应的功率损失, 并在此基础上建立了液力变速器系统热平衡模型。对装载机典型工况下液力变速器的热特性进行了计算求解, 并将仿真结果与试验值进行了对比。

1 液力变速器的热平衡分析

装载机液力变速器有定轴式和行星式两种形式。本文研究的为定轴式液力变速器, 其具有设计制造简单、传动效率高和成本低等优点^[7]。液力变速器结构简图如图1所示, KV、KR、K4为方向离合器; K1、K2、K2为挡位离合器; P为液压泵。本文研究的为前四后三变速箱, 相应挡位离合器的组合如表1所示。

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	图1 液力变速器结构简图Fig.1 Structure diagram of hydrodynamic transmission

表1 变速箱相应挡位离合器的组合 Table 1 Combinations of clutch of the corresponding gears

1.1 液力变速器的发热分析

液力变速器系统中变矩器与发动机是配合工作的, 发动机与液力变矩器的匹配分为全功率匹配和部分功率匹配两种。全功率匹配时液力变矩器的损失功率为^{[8, 9]}:

$\begin{matrix} P_{1} = \frac{(1 - η_{1}) Fv}{η} (1) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} F \end{matrix}$ 为牵引力; $\begin{matrix} v \end{matrix}$ 为车辆行驶速度; $\begin{matrix} η \end{matrix}$ 为传动系统总效率; $\begin{matrix} η_{1} \end{matrix}$ 为液力变矩器的效率。

液力变矩器与发动机部分功率匹配时, 直接计算传动系统的输入功率较为困难, 因此采用间接计算的方法:

$\begin{matrix} P_{1} = (1 - η_{1}) (P_{e} - P_{bs}) (2) \end{matrix}$

式中:P_e为发动机功率; P_bs为驱动车辆各工作泵和辅助装置所消耗的功率。

液力变矩器的效率 $\begin{matrix} η_{1} \end{matrix}$ 可以由车辆行驶速度 $\begin{matrix} v \end{matrix}$ 得出:

$\begin{matrix} η_{1} = α \cdot i^{2} + β \cdot i (3) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} α 、 β \end{matrix}$ 为液力变矩器效率拟合曲线的系数。

$\begin{matrix} i = \frac{n_{2}}{n_{1}} = \frac{60 \cdot i_{1}}{2 πr n_{1} (1 - δ)} v (4) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} n_{1} \end{matrix}$ 为发动机转速; $\begin{matrix} n_{2} \end{matrix}$ 为涡轮转速; $\begin{matrix} i_{1} \end{matrix}$ 为传动系统总的传动比; $\begin{matrix} r \end{matrix}$ 为轮胎半径; $\begin{matrix} δ \end{matrix}$ 为滑转率。

变速箱的热源主要包括齿轮啮合功率损失、轴承的功率损失和搅油功率损失等。齿轮和轴承的功率损失为^[10]:

$\begin{matrix} \begin{matrix} P_{2} = (1 - η_{2}) P_{T} (5) \\ η_{2} = 0 . 995^{x} \cdot 0 . 99^{y} \cdot 0 . 992^{z} \cdot 0 . 98^{w} (6) \end{matrix} \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} P_{T} \end{matrix}$ 为变速箱的输入功率; $\begin{matrix} w \end{matrix}$ 为变速箱中参与工作的齿轮啮合对数; $\begin{matrix} x \end{matrix}$ 为参与工作的推力滚珠轴承数; $\begin{matrix} y \end{matrix}$ 为参与工作的圆锥滚子轴承的对数; $\begin{matrix} z \end{matrix}$ 为参与工作的滚针轴承数。

对于湿式离合器而言, 运用公式准确计算出滑摩功较为复杂, 但由离合器的工作过程可知:离合器是以油缸为动力进行动作的, 而油缸所做的功最终全部转换为热量, 离合器结合、分离的摩擦功包含在其中, 因此不需要单独进行计算。

装载机变速箱的搅油功率损失:当车辆的行驶速度 $\begin{matrix} v \end{matrix}$ 小于10 km/h时, 按变速箱发热量的10%计算; 当 $\begin{matrix} v \end{matrix}$ 大于10 km/h, 选用相应的经验公式来计算^[11]:

$\begin{matrix} P_{3} = 1.47 e^{0.3 v} (7) \end{matrix}$

液压控制系统是液力变速器的重要组成部分, 该系统由变速泵、滤油器、变速操纵阀、散热器和管路等组成。

液压控制系统在工作过程中保证了变矩器和变速箱的正常工作及冷却, 对液力变速器系统之外并不输出功率, 因此液压控制系统的功率最终全部以热量的方式消耗掉, 即损失功率为:

$\begin{matrix} P_{4} = p V_{p} n_{1} / η_{3} (8) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} p \end{matrix}$ 为变速泵输出压力; $\begin{matrix} V_{p} 为变速泵排量; η_{3} \end{matrix}$ 为变速泵的效率。

1.2 液力变速器的散热分析

液力变速器系统的散热主要是通过散热器、液力变速器壳体进行的。散热器散出的热量为:

$\begin{matrix} Q_{1} = \frac{Cρ n_{1} V_{p} (T_{1} - T_{2}) t}{60} (9) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} C \end{matrix}$ 为传动油比热; $\begin{matrix} T_{1} 、 T_{2} \end{matrix}$ 分别为传动油散热器进、出口温度; $\begin{matrix} t \end{matrix}$ 为时间; $\begin{matrix} ρ \end{matrix}$ 为传动油密度:

$\begin{matrix} ρ = ρ_{0} (1 - \partial_{v}) Δ T_{3} (10) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} ρ_{0} \end{matrix}$ 为常温时对应的传动油密度; $\begin{matrix} \partial_{v} \end{matrix}$ 为膨胀系数; $\begin{matrix} Δ T_{3} \end{matrix}$ 为传动油温度与常温的差值。

从箱体外壁散发到周围空气中的热流量为自然对流散热, 可由牛顿公式计算^[12]:

$\begin{matrix} P_{5} = \{\begin{matrix} \frac{0.59 R a^{\frac{1}{4}} λ_{m} AΔ T_{4}}{L}, 10^{4} < Ra < 10^{9} \\ \frac{0.11 R a^{\frac{1}{3}} λ_{m} AΔ T_{4}}{L}, 10^{9} < Ra < 10^{12} \end{matrix} (11) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} Ra = A_{m} L^{3} Δ T_{4}; A \end{matrix}$ 为箱体的散热面积; $\begin{matrix} Δ T_{4} \end{matrix}$ 为箱体表面与周围空气之间的温差; $\begin{matrix} L \end{matrix}$ 为特征长度; $\begin{matrix} A_{m} \end{matrix}$ 为空气的物性系数; $\begin{matrix} λ_{m} \end{matrix}$ 为导热系数, $\begin{matrix} A_{m} \end{matrix}$ 和 $\begin{matrix} λ_{m} \end{matrix}$ 可以通过查空气热物理性质表得到。

在工作过程中, 液力变速器产生的热量并不能完全散失掉, 剩余的热量以内能的方式储存在系统的传动油中, 从而导致传动油温度的升高。传动油吸收的热量为^[13]:

$\begin{matrix} Q_{2} = Cρ V_{0} Δ T_{5} (12) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} V_{0} \end{matrix}$ 为传动油的总体积; $\begin{matrix} Δ T_{5} \end{matrix}$ 为传动油的温升。

2 热平衡计算及数学模型

2.1 热平衡计算

装载机典型的作业工况有:铲装工况、高速跑工况和推土工况。铲装工况载荷大且变化频繁, 针对铲装工况中的I形铲装工况进行热平衡计算。

根据实际状况将I型铲装工况的一个循环分成前进、铲装、后退、前进举升卸料、空载后退5个过程。装载机在每个过程内速度和工作阻力都是变化的, 则产生的热量也是变化的, 需要分别进行计算。I型铲装工况各过程液力变速器系统的状态如表2所示。

表2 各个过程液力变速器的状态 Table 2 States of hydraulic transmission in each period

将液力变矩器匹配方式作为划分依据:前进、后退和空载后退3个工况的液力变速器的状态相同, 称为状态1; 铲装和前进举升两个工况的液力变速器的状态相同, 称为状态2, 并分别进行产热量的计算。

根据传动系统的净输入功率, 计算出每个过程产生的热量:

$\begin{matrix} \begin{matrix} P = \\ \{\begin{matrix} Fv (1 - η_{1}) η^{- 1} + P_{T} (1 - η_{2}) \times 1.1 + \\ p V_{p} n_{1} / η_{3}, 状态 1 \\ (P_{e} - P_{bs}) (1 - η_{1}) + P_{T} (1 - η_{2}) \times 1.1 + \\ p V_{p} n_{1} / η_{3}, 状态 2 \end{matrix} (13) \\ Δ Q_{j} = \int_{0}^{t_{j}} P dt (14) \end{matrix} \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} t_{j} \end{matrix}$ 为各个过程的时间, $\begin{matrix} j = 1, 2, \dots, 5 。 \end{matrix}$

各个过程产热量相加即可得到液力变速器系统产生的总热量:

$\begin{matrix} \overset{5}{\sum_{j = 1}} Δ Q_{j} = Q (15) \end{matrix}$

根据能量守恒定律, 可知液力变速器系统的产热量等于散热量, 即:

$\begin{matrix} Q = Q_{1} + Q_{2} + P_{5} Δt (16) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} Δt \end{matrix}$ 为作业工况的循环周期。

2.2 数学模型

由上述热平衡计算可以看出, 总的产热量与时间有关, 即各过程的时间分配决定了总的产热量, 因此有必要对作业周期的时间分配进行优化。针对装载机I型铲装循环工况, 建立产热量优化模型。

目标函数:

$\begin{matrix} Q = \min \overset{5}{\sum_{j = 1}} Δ Q_{j} (17) \end{matrix}$

约束条件:

$\begin{matrix} \{\begin{matrix} \overset{5}{\sum_{j = 1}} t_{j} = Δt \\ t_{jmin} \leq t_{j} \leq t_{jmax} \\ 0 < \frac{1}{2} k_{1 j} t_{j} \leq v_{jmax} \\ \frac{1}{4} k_{1 j} {t_{j}}^{2} = l_{j} \end{matrix} (18) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} t_{jmin} 、 t_{jmax} 分别为各过程允许的最短时间和最长时间; v_{jmax} 为各过程装载机相应挡位的最高速度; l_{j} 为各过程的作业距离; k_{1 j} \end{matrix}$ 为加速度, 各过程速度按照匀变速运动进行计算, 约束条件的各参数可根据已有试验数据或经验值进行设定。

传动油温度是动态变化的, 为了能对油温变化趋势进行动态描述, 将传动油温升曲线分为3个阶段:初始阶段, 热量全部以内能的方式储存在传动油中, 该时间段较短; 上升阶段, 散热器、箱体和传动油自身全部参与热量的消耗, 散热器进、出口温度呈线性增长, 散热器和箱体的散热量也相应增加, 由于每个循环周期内系统的产热量不变, 传动油吸收的热量逐渐减少; 平衡阶段, 散热器进、出口温度基本不变, 传动油吸收的热量减小为零, 内能不变。以此建立热平衡数学模型:

$\begin{matrix} \{\begin{matrix} T_{1} = k_{2} t + T_{01} \\ T_{2} = k_{3} t + T_{02} \\ \overset{\cdot}{Q_{2}} = P_{1} + P_{2} + P_{3} + P_{4} - k_{4} t \\ \int_{t}^{t} (\frac{Cρ n_{1} V_{p} (T_{1} - T_{2})}{60} + P_{5} + \overset{\cdot}{Q_{2}}) dt = Q \end{matrix} (19) \end{matrix}$

式中: $\begin{matrix} T_{01} 、 T_{02} \end{matrix}$ 分别为散热器进、出口油温初始值; $\begin{matrix} k_{2} 、 k_{3} \end{matrix}$ 分别为进、出口油温曲线的增长斜率; $\begin{matrix} \overset{\cdot}{Q_{2}} \end{matrix}$ 为传动油吸收热量的功率; $\begin{matrix} k_{4} \end{matrix}$ 为传动油吸收热量功率的减小斜率。

根据建立的产热量优化模型和热平衡模型, 以时间为变量, 作业工况的循环周期为步长, 可求解出传动油的温升曲线。利用Matlab编写求解程序, 程序框图如图2所示。

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	图2 热平衡计算程序框图Fig.2 Program block diagram of heat balance calculation

3 试验测试

根据对液力变速器系统具体热源的分析, 确定了传动油散热器进、出口温度, 机罩内空气温度和环境温度等测点, 采用网络数据采集器, 每秒钟采集100个数据点, 并由计算机系统进行记录、分析, 针对高速跑工况和I型铲装循环工况进行试验, 部分测点如图3所示。

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	图3 传动油散热器测点Fig.3 Measuring points of transmission oil radiator

(1)高速跑工况:发动机保持最大油门状态, 变速箱处在最高挡位, 液力变矩器处于闭锁状态, 装载机行驶速度维持在33 km/h左右, 路面为水泥结构。

(2)I型铲装循环工况:参照优化后的分配时间进行操作, 保证装载机铲装每28 s左右完成一次作业循环, 变速箱除铲装过程处于一挡外, 其余时间都处于二挡, 铲装物料为砂子, 每次铲斗满斗率不低于95%。热平衡试验前需要对装载机进行预热。

4 计算结果及比较

按照装载机高速跑工况和I型铲装循环工况的试验要求, 对液力变速器的油温曲线进行仿真, 并将求解结果与试验测量数据进行比较。

如图4所示, 高速跑工况传动油散热器进、出口油温初始值分别为63 ℃和69 ℃, 试验曲线在开始阶段呈线性增长, 由于进、出口油温增长幅度的不同, 温差逐渐减小, 计算曲线与试验曲线一致性较好; 随着温度趋于平衡, 试验曲线出现过渡阶段, 油温的增长幅度逐渐变缓, 计算曲线与试验曲线偏差增大, 同时造成两曲线达到平衡所需时间的不同。系统平衡后具体温度值如表3所示。

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	图4 高速跑工况温升曲线Fig.4 Temperature rise curve of high-speed running test condition

表3 高速跑工况传动油散热器进、出口油温 Table 3 Oil temperatures at inlet and outlet in transmission oil radiator of high-speed running condition ℃

由表3可以看出, 系统热平衡后, 进、出口油温的计算值与试验值差值较小。为了便于比较, 取与I型铲装工况相同的循环周期28 s, 计算一个循环内高速跑工况液力变速器系统的散热量。

如图5所示, 由于I型铲装工况作业过程较为复杂, 传动油散热器进口油温波动较大。I型铲装工况的温差趋势与高速跑工况相反, 进、出口端油温初始温差较小, 随着作业时间的延长, 温差逐渐增大, 散热功率也随之变大, 装载机在工作800 s左右后, 传动油温度趋于平衡。平衡后油温的计算值和试验值如表4所示。

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	图5 I型铲装工况温升曲线Fig.5 Temperature rise curve of I-shaped shovel cycling test conditions

表4 I型铲装工况传动油散热器进、出口油温 Table 4 Oil temperatures at inlet and outlet in transmission oil radiator of I-shaped shovel cycling test conditions ℃

I型铲装工况热平衡后, 传动油散热器进、出口平均温差为6.9 ℃, 与高速跑工况相比, 计算值与试验值的差值变大, 主要是由于铲装工况作业过程复杂, 计算精度降低, 但油温平衡误差为5.8%, 小于10%, 满足工程计算要求。

在两种作业工况下, 传动油平衡温度都在正常工作油温内, 说明散热器功率能够满足液力变速器系统的散热需求。由上述试验及计算所得各工况下液力变速器系统的热量关系如表5所示。

表5 各工况液力变速器系统热量特性 Table 5 Heat properties of working conditions of hydraulic transmission system 10⁶ J

由表5可知, 液力变速器系统平衡后, 散热主要由散热器来完成, 极小部分热量通过液力变速器壳体散走; I型铲装工况总的产热量为高速跑工况的1.7倍, 需要更大的散热功率。

5 结论

(1)根据建立的液力变速器系统热平衡模型, 对高速跑工况和I型铲装工况进行了仿真。将仿真数据与试验数据进行了比较, 结果表明模型的准确度满足工程设计需要, 基本能够解决装载机对液力变速器系统热平衡的要求, 并且对液力变速器系统的设计选型和改进具有指导作用。

(2)液力变速器在不同的工况下, 产热量、达到热平衡的时间和温度等热特性都有较大差异。散热器在液力传动系统的冷却中具有重要作用, 只有通过选择合适的散热器, 才能保证传动系统的正常运行。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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Optimization of power matching on torque-converter with diesel engine for wheel loader

装载机发动机与液力变矩器功率匹配优化

Chang L#cod#x000fc;.

常绿

The no-rationality of the optimization of power matching on torque-converter with diesel engine for wheel loader was analyzed. Based on the hydraulic pump in accordance with the work of loaders, the loader was divided into three typical operating conditions. The satisfactory degree function in the optimization of power matching on torque-converter with diesel engine based on the generalized satisfactory degree theory was explored. Multi-objective optimization design of power matching on torque-converter with diesel engine was introduced, and the problem-solving steps and methods were given. The analysis shows that this method can improve the quality of the power matching.

分析了现有装载机发动机与液力变矩器功率匹配的特性。根据装载机液压泵的工作情况，把装载机分为3种典型工况，建立了装载机发动机与液力变矩器匹配多目标优化模型。建立了基于满意度原理的满意度函数，给出了解题步骤和方法。算例分析表明：基于满意度原理的装载机发动机与液力变矩器功率匹配方法优化可行。

... 采用液力变速器的车辆能够实现一定范围内的无级变速,可以在不切断动力的情况下进行换挡,使操作简单方便^[1,2,3] ...

2005

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... 采用液力变速器的车辆能够实现一定范围内的无级变速,可以在不切断动力的情况下进行换挡,使操作简单方便^[1,2,3] ...

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. 2012, 33(2):142-148

Research on the calibration method for gear shifting of automatic transmission

液力自动变速器换挡过程标定方法研究

Wan Guo-qiang , Huang Ying , Zhang Fu-jun

万国强, 黄英, 张付军

The development process of electronic automatic transmission control system includes hardware development, software development and calibration. Calibration is the key step to implement control strategy and optimize control quality. An open loop control strategy for 1-2 shifting process was determined for the Allison 2000 transmission. The control pressure characteristics of on-coming clutch and off-going clutch were considered by the control strategy. By analyzing the control parameters, the calibration method and calibration procedure for gear shifting were proposed. The optimization object of the calibration method is to reduce the shift jerk with an acceptable shift time. The calibration method and calibration procedure were verified by the 1-2 upshift experimental study. The experimental study was carried out on the test bench under different load conditions. The experimental results show that superior shift quality is achieved following the calibration method and calibration procedure.

自动变速器电控系统的开发过程包括电控系统硬件开发、软件开发和参数标定三个阶段，其中参数标定过程是实现控制策略，优化控制品质的关键环节。本文针对液力自动变速器换挡品质评价指标，结合Allison 2000液力自动变速器的特点及待接合离合器和待分离离合器的控制油压变化特性，制定了换挡过程开环控制策略，详细分析了需要标定的控制参数特点，确定了控制参数标定方法和标定流程，最后在DEUTZ BF4M 1013柴油机和Allison 2000自动变速器台架上进行了不同负载条件下1-2升挡过程控制参数在线标定方法实验研究。实验结果表明本文开发的液力自动变速器换挡过程控制参数标定方法能够保证换挡过程满足换挡品质的要求。

... 采用液力变速器的车辆能够实现一定范围内的无级变速,可以在不切断动力的情况下进行换挡,使操作简单方便^[1,2,3] ...

2010

0.0

. 2010, 35(4):69-73 DOI:doi:10.3969/j.issn.1004-2539.2011.04.021

Hydraulic transmission and development of manipulation control technology for loader

装载机液力变速器及其操控技术发展

Wu Qiang , Yao Jun , Fu Liang

吴强, 姚俊, 付亮

针对国内装载机整体技术水平较低,具有传动效率低、工作平顺性差、操纵强度大等缺点,首先分析国内液力变速器的传动结构、操控方式和操控技术,然后结合装载机的工作特点分析液力变速器的操控要求并提出未来发展方向.采用半自动变速技术和KD功能降低驾驶人员的劳动强度;电液比例调压控制技术实现换挡离合器的搭接控制和平稳接合来降低换挡冲击,提高传动系统的可靠性和驾驶舒适性.随着未来整体协调控制技术的发展,操控技术将会达到更高的水平.

... 各零件温升不均匀也会导致热应力过大损坏零件^[4,5] ...

2013

0.0

. 2013, 43(3):602-606 DOI:doi:10.7964/jdxbgxb201303008

Efficiency control of hydrodynamic-mechanical transmission of engineering machinery

工程车辆液力机械传动效率控制

Yan Qing-dong , Yu Tao , Zhu Li-jun

闫清东, 于涛, 朱丽君

摘　要：为了解决大功率推土机在液力工况下持续作业时油温过高导致作业效率下降的问题,在对液力机械传动系统动力学模型研究的基础上,构建了系统动力学仿真模型及其效率控制系统模型。通过构建Isight与Simulink的联合仿真平台,采用拉丁方试验设计方法,对效率控制系统PID参数进行优化。仿真及试验结果表明：采取作业延迟作用及重载预判等技术手段对液力传动系统效率进行控制,可使液力变矩器在高效区域内工作,有效地抑制推土机液力传动的高温过热问题,提高了推土作业效率。

... 各零件温升不均匀也会导致热应力过大损坏零件^[4,5] ...

2014

0.0

. 2014, :-

Research on main performance and comprehensive performance evaluation of loader hydraulic transmission box

装载机液力变速器主要性能及综合性能评价研究

Liu Ming-zeng.

刘明增

液力变速器是装载机传动系统中的一个核心部件,其性能直接影响装载机的燃油经济性、牵引性能、动力性和可靠性等。本文以自主开发的YL50装载机液力变速器为研究对象,系统分析了YL50装载机液力变速器的传动原理和结构特点,利用行星轮系的转速关系、受力关系和啮合特性,分析了变速箱各传动件的转速、转矩以及各档传动比和啮合效率。根据机械振动理论,将齿轮传动系统简化成由刚体和弹簧组成的振动系统,综合考虑综合误差、齿轮啮合刚度和轴承支撑刚度等因素,采用集中参数法建立了行星齿轮传动的平移-扭转耦合动力学模型,并推导出了其振动微分方程。本文在选取平均啮合刚度代替齿轮啮合刚度条件下,以固有特性计算理论为依据,运用MATLAB软件对行星传动系统的固有频率和固有振型进行了计算分析,求得行星传动系统主要有刚体振动模式、中心构件平移振动模式和中心构件扭转振动模式。在此基础上,研究了齿轮啮合刚度、轴承支撑刚度、系统质量和齿轮几何参数对系统固有频率的影响规律,为装载机液力变速器动态性能优化和结构改进提供了理论基础。根据装载机液力变速器性能基本要求以及我国装载机液力变速器发展水平,参照工程机械液力变速器性能要求和性能试验标准,建立了装载机液力变速器综合性能评价体系。装载机液力变速器综合性能评价体系包含传动性能、动态性能、换挡性能和可靠性,能全面衡量装载机液力变速器的性能。基于装载机液力变速器综合性能多因素、相互关联等特点,运用多层次法确定各性能指标权重,采用灰色关联度评价法建立了装载机液力变速器综合性能评价模型。根据评价体系和评价模型,对多个装载机液力变速器综合性能进行了评判。本文对装载机液力变速器综合性能评价的研究,对其他工程机械液力变速器综合性能评价以及工程机械液力变速器评价标准的建立具有指导意义。

... 目前国内对于液力传动系统的热平衡研究多集中在液力变矩器和变速箱等单独元件上,对于液力变速器的整体研究较少,同时也忽略了液力传动系统在不同工况下的综合发热情况^[6] ...

2010

0.0

. 2010, 38(10):1478-1483 DOI:doi:10.3969/j.issn.0253-374x.2010.10.014

Development survey of automobile automated transmission

汽车自动变速器发展综述

Wu Guang-qiang , Sun Xian-an.

吴光强, 孙贤安

Five automated transmissions popular in international automobile market are introduced systematically.Transmission principle of five transmissions is expatiated,and development history and state-of-art of the automated transmissions are advanced.From the perspective of simulation skill,launch control,shifting schedule establishment,shifting quality optimized,actuator design,and product manufacture,the same key techniques of automated transmissions are proposed.Representative manufacturers and the application status in China market are listed.Advantages and disadvantages of automated transmissions are compared,and development perspective is presented.

对目前国际上5种自动变速器进行了全面系统地介绍.阐述了各种自动变速器的传动机理,给出其发展历史及国内外研究现状.从数字仿真技术、起步控制、换挡规律制定、换挡品质优化、执行机构设计以及制造工艺等角度提出了自动变速器的共性关键技术.总结了各种自动变速器的主要生产厂商以及在国内汽车市场应用情况.最后对比了其优缺点,并提出发展趋势.

... 本文研究的为定轴式液力变速器,其具有设计制造简单、传动效率高和成本低等优点^[7] ...

2014

0.0

. 2014, 36(5):532-536 DOI:doi:10.3969/j.issn.1000-680X.2014.05.004

Genetic algorithm-based multi-objective optimization for the matching of torque converter with engine

基于遗传算法的液力变矩器与发动机匹配的多目标优化

Chen Kai , Wu Guang-qiang.

陈凯, 吴光强

本文中对液力变矩器与发动机的匹配进行研究.首先,建立了发动机转矩特性与液力变矩器原始特性模型,求得两者共同工作的输入输出特性;然后,根据一维束流理论和能量方程,以两者匹配工作的动力性和经济性为目标,以泵轮出口角和导轮进出口角为设计变量,建立了多目标匹配优化模型,使用遗传算法进行优化,得到Pareto最优解集.结果表明:优化后,最大输出转矩和平均输出功率提高,高效转速范围的燃油消耗率降低,验证了所建模型的正确性与可行性.

... 全功率匹配时液力变矩器的损失功率为^[8,9]: ...

2013

0.0

. 2013, 39(1):94-97

The thermal simulation analysis of the hydraulic torque converter based on the MTALAB

基于MATLAB的液力变矩器的热仿真分析

Wu Xin , Lian Jin-yi.

吴新, 连晋毅

针对液力机械传动中液力变矩器发热量过大的问题,简述了液力变矩器的发热机理。在所构建的热计算模型的基础上,以某型推土机的液力变矩器为实例,运用MATLAB编程并得出了发动机与液力变矩器共同工作时发热量与传动比的关系曲线,并应用Simulink软件对不同传动比下的油温进行了仿真,仿真结果反映了油温的动态变化趋势。可为底盘油冷系统的分析和优化提供一定的技术参考。

... 全功率匹配时液力变矩器的损失功率为^[8,9]: ...

1997

0.0

... 齿轮和轴承的功率损失为^[10]: ...

2004

0.0

. 2004, 28(4):9-12 DOI:doi:10.3969/j.issn.1004-2539.2004.04.003

The research for heat transfer of hydraulic transmission device

车用液力传动装置的传热研究

Xu Xiang , Bi Xiao-ping.

许翔, 毕小平

分析了车辆液力传动装置中各项热源的发热机理和传热过程,建立了液力变矩器、行星变速箱及其它传动装置的传热仿真模型,用传热仿真程序计算了传动装置的功率损失、散热量与相关部件的温度.结果显示,采用该方法计算车辆液力传动系统的传热是可行的,建立的传热仿真模型具有较好的仿真精度,可以用于其它车辆液力机械传动系统的热工况研究.

... 当 v大于10 km/h,选用相应的经验公式来计算^[11]: ...

1998

0.0

... 从箱体外壁散发到周围空气中的热流量为自然对流散热,可由牛顿公式计算^[12]: ...

2008

0.0

. 2008, 39(3):32-36 DOI:doi:10.3969/j.issn.1000-1212.2009.09.008

Thermal characteristic analysis for transmission on model ZL80 wheel loader

ZL80型轮式装载机变速器工作热特性分析

Wang Kai-bao , Qin Si-cheng , Wang Xue-lian

王开宝, 秦四成, 王雪莲

热机理,给出各热源产热量及传动系统总产热量的计算方法;给出齿轮啮合部位局部温升、支承轴承处局部温升的计算公式,并对其热量分布进行分析,为进一步改善变速器散热状况提供了依据.

... 传动油吸收的热量为^[13]: ...