装载机多种模式自动变速换挡规律研究

【摘要】在工程建设、矿山、码头、建筑等场合总不乏工程车辆的身影，在众多工程车辆中装载机又是最为平常应用最为广泛的，它为加快国民经济建设和实现现代化做出了巨大贡献。装载机的作业条件复杂，环境恶劣，负载和车速都在一个较大的范围波动，循环作业的过程中换挡频繁，劳动强度很大，操作者的注意力分散严重，影响操作者的安全，同时换挡频繁也使装载机的作业效率、经济性能、整体的平稳性等都不能得到很好地保证。自动变速技术的出现和应用在一定程度上解决了上述的问题，在国外部分装载机已经装备。而在国内由于技术方面相对滞后，装载机自动变速技术并没有广泛应用，对装载机自动变速技术的研究迫在眉睫。由于装载机的工作状态复杂多样，各种工况对装载机要求各异，故还没有一套完全满足装载机各个工况的自动变速换挡规律出现，故有必要对装载机自动变速换挡规律进行研究。在传统的装载机传动系统中柴油发动机与液力变矩器的匹配，并不能够保证二者始终在理想匹配工况工作，大大降低了装载机的性能。本文针对当前装载机自动变速技术的不足，提出了一种可以适应装载机多种工况的自动变速技术，并详细对其自动变速换挡规律做了研究，所提出的装载机多种模式自动变速针对传统的匹配不尽合理有了进一步的改进，在不同模式下工作可以保证发动机与变矩器的匹配总处于合理的工作状态。本文对装载机多种模式自动变速换挡规律的研究主要内容和结论如下：1.电喷柴油发动机特性分析利用电喷发动机可由电子燃油喷射系统对其喷油量等参数进行精确控制的特点，将电喷发动机分为三个工作模式：动力模式、中间模式、经济模式，并以此划分装载机的三种工作模式。在三种模式中，以电喷发动机最大转矩特性和最大额定转速为动力模式，将转矩和转速减小适当量为中间模式，继续减小适当为经济模式。在得到各个模式下的转速、转矩关系后，根据发动机万有特性曲线图（MAP图）得到其油耗特性数据。利用最小二乘法拟合出发动机各个模式下的转矩特性和油耗特性，按照10%调速率计算得到其调速特性，为以后的研究做准备。2.综合式液力变矩器特性以及各模式下与发动机的匹配根据综合式液力变矩器的实验数据，拟合得到液力变矩器的原始特性曲线，并以此计算得到液力变矩器的输入特性曲线，建立其数学模型。在各个模式下对发动机和液力变矩器进行匹配计算，得到二者的输入特性曲线进而计算得到不同油门开度下不同工作状态的共同工作点，并据此得到二者的共同输出特性。通过二者的匹配结果可以看到，各个模式下发动机和液力变矩器的匹配均处于较好的工况。3.装载机牵引特性计算及多种模式换挡规律制定与分析根据所选装载机的传动系统参数、整车参数，对装载机进行阻力计算进而计算得到装载机在各个模式下的牵引特性。制定装载机多种模式自动变速换挡规律，由于动力模式和中间模式用于满载工作工况和运输工况，经济模式只用于运输工况,所以动力模式和中间模式为三参数换挡规律：负载系数、油门开度、车速；经济模式是两参数换挡规律：油门开度和车速，制定了经济模式的最佳经济性换挡规律。经过特性计算，在特定相同工作状态下，动力模式的最大牵引力和最高车速可以分别达到161.4kN和43.3km/h；中间模式可以达到145.27kN、37.9km/h；而经济模式可以达到113.5kN和31.6km/h。而在经济性能方面动力模式、中间模式和经济模式最低等速百公里油耗分别可以达到40.7L、39L和37.1L。结果符合了三种模式换挡规律制定的初衷，证明是非常合理的一种换挡规律。4.装载机多种模式自动变速换挡规律仿真分析本文进行仿真分析的目的在于验证所提出的装载机多种模式自动变速换挡规律的合理性与可行性。在建立了装载机动力传动系统的动力学模型后，利用MATLAB/SIMULINK以及MATLAB/STATEFLOW工具箱对装载机传动系统进行仿真模型搭建，在某一特定的相同工作状态下对三种模式分别进行仿真分析，仿真的结果证明：本文所提出的装载机多种模式自动变速换挡规律达到了预期的目标值，具有工程实际应用价值。
【作者】李华龙；
【导师】马文星；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】装载机；自动变速；液力传动；多种模式换挡规律；

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