工程车辆液压动力学关键问题的理论研究与试验台建设

【作者】 姚怀新；

【导师】 龙水根；

【作者基本信息】 长安大学 ， 机械设计及理论， 2006， 博士

【摘要】 论文根据工程车辆牵引动力学存在的问题，试图构建一个新的框架——工程车辆液压动力学与控制的理论系统，提出关键问题，探讨研究方法，希望能为从事工程车辆理论以及液压动力学与控制研究的人员提供一份参考，解决液压驱动工程车辆的整体参数匹配与控制理论方面的问题。 工程车辆牵引动力学的基本任务是在动力性、燃料经济性、作业生产率等综合性能指标约束条件下，研究车辆牵引系统各单元部件——发动机、传动系、行走机构、工作装置的工作性能，建立车辆牵引系统的动力学模型，通过对该动态模型的解析，建立部件平均意义上的牵引总体参数匹配理论以及系统最优输入、输出和动态控制理论，使车辆在外部动态负荷与变化的地面条件下实现其最高综合性能。 由于传统的机械与液力机械传动车辆过程控制性能的固有缺陷，牵引动力学尽管从发动机控制、车辆机械自动变速控制、工作装置极限负荷与生产率控制等方面进行了大量研究，但仍然难以解决在快速大波动负荷作用下车辆非线性牵引系统的最优性能控制问题。采用在大变速比范围内具有无级、高效、快速调节能力的液压传动装置将是解决牵引式工程车辆牵引系统最优性能控制的有效措施。 论文从对工程车辆牵引特性和性能指标要求的分析入手，将各种工程车辆分为牵引型和非牵引型两类：前者又分为循环作业与连续作业两种方式，循环作业机械负荷为剧烈波动的非平稳随机过程，连续作业机械负荷为剧烈波动的平稳随机过程，发动机与牵引系统均为全功率(或主要功率)匹配，由于无作业质量要求，这类车辆牵引系统采用恒功率与变功率速度自适应控制方式；后者为连续作业方式，负荷为波动较小的平稳随机过程，发动机与牵引系统为部分功率匹配，对作业质量的优先要求使这类车辆牵引系统采用恒速控制方式。非牵引车辆驱动系统由于结构和控制原理比较简单，将其作为牵引车辆的特例处理，不作专门讨论，全部工程车辆的牵引动力学问题归结为牵引式车辆的动力学范畴。 论文总结了牵引车辆动态负荷特性方面的研究成果和工程车辆静态参数合理匹配方面的成果，分析了传统牵引动力学领域20多年来的研究现状、成果及存在问题，提出了将液压传动与控制技术引入工程车辆牵引驱动系统的必要性、可能性，并对由此形成的新学科——工程车辆液压动力学的基本问题进行了理论分析和研究，这些问题主要归结为： 1．液压驱动车辆的系统结构与控制方式； 2．发动机与液压系统的参数匹配与控制原理——系统最优输入问题； 3．液压系统与负荷的参数匹配与控制原理——系统最优输出问题；更多还原

【Abstract】 On the ground of the questions existing in the field of tractive dynamics on mobile construction machinery, the thesis is intended to establish a new framework - a theoretical system of hydraulic dynamics and controls on mobile construction machinery. It profiles the key questions and studies their solutions in attempt to provide a reference for the researchers in the field of mobile construction machinery theory and its hydraulic dynamics and controls, so as to answer the questions in sizing general parameters and in control theory alike.The fundamental task for tractive dynamics on mobile construction machinery, under the limits by such comprehensive performance parameters as dynamism, fuel economy, productivity and so forth, is to study the working performances of the vehicle’s tractive system with such parts as engine, power train, mobile mechanism and working devices, to establish a dynamics mode of the vehicle’s tractive system and, then through analysis on that dynamical mode, a general tractive parameter-sizing theory in term of part average and a system input, output and dynamical control optimization theory, so as to realize the vehicle’s highest comprehensive performances under dynamical loads outside and varying territories.Due to the inherent defects in process control performances of traditional mechanical and hydraulic transmissions on vehicles, tractive dynamics still can hardly work out an optimal performance control on vehicle’s non-lineal tractive system under the condition of quick high fluctuation, even though a lot of researches have been undertaken on engine control, vehicle’s mechanical speed-transformation control, working device’s load ultimate and productivity control. The application of stepless, high efficient and fast adjusting hydraulic transmissions, under large range of speed-transformation, will be an effective measure to realize optimal performance control on the tractive system of tractive construction machines.By analyzing the tractive characteristics and performance parameters of mobile construction machines, the thesis classifies all the machines into two types: the tractive and the non-tractive. The former can be divided into cycling duty and continuous duty. Mechanical load is in a violent fluctuating, unstable and random process under cycling duty, while in a violent fluctuating, stable and random one under continuous duty, in both of which engine is fully, or mainly, loaded with tractive system. Without requirement on job quality, such vehicle’s tractive system adopts self-adjusting speed control under constant and variable更多还原