国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

工程車輛動力傳動系統(tǒng)節(jié)能方案與試驗研究

2021-04-30 08:22趙成喜陳金萍
機(jī)械設(shè)計與制造 2021年4期
關(guān)鍵詞:變矩器牽引力節(jié)油

趙成喜,陳金萍,張 富

(1.大連海洋大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,遼寧 大連 116300;2.吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院,吉林 長春 130022)

1 引言

工程機(jī)械工作環(huán)境惡劣,驅(qū)動功率較大,頻繁加減載,對動力系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),目前,工程機(jī)械主要以柴油機(jī)為動力,盡管目前已電池為動力源的電驅(qū)動技術(shù)逐漸成熟,但要由于電池自身安全以及充電速度較慢等問題導(dǎo)致要想完全取代燃油機(jī)尚需時日[1],因此,如何提高燃油機(jī)的節(jié)油率和傳動系統(tǒng)的動力性是目前工程車輛急需要解決的關(guān)鍵問題之一。傳動系統(tǒng)作為車輛的核心部件對整車的動力性能具有重要的作用,文獻(xiàn)[2]提出了一種無須使用液力變矩器先進(jìn)的自動手動變速器動力系統(tǒng),采用PI控制算法,以防止離合器未嚙合時的能量損失。文獻(xiàn)[3]設(shè)計了一套動力性匹配計算軟件對傳動系參數(shù)優(yōu)化。文獻(xiàn)[4]研究了傳動系統(tǒng)的溫度特性對性能的影響。文獻(xiàn)[5]采用動態(tài)規(guī)劃算法對發(fā)動機(jī)和液壓泵的節(jié)能調(diào)節(jié)匹配。文獻(xiàn)[6]分析了裝有閉鎖離合器變速箱和變量液壓系統(tǒng)的平地機(jī)降耗技術(shù)。降低發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、提高工作效率是目前工程車輛節(jié)能的主要技術(shù),擁有更長的換氣時間和燃燒時間,提高了燃燒效率,因此低速發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)的匹配效果對于燃油效率至關(guān)重要。

綜上,盡管學(xué)者對傳動系統(tǒng)的能量管理和參數(shù)優(yōu)化方法的進(jìn)行了廣泛的研究,但是對配備低轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)的傳動系統(tǒng)工作特性的研究得較少。鑒于此,通過建立工程車輛傳動系統(tǒng)的動力學(xué)仿真模型,設(shè)計低轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)與大容能變矩器的傳動系的匹配方案,分析改進(jìn)后傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性和合理性。通過優(yōu)化發(fā)動機(jī)的高效工作點達(dá)到節(jié)能的效果,通過試驗驗證了改進(jìn)方案的可行性和有效性,研究結(jié)果為工程車輛動力傳動系統(tǒng)的節(jié)能方案提供了數(shù)據(jù)參考。

2 傳動系統(tǒng)建模及優(yōu)化

工程車輛的傳動系統(tǒng)主要部件包括發(fā)動機(jī)、液力變矩器、油泵、變速器和驅(qū)動橋等,如圖1 所示。

圖1 傳動系統(tǒng)模型Fig.1 Drive System Model

為了使發(fā)動機(jī)在低速和高扭矩區(qū)域工作,可以適當(dāng)降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。因此,在保證發(fā)動機(jī)輸出功率恒定的基礎(chǔ)上,使發(fā)動機(jī)功率曲線向左偏移,達(dá)到節(jié)能的目的。將發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速由2200r/min 降至2000r/min,需要重新匹配低速發(fā)動機(jī)與原變矩器的特性。對液力變矩器進(jìn)行選型,如圖2 所示。

圖2 變矩器原始特性曲線Fig.2 Original Characteristic Curve of Torque Converter

低速發(fā)動機(jī)與大能容液力變矩器選型完成后,計算改進(jìn)后兩者聯(lián)合工作時的共同輸出特性,如圖3(a)所示。并根據(jù)傳動系統(tǒng)的動力學(xué)方程,建立了自動換擋系統(tǒng)的仿真模型,如圖3(b)所示。

圖3 仿真系統(tǒng)總體模型Fig.3 Simulation System Overall Model

在降低了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速后車的行駛速度也會減小,因此在保持原有動力性能的前提下,通過低速發(fā)動機(jī)與低速大能容液力變矩器匹配分析,調(diào)整驅(qū)動橋速比。新低速發(fā)動機(jī)與原液力變矩器的匹配后性能較差,匹配不合理,需要重新匹配相應(yīng)的低轉(zhuǎn)速大能容液力變矩器。而要增大液力變矩器能容,最直接有效的辦法就是增大液力變矩器循環(huán)圓的有效直徑。因此,為了增大液力變矩器能容,提高傳動系統(tǒng)節(jié)油率,將變矩器的有效直徑由310mm改為330mm。此外,降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速后變矩器的輸入扭矩也會隨之增大,但是整車的行駛速度會降低,因此為了保持原有動力性,將驅(qū)動橋和變速箱等傳動比進(jìn)行調(diào)整,根據(jù)式(1)~式(8)可以計算出調(diào)整前、后的參數(shù),如表1 所示。

表1 整機(jī)總傳動比Tab.1 Total Gear Ratio of the Whole Machine

3 改進(jìn)方案性能分析

基于傳動系統(tǒng)動力學(xué)模型,以一擋和二擋傳動比為優(yōu)化變量,以油耗量B和傳動系統(tǒng)的產(chǎn)熱量Q為優(yōu)化目標(biāo),采用遺傳算法進(jìn)行求解。

優(yōu)化前、后發(fā)動機(jī)工作點分布的對比,如圖4 所示。其中紅色點為發(fā)動機(jī)在一擋運行工況下的運行點,黑色點為發(fā)動機(jī)在二擋運行工況下的運行點,傳動比的改變使紅色點部分往低轉(zhuǎn)速區(qū)移動,黑色點往中間高效率區(qū)移動,增加了高轉(zhuǎn)矩工作點的數(shù)量,因此輸出更大的扭矩。而且,隨著二擋傳動比的減小,對應(yīng)擋位下發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速工作點逐漸向高轉(zhuǎn)速區(qū)域遷移,原高轉(zhuǎn)速區(qū)域分布更加均勻,并向低油耗區(qū)域集中。一擋傳動比的增大,使該擋位下發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)值減小,增加了最大轉(zhuǎn)矩處工作點的數(shù)量,從而可以獲得更大的動力輸出。優(yōu)化后,發(fā)動機(jī)的大部分工作點集中在了燃油效率較高的區(qū)域,能夠減小燃油的消耗量,達(dá)到了優(yōu)化的目的。

圖4 優(yōu)化前后發(fā)動機(jī)工作點對比Fig.4 Comparison of Engine Operating Points Before and After Optimization

改進(jìn)方案的工程車輛在滿載工況下的牽引力特性,如圖5所示。從仿真結(jié)果可以看出雖然重型車在前進(jìn)一擋和二擋的作業(yè)過程中車速較低,但是卻具有較大的牽引力,其中,一擋最大為155kN,二擋最大為112kN,后退擋最大牽引力為42kN??傮w來看,后退擋的牽引力在不同車速下的變化較小,整體變化較平穩(wěn)。但是,一擋和二擋牽引力下降的速率很快,大約車速達(dá)到10km/h 時的牽引力下降到與后退擋的值相當(dāng),因此,為了保證車輛工作時的動力性能以及舒適性,滿載時前進(jìn)時的車速不宜超過10km/h。

圖5 牽引力特性曲線Fig.5 Traction Characteristic Curve

改進(jìn)方案的傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性仿真結(jié)果,如圖6 所示。改進(jìn)后變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速較改進(jìn)前有所降低,僅在高速時轉(zhuǎn)速有明顯的差別,在低速時差別較小,從而保證了轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定輸出,減小了壓力轉(zhuǎn)速變化帶來的沖擊,保證了傳動系的平穩(wěn)性。變矩器的進(jìn)口壓力會隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而改變,但是出口的壓力基本維持在270kPa,保證了穩(wěn)定的動力輸出和平穩(wěn)性,表明重新選擇的變矩器與發(fā)動機(jī)匹配的效果優(yōu)良,工作性能較好。由于工作泵和變矩器是并聯(lián),由發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動,因此降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速后油泵的轉(zhuǎn)速也必然隨著降低,但是從仿真結(jié)果看出工作泵的輸出壓力仍滿足液壓系統(tǒng)的工作要求,對工作泵的影響較小。在車輛運行初期,I 擋為運行15s 后斷電,切換到二擋,離合器實現(xiàn)完全的切換過程大約用了1s 的時間,切換完成后1 擋的壓力迅速由0.2MPa 升高到了1.75MPa,二擋壓力則是變化相反,壓力快速由1.75 MPa,降為0.2 MPa,在換擋完成的最后階段壓力出現(xiàn)較小的緩沖,避免了換擋造成的沖擊,提高了車輛的舒適度。而在后退行駛時,后退擋的壓力與前進(jìn)二擋的壓力相同,而此時一擋的壓力則變?yōu)榱恪?/p>

圖6 傳動系統(tǒng)動態(tài)特性Fig.6 Dynamic Characteristics of Transmission System

4 節(jié)能效果試驗

依據(jù)GB/T 637-2008《土方機(jī)械牽引力測試方法》和《輪胎式裝載機(jī)試驗方法》實驗流程對改進(jìn)后的動力系統(tǒng)進(jìn)行能耗測試,測試現(xiàn)場及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),如圖7 所示。奧地利DEWESoft/DEWE-43 數(shù)據(jù)采集器有8 個AD24 位動態(tài)采集通道,采樣率200 kS/Ch,8 個實時計數(shù)器,2 個CAN bus 接口,可接入全電橋和(±10)V 傳感器,配合DEWESoft x 數(shù)據(jù)采集軟件一起使用。

圖7 工作現(xiàn)場及能耗測試Fig.7 Work Site and Energy Consumption Test

圖8 測試結(jié)果Fig.8 Test Results

截取測試過程中的一段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,不同擋位下的車速變化情況,如圖8(a)所示。整個過程車速采用先升高后降低的梯狀變化過程,發(fā)動機(jī)的油耗率隨著油門開度的變化,如圖8(b)所示。油門開度越大對應(yīng)的車速越高,但是油門開度基本都在80%以下;一個重要的發(fā)現(xiàn)是當(dāng)油門開度在60%左右時對應(yīng)的燃油率大約為22%,而當(dāng)油門開度基本都在70%時的燃油率最高,約為38%,因此為了保證發(fā)動機(jī)的節(jié)能效果,裝載機(jī)在作業(yè)中油門開度穩(wěn)定在70%為宜。最后,根據(jù)動力系統(tǒng)的工作特性繪制了發(fā)動機(jī)的實際工作性能,從試驗結(jié)果可以看出為了保證液力傳動系統(tǒng)工作時變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速點a位于燃油高效區(qū),通過提高擋位將工作點移到b點,此時驅(qū)動系統(tǒng)的的輸出功率增加,并且燃油經(jīng)濟(jì)性較好。若維持傳動系統(tǒng)的輸出功率不變,在提高擋位的同時減小油門開度,發(fā)動機(jī)的工作點會切換到c點,達(dá)到等功率輸出下降低油耗的目的。

根據(jù)測試結(jié)果對比了高速發(fā)動機(jī)和低速發(fā)動機(jī)在不同工況下工作時的油耗量和節(jié)油率,對比結(jié)果,如表2 所示。前進(jìn)一擋節(jié)油率提高了14.3%,前進(jìn)二擋節(jié)油率提高了5.6%,裝載物料時整車原地不動,只有轉(zhuǎn)斗進(jìn)行裝卸,由工作泵通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行運行控制,此時的節(jié)油率提高了5.8%。通過對比發(fā)現(xiàn)前進(jìn)一擋的節(jié)油效果最明顯,主要原因是裝載機(jī)在重載模式工作時大部分作業(yè)時間用一擋,而一擋工作時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低,工作點全部位于燃油高效區(qū),因此節(jié)能效果最大。試驗的結(jié)果為驗證和優(yōu)化傳動系統(tǒng)的節(jié)能方案提供了數(shù)據(jù)參考。

表2 改進(jìn)前、后油耗量對比Tab.2 Comparison of Fuel Consumption Before and After Improvement

5 結(jié)論

為了降低發(fā)動機(jī)的能耗,采用降低柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、配備大能容變矩器和優(yōu)化驅(qū)動橋速比的策略,建立了傳動系統(tǒng)的動力學(xué)仿真模型,分析了發(fā)動機(jī)改進(jìn)后的工作點分布和牽引力特性,最后通過試驗獲得了改進(jìn)方案的節(jié)能效果。得到如下結(jié)論:

(1)由液力傳動系統(tǒng)的匹配結(jié)果可知優(yōu)化后車輛工作效率最高的工作點大部分分布在發(fā)動機(jī)的最佳燃油效率區(qū),起到了節(jié)能的目的;改進(jìn)方案換擋過程壓力變化平穩(wěn),換擋沖擊較小,保證了車輛的平順性;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低后對工作裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)的影響較小。

(2)通過試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)油門開度維持在70%時發(fā)動機(jī)的燃油率最高約為38%,因此為了保證發(fā)動機(jī)的節(jié)能效果,裝載機(jī)在作業(yè)中油門開度穩(wěn)定在70%為宜。前進(jìn)一擋節(jié)油率提高了14.3%,前進(jìn)二擋節(jié)油率提高了5.6%,裝載物料時節(jié)油率提高了5.8%,測試結(jié)果表明傳動系統(tǒng)的改進(jìn)方案具有較好的節(jié)能效果。

猜你喜歡
變矩器牽引力節(jié)油
HXN5型機(jī)車牽引力受限的分析與整治
自動變速器液壓控制基礎(chǔ)
——變矩器的鎖止控制
用于自動變速箱的舍弗勒新型變矩器系統(tǒng)
創(chuàng)新思維競賽(4)
電動汽車加速方案的比較研究
保障和改善民生是實現(xiàn)“中國夢”的牽引力
變矩器鎖止離合器故障分析(下)
可調(diào)式機(jī)油泵及其節(jié)油潛力(二)
可調(diào)式機(jī)油泵及其節(jié)油潛力(三)
全新博世起停系統(tǒng) 節(jié)油%10