自动装载移动式搅拌站机液复合传动系统研究

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近年来,伴随着我国经济的快速发展,新农村建设项目急剧增多,混凝土施工质量问题引起了社会的广泛关注,人们对于小型混凝土施工设备的自动化程度也提出了更高的要求。自动装载移动式搅拌站是一种结合混凝土运输车和混凝土搅拌站的功能于一体的设备,具有广阔的市场前景。为了在提高传动效率的同时扩大车辆调速域,解决车辆作业行驶速度和转场行驶速度相差悬殊的问题,自动装载移动式搅拌站普遍采用机液复合传动系统,其性能直接决定了整机的操纵性、可靠性和安全性。如何实现系统的合理匹配控制,提高能源利用率并优化液压元件性能成为系统研究的关键问题。本文基于校企合作项目自动装载移动式搅拌站整机开发,结合系统动态匹配控制理论和数学模型,依托AMESim仿真平台和实验测试,对样机所采用的机液复合传动系统性能和关键参数进行分析。全文研究工作主要包括以下几个方面:(1)通过对自动装载移动式搅拌站主要行驶工况和工作特点的分析,详细阐述了机液复合传动系统的匹配和控制目标。以系统关键元件(发动机、变量泵、变量马达)的高效工作区间为切入点,论述了系统动态匹配控制策略—变量泵转速敏感控制的基本原理及其主要实现方式:DA控制和NFPE控制。研究表明NFPE控制相对灵活,能够提高设备的燃油经济性和操作舒适性,NFPE控制曲线上电流信号的选取主要以泵的控制目标扭矩和NFPE负荷控制线作为理论依据。(2)在分析系统重要环节:泵排量变量机构和闭式液压回路的原理及结构的基础上,建立系统数学模型,以经典控制理论推导系统传递函数框图,并定性分析影响系统动态响应的结构参数。研究表明:比例电磁阀F00A和F00B阻尼孔的大小对泵排量响应时间有着重要的影响,阻尼孔越小,排量响应越慢;降低比例电磁阀对中弹簧刚度K v和变量缸对中弹簧刚度K P,有利于降低系统振荡固有频率,增大阻尼系数,使系统获得更好的稳定性;比例电磁阀阀口流量增益K qv与压力-流量变化系数K cv对NFPE排量控制曲线的斜率及起始变量电流有着很大的影响。(3)依托AMESim仿真平台,建立泵排量控制机构HCD仿真模型及系统完整仿真模型,并对系统性能和元件关键参数进行仿真研究。仿真结果表明:采用转速敏感控制策略的NFPE控制泵能够实现变量泵排量随转速的变化而变化,同时避免了车辆行走负载的突然增大引起的发动机熄火现象;分工况控制策略能够根据车辆的不同运行工况选择不同的控制曲线,相对于单一的控制曲线,这种控制策略能够更加合理地利用发动机功率,提高系统的可靠性;为了提高变量泵排量控制的灵敏度和稳定性,应减小阀芯质量,增大比例电磁阀两阻尼孔直径,合理选择变量缸对中弹簧刚度,并在不引起系统振荡的前提下尽量减小阻尼系数。(4)结合理论分析结果,制定样车实验测试方案,并对实验结果进行了分析研究。实验表明:仿真模型能够在一定程度上反映系统的实际状况;两档变速箱扩大了车辆的调速域,能够以不同的档位适应车辆公路转场和越野爬坡两种负载差别巨大的工况;在负载波动时,样车所采用的NFPE控制方式能够通过对泵排量的实时调整实现系统的动态匹配。
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