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静液压传动以液压油作为工作介质,实现能量传递和系统控制。它具有结构简单,操作控制方便,自动化程度高,换向容易,容易实现过载保护和车辆无级变速等一系列优点。因此,静液压传动成为工农业生产中广为应用的一门技术,其技术水平的高低程度体现了一个国家工业发展水平的主要标志。
如今,静液压传动广泛应用于工程机械,建筑机械,农业机械和汽车等行走机械中。本文研究对象为整体式静液压机械无级变速传动系统(Hydrostatic Transmission,即HST),它是一种把静液压传动装置和传统的多挡有级式机械变速器完美串联的新型传动装置,其主要运用于中小型拖拉机方面。该系统即保留了机械传动高效率的特点,又具有液压传动无级变速的优点,还具备了结构简单,物廉价美的竞争优势。因此,研究整体式静液压机械无级变速传动系统的特性分析和匹配具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文的主要研究内容可以概括为以下几个方面:
(1)在整体式静液压机械无级变速传动系统的结构组成和相关试验参数的基础上,建立了发动机输出转矩数学模型、发动机燃油消耗率数学模型、泵控马达数学模型和阀控液压缸系统数学模型,为系统的特性分析和匹配奠定理论基础。
(2)考虑到拖拉机动力传动装置参数与其动力性和燃油经济性密切相关。根据拖拉机理论,完成了对发动机功率、变速器最大传动比、最小传动比等相关参数的选定。同时通过对发动机万有特性图进行分析,得到了对应的发动机转速调节特性曲线,并将其存储于拖拉机控制器的存储单元中,为后续调节变速传动系统输出速比,实现发动机最佳控制提供了参数依据。
(3)根据液压传动理论,研究了速比特性、转矩特性和功率比特性对液压传动系统的影响。并把中液压系统的效率分为两部分研究,即:机械效率和容积效率。同时分析了系统压力、排量调节比和输入转速的变化与液压元件效率的影响。
(4)根据农用拖拉机实际工况和作业需求,制定了相应的控制策略,保证拖拉机不同工作模式能完成不同的作业目标。并给出了对控制策略相应的评价指标。
(5)简单介绍了PID控制和模糊控制的原理,重点描述了模糊自适应PID控制器的设计过程。通过MATLAB/Simulink建立起拖拉机静液压机械无级变速传动系统的仿真模型,对其定牵引阻力变油门和定油门变牵引阻力两种典型工况进行了动态仿真,验证了静液压机械无级变速控制系统的理论可行性和正确性。