全液压推土机动力驱动系统性能分析及控制研究

摘要

随着当今工程机械行业的快速发展，以推土机为代表的工程车辆的各项性能已有了大幅的提高，但整车的能量损失大，经济性不高及作业效率低等问题仍是困扰该行业进一步发展的主要问题，而车辆的行走驱动系统的性能的好坏是影响该问题的关键因素。
　　液压传动系统以其独有的特性和优点受到了工程机械行业的青睐。目前，比较先进的推土机等工程车辆中大都采用全液压行走驱动系统。一个系统中综合性能的好坏与各元件自身性能，元件间参数匹配的好坏及控制策略的优劣有关。在传统的液压行走驱动系统的控制方式中，往往采用单一变量的控制，而忽略了元件间的匹配问题，导致系统不能发挥出其最优性能，为了有效地解决该问题，本文提出了将柴油机转速、泵排量和马达排量联合控制的三变量控制策略，即在考虑各元件间能良好匹配，各元件的效率能得到充分发挥的情况下而得出的控制方法。
　　本文分析了变量泵、变量马达的效率及寿命的影响因素，综合考虑后得出系统参数最佳取值范围。在以提高系统的效率和功率利用率为目的的基础上，针对推土机的工作特点提出了元件间最佳匹配方式。以搭建的液压系统实验台为原型，采用Simulink仿真软件下的Simscape元件库建立了液压系统仿真模型，并与柴油机整机仿真模型和控制系统模型构成了液压动力驱动系统整体模型。将泵排量、马达排量和负载扭矩作为特性参数，在其取值范围内取七个水平，将系统压力和马达转速作为目标观测值，采用实验设计法进行实验分组，对特性因子与目标观测值之间做相关性分析，并建立了在全工况下系统压力和马达转速的响应面模型，并对其进行评价和验证，最后对响应面模型进行分析。根据元件间的匹配方法及系统压力和马达转速的响应面模型，提出了各作业工况下三变量控制策略的具体控制方法，然后进行仿真分析和试验验证，最终得出了该控制策略能够使系统稳定工作在最优点，且系统效率有所提高的结论。

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第1章 绪论

1.1 概述

1.2行走液压驱动系统的特性及优点

1.3全液压推土机的发展及现状

1.4液压系统控制策略的发展及现状

1.5课题研究的目的和意义

1.6课题来源

1.7本文主要工作

第2章 系统元件分析及匹配

2.1变量泵的效率理论分析

2.2变量马达的效率理论分析

2.3液压元件的寿命分析

2.4 系统各元件间的匹配原则

2.5 本章小结

第3章 系统的建模

3.1仿真工具介绍

3.2柴油机建模

3.3基于Simscape液压系统模型建模

3.4模型的标定

3.5增量PID建模

3.6本章小结

第4章 系统压力及转速响应面模型的建立及分析

4.1实验设计

4.2 相关性分析

4.3启动泵排量时预测模型的建立

4.4全工况响应面模型的建立

4.5本章小结

第5章 系统的控制策略研究的仿真和实验验证

5.1发动机控制方式

5.2变量泵控制方式

5.3变量马达控制方式

5.4控制策略研究

5.5各工况控制策略仿真分析

5.6控制策略实验验证

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢