履带式装载机行驶液压控制系统研究

摘要

随着社会经济建设的发展，履带式装载机广泛应用于能源、交通、矿山、冶金等行业的土石方作业，尤其适合于轮式装载机不能作业的恶劣工作场地。随着液压传动在工程机械行驶系统的应用越来越广泛，我们必须开展对包括装载机在内的工程机械行驶系统液压传动控制方面的研究，以指导我国工程机械传动系统实现液压化、智能化发展。
　　本文分析履带式装载机作业工况特点，而提出了其对行使液压传动系统的要求。分析了各种液压传动系统方案，确定了行走系统为闭式回路，容积调速方案，轮边独立驱动，采用高速马达减速方案的变量泵—变量马达系统，阐述了其组成和工作原理。
　　本文提出了控制变量泵排量进行发动机的恒功率控制与变功率控制方式，从而使发动机工作在最佳经济点或者最大功率点，保证发动机工作的经济性和动力性。研究了变量泵与发动机的参数匹配与控制方法。根据对变量马达的控制要求，提出了变量马达高压自动控制（HA）方式，分析了这种控制方式的特点。提出了以发动机转速的偏差作为控制参数输入控制器，来控制变量泵和变量马达排量，以达到发动机工作在最佳工作点的控制策略。提出了模糊PID控制在履带式装载机液压控制系统的应用方案，并阐述了模糊控制的原理以及提出了模糊控制规则，并将其在Simulink软件中实现。
　　本文进行了装载机行驶系统的动力学和运动学分析，得到了装载机在各种工况下的行驶阻力计算方程。选取了液压系统的额定压力和最高压力，分析了压力与载荷的匹配方式。提出了履带式装载机的主要技术资料，通过计算各工况下的行驶阻力和查阅相关参数计算得到最大切线牵引力。通过选取适合比功率值，确定了发动机的型号，通过计算液压系统元件的转矩、排量、转速等参数，选取了液压泵和液压马达的型号，并进行了泵和马达的转速校核。
　　本文进行了基于液压行驶系统的构成方案和参数匹配的理论分析，建立了液压行驶系统的数学模型，为参数控制和系统仿真提供分析依据。然后应用Simulink建立了液压行驶系统的仿真模型，进行了动态响应分析，得到其动态特性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 行驶系统液压传动的特点

1.3 液压行驶系统国内外研究现状

1.4 研究目的和意义

1.5 论文主要研究内容

第二章 装载机行驶液压传动系统设计

2.1 装载机对液压传动系统要求

2.2 行驶液压驱动系统方案的选择

2.3 装载机液压行驶系统组成及原理

2.4 本章小结

第三章 发动机与液压驱动系统匹配及控制

3.1 发动机的特性分析

3.2 发动机与变量泵的匹配和控制

3.3 变量泵与变量马达的参数匹配和控制

3.4 行驶系统控制策略

3.5 液压元件效率分析

3.6 本章小结

第四章 履带式装载机行驶驱动系统参数匹配

4.1 装载机行驶系统运动学与动力学分析

4.2 行驶液压系统压力的选取

4.3 行驶液压系统参数计算及设备选型

4.4 液压元件转速匹配校核

4.5 本章小结

第五章 液压行驶驱动系统的数学模型

5.1 发动机油门控制机构数学模型

5.2 泵的变量调节机构数学模型

5.3 变量马达变量调节机构数学模型

5.4 泵—马达系统的数学模型

5.5 马达转角—车辆速度数学模型

5.6 负载等效处理

5.7 本章小结

第六章 液压行驶系统软件仿真

6.1 软件概述

6.2 液压行驶控制系统的仿真参数及系统总传递函数

6.3 Simulink仿真

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

攻读硕士研究生期间完成的专利

攻读硕士研究生期间发表的学术论文

致谢