回流式液压机械传动系统的基础特性研究

摘要

本文主要介绍一种由液压泵-马达和行星排组成的新型回流式液压机械无级传动系统，此结构具有提高传动效率和低速增扭的特点。在阐述回流式液压机械传动系统的结构和工作原理后，推导出速比、效率、变矩比等基础特性的公式，然后对其结构参数进行优化设计。分析档位变速器对于新型回流结构的影响，并把回流式液压机械传动系统的传动特性与工程车辆上常用的分流式液压机械传动结构和纯液压结构的传动特性进行对比分析，最后建立回流液压变速传动系统的动力学模型，然后在此模型基础上进行动态分析并给出此结构具有缓冲减震和低速增扭的特性。　　本文是批准号为51875055的国家自然科学基金项目的一部分研究内容，其题目为新型回流变速传动系统设计理论与控制方法研究。本文主要研究工作如下：　　① 采用一种新型的回流式液压机械传动系统的传动结构，并分析其工作原理，推导出系统的速比、效率、变矩比等基础特性的数学表达式，为后文回流式传动系统的参数优化设计提供理论参考。　　② 通过分析计算得出了液压泵-马达的基本参数和其效率特性曲线，然后对回流式液压机械传动系统的行星排结构参数、液压泵排量比及液压泵-马达的效率对系统传动性能的影响进行分析，得出相关规律并利用多目标遗传算法对此系统这些参数进行优化设计。在保证系统调速性能、经济性能和变矩性能的前提下，通过建立系统的多目标优化数学模型和NAGA-Ⅱ多目标遗传算法优化得到行星排结构参数的最优解集，最终选出当ε＞0时，行星排结构参数k1=2.361 ，ε＜0时，行星排结构参数k2=3.122为优化的结果。然后设计系统传动速比，确定增加档位变速器使速比变化范围满足要求。　　③ 介绍了回流式液压传动系统档位变速器存在于不同位置时的三种结构，并对其基础特性进行对比分析得出不同结构适合的工况。然后对比分析回流式液压机械传动和分流式液压机械传动的基础特性，得出回流结构低速增扭的优点，最后对比分析回流式和纯液压传动的效率特性，得出回流结构明显良好的传动特性。　　④ 分别建立了液压泵-马达系统的动力学模型和行星齿轮的动力学模型，在此基础上再建立回流式液压传动系统的动力学模型。然后基于此回流系统的模型深入研究分析当系统输入波动转矩时，回流式液压机械传动系统的输出扭矩的结果，进而验证该回流系统具有良好的减震缓冲性能和低速增扭特性。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 液压机械无级传动原理

1.2.2 液压机械无级传动分类

1.2.3 液压机械无级变速的研究的国内外现状

1.3 回流式液压机械传动系统

1.4 主要研究内容

2 回流式液压传动系统的基础特性

2.1 无级变速传动

2.2 回流式液压机械传动系统的工作原理

2.3 回流式液压机械传动系统的基础特性分析

2.3.1 回流液压传动系统的速度特性

2.3.2 回流液压传动系统的力矩特性

2.3.3 回流液压传动系统的功率分流特性

2.3.4 回流液压传动系统的效率特性

2.4 本章小结

3 回流式液压传动系统参数优化设计方法

3.1 参数确定

3.1.1 整车主要参数

3.1.2 泵、马达参数确定

3.1.3 液压泵-马达效率特性

3.2 回流式液压传动性能影响因素分析

3.2.1 系统速比性能的影响因素分析

3.2.2 系统变矩比性能的影响因素分析

3.2.3 系统效率性能的影响因素分析

3.2.4 结构参数对回流传动分流性能的影响和分析

3.2.5 结构参数对回流传动性能的影响分析的总结

3.3 建立多目标优化设计模型

3.3.1 优化变量的选取

3.3.2 回流传动性能评价指标

3.3.3 参数约束条件

3.4 多目标优化求解

3.4.1 NSGA-Ⅱ多目标遗传算法

3.4.2 回流传动系统参数优化选择

3.4.3 回流传动系统优化参数选择

3.5 回流式液压机械传动系统的参数制定

3.5.1 行星排齿轮机构参数制定

3.5.2 传动系统速比设计

3.6 本章小结

4 回流式液压机械传动系统传动特性对比分析

4.1 引言

4.2 不同配置结构时回流式液压机械传动特性对比分析

4.2.1 不同配置结构系统速比特性对比

4.2.2 不同配置结构系统变矩特性对比

4.2.3 不同配置结构系统效率特性对比

4.3 回流传动与分流传动的基础特性对比分析

4.3.1 回流传动与分流传动的速比特性对比

4.3.2 回流传动与分流传动的变矩特性对比

4.3.3 回流传动与分流传动的效率特性对比

4.4 回流式液压机械传动与纯液压机械传动的对比分析

4.5 本章小结

5 回流式液压机械传动系统动力学模型及动态特性分析

5.1 引言

5.2 变量泵-定量马达动力学模型

5.2.1 变量泵的数学模型

5.2.2 变量泵-定量马达高压腔流量连续性方程

5.2.3定量马达和负载的转矩平衡方程

5.2.4泵-马达系统参数与动力学模型

5.3 行星齿轮动力学模型

5.4 回流式液压机械传动系统动力学模型

5.5 应用回流系统的装载机V型作业工况的动力学分析

5.6本章小结

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

B. 学位论文数据集

致谢