考虑作业功率消耗的液压机械装载机控制策略及视景仿真研究

【摘要】：轮式装载机作为不可或缺的工程机械,广泛应用于矿山、工地等进行土石方作业,由于装载机工程作业时工作环境恶劣,外界负载多变,造成装载机经济性、动力性不佳。液压机械无级传动变速器(HMT)动力传递过程中既可以保证速比无级可调又能满足装载机工作时大功率需求,已经成为轮式装载机传动系统的发展趋势,发动机工作效率和液压机械无级变速器传动效率是影响装载机经济性的主要因素,本文以满足装载机动力性为前提,提高经济性为目标,进行考虑作业功率消耗的液压机械装载机控制策略和V型循环作业视景仿真研究。主要内容包括:(1)采用多项式拟合结合系数修正的方法,考虑曲轴波动产生惯性负载的影响,建立发动机输出扭矩数值模型,根据发动机万有特性曲线,确定发动机小时油耗MAP图;分析液压机械无级变速器系统的结构组成、换段规律等,获得不同段位时速比调节特性、输出扭矩特性和效率特性。(2)以单独行车和联合作业工况发动机总功率下油耗最低为目标,兼顾作业效率,提出考虑作业功率消耗的装载机液压机械无级变速器速比控制方法。通过发动机当前扭矩、液压机械无级变速器输出转速、发动机目标转速和扭矩确定液压机械无级变速器目标速比,采用增量式PID控制方法,制定目标速比跟踪控制策略。(3)基于MATLAB/Simulink/Simscape模型库搭建整车模型、液压机械无级变速器控制策略模型,进行V型循环作业仿真分析,结果表明,本文提出的考虑作业功率消耗的装载机速比控制策略总燃油消耗269.1m L,与基于发动机经济性曲线制定的控制策略相比节油约9.8%。(4)在Solidworks中建立某装载机车体和工作装置三维模型,通过将*vrml格式装载机三维模型导入MATLAB/VR Sink模块中,针对三维模型各构件之间关系,对各构件进行分组及运动定义,搭建三维视景仿真模型,运用控制策略仿真结果,进行装载机V型循环作业视景仿真,进一步验证控制策略的效果。