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HMCVT中湿式离合器结构优化与换段品质研究

钱煜  
【摘要】:液压机械无级变速箱(HMCVT)作为一种液压与机械复合的新型传动装置,可根据工作负载变化自动切换档位,提高变速箱的传动效率,是目前重型拖拉机传动系统的研究方向。拖拉机在田间工作时,变速箱需要频繁的换段来适应多变的工况。拖拉机换段产生的冲击会对换段部件湿式离合器以及传动系统的寿命产生影响。为减小变速箱换段冲击、提高驾驶舒适性,本文将仿真分析与台架试验相结合,从以减少湿式离合器滑磨功为优化目标的结构参数优化、对影响换段品质的因素进行仿真试验、试验台架的搭建与换段品质的台架试验分析4个方面进行如下的研究:(1)根据HMCVT传动方案中各段所需传递转矩的值,对3个湿式离合器进行结构设计。选取摩擦片型号规格,对每个离合器摩擦副数量与活塞行程进行计算,同时确定润滑冷却所需油量。并设计湿式离合器的密封位置和密封方式。(2)将I-PSO算法与Matlab/Simulink结合,提出一种优化设计新方法对湿式离合器的摩擦片相关参数进行优化。首先,基于湿式离合器的动力学分析,在Matlab/Simulink中搭建动力传递的仿真模型。而后,根据模拟退火算法的思想对改进的粒子群算法进行再度改进,并基于某测试函数验证了算法改进的效果。最终选择离合器的滑磨功与体积作为优化目标,联合改进粒子群算法与Matlab/Simulink中建立的湿式离合器仿真模型对湿式离合器进行多目标优化设计。研究结果表明:优化后的湿式离合器的总目标函数缩小40.12%,滑磨功较小约61.8%,表明优化效果明显。(3)为了改善配备液压机械无级变速器的重型拖拉机的换段品质,基于SimulationX软件搭建换段仿真模型,深入研究相关因素与换段品质之间的具体关系。首先,依据变速箱的传动原理建立仿真模型,并对该仿真模型精确度进行间接验证。而后,确定影响换段品质的3类因素,即结构设计因素、环境因素、可调节因素,并在仿真模型中进行五因素四水平正交试验。利用逐步回归分析法(Stepwise)与极差分析法对正交试验结果进行数据处理,分析得到各因素对换段品质影响程度的高低,建立换段品质评价指标数学模型;并提出了方差权重确定法将两相关性相反的指标进行参数匹配,得到总换段品质数学模型。最后,对结构设计因素进行单因素试验,确定其各自与换段指标之间的精确关系。研究结果表明:湿式离合器接合过程中,影响速度降的主要因素为充油压力、流量与负载,影响动载荷的主要因素为充油压力与负载。结构设计因素中,换段评价指标均与摩擦片数量相关性较高,与摩擦片内、外径相关性较低。本文提出方差权重确定法与逐步回归分析法相结合,为换段品质研究提供一种精度较高的建模方法。(4)搭建HMCVT试验台架并进行换段品质相关试验以得到充油压力、发动机转速对换段品质的影响。首先,对HMCVT台架结构设计方式、驱动模块、负载模块以及各类传感器进行选型并且对湿式离合器液压控制系统进行设计。而后,在台架进行离合器充油试验与充油压力、发动机输出转速对换段品质的影响试验。最终对试验所得充油曲线与理论充油曲线在Matlab中进行参数对比。研究结果表明:本台架湿式离合器可以进行正确有效的充油,为换段试验的进行奠定了基础;发动机输出转速对速度降与动载荷的影响幅度相近,充油压力变化对速度降的影响相比动载荷显著。


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