（機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)論文）工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的研究.pdf

碩十學(xué)位論文 摘要 工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)是對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行整車跑合、試驗(yàn)的一種大型設(shè)備。加載系統(tǒng) 是試驗(yàn)臺(tái)的核心系統(tǒng)，構(gòu)成試驗(yàn)臺(tái)的主體，它的性能直接影響到工程機(jī)械跑合一試驗(yàn)時(shí) 的穩(wěn)定性、快速性和控制精度。二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)不但具有效率高、可控性好的特 點(diǎn)，而且可以將制動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)。本文在滿足工程機(jī)械跑合的穩(wěn)定性、 快速性要求的基礎(chǔ)上，將二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)加載系統(tǒng)， 采用機(jī)理建模的方法分別對(duì)二次調(diào)節(jié)加載子系統(tǒng)及恒壓油源子系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并對(duì) 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。 本文以工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)為研究對(duì)象，具體完成了以下工作： 首先，針對(duì)傳統(tǒng)加載裝置的加載力矩小，能量不能回收等缺陷，研究了二次調(diào)節(jié)靜液傳 動(dòng)技術(shù)，分析總結(jié)了二次元件的機(jī)構(gòu)工作原理及二次加載系統(tǒng)的控制方式，將二次調(diào)節(jié) 靜壓技術(shù)應(yīng)用到跑合試驗(yàn)臺(tái)。其次，根據(jù)工程機(jī)械跑合、試驗(yàn)時(shí)的加載要求，擬定出了 基于二次調(diào)節(jié)靜壓傳動(dòng)技術(shù)的跑合試驗(yàn)臺(tái)原理圖，并計(jì)算出試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為二 次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。最后，建立了加載子系統(tǒng)( 二次元件、電液伺服閥、 變量油缸) ，恒壓油源子系統(tǒng)( 恒壓變量泵、蓄能器) 的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用m a t l a b 軟 件分別對(duì)加載子系統(tǒng)，恒壓油源子系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，分析了加載子系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安 全性及蓄能器對(duì)恒壓系統(tǒng)的影響。 本文通過(guò)對(duì)二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)研究，豐富了二次靜液傳動(dòng)理論的應(yīng)用。建立了二次 調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，為加載仿真分析提供了理論支持。仿真結(jié)果表明二次調(diào)節(jié)加載 系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，快速性及控制精度。節(jié)約了能源，實(shí)現(xiàn)能量回收，達(dá)到節(jié)能環(huán) 保的目的。 關(guān)鍵詞：工程機(jī)械跑合；跑合試驗(yàn)臺(tái)；二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)；蓄能器；能量回收 _ 程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)_ 二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的研究 a b s t r a c t e n g i n e e r i n gm a c h i n e r yr u n n i n g i nt e s ts y s t e mi sak i n do fl a r g es c a l ee q u i p m e n t ，w h i c h c a nr u na n dt e s tf o r t h ee n g i n e e r i n gm a c h i n e r y l o a d i n gs y s t e mi st h ec o r eo ft e s t b e ds y s t e m ， w h i c hc o n s t i t u t e st h em a i nb o d yo ft h et e s t b e ds y s t e m i td i r e c t l ya f f e c t st h ep e r f o r m a n c eo f t h es t a b i l i t ya n dp r o p e r t yo fe n g i n e e r i n gm a c h i n e r yd u r i n gn m n i n g t e s t i n g h y d r o s t a t i c t r a n s m i s s i o nw i t hs e c o n d a r yr e g u l a t i o nt e c h n o l o g yh a sm a n ya d v a n t a g e s ，i n c l u d i n gh i g h e f f i c i e n c y , g o o dc o n t r o l l a b i l i t y , r e c y c l i n ga n dr e u s i n gt h eb r a k i n gd y n a m i ce n e r g yt o 鰣d t h i sp a p e rp r o p o s e dt h ei d e at h a ta p p l y i n gh y d r o s t a t i ct r a n s m i s s i o nw i t hs e c o n d a r yr e g u l a t i o n t e c h n o l o g yt ot e s t i n gs y s t e mf o re n g i n e e r i n gm a c h i n e r yo nt h eb a s i so fr u n n i n gs t a b i l i t y r e l i a b i l i t y t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h es y s t e mi sf o u n d e db ym e c h a n i s mm o d e l i n g t e c h n o l o g y , w h i c hc o n s i s t so ft h es e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs u b s y s t e m c o n s t a n tp r e s s u r e o i ls o u r c es u b s y s t e ma n ds t u d yo ns e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs y s t e ma r ep e r f o r m e db y s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t t h ef o l l o w i n gw o r kw a sc o m p l e t e dw h i c ht o o kt h es e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs y s t e m f o re n g i n e e r i n gm a c h i n e r yr u n n i n g - i nt e s ts y s t e ma st h eo b j e c to f s t u d y f i r s t l y ，a i ma tt h e f l a wt h a tt h et r a d i t i o n a ll o a d i n gd e v i c eo fl o a dt o r q u ei ss m a l l ，e n e r g yc a n tb er e c o v e r e de t c r e s e a r c h e dt h et e c h n o l o g yo fh y d r o s t a t i ct r a n s m i s s i o nw i t hs e c o n d a r yr e g u l a t i o nt e c h n o l o g y ， c o n c l u d e dw o r k i n gp r i n c i p l eo ft h ei n s t i t u t i o n so ft h es e c o n d a r yc o m p o n e n ta n dc o n t r o lm o d e o ft h es e c o n d a r yr e g u l a t i o n l o a d i n gs y s t e m a n dt h e np r o p o s e dt h ei d e at h a ta p p l y i n g h y d r o s t a t i ct r a n s m i s s i o nw i t hs e c o n d a r yr e g u l a t i o nt e c h n o l o g yt oe n g i n e e r i n gm a c h i n e r y r u n n i n g i nt e s ts y s t e m s e c o n d l y ，a c c o r d i n gt ot h el o a d i n gr e q u i r e m e n t so fe n g i n e e r i n g m a c h i n e r yd u r i n gr u n n i n g - t e s t ，f o r m u l a t e dt h es t r u c t u r ed i a g r a mo fe n g i n e e r i n gm a c h i n e r y r u n n i n g 。i n t e s t s y s t e m b a s e do n h y d r o s t a t i c t r a n s m i s s i o nw i t hs e c o n d a r y r e g u l a t i o n t e c h n o l o g y ，a n dc a l c u l a t e dt h es t r u c t u r ep a r a m e t e r so fr u n n i n g i nt e s tb e n c h ，o f f e r e dt h e t h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h es e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs y s t e m a tl a s t ，f o u n d e dm a t h e m a t i c a l m o d e lo ft h e s e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs u b s y s t e m ( t h e s e c o n d a r yc o m p o n e n t ， e l e c t r o _ h y d r a u l i cs e r v ov a l v e ，av a r i a b l eo i lc y l i n d e r ) ，c o n s t a n tp r e s s u r eo i ls o u r c es u b s y s t e m ( c o n s t a n tp r e s s u r ev a r i a b l ep u m p ，a c c u m u l a t o r ) ，u s i n gm a t l a bs o f t w a r et os i m u l a t et h e s e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs u b s y s t e m c o n s t a n tp r e s s u r eo i ls o u r c es u b s y s t e m ，a n d a n a l y z e dt h es t a b i l i t yr e l i a b i l i t yo ft h es e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs u b s y s t e ma n dt h e 碩十產(chǎn)何論文 i n f l u e n c eo fa c c u m u l a t o rt oc o n s t a n tp r e s s u r es y s t e m t h er e s e a r c ho nt h es e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs y s t e me n r i c h e dt h ec o n t e n ta n d e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n so fh y d r o s t a t i ct r a n s m i s s i o nw i t hs e c o n d a r yr e g u l a t i o nt e c h n o l o g y b u i l dt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h es e c o n d a r yr e g u l a t i o nl o a d i n gs y s t e mt o s u p p o r tt h e d e t e r m i n i n go fe n g i n e e r i n gm a c h i n e r yl o a d i n gs i m u l a t i o na n a l y s i st h e o r e t i c a l l y s i m u l a t i o n r e s u l t si n d i c a t et h a tl o a d i n gs y s t e mw i t hs e c o n d a r y r e g u l a t i o nh a sg o o ds t a b i l i t y ，a n ds e c u r i t y s a v ee n e r g ya n da c h i e v ee n e r g yr e c o v e r y ，a n da c h i e v et h e g o a l o fe n e r g ys a v i n ga n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n k e yw o r d s ：e n g i n e e r i n gm a c h i n e d ，r u n n i n g ；r u n n i n g - i nt e s ts y s t e m ；s e c o n d a r yr e g u l a t i o n s y s t e m ；a c c u m u l a t o r ；e n e r g yr e c o v e r y i i i 碩十學(xué)f _ 7 = 論文 量鼉曼曼曼皇舅曼舅曼曼曼曼曼曼曼鼉曼曼曼皇曼曼曼曼曼舅曼曼 ；i i 一 一i i i 皇鼉 1 1 課題研究背景及意義 第1 章緒論 隨著近年來(lái)能源價(jià)格上漲和能源危機(jī)的出現(xiàn)，世界上越來(lái)越多的國(guó)家都在陸續(xù)推出 節(jié)能降耗的發(fā)展戰(zhàn)略，并初步取得成效。據(jù)歐盟委員會(huì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2 0 0 0 年至2 0 0 8 年間、 英國(guó)的能源使用量在8 年間下降了超過(guò)5 。目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)粗放型增長(zhǎng)方式還沒(méi)有 發(fā)生根本行的轉(zhuǎn)變，經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)在很大程度上靠大量消耗資源來(lái)實(shí)現(xiàn)，浪費(fèi)大，污染 重，資源利用率低。我國(guó)人均資源的占有量越來(lái)越少，2 0 1 1 年我國(guó)g d p 總量大概相當(dāng) 于全球g d p 的1 0 4 8 ，但消耗了世界能源的2 0 3 。這樣巨大的資源消耗，以及所帶 來(lái)的環(huán)境影響，是難以支持中國(guó)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的。因此轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，提高能源 的利用率已經(jīng)時(shí)不我矧。 我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)總體水平較低，大部分企業(yè)規(guī)模較小、技術(shù)工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量同歐 美國(guó)家相比故障率高、可靠性差、一次裝配合格率低。如若工程機(jī)械在出廠前沒(méi)有進(jìn)行 必要的跑合，而直接交予用戶進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，在重載下勢(shì)必對(duì)工程機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)造成劇 烈的磨損。為了解決這些問(wèn)題，一些工程機(jī)械廠家大都采用跑合試驗(yàn)臺(tái)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行 整車跑合的方法。加載系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)的核心系統(tǒng)構(gòu)成試驗(yàn)臺(tái)的主體，其性能直接決定著 工程機(jī)械跑合的效果。因此，尋找既能滿足工程機(jī)械跑合的穩(wěn)定性、快速性要求又能節(jié) 約能源的加載方式就顯得尤為重要。 本論文提出的二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)加載系統(tǒng)不僅能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行跑合， 而且能夠根據(jù)載荷譜( 功率，速度，加載時(shí)間) 的大小通過(guò)實(shí)時(shí)的調(diào)整二次元件的傾角 的大小來(lái)調(diào)節(jié)其排量的大小，以滿足實(shí)際加載功率的需要。最重要的是對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行 加載跑合制動(dòng)的過(guò)程中，勢(shì)必要消耗大量的能源，而有二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)能量回收的技術(shù)特 點(diǎn)，能夠?qū)⑽盏哪芰客ㄟ^(guò)發(fā)電機(jī)送回到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)功率回收，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的， 同時(shí)加載系統(tǒng)可省去冷卻裝置，減少設(shè)備的總投資，并省去冷卻裝置費(fèi)用。 1 2 國(guó)內(nèi)9 1 $ f l 關(guān)研究綜述 1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 6 0 、7 0 年代國(guó)外已廣泛使用水力測(cè)功機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行加載測(cè)功，如英國(guó)費(fèi)羅特公司， 西德的s c h e n c k 公司、z o l l n e r 公司【2 1 。由于水力測(cè)功機(jī)存在著調(diào)節(jié)滯后現(xiàn)象，給實(shí)現(xiàn) 遙控及自動(dòng)控制帶來(lái)困難。又因低轉(zhuǎn)速時(shí)，吸功能力小，使轉(zhuǎn)速的適應(yīng)范圍受到限制。 丁稃機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)= 次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的研究 在此期間國(guó)外一些廠家也生產(chǎn)直流電力測(cè)功機(jī)，由于直流電力測(cè)功機(jī)有電刷整流子摩 擦，轉(zhuǎn)矩不能太高，壽命短，造價(jià)高，維護(hù)困難等缺點(diǎn)，很難推廣。比較有代表性的生 產(chǎn)廠家有日本小野公司，德國(guó)西門子公司。 1 9 7 8 年隨著德國(guó)f e v 發(fā)動(dòng)機(jī)公司的成立，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，該公司研究出了 電渦流測(cè)功機(jī)【3 1 。電渦流測(cè)功機(jī)具有高精度、高穩(wěn)定性、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。 但電渦流測(cè)功機(jī)不能用于整車加載測(cè)功。 隨著整車測(cè)功及自動(dòng)化控制的需要，由a v l 和e l i n 公司聯(lián)合生產(chǎn)的a p a 系列交流 電力測(cè)功機(jī)具有一定的代表性，以計(jì)算機(jī)為中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理與工況自控。另 外德國(guó)申克、西門子、日本小野公司都開(kāi)始生產(chǎn)交流電力測(cè)功機(jī)。交流電力測(cè)功機(jī)基本 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，有較好的綜合性能，但價(jià)格昂貴。 隨著二次調(diào)節(jié)技術(shù)的不斷成熟，1 9 9 3 年w b a c k e 教授和c h k o e g l 提出了基于二次 調(diào)節(jié)技術(shù)的轉(zhuǎn)矩伺服加載的思想【4 1 。日本學(xué)者h(yuǎn) n a k a z a w a 、s y o k o t a 和y k i t a 提出了將 二次元件一飛輪組合應(yīng)用于汽車剎車裝置，從而達(dá)到節(jié)能的目的 s , 6 1 。特別是力士樂(lè)公司 的r k o d a k 先生已成為將二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到工程領(lǐng)域的杰出代表人物。 2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)南通市啟東測(cè)功設(shè)備廠在1 9 8 5 年引進(jìn)了西德策爾納公司技術(shù)，首先在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā) 生產(chǎn)水力測(cè)功機(jī)【2 】。目前該測(cè)功機(jī)幾何被淘汰。 3 6 圖1 1 傳統(tǒng)液壓測(cè)功器原理圖 1 轉(zhuǎn)鼓；3 一左半軸；4 一主減速器總成；5 一主傳動(dòng)軸 我國(guó)于1 9 8 5 年成功研制了1 0 0 馬力和2 0 馬力的液壓測(cè)功器，他解決了當(dāng)時(shí)拖拉機(jī) 在不拆卸的情況下的動(dòng)力測(cè)試問(wèn)題。后又經(jīng)過(guò)研究、分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型 的液壓測(cè)功器口l 。該液壓測(cè)功器已經(jīng)有廠家批量生產(chǎn)。該液壓加載系統(tǒng)如( 圖1 1 ) 是由 2 碩十學(xué)位論文 曼i ii ii 一鼉曼皇曼曼曼曼曼亭鼉曼曼曼皇曼鼉曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼寰 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵輸出高壓油，壓力由控制閥組調(diào)節(jié)，高壓油經(jīng)過(guò)控制閥組后變成低壓油， 大部分液壓能變成熱能，使油溫升高。低壓油再經(jīng)過(guò)油馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)，油馬達(dá)帶動(dòng) 風(fēng)扇工作，風(fēng)扇對(duì)流經(jīng)散熱器的高溫油進(jìn)行散熱，最終使熱能由熱空氣帶走，散入大氣 中。 天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所開(kāi)發(fā)的立式直流電力測(cè)功機(jī)是以計(jì)算機(jī)為核心，集轉(zhuǎn)速、扭 矩和油耗檢測(cè)為一體的發(fā)動(dòng)機(jī)性能檢測(cè)設(shè)備。由于直流電力測(cè)功機(jī)本身的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi) 很少應(yīng)用。 1 9 9 3 年第一臺(tái)電渦流測(cè)功機(jī)進(jìn)入中國(guó)后被應(yīng)用于深圳市新永通實(shí)業(yè)有限公司研發(fā) 的風(fēng)冷式底盤測(cè)功機(jī)，從此替代了中國(guó)市場(chǎng)原用的水冷式測(cè)功機(jī)及直流電力測(cè)功機(jī)【2 1 。 但與水力測(cè)功機(jī)一樣只能夠吸收能量，并將吸收的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗而不能進(jìn)行能量 回收。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)小功率電渦流測(cè)功機(jī)的企業(yè)主要有啟東測(cè)功器廠、湘儀動(dòng)力測(cè)功器 有限公司。 近年湖南大學(xué)電力測(cè)功機(jī)研究所與湘潭電機(jī)廠合作，研究交流變頻電力測(cè)功機(jī)【2 1 。 1 9 9 7 年哈爾濱工業(yè)大學(xué)田聯(lián)房博士設(shè)計(jì)、安裝了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)應(yīng)用二次調(diào)解原理的靜 液驅(qū)動(dòng)扭矩伺服加載試驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)用神經(jīng)模糊p i d 控制策略取得了滿意的仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 【7 8 】。2 0 0 0 年長(zhǎng)安大學(xué)在工程機(jī)械多功能綜合試驗(yàn)臺(tái)上采用y - - 次調(diào)節(jié)技術(shù)，并對(duì)控制 特性及節(jié)能進(jìn)行了分析【9 】。 目前常用的幾種加載檢測(cè)裝備性能對(duì)比見(jiàn)表1 1e 1 0 1 。 表1 1 幾種加載裝置的性毹比較表 點(diǎn)渦流測(cè)功器 電力測(cè)功機(jī) 二次調(diào)節(jié)柱塞單元 參趴 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3 08 01 加載裝置體積 5 5 2 1 0 1 0 0 用途不可模擬整車試驗(yàn)可模擬整乍試驗(yàn)可模擬整車試驗(yàn) 轉(zhuǎn)動(dòng)方向雙向雙向雙向 轉(zhuǎn)矩方向阻力矩( 兩緣限)四象限四象限 動(dòng)態(tài)響應(yīng)適中高 能量回收熱能電能液壓或電能 同收能量品質(zhì)好 取決變換裝置取決于控制裝置 價(jià)格3 0 1 2 0 1 0 0 綜上所述，水力測(cè)功機(jī)工作時(shí)噪音大，而且在轉(zhuǎn)速高、制動(dòng)扭矩小的區(qū)段幾乎不能 穩(wěn)定工作，應(yīng)用較少。電渦流測(cè)功機(jī)技術(shù)水平偏低，只能吸收功率，將其全部轉(zhuǎn)化為熱 丁程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的研究 能消耗而不能回收。直流測(cè)功機(jī)結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械轉(zhuǎn)向器和電刷，造價(jià)偏高，維護(hù)困難， 壽命短。交流電力測(cè)功機(jī)測(cè)功范圍寬，在對(duì)原動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)量的同時(shí)，還能以發(fā)電的形式 回收能量，轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)迅速而且測(cè)量精度高，但由于在跑合測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)中反復(fù)啟停， 對(duì)電力測(cè)功機(jī)危害較大，所以很少用在跑合試驗(yàn)臺(tái)中。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng) 技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，但將此技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工程的研究方面與國(guó)外相比還存在較大 的差距?；诙握{(diào)節(jié)技術(shù)本身能量回收的特點(diǎn)，將此技術(shù)應(yīng)用在跑合試驗(yàn)臺(tái)中具有很 大的實(shí)際意義。 1 3 論文的研究?jī)?nèi)容 跟據(jù)國(guó)內(nèi)外加載設(shè)備的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以滿足工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)用于對(duì)工 程機(jī)械測(cè)試試驗(yàn)時(shí)能夠模擬實(shí)際工況的要求，對(duì)工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)及加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 主要考慮以下兩方面因素： i 試驗(yàn)臺(tái)能夠?qū)こ虣C(jī)械前后橋同時(shí)分別加載。 2 在試驗(yàn)臺(tái)上能夠模擬工程機(jī)械的實(shí)際路況( 轉(zhuǎn)彎及坑洼) 。 本論文以金川公司生產(chǎn)的j c c y - 2 鏟運(yùn)機(jī)為對(duì)象，來(lái)研究工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)的加 載系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。本文研究?jī)?nèi)容主要有以下幾點(diǎn)： 1 ) 根據(jù)工程機(jī)械跑合、試驗(yàn)時(shí)的具體工況要求，擬定出了工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)結(jié) 構(gòu)原理圖，并對(duì)工程機(jī)械跑合過(guò)程進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，計(jì)算出了跑合試驗(yàn)臺(tái)架 結(jié)構(gòu)參數(shù)。 2 ) 基于二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)與工程機(jī)械跑合要求，擬定出二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)原 理圖，并合理選擇加載子系統(tǒng)的元件，計(jì)算出在負(fù)載作用下各執(zhí)行元件所需流量、壓力 及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間。 3 ) 建立二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)并對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，最后應(yīng) 用m a t l a b 仿真軟件加載子系統(tǒng)，及油源子系統(tǒng)( 恒壓變量泵、蓄能器) 進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿 真。 1 4 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要的介紹了本論文的研究背景及研究意義，并綜述了國(guó)內(nèi)外加載裝置、二次 調(diào)節(jié)技術(shù)及二次調(diào)節(jié)技術(shù)在加載裝置上發(fā)展歷程。最后詳細(xì)介紹了論文的主要內(nèi)容。 4 碩t 學(xué)1 _ 7 = 論文 2 1 引言 第2 章工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)工程機(jī)械加載跑合試驗(yàn)臺(tái)大都是粗放性的，加載設(shè)備是通過(guò)皮帶傳動(dòng)來(lái)對(duì)工程 機(jī)械進(jìn)行跑合加載。這種傳動(dòng)方式不能保證精確的傳動(dòng)比，從而使結(jié)果缺乏客觀的唯一 性；也無(wú)法滿足工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)對(duì)工程機(jī)械測(cè)試試驗(yàn)時(shí)能夠模擬實(shí)際工況的要求。 本章根據(jù)跑合試驗(yàn)時(shí)的實(shí)際工況要求，將主減速器總成作為試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)從而代 替帶傳動(dòng)，設(shè)計(jì)跑合試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖，并對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析。 2 2 工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理與方案 2 2 1 試驗(yàn)臺(tái)建設(shè)的目的與研究?jī)?nèi)容 跑合試驗(yàn)臺(tái)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)跑合方式，以更加合理的加載方式對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行 跑合，還可以通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)及時(shí)檢測(cè)出裝配缺陷。也可以開(kāi)展對(duì)工程機(jī)械各方面課題的 模擬試驗(yàn)研究，與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物試驗(yàn)研究對(duì)比，試驗(yàn)臺(tái)模擬試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)可以嚴(yán)格的控制試 驗(yàn)條件和改變系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)某一參數(shù)的作用展開(kāi)單因素的試驗(yàn)分析。 試驗(yàn)臺(tái)可以研究的內(nèi)容如下： ( 1 ) 通過(guò)加載跑合，可以定性研究由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、主減速器總成到驅(qū)動(dòng)輪之 間的裝配質(zhì)量。也可研究由發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪在工程機(jī)械負(fù)荷下各元件參數(shù)的合理選 擇與匹配。 ( 2 ) 可以研究工程機(jī)械制動(dòng)能力：如發(fā)動(dòng)機(jī)反拖制動(dòng)、長(zhǎng)坡制動(dòng)、等制動(dòng)方式。 ( 3 ) 可以模擬實(shí)際工程，研究工程機(jī)械各個(gè)方面的課題。 2 2 2 試驗(yàn)臺(tái)主要功能 根據(jù)跑合加載試驗(yàn)的要求及試驗(yàn)臺(tái)安全性能要求，系統(tǒng)應(yīng)具備的功能如下： 1 控制功能 a 載荷譜自動(dòng)加載和調(diào)節(jié)控制，用于模擬不同道路的行駛情況，如模擬各種路面的 行駛阻力、轉(zhuǎn)彎及坑洼路面。 b 舉升裝置，使被試車輛能方便地上下臺(tái)架。移動(dòng)裝置，使前轉(zhuǎn)鼓總成能夠前后移 動(dòng)而適應(yīng)不同軸距車輛。拉緊裝置，防止在大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)車輛沖出轉(zhuǎn)鼓臺(tái)。 t 程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)1 ，加載系統(tǒng)的研究 2 檢測(cè)功能：系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)和實(shí)時(shí)顯示試車的有關(guān)數(shù)據(jù)為： a 施加載荷 x x 千瓦 b 車速 x x 公里4 , 時(shí) c 變速箱軸頸及殼體溫度 d 傳動(dòng)軸頸及殼體溫度 e 各輪邊溫度 3 顯示功能 采用雙屏幕顯示，其中一個(gè)大屏幕掛在駕駛員前方的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，用于提示駕駛員應(yīng) 做的操作及車輛運(yùn)行主要參數(shù)的報(bào)警信息，另一彩色顯示屏放在機(jī)房操作人員面前，以 表格形式顯示車輛全部運(yùn)行參數(shù)，并以漢字菜單形式提示操作人員應(yīng)輸人的參數(shù)及載荷 ；韭 p 日o 4 報(bào)警功能 為保證被試車輛及試車臺(tái)重要設(shè)備的安全，在運(yùn)行中自動(dòng)檢測(cè)的參數(shù)傳給計(jì)算機(jī) 后，計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)達(dá)到或超過(guò)臨界值時(shí)則立即報(bào)警，操作員根據(jù)超限值及其增長(zhǎng)率來(lái)判斷 是否要立即停車，若要立即停車則計(jì)算機(jī)一方面給駕駛員發(fā)出上車關(guān)機(jī)命令，同時(shí)控制 車輛按一定速率減載，以防飛車 5 打印報(bào)表功能 試車完成后或因故中途停車，均按要求的格式打印出試車報(bào)告單，經(jīng)駕駛員及操作 員簽字后交有關(guān)部門此外還用于打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表 6 建立試車數(shù)據(jù)庫(kù) 根據(jù)每次試車的檢測(cè)參數(shù)及故障情況建立試車數(shù)據(jù)庫(kù)，以便統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的單項(xiàng)指標(biāo)及 綜合指標(biāo)，考核裝配質(zhì)量及有關(guān)部件總成的裝配質(zhì)量，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供依據(jù)， 并按要求打印出各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表及隨時(shí)查閱已試車輛的有關(guān)數(shù)據(jù)。 2 2 3 跑合試驗(yàn)流程 1 根據(jù)不同車輛軸距不同，啟動(dòng)轉(zhuǎn)鼓臺(tái)移動(dòng)油缸調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)前后轉(zhuǎn)鼓總成之間的 距離。 2 啟動(dòng)舉升器油缸，試驗(yàn)車輛就位后落下舉升板，使轉(zhuǎn)鼓支撐車輛輪胎。車輛的 前后兩端用拉緊油缸和鋼絲繩固定。 6 碩士學(xué)位論文 3 發(fā)動(dòng)車輛，按預(yù)定的速度行駛。同時(shí)，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)按預(yù)定的負(fù)荷通過(guò)加裝 系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行加裝，直至各工況試驗(yàn)完畢。在這過(guò)程中，系統(tǒng)應(yīng)不斷的測(cè)試車輛行駛 速度和負(fù)荷、定期檢測(cè)車體各部分溫度并發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)和指揮操作員、實(shí)驗(yàn)員的操作命 令。 4 車輛熄火，加裝設(shè)備去掉負(fù)荷，松開(kāi)拉緊油缸，舉起舉升器，車輛駛出。 2 2 4 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理 根據(jù)工程機(jī)械跑合的功能要求及工作流程，擬定出工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖， 如圖2 1 所示，主要是由轉(zhuǎn)鼓臺(tái)總成，模擬加載系統(tǒng)，能量回收系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與處理 4 部分組成的。 能量回收系統(tǒng)模擬加載系統(tǒng) 圖2 1 工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖 其中轉(zhuǎn)鼓臺(tái)總成主要包括轉(zhuǎn)鼓、主減速器總成、輔助設(shè)備如圖2 2 所示。 圖2 2 轉(zhuǎn)鼓臺(tái)總成示意圖 t 秤機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的研究 1 轉(zhuǎn)鼓 其中4 組轉(zhuǎn)鼓主要是對(duì)工程車輛起到支撐，并對(duì)車輛施加牽引載荷的作用。由于車 輪與轉(zhuǎn)鼓間的附著系數(shù)將直接影響制動(dòng)跑合試驗(yàn)臺(tái)所能測(cè)得的制動(dòng)力的大小，為了增大 轉(zhuǎn)鼓與車輪之間的附著系數(shù)，在轉(zhuǎn)鼓外圓表面沿軸向開(kāi)有若干間隔均勻、有一定深度的 溝槽，使轉(zhuǎn)鼓表面附著系數(shù)最高可達(dá)到o 6 5 】。而后轉(zhuǎn)鼓總成固定于地面不動(dòng)，前轉(zhuǎn)鼓 總成安裝在鑄鐵平板t 型槽內(nèi)，可以通過(guò)2 套轉(zhuǎn)鼓臺(tái)移動(dòng)液壓缸的伸縮來(lái)推動(dòng)前轉(zhuǎn)鼓總 成在t 型槽內(nèi)移動(dòng)，使前后轉(zhuǎn)鼓總成中心距發(fā)生變化，從而適應(yīng)不同軸距的車輛。 2 主減速器總成 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)中的主減速器總成是由差速器與主減速器器構(gòu)成。主減速器能 夠增大加載系統(tǒng)的輸入扭矩并相應(yīng)的降低轉(zhuǎn)速；而差速器在該試驗(yàn)臺(tái)中的功能在模擬車 輛轉(zhuǎn)彎行駛或不平路面的實(shí)際工況時(shí)能夠保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪的不同轉(zhuǎn)速。 在對(duì)工程機(jī)械跑合時(shí)，差速器行星齒輪軸不自轉(zhuǎn)，主減速器總成中只有主減速器在 其作用。 而當(dāng)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)左右轉(zhuǎn)鼓受到不同力時(shí)，差速器行星齒輪僅跟 著差速器殼一起進(jìn)行公轉(zhuǎn)，這樣可以模擬工程機(jī)械的實(shí)際路況。 3 輔助設(shè)備 2 套拉緊油缸、4 組鎖緊油缸、4 套舉升油缸、2 套轉(zhuǎn)鼓臺(tái)移動(dòng)油缸，以上裝置固定 在托架上， 位于前后端的2 組油缸通過(guò)鋼絲繩鎖緊跑合試驗(yàn)的車輛，防止在大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)車輛 沖出轉(zhuǎn)鼓臺(tái)。 舉升器主要用來(lái)控制工程機(jī)械的升降，以便于車輛的進(jìn)出，試驗(yàn)時(shí)升降板落下，使 車輪與轉(zhuǎn)鼓充分接觸。 該試驗(yàn)臺(tái)的模擬加載系統(tǒng)為二次調(diào)節(jié)模擬加載系統(tǒng)，是整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的核心部分，它 通過(guò)聯(lián)軸器與主減速器總成連接，既能夠?qū)D(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)，又能夠?qū)D(zhuǎn)鼓施加阻力，起到對(duì) 工程車輛加載跑合的作用。該系統(tǒng)主要是通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)鼓連接，并向驅(qū)動(dòng)輪施加阻 力。 電網(wǎng)回饋系統(tǒng)采用雙向變頻逆變技術(shù)，p w m 整流器和p w m 逆變器無(wú)需增加任何 附加電路，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率因素約等于1 ，消除網(wǎng)側(cè)諧波污染，能夠雙向流動(dòng)， 方便電機(jī)四象限運(yùn)行，同時(shí)適應(yīng)各種調(diào)速場(chǎng)合。同時(shí)，這種變頻器不但輸出電壓，電流 為正弦波，輸入電流也為正弦波，且功率因數(shù)為1 ，還可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞【1 2 a 3 1 。 二次調(diào)：肖系統(tǒng)一次元件帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，將車輛驅(qū)動(dòng)的動(dòng)能通過(guò)二：次調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成電能， 8 碩十學(xué)位論文 并將轉(zhuǎn)化的電能回饋到電網(wǎng)從而達(dá)到節(jié)能的目的。 2 3 試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)參數(shù)分析 2 3 1 轉(zhuǎn)鼓直徑的選擇 在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行車輛跑合及測(cè)試，轉(zhuǎn)鼓直徑愈大愈接近道路條件，但整個(gè)試驗(yàn)裝置尺 寸增大，如果轉(zhuǎn)鼓直徑減小則會(huì)增加輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)。據(jù)汽車測(cè)試資料介紹，滾動(dòng)阻 力系數(shù)f 和轉(zhuǎn)鼓直徑d p 與輪胎直徑d k 之比值( d p d k ) 間的關(guān)系見(jiàn)圖2 3 所示。 0 0 2o 40 60 81 0 d p d k 圖2 3 滾動(dòng)阻力系數(shù)f 和轉(zhuǎn)鼓直徑d 與輪胎直徑d 之比值( d p d k ) 問(wèn)的關(guān)系 一般路面滾動(dòng)阻力系數(shù)為0 0 3 - 4 ) 0 4 ，按照?qǐng)D2 5 所示，選取d p d k = 0 3 5 o 6 0 。以 地下鏟運(yùn)機(jī)j c c y - 2 ，j c c y - 6 為例，其j c c y - 2 輪胎直徑d k = 1 2 7 5 m m ，因此d p 可選用范 圍為6 3 0 7 6 0 r a m ；而j c c y - 6 的輪胎直徑d k = 1 7 5 0 m m ，因此d p 可選用范圍8 7 5 1 0 5 0 m m 。 2 3 2 轉(zhuǎn)鼓中心距l(xiāng) 的確定 車輛在試驗(yàn)臺(tái)上跑合或測(cè)試時(shí)，車輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)，其受力如圖2 4 所示。 前轉(zhuǎn)鼓 圖2 4 車輪與轉(zhuǎn)鼓受力關(guān)系 當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩m 足夠大時(shí)，車輪就有脫離后轉(zhuǎn)鼓的趨勢(shì)，在車輪即將離開(kāi)后轉(zhuǎn)鼓的 瞬間，只有前轉(zhuǎn)鼓與車輪作用力l 與2 。如果轉(zhuǎn)鼓中心距l(xiāng) 選擇合適，車輪負(fù)荷g 能 9 廠加眩儺阱 o o o o o t 稃機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)= 次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的研究 阻止車輪脫離轉(zhuǎn)鼓。 由車輪平衡條件可得： z x = 0 l s i n 0 = 五c o s 0 b p l = 擊又7 i = 旦d k 2 ( 2 1 ) 所以l = 2 m o k t a n 0 ( 2 2 ) x = 0 g = l - c o s 0 + t l s i n 0 即g = 2 m q t a n 0 c o s 0 + 2 m , s i n 0 ( 2 3 ) 欲使車輛不脫離轉(zhuǎn)鼓，必須滿足 g 2 m 砬t a n 0 e o s 0 + 2 m , bs i n 0( 2 4 ) 在根據(jù)車輪直徑選取轉(zhuǎn)鼓直徑后，可選擇轉(zhuǎn)鼓的中心距l(xiāng) ，使之滿足上式的要求。 因?yàn)?t a n o = l ( d , + d 口) ( 2 5 ) 在檢測(cè)制動(dòng)性能時(shí)，轉(zhuǎn)鼓為主動(dòng)帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2 4 所示。車輪的制動(dòng)力矩為 m ，當(dāng)制動(dòng)力矩m 足夠大時(shí)，車輪就有脫離前轉(zhuǎn)鼓的趨勢(shì)。為防止車輪脫離轉(zhuǎn)鼓，必 須有： g s i n 0 乏 ( 2 6 ) 瓦= 2 為轉(zhuǎn)鼓與車輪之間的最大附著力，沙為車輪與轉(zhuǎn)鼓的附著系數(shù)，2 為轉(zhuǎn) 鼓與輪胎問(wèn)的正壓力，= g c o s 0 故有：t = y g c o s 0( 2 7 ) 代入式( 2 6 ) 可以得到 即t g o y( 2 8 ) 通常少= o 釧7 。代入式( 2 8 ) 可得8 = 3 1 。3 5 。將此條件代入式( 2 5 ) 即可確定轉(zhuǎn)鼓 中心距l(xiāng) 。以地下鏟運(yùn)機(jī)j c c y 2 為例的輪胎直徑d k = 1 2 7 5 m m ，d p = 7 0 0 m m ，可得l 的 取值范圍為11 8 6 , - - 1 3 8 2 m m 。而j c c y 6 的輪胎直徑d k = 1 7 5 0 m m ，d p = 9 0 0 m m ，可得l 的 取值范圍為1 7 5 0 1 8 5 5 m m 。 2 4 工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)理論分析 2 4 1 工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)輪受力分析 1 0 碩十學(xué)位論文 工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動(dòng)系傳至驅(qū)動(dòng)輪上。此時(shí)作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩 必產(chǎn)生一對(duì)地面的圓周力局，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的反作用e ( 方向與r 相反) 即是驅(qū)動(dòng)工 程機(jī)械的外力【1 4 1 ，如圖2 5 所示，此外力成為工程機(jī)械的驅(qū)動(dòng)力。 1 1 a 圖2 5 工程機(jī)械的驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)力的數(shù)值為 f ：絲( 2 9 ) ， 式中，m ，為作用于驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩，r 為驅(qū)動(dòng)輪半徑。 作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩m 是由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)至車輪上的。若令帆 表示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，名表示變速器的傳動(dòng)比，乇表示主減速器的傳動(dòng)比，r r 表示傳動(dòng)系 的機(jī)械效率，則有 m t = m t q t 乒礬t q 1 0 ) 2 4 2 主減速器總成原理 圖2 6 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖 卜轉(zhuǎn)鼓：2 一主減速器總成；3 差速器；4 主傳動(dòng)軸 t 秤機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)耵加載系統(tǒng)的石j f 究 與工程機(jī)械驅(qū)動(dòng)輪接觸的轉(zhuǎn)鼓至加載系統(tǒng)之間的傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖2 6 所示。轉(zhuǎn)鼓試 驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)主要是有轉(zhuǎn)鼓、主減速器總成構(gòu)成。 在工程機(jī)械跑合試驗(yàn)中加載系統(tǒng)主要是通過(guò)該傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行加載；而對(duì) 工程機(jī)械進(jìn)行檢修測(cè)試時(shí)，二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)中的二次元件作為驅(qū)動(dòng)通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系 統(tǒng)對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)中的主減速器總成是有差速器與主減速器器構(gòu)成的。主減速器 能夠減小加載系統(tǒng)的輸入扭矩并相應(yīng)的增大轉(zhuǎn)速；而差速器在該試驗(yàn)臺(tái)中的功能在模擬 車輛轉(zhuǎn)彎行駛或不平路面的實(shí)際工況時(shí)能夠保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪的不同轉(zhuǎn)速。 差速器的功用是當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右驅(qū)動(dòng)車輪以不周的 轉(zhuǎn)速滾動(dòng)。本試驗(yàn)中選用差速器是為了更真切的模擬實(shí)際路面工況。 差速器中各元件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系差速原理【1 5 l ，如圖2 7 所示。 對(duì)稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼3 與行星齒輪軸5 連成一體，形成 行星架，它又與主減速器從動(dòng)齒輪6 固連，設(shè)其速度為；半軸齒輪1 和2 為從動(dòng)件， 其角速度為劬和。a 、b 兩點(diǎn)分別為行星齒輪4 與半軸齒輪l 和2 的嚙合點(diǎn)。行星齒 輪的中心點(diǎn)為c ，a 、b 、c 三點(diǎn)到差速器的距離均為，。 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速齒輪旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時(shí)，顯然，處在同一半徑上的 a 、b 、c 三點(diǎn)的圓周速度都相等，如圖2 7 b 所示，其值為，。 6 引rn c 胚 一 abc 圖2 7 差速器差速原理 1 、2 一半軸齒輪；3 一差速器殼；4 一行星齒輪：5 一行星齒輪軸；6 一主減速器從動(dòng)齒輪；7 一轉(zhuǎn)鼓 當(dāng)行星齒輪4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸5 以角速度紕自轉(zhuǎn)，如圖2 7 c 所示，其嚙 合點(diǎn)a 的圓周速度為q 廠= c o o r + t 0 4 r 4 ，嚙合點(diǎn)b 的圓周速度為哆，= ，一吐。 于是 c o l r + c 0 2 r = ( c a o r + c 0 4 r 4 ) + ( c o o r 一咄，：i ) 1 2 碩十學(xué)位論文 即 q + 哆= 2 c o o 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)1 7 表示，則 強(qiáng)+ i 1 2 = 2 n o ( 2 11 ) 式( 2 1 1 ) 為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特性方程式。它表 明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)數(shù)的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因 此，在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或其他情況下，都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)，使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車 輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。 圖2 8 差速器轉(zhuǎn)矩的分配 l 、2 一半軸齒輪：3 一差速器殼( 未回出) ；4 _ 行星齒輪：5 一行星齒輪軸 而由主減速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩眠，經(jīng)差速器殼、行星齒輪軸和行星齒輪給半軸齒輪。由 于兩個(gè)半軸齒輪的半徑也是相等的。所以，當(dāng)行星齒輪沒(méi)有自轉(zhuǎn)時(shí)，總是將轉(zhuǎn)矩眠平 均分給左、右兩半軸齒輪，即m i = m ：= 眠2 。 當(dāng)兩半軸齒輪以不同轉(zhuǎn)速朝相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速為編大于右半軸轉(zhuǎn)速刀， 時(shí)，則行星齒輪將按照?qǐng)D2 8 上箭頭n 4 的方向繞行星齒輪軸5 自轉(zhuǎn)，此時(shí)行星齒輪孔與 行星齒輪軸軸頸問(wèn)以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦。行星齒輪所受的摩擦力矩 m 方向與其轉(zhuǎn)速的方向相反，如圖2 8 箭頭所示。此摩擦力矩使行星齒輪分別對(duì)左 右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個(gè)圓周力e 和只。f 使傳到換的快的 左半軸上的轉(zhuǎn)矩m 減小，而最卻使傳到轉(zhuǎn)的慢的右半軸上的轉(zhuǎn)矩m ：增加。因此，當(dāng)左 右驅(qū)動(dòng)車輪存在轉(zhuǎn)速差時(shí)左半軸齒輪轉(zhuǎn)矩 1 m = 去( 一哆) ( 2 1 2 ) 二 而右半軸齒輪轉(zhuǎn)矩 1 m 2 = ( + m ，) ( 2 1 3 ) 、v，7 一t ：樣機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)二市加載系統(tǒng)的研究 于是左右車輪上轉(zhuǎn)矩之差，等于差速器的內(nèi)摩擦力矩m 。 由工程機(jī)械試驗(yàn)臺(tái)架及傳動(dòng)系統(tǒng)受力分析，以j c c y - 2 地下鏟運(yùn)機(jī)為例可得試驗(yàn)臺(tái)參數(shù) 如下表2 1 所示 表2 1 以j c c y - 2 為例求得試驗(yàn)臺(tái)參數(shù) 參數(shù)名稱量綱數(shù)值 d p 轉(zhuǎn)鼓直徑 m m 8 0 0 三p 轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度 m m1 2 0 0 三轉(zhuǎn)鼓中心距 m m 1 3 0 0 m t 驅(qū)動(dòng)輪上的最大轉(zhuǎn)矩 n m5 9 8 0 1 2 傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比無(wú)量綱 9 8 2 8 6 m o 主傳動(dòng)軸最大轉(zhuǎn)矩 n m7 1 6 刀o 主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 r p m 1 2 1 8 2 5 本章小結(jié) 根據(jù)工程機(jī)械跑合的功能要求及工作流程，擬定出工程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理 圖。并對(duì)跑合試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了分析，計(jì)算出了跑合試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)參數(shù)。針對(duì)工程機(jī)械在跑 合試驗(yàn)臺(tái)中模擬實(shí)際工況的要求，將車輛的主減速器總成作為試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì) 主減速器及差速器分別進(jìn)行了速度、轉(zhuǎn)矩分析。 1 4 碩士學(xué)位論文 第3 章基于二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)技術(shù)的加載系統(tǒng)的靜態(tài)分析 本章將分析二次元件及二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及特性，依據(jù)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理擬定工 程機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)，最后計(jì)算出加載系統(tǒng)匹配的參數(shù)，為后續(xù)的系統(tǒng) 仿真和實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。 3 1 二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)的基本原理 3 1 1 二次元件的組成及原理 二次元件是組成二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是利用二次元件的轉(zhuǎn) 動(dòng)方向及斜盤傾角的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與節(jié)能。二次元件與普通的變量泵 和變量馬達(dá)有一個(gè)明顯的區(qū)別，那就是二次調(diào)節(jié)元件能夠在不改變旋轉(zhuǎn)方向的前提下， 實(shí)現(xiàn)1 5 。左右范圍內(nèi)斜盤傾角位置變化，從而實(shí)現(xiàn)變量調(diào)節(jié)以及泵和馬達(dá)工況的轉(zhuǎn)換 【2 0 】 0 二次調(diào)節(jié)元件的液壓原理【1 每1 9 1 如圖3 1 、圖3 2 所示。圖3 2 中1 為二次元件泵體部 分，2 為過(guò)濾器，主要是對(duì)進(jìn)入伺服閥的油液進(jìn)行精濾，3 為測(cè)速碼盤，可以測(cè)量二次 元件旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角控制和轉(zhuǎn)速控制等，4 為開(kāi)關(guān)閥，主要是控制二次元件 與外部壓力油通斷，1 1 為伺服閥，用于對(duì)二次調(diào)節(jié)元件變量油缸的控制，1 2 為位移傳 感器，測(cè)量斜盤傾角變量油缸的位移，5 為單向閥，主要是防止二次元件殼體內(nèi)產(chǎn)生氣 蝕。 圖3 1 二次元件內(nèi)部剖視圖 測(cè) 速 碼 盤 t 稃機(jī)械跑合試驗(yàn)臺(tái)二次調(diào)節(jié)加載系統(tǒng)的研究 圖3 2 二次元件液壓原理結(jié)構(gòu)圖 對(duì)于驅(qū)動(dòng)恒壓網(wǎng)絡(luò)二次調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)載荷，可以通過(guò)變量馬達(dá)和伺服調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 目前廣泛使用的二次元件是德國(guó)力士樂(lè)公司生產(chǎn)的a 4 v s o g 和a 1 0 v s o g 型軸向柱塞 液壓元件，我國(guó)貴州力源液壓公司也研制出了a 4 v 系列的二次調(diào)節(jié)元件。 二次元件結(jié)構(gòu)為斜盤式軸向柱塞泵馬達(dá)，二次元件的輸出扭矩與其弧度排量成正 比，它的排量等于旋轉(zhuǎn)一周時(shí)全部柱塞腔排出的油液的體積 = ( i 7 l 吐2 ) _ z ( 3 1 ) 式中k - 二次調(diào)節(jié)元件的排量( c m 3 r ) o 變量油缸斜盤位移( n u n ) ，x p 2 巧t g a d _ 二次元件柱塞直徑 z 二次元件柱塞數(shù)目 理論上輸出轉(zhuǎn)矩是與斜盤的傾角口成正比的，即 鴆= ( 爭(zhēng)( ；吐2 ) 巧z ( 轡口) ( 3 2 ) 由于柱塞泵的斜盤傾角一般比較小，其弧度值和j 下切值近似相等，可以用口代替 l g a ，所以上式中可以表示為： m 2 = ( 雋) ( 三吐2 ) 哆z 口= k ( 3 3 ) 這樣，通過(guò)一個(gè)小流量的伺服機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)斜盤傾角就可以達(dá)到控制輸出力矩的目的， 從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)速控制和功率控制