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履带车辆液压机械差速转向性能分析与参数匹配

作　者: 曹付义
导　师: 周志立
学　校: 西安理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 履带车辆液压机械差速转向设计性能建模与仿真参数匹配
分类号: U469.694
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

基于液压机械无级传动原理的履带车辆液压机械差速转向系统能有效改善车辆的转向性能,是具有良好发展前景的一种履带车辆转向型式。本文采用理论分析、仿真计算及试验研究等方法,对液压机械差速转向系统的设计理论及方法、特性建模及仿真、车辆转向性能、转向系统参数匹配等方面进行了系统研究。论文在总结履带车辆及其转向系统发展现状及趋势,分析液压机械差速转向系统构成、工作原理、车辆转向性能和国内外研究及应用现状的基础上,提出了该转向系统研究的主要内容和需解决的问题。在对输出分流传动和输入分流传动两种基本的液压机械传动特性分析的基础上,根据履带车辆的转向要求,确定了一种新型液压机械差速转向系统传动方案,该方案具有结构简单、降速增扭等优点,适合农用履带车辆使用。设计了方向盘控制的履带车辆液压机械差速转向操纵系统,通过对转向操纵过程的分析表明能满足履带车辆转向性能的要求。对液压机械差速转向系统的转速、转矩、功率及效率等静态特性进行了分析,给出了转向系统性能与系统参数的关系,研究了履带车辆不同工况下系统内部的功率传递及系统效率的计算方法。建立了液压机械差速转向系统动态特性的数学模型及仿真模型,仿真研究了系统参数对系统动态特性的影响,仿真结果为履带车辆液压机械差速转向系统设计、参数匹配及性能优化提供了理论依据。根据履带车辆转向时接地履带、车辆与地面的相互运动关系,给出了履带滑转(滑移)及转向中心偏移时转向半径和转向角速度的计算关系。采用坐标变换,建立了履带车辆液压机械差速转向运动轨迹模型,通过转向运动轨迹仿真,分析了转向阻力的变化。建立了履带车辆液压机械差速转向动力学模型,根据提出的转向性能评价指标,仿真分析了履带车辆参数对其稳态和瞬态转向性能的影响,为实车应用研究奠定了基础。液压机械差速转向系统参数匹配是一个多指标、多变量的非线性优化问题,遗传算法是求解多指标、多变量非线性优化问题的一种有效方法。建立了利用遗传算法进行液压机械差速转向系统参数匹配的数学模型,并给出了参数匹配流程。对农用履带车辆液压机械差速转向系统进行了参数匹配,对匹配结果进行了校核,该匹配方法有助于液压机械差速转向系统开发。对不同工况下的液压机械差速转向系统特性及装备该转向系统的履带车辆转向性能进行了试验,通过试验数据分析,验证了理论分析的正确性。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-19
  1.1 履带车辆及其转向  10-12
    1.1.1 履带车辆的发展现状及趋势  10-11
    1.1.2 履带车辆的转向特点  11-12
  1.2 液压机械差速转向系统  12-16
    1.2.1 系统构成及工作原理  12-13
    1.2.2 液压机械差速转向特点  13-14
    1.2.3 国内外研究及应用现状  14-16
  1.3 履带车辆转向性能的研究现状  16-17
  1.4 本文的主要研究内容  17-19
2 履带车辆液压机械差速转向系统理论分析与设计  19-40
  2.1 液压机械传动特性  19-30
    2.1.1 无级变速特性  19-21
    2.1.2 转矩特性  21-24
    2.1.3 功率分流特性  24-27
    2.1.4 效率特性  27-30
  2.2 履带车辆液压机械差速转向系统传动型式及特性  30-33
    2.2.1 履带车辆液压机械差速转向系统传动型式选择  30-31
    2.2.2 履带车辆液压机械差速转向系统传动特性分析  31-33
  2.3 履带车辆液压机械差速转向系统设计  33-36
    2.3.1 履带车辆液压机械差速转向系统设计要求  33
    2.3.2 履带车辆液压机械差速转向系统设计  33-34
    2.3.3 履带车辆液压机械差速转向系统传动特性比较  34-36
  2.4 履带车辆液压机械差速转向操纵系统设计  36-38
    2.4.1 履带车辆液压机械差速转向操纵系统设计要求  36
    2.4.2 履带车辆液压机械差速转向操纵系统原理及组成  36-38
    2.4.3 转向操纵过程分析  38
  2.5 本章总结  38-40
3 液压机械差速转向系统建模与仿真  40-67
  3.1 液压机械差速转向系统构成  40
  3.2 液压机械差速转向系统静态特性分析  40-51
    3.2.1 转速特性  41-42
    3.2.2 转矩特性  42-43
    3.2.3 功率特性  43-46
    3.2.4 效率特性  46-51
  3.3 液压机械差速转向系统动态特性建模  51-59
    3.3.1 液压机械差速转向系统传动关系  51-52
    3.3.2 动力输入模型  52
    3.3.3 液压闭式回路系统模型  52-55
    3.3.4 直驶变速系统模型  55-56
    3.3.5 行星排模型  56
    3.3.6 负载模型  56-57
    3.3.7 其它定轴齿轮传动机构模型  57
    3.3.8 液压机械差速转向系统动态特性仿真模型  57-59
  3.4 液压机械差速转向系统动态特性仿真及结果分析  59-66
    3.4.1 液压闭式回路系统动态特性仿真分析  59-62
    3.4.2 液压机械差速转向系统动态特性仿真分析  62-66
  3.5 本章总结  66-67
4 履带车辆液压机械差速转向系统性能研究  67-87
  4.1 履带车辆液压机械差速转向运动性能研究  67-74
    4.1.1 转向运动性能模型  67-71
    4.1.2 转向运动轨迹仿真  71-74
  4.2 履带车辆液压机械差速转向动力学模型  74-80
    4.2.1 建模假设条件  74
    4.2.2 转向受力分析与计算  74-77
    4.2.3 转向动力学模型  77-78
    4.2.4 模型求解  78-80
  4.3 履带车辆液压机械差速转向性能仿真  80-86
    4.3.1 性能评价指标  80-82
    4.3.2 仿真参数  82
    4.3.3 稳态转向性能仿真  82-85
    4.3.4 瞬态转向性能仿真  85-86
  4.4 本章总结  86-87
5 液压机械差速转向系统参数匹配研究  87-101
  5.1 参数匹配数学模型  87-92
    5.1.1 匹配参数  87
    5.1.2 评价指标  87-89
    5.1.3 约束条件  89-92
  5.2 参数匹配方法  92
  5.3 遗传算法的基本理论  92-95
    5.3.1 基本概念  92-93
    5.3.2 基本定理(模式定理)  93
    5.3.3 计算流程  93-95
  5.4 参数匹配结果分析及校核  95-99
    5.4.1 已知参数  95-96
    5.4.2 参数匹配结果分析  96
    5.4.3 参数匹配结果校核  96-99
  5.5 本章总结  99-101
6 液压机械差速转向系统试验研究  101-107
  6.1 试验目的及内容  101
  6.2 液压机械差速转向系统特性试验  101-104
    6.2.1 试验仪器及设备  101-103
    6.2.2 试验方案  103
    6.2.3 试验结果分析  103-104
  6.3 实车转向性能试验  104-105
    6.3.1 试验条件  104
    6.3.2 试验方案  104
    6.3.3 试验结果分析  104-105
  6.4 本章总结  105-107
7 全文总结和建议  107-109
  7.1 全文总结  107-108
  7.2 论文创新点  108
  7.3 进一步研究建议  108-109
致谢  109-110
参考文献  110-116
攻读博士学位期间发表论文及研究成果  116-117

履带车辆液压机械差速转向性能分析与参数匹配

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