第15卷第3期 2017年6月
中国工程机械学报
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
工程机械换挡过程动力学建模与仿真
刘钊，王磊，郭儒乐（同济大学机械与能源工程学院，上201804）
Vol.15 No.3 Jun.2017
摘要：分析了换挡过程中各传动部件的工作原理，建立了发动机-变矩器联合动力学模型、整车行驶模型和变速器换挡模型，进而建立了应用于换挡过程分析的工程机械液力机械传动系统动力学模型.推导出工程机换挡过程的运动方程.仿真分析了典型装载机在换挡过程中的动力学行为
关键词：工程机械；换挡过程；动力学模型
文献标志码：A
中图分类号：TH132
文章编号：16725581(2017)03019504
Modelingandsimulationof constructionmachineryshiftdynamics
LIU Zhao,WANG Lei,GUO Rule
(School of Mechanical Engineering, Tongi University,Sbanghai 201804,China)
Abstract: The working principles of the parts in drive line under a shift condition are studied to build the dynamic models of engine-converter, vehicle and transmission. After that, the dynamic model of the whole hydraulic machinery powertrain system is built to make a further analysis of the shift process. The differential motion equations of the construction machinery under different shift conditions are derived. Simulation of a typical wheel loader is built to make a further research on the transmission shift behavior. Key words; construction vehicle; shift process; dynamic model
目前，工程机械变速传动系统大多采用液力机械传动.液力机械传动系统主要包含发动机-变矩器、变速器、后桥和轮胎.发动机-变矩器作为复合动力输出部件，在进行换挡过程研究时需要对发动机-变矩器进行合理、适当的简化.动力换挡变速器换挡时主要考虑一个离合器的结合和另一个离合器的脱开，两个离合器的动作时序控制一直是换挡过程研究的重点与难点.以往用于工程机械换挡过程分析的动力学模型均考虑得不够细致与直观，
本文针对换挡过程分析建立了发动机-变矩器的动力学模型，从变速器的工作实质出发建立了变速器的简化模型，同时考虑后桥传动比、轮胎与整车质量对换挡过程的影响，建立了工程机械换挡过程动力学模型.模型将复杂的传动系统合理地简化为2自由度运动部件，并将部分部件转速等效于变速器的输入轴与输出轴，可以更加直观地分析传动系中各部件的运动
关系.充分考虑了换挡过程中离合器传递扭矩的不同状态，推导出传动系统换挡过程的运动方程，进而建立了典型装载机的换挡过程仿真模型，通过仿真分析了换挡过程中各运动部件的动力学行为.本文提出的模型可有效地用于换挡控制策略的研究。
换挡过程动力学模型
工程机械液力机械传动系统组成如图1所示，驾驶员控制油门信号，发动机-变矩器在一定油门开度α下产生动力并经变速器和后桥传递至整车，牵引力克服外界负载F，驱动整车行驶和工作，
发动机-变矩器联合动力学模型
1.1
发动机-变矩器联合部件中运动的刚体部件被变矩器油液分隔成两部分，如图2所示.发动机的驱动力矩可以认为是作用在第一个旋转的惯性元
基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目（2104AA041502）作者简介，刘钊（1958一），男，教授，博士.E-mail，liuzhao@tongi.edu.cn
万方数据