基于malab的靜液壓傳動仿真分析

基于malab的靜液壓傳動仿真分析

靜液壓傳動系統(tǒng)靜壓動脈泵的結(jié)構(gòu)緊湊，易于配置，實(shí)現(xiàn)無條件動力，近年來在平地機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。圖1為采用靜液壓傳動系統(tǒng)的平地機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)動力傳遞示意圖。靜液壓傳動裝置由變量泵、變量馬達(dá)、液壓管道和液壓閥組成,由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能以轉(zhuǎn)矩Me和轉(zhuǎn)速ωe通過輸出軸、聯(lián)軸器傳遞給變量泵的輸入軸,由變量泵以一定的效率轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能,液壓油經(jīng)由液壓管道進(jìn)入變量馬達(dá),推動馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),液壓油的壓力能又轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,由變量馬達(dá)軸輸出到后橋,為驅(qū)動輪提供車輛行走所需的牽引力和速度。與其他傳動系統(tǒng)一樣,靜液壓傳動系統(tǒng)各元件的合理匹配對發(fā)動機(jī)燃料經(jīng)濟(jì)性和動力性的充分發(fā)揮以及整機(jī)工作性能都有很大的影響,因此,對該系統(tǒng)進(jìn)行匹配研究具有重要意義。文獻(xiàn)研究了閉式傳動系統(tǒng)的輸出特性,對匹配方法沒有進(jìn)行深入研究;文獻(xiàn)研究了液力傳動系統(tǒng)中變矩器與發(fā)動機(jī)的匹配方法。本研究分析采用靜液壓傳動的平地機(jī),其發(fā)動機(jī)、變量泵、變量馬達(dá)的輸出特性以及匹配關(guān)系,并對分析結(jié)果進(jìn)行了仿真計(jì)算,為該類車輛靜液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策提供依據(jù)。1變量泵輸出的流量與壓力發(fā)動機(jī)-變量泵聯(lián)合輸出特性是指發(fā)動機(jī)在某一工作點(diǎn)工作(恒功率)時,變量泵輸出的壓力與流量之間的關(guān)系。由于發(fā)動機(jī)曲軸與變量泵驅(qū)動軸直接聯(lián)接,發(fā)動機(jī)曲軸輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和功率分別與泵的輸入轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率相等。泵的輸出流量可表示為:式中,Q———泵輸出流量(m3/s)ωe———發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(rad/s)qb———泵最大排量(m3/rad)ηbv———泵的容積效率泵的出口壓力可表示為:式中,p———泵出口壓力(Pa)Me———發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)矩(Nm)ηbt———泵的機(jī)械效率由式(1)、(2)得式中,ηb———泵的總效率,ηb=ηbv·ηbt可見,變量泵輸出的流量與壓力的乘積就是變量泵的輸出功率,它在數(shù)值上等于發(fā)動機(jī)功率與泵總效率的乘積。為了保證發(fā)動機(jī)以額定功率工作,只要使變量泵輸出曲線為恒功率曲線即可。當(dāng)車輛行駛阻力變大時,若馬達(dá)排量不變,則液壓系統(tǒng)壓力增加,此時可根據(jù)系統(tǒng)壓力大小改變變量泵排量,使式(3)的左邊保持不變,也就使得式(3)的右邊發(fā)動機(jī)輸出功率保持在某一特定工作點(diǎn),如圖2中AA1段。2馬達(dá)轉(zhuǎn)速特性變量泵輸出的液壓能由變量馬達(dá)吸收,重新轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。變換關(guān)系如下:可見,通過調(diào)節(jié)馬達(dá)排量qm,馬達(dá)輸出特性曲線位置會在泵輸出特性曲線基礎(chǔ)上產(chǎn)生偏移,每個馬達(dá)排量對應(yīng)一條泵的輸出特性曲線,以下為馬達(dá)取不同排量數(shù)目時的輸出特性曲線(為了分析方便,暫不考慮馬達(dá)的低速特性及馬達(dá)排量改變時對車輛速度的影響)。(1)馬達(dá)固定排量時的輸出特性如圖3所示,由于變量泵排量的無級調(diào)節(jié),輸出特性曲線為一段無級變速曲線,適用于負(fù)荷波動范圍較小的工況。(2)馬達(dá)取兩個排量時的輸出特性如圖4所示,由式(5),當(dāng)馬達(dá)為小排量qm2時,對應(yīng)轉(zhuǎn)速較高的一段曲線;當(dāng)馬達(dá)為大排量qm1時,對應(yīng)轉(zhuǎn)速較低的一段曲線。兩段曲線的相對位置取決于泵與馬達(dá)的排量比。(3)馬達(dá)取多個排量時的輸出特性如圖5所示,由式(5),當(dāng)馬達(dá)為最小排量qm3時,對應(yīng)轉(zhuǎn)速最高的一段曲線;當(dāng)馬達(dá)為較大排量qm2時,對應(yīng)轉(zhuǎn)速較低的一段曲線;當(dāng)馬達(dá)為最大排量qm1時,對應(yīng)轉(zhuǎn)速最低的一段曲線。三段曲線的相對位置取決于泵與馬達(dá)的排量比。(4)馬達(dá)為無級排量時的輸出特性如圖6所示,馬達(dá)各個排量連續(xù)變化,每個排量對應(yīng)泵的一條無級變速曲線,各無級變速曲線相互重疊,形成一條在更大范圍內(nèi)的無級變速特性曲線。馬達(dá)與泵的排量比越大,無級變速的范圍就越大。3系統(tǒng)輸出特性根據(jù)前面對靜液壓傳動系統(tǒng)輸出特性的分析過程可以看出,傳動系統(tǒng)的模型比較復(fù)雜,人工分析和計(jì)算輸出特性曲線工作量很大,本研究開發(fā)了基于MAT-LAB/Simulink軟件的靜液壓傳動系統(tǒng)輸出特性分析程序,目的是提高傳動系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的效率和計(jì)算的準(zhǔn)確性,程序模型如圖7所示。分析程序的功能:對任意給定的發(fā)動機(jī)油門開度、車輛加速踏板位置,可自動分析、計(jì)算牽引特性,并繪出對應(yīng)的牽引特性曲線。2車輛牽引特性仿真結(jié)果某平地機(jī)發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速2200r/min、額定功率160kW、變量泵最大排量180mL/r、馬達(dá)最大排量qm1=200mL/r、最小排量qm4=135mL/r、液壓系統(tǒng)切斷壓力30MPa、后橋總傳動比17.5,車輛牽引特性的仿真結(jié)果如圖8所示。4根據(jù)工況變化壓力,選擇適宜的工況進(jìn)行