装载机闭锁式液力变矩器传动系统扭振特性研究

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装载机作为工程机械最常用的一个种类,其传动系统影响着整机的使用性能和作业效率。目前我国装载机上应用最多的传动系统是液力机械传动系统。在液力变矩器内部采用闭锁技术,能够提高其燃油经济性和传动效率。装载机传动系统是一个多自由度非线性系统,当来自于动力源的激励频率与传动系统的固有频率接近或相同时,会发生扭转振动或共振,进而降低传动系统零部件的寿命,严重时会迫使零部件断裂,还会影响驾驶人员的工作舒适性。国内在车辆传动系统扭转振动方面已经开展了大量的研究,积累了部分经验,但是在工程机械方面,尤其是带有闭锁式液力变矩器装载机的传动系统的扭转振动研究相对较少,因此有必要对其开展相关研究,以减少扭转振动的发生,提高装载机零部件的使用寿命,降低维修成本,改善驾驶员的驾驶环境。本文以某企业8t装有闭锁式液力变矩器装载机为研究对象,对其传动系统的扭转振动开展研究,分别对液力变矩器闭锁前、闭锁过程以及闭锁后传动系统建立相关物理模型和仿真模型,对前进的各个挡位的扭转振动情况进行分析,具体研究工作和相关结论如下。(1)对装载机液力机械传动系统扭振进行理论分析。针对装载机发动机进行了简谐分析,将综合激励转矩分解为不同频率函数下的简谐激励扭矩分量。为液力传动系统的扭振分析奠定基础。(2)针对液力变矩器柔性传动环节,建立了闭锁前液力工况下液力变矩器变阻尼变刚度模型,推导了液力变矩器阻尼和刚度随转速比和泵轮转速动态变化关系,给出了基于液力变矩器变阻尼变刚度的扭振仿真分析方法。采用集中质量法分析液力传动系统轴系的转动惯量、当量阻尼和当量刚度。分别建立了液力工况、闭锁式液力变矩器闭锁工况闭锁过程和闭锁后的物理模型和仿真模型。(3)基于液力变矩器变阻尼变刚度模型,提出了液力变矩器闭锁过程当量阻尼与刚度的确定方法。利用AMEsim平台,分别进行了液力工况、闭锁过程、闭锁后装载机闭锁式液力变矩器传动系统扭振分析。分析结果表明,在液力工况下经过液力变矩器变阻尼变刚度模型的阻尼减振作用,共振频率处的共振幅值较低,相反的,将液力变矩器假设成固定阻尼刚度模型变速箱输入轴处的共振幅值很大,液力变矩器变阻尼变刚度模型更符合实际;在闭锁过程工况液力变矩器减振的作用在逐渐减弱,扭转减振器的作用在增强,系统处于液力传动和机械摩擦传动混合状态;因为液力变矩器和扭转减振器的缓振减振作用,所以液力变矩器和扭转减振器之后的传动系统扭振得到减缓,扭振危险截面主要集中在液力变矩器和扭转减振器之前;闭锁后工况液力变矩器不再具有减振隔振作用,与前两种工况对比,变矩器闭锁后传动系统在某一固有频率下的共振幅值明显加剧,危险截面数量增加。(4)为验证闭锁式液力变矩器传动系统扭振仿真分析结果,进行了8吨装有闭锁式液力变矩器装载机的试验研究。将仿真结果与试验进行对比,整体上看,在发动机飞轮处和变速箱输入轴处的扭振预测上,液力工况变阻尼变刚度模型预测精度高于固定阻尼刚度模型。闭锁工况闭锁过程和闭锁后各个挡位下对比仿真结果和试验数据,验证了仿真模型和仿真结果的有效性和正确性。
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