工程车辆直线电机馈能悬架能量回收分析与参数优化

目的为了回收工程车辆在行驶过程中由于路面不平度引起的车身振动能量,同时解决馈能悬架系统的动力学性能和馈能性能不协调问题,方法首先,提出一种直线电机与减振器并联的馈能悬架系统结构,通过建立馈能悬架系统的二自由度动力学模型,利用天棚控制提高车辆的平顺性;其次,以悬架减振器阻尼作为优化设计变量,结合直线电机式馈能悬架的馈能性能、平顺性和安全性建立优化目标函数,采用遗传算法控制策略对馈能悬架的馈能性能进行优化,以获得全局最优解,解决馈能悬架的平顺性和馈能性能的协调问题;最后,通过MATLAB/Simulink对馈能悬架系统性能进行仿真。结果仿真结果表明:与被动悬架相比,天棚控制下的馈能悬架车身加速度、轮胎动载荷、悬架动行程均方根值分别减小25.40%,17.76%和32.58%;利用遗传算法对馈能悬架的动力性能和馈能协调性能优化,优化后馈能悬架的动力学性能相比优化前有一定恶化,但与被动悬架的动力学性能相比提高显著,而蓄电池平均回收能量提高了15.22%,馈能性能提高显著。结论本文提出的直线电机和减振器并联结构的馈能悬架系统装置能够回收工程车辆悬架系统的振动能量,采用遗传算法协调控制策略能够兼顾馈能悬架的动力学性能和馈能性能,并使馈能性能得到显著提高。

混合动力拖拉机能量管理策略综述

对混合动力拖拉机进行研究,可有效提高燃料经济性,而能量管理策略的研究则是提高混合动力拖拉机燃油经济性的核心技术问题。通过文献整理及文献翻译,对能量管理的内涵进行分析。从基于规则和基于优化两个角度,对几种常见的能量管理策略进行分类。根据不同种类混合动力拖拉机的构型,分析其所适合的能量管理策略及其特点,并对之后能量管理控制策略应用于拖拉机上的研究方向做出了建议。

混合动力拖拉机传动系统设计理论与方法

根据混合动力传动系统原理和拖拉机工作特性和传动特性要求,设计了一种并联式混合动力拖拉机传动系统。在对混合动力拖拉机牵引特性理论分析的基础上,提出了混合动力拖拉机动力性和经济性评价指标及其计算公式。并对其动力传动系统各部件主要参数的设计计算进行了探讨,提出了混合动力拖拉机传动系统的设计理论和计算方法。以某混合动力拖拉机为研究对象,通过计算分析了不同挡位下,发动机分别提供60%和40%负荷时的驱动力和爬坡度,以及混合动力拖拉机犁耕作业稳定工作1 h的等效能耗随发动机和电动机转速的变化关系,并对犁耕作业时的理论计算结果进行了仿真验证。结果表明,各挡驱动力和爬坡度与发动机提供的负荷呈正比,而转速匹配范围随发动机负荷的增大而减小。犁耕作业时,理论计算结果与仿真分析结果的最大误差不超过4%,理论计算结果可靠;且在某一挡位下,等效能耗随发动机和电动机转速的增高而增高。对混合动力拖拉机与同功率燃油拖拉机进行了仿真比较分析,发现混合动力拖拉机在犁耕作业下,最高可节能24%。

混合动力拖拉机动力耦合装置的研制

近年来,农用车辆特别是拖拉机对环境和资源造成的压力逐年增大,开展节能环保拖拉机特别是混合动力拖拉机的研发已成为迫在眉睫的重要课题,而动力耦合装置是混合动力拖拉机的核心。该文根据拖拉机工作特性和传动特性要求,对混合动力拖拉机动力耦合装置传动比、特征参数和齿数匹配等进行了设计。根据传动载荷需求和制造工艺要求进行了结构设计和强度校核,研制了适用于并联式混合动力拖拉机的动力耦合装置。在自行搭建的混合动力拖拉机试验台上对该耦合装置进行了测试。试验结果表明,该装置能够满足拖拉机工作状态下的工作特性要求,输出端转速对动力源的转速变化很敏感,实时变化性能优,而输出端转矩对动力源转速变化不敏感。该耦合装置的研制为混合动力拖拉机的研发提供了基础。

基于MA-ECMS的串联式混合动力拖拉机能量管理策略研究

能量管理策略的研究则是提高混合动力拖拉机燃油经济性的核心技术问题。本文以后轮轮边驱动的串联式混合动力拖拉机为研究对象,对其混合动力系统构型进行了分析,动力系统主要部件的参数进行了确定,并对不同工作模式的能量流动情况进行了分析;设计了一种基于MA-ECMS的能量管理策略,经过仿真验证,混合动力系统模型具有较好的工况跟随效果;分别设置初始SOC值为0.2、0.6、0.8进行仿真验证,分析不同电池状态下的能量管理效果。结果表明,在不同初始SOC值条件下,能量管理策略均能实现串联式混合动力拖拉机工作模式的准确切换以及动力源功率的合理分配,具有较好的能量管理效果。以初始SOC值为0.6的情况为例,对比了猴群算法优化前后的能量管理策略SOC值变化和燃油消耗情况。优化前ΔSOC为0.0072,百公里燃油消耗量为6.43 L;优化后ΔSOC为0.0009,百公里燃油消耗量为6.11 L。结果表明,优化前后的能量管理策略都能实现SOC的动态平衡,而优化后的SOC动态平衡效果更佳;且经优化后,系统的油耗降低了0.32 L/100 km,节油率为5%,具有更好的燃油经济性。

并联式混合动力汽车控制策略的研究分析

并联式混合动力汽车的控制策略与其结构、耦合方式、驱动系统参数匹配有着密切的关系。本文分析了并联式混合动力汽车的工作模式和常用控制策略方式,通过对现在并联式混合动力汽车不同结构形式的汽车控制策略的分析,提出控制策略的优化方向。

拖拉机动力换挡变速箱和无级变速箱发展现状与趋势

变速箱是拖拉机核心部件之一,其性能的好坏对拖拉机的动力性、经济性、舒适性及可靠性等关键性能指标有着重要的影响。分析了拖拉机变速箱的发展历史以及不同发展阶段变速箱的类型,详细阐述了动力换挡变速箱和无级变速箱的工作原理、技术特点及国内外应用现状。在此基础上,对拖拉机变速箱的发展趋势进行了展望。

太阳能园艺拖拉机驱动系统匹配设计与性能分析

针对太阳能园艺拖拉机驱动系统的独特需求,提出了一种太阳能园艺拖拉机驱动系统匹配设计方法,包括总体方案设计和主要参数的理论计算,并提出以全天累计作业时间为太阳能拖拉机作业能力评价指标,结合南京地区气象逐时变化,预测晴朗天气下所选用的光伏电池不同季节日发电量。以所设计太阳能园艺拖拉机为例,得到不同作业工况下拖拉机行驶速度与全天累计作业时间的关系,随着作业速度的提高,全天累计作业时间呈缩短的趋势;相同工况下,夏季全天累计作业时间长于冬季;速度为3 km/h时,有太阳能时拖拉机水平割草作业与坡道割草作业的全天累计作业时间均为无太阳能时的1.5倍。研究表明光伏电池作为园艺拖拉机能源是可行的,能够满足园艺作业的需求。以上研究结果可用于太阳能园艺拖拉机驱动系统方案设计和优化,为太阳能园艺拖拉机的发展提供依据。

大型拖拉机动力换挡变速箱试验台

根据拖拉机动力换挡变速箱试验要求,设计了大型拖拉机动力换挡变速箱试验台。设计了装夹装置、驱动装置、加载装置及其能量回馈系统,开发了电子控制单元和电子测量系统。试验结果表明:试验台功率大,达250 kW;实现了能量闭环回馈,重载工况下的节能率高达80%;检测系统功能全,能检测驱动和加载电动机转矩、转速、液压系统压力和流量等16个信号。试验台运行平稳,达到设计要求。

拖拉机动力换挡变速箱液压系统动态特性试验研究

在自行研制的动力换挡变速箱试验台上,以ZF公司T7336变速箱为例,对半载运输、四分之三载运输、满载运输和犁耕4种工况下液压系统动态特性进行了试验研究。结果发现:在额定输入转速2 300 r.min-1下,当变速箱受载情况下,换挡时离合器A、B、C、D、F和G协调作动,驱动油缸压力呈现跳跃性上升或下降,换挡压力变化过程持续约7～10 s。在换挡过程中,变速箱输入转速和液压系统的流量基本不变,变速箱输入转矩、输出转矩和变速箱输出转速在换挡时刻有冲击载荷出现,且与换挡离合器驱动油缸压力的上升或下降对应,持续时间约7～10 s。

水田作业工况的拖拉机振动特性

为研究拖拉机在水田工况下的振动特性。该文采用轮胎滚动法测取南京江浦农场水田硬底层纵断面空间函数,对数据进行自相关性检验,分析硬底层垂直位移功率谱密度;以CF700型拖拉机(常发集团)为研究对象,基于轮胎-湿软水田土壤系统,建立水田工况下拖拉机三自由度振动微分方程和仿真模型,以水田硬底层纵断面时间函数为输入矢量,对拖拉机振动特性进行仿真研究,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。结果表明,水田硬底层高程具有统计相关性,其不平度系数Gx(0.1)=316.7×10-6 m3,拟合指数w=-1.651;试验所得拖拉机前桥、后桥及座椅椅面垂向振动频率分别是2.91、3.6及2.5 Hz,与仿真结果相对误差分别为19.9%、7.2%、16.0%。以上结果为面向水田作业的拖拉机振动研究提供路面参考模型,验证了水田工况下拖拉机三自由度平面振动模型的有效性,为拖拉机减振系统的参数设计提供理论依据。

串联式混合动力拖拉机驱动系统设计匹配与牵引试验

[目的]为了提高串联式混合动力电动拖拉机的动力性,设计了一种后轮轮毂电机独立的驱动系统。[方法]通过理论分析探讨了各驱动部件的参数设计与匹配方法,提出以犁耕工况下的牵引力、牵引效率及运输工况下的爬坡度、最大载质量作为该驱动系统的动力性能评价指标,并搭建试验台进行测试。[结果]分析可知:该串联式混合动力驱动系统在纯电动驱动模式下可提供的最大牵引力为8 775.1 N,牵引效率为0.82~0.86,最大爬坡度可达40.2%,在坡度为0、4%、8%、12%的路面行驶可承受的最大载质量分别为9 088.2、5 408.8、3 569.1、2 465.3 kg;在混合动力驱动模式下可提供的最大牵引力可达8 115.2 N,牵引效率为0.60~0.85,最大爬坡度可达37.3%,在坡度为0、4%、8%、12%的路面行驶可承受的最大载质量分别为8 516.0、5 027.4、3 283.1、2 236.4 kg。[结论]该驱动系统在两种驱动模式下均可满足较大耕深的犁耕作业要求,适应较大坡度的大载质量运输要求。

理论换段点下HMCVT换段离合器转矩交接及控制

针对液压机械无级变速器在换段过程中的动力中断和换段冲击问题,该研究以三段式液压机械无级变速器第二段切换第三段为例,通过建立动力学模型分析理论换段点下两段位的液压路功率方向变化规律,提出基于液压路功率方向的两阶段换段离合器转矩交接方法,并使用分段函数对两阶段离合器转矩交接轨迹进行优化,通过仿真对转矩交接方法正确性进行了验证。为了实现转矩的跟踪控制,基于终端滑模控制的方法设计了离合器控制器,通过对油压的跟踪控制实现转矩的跟踪控制,通过试验验证了控制器有效性。仿真和试验结果表明:在负载换段过程中,所提换段离合器转矩交接方法能够实现动力的平稳过渡,终端滑模控制器能够实现离合器油压的跟踪控制,从而实现转矩控制。在输入轴转速1 000 r/min,负载700 N·m工况下,使用终端滑模控制器控制两换段离合器进行换段,输出轴转速的波动范围为-20.6~7.4 r/min,输出轴转矩波动范围为-117.4~107.9 N·m,换段过程中最大冲击度为-6.16 m/s3,换段离合器的最大滑摩功为508.45 J,换段过程中无动力中断。该研究可为液压机械段变速器的换段控制提供参考。

汽车减振器复原阀片小挠度计算与公式修正

为准确获得减振器复原阀片弯曲变形中的小挠度表达式与半径的关系,进一步揭示减振器阻尼工作机理,基于单片环形弹性节流阀片的有限元力学模型,对节流阀片弯曲变形进行了仿真研究;基于小挠度理论,提出小挠度理论计算公式的系数修正法,对减振器节流阀片的小挠度计算公式进行了修正。研究结果表明:小挠度理论计算方法所得数值与通过有限元计算的节流开度数值相比偏大(15～19)%,两者之间的偏差值随着限位阀外径的增加而减少;减振器阀片小挠度理论计算公式的修正系数与阀片厚度,阀片的外半径和内半径的比值有关。

基于非线性因素的电子节气门系统状态空间模型的分析

电子节气门中机械结构存在多种非线性因素,对节气门开度控制的精度和响应具有显著影响。论文分析了节气门机械结构中的复位弹簧转矩特性、进气气流冲击力矩特性、节气门库伦粘滑摩擦力矩特性,构建了电子节气门控制系统的节气门开度控制原理,推导了电子节气门体的转矩传递过程,建立了节气门驱动电机、电机轴、节气门轴的动力学方程,从而创建了节气门执行机构的状态空间模型。推导了节气门状态空间模型的各个系数的计算公式,通过动态特性分析辨识了某款电子节气门状态空间模型中的各个参数。构建的节气门执行机构状态空间模型,为电子节气门快速精确控制提供了理论依据和方法。

耕读教育与专业知识教育协同的汽车拖拉机学课程教学研究与实践

耕读教育与专业知识教育协同教学是培养涉农高校大学生强农兴农使命和知农爱农情怀的有效途径之一。文章以汽车拖拉机学课程为研究对象,分析了专业知识教育存在的问题和解决思路,论述了耕读教育的目的、育人目标和内涵,探讨了耕读教育在汽车拖拉机学课程教学与建设中的实现路径,提出了耕读教育与专业知识教育协同教学理念,开发了基于耕读教育与专业知识教育协同的汽车拖拉机学课程教学设计方案和教学改革措施,培养了学生的动手能力和解决复杂工程问题的分析能力,提高了课程的教学效果。耕读教育与专业知识教育协同教学,为涉农高校深化专业课程的教育教学改革、拓展人才培养形式提供了一种行之有效的教学方法。

基于磁-热双向耦合的电动拖拉机轮边电机电磁性能分析与结构优化

为预测和评估电动拖拉机轮边驱动电机的电磁性能同时优化电磁转换装置结构,该研究以一种减速式12槽7对极永磁无刷直流轮边驱动电机为对象,建立电机电磁有限元模型并通过试验验证模型的正确性,分析了空载、半载和额定负载工况下电机的动态特性。在此基础上,基于热损耗载荷构建电机的磁-热双向耦合模型,模拟分析额定负载工况下电机的温度场分布规律。结果表明,3种工况下电机最高温度均发生在永磁体部位,温升分别为54.61、77.63和87.1℃。以气隙宽度、定子槽口宽度、永磁体间距和宽度为变量,以齿槽转矩、转矩密度和永磁体损耗为优化目标,提出一种田口法-响应面法双层多目标优化方法,确定电机最佳结构参数为:永磁体间距为0.4 mm、永磁体宽度为3.5 mm、气隙宽度为1.1 mm、定子槽口宽度为4.75 mm。仿真结果表明,优化后的电机转矩密度较优化前增加了8%,永磁体损耗降低了18.6%。样机台架试验结果表明,优化后电机齿槽转矩较优化前降低了20.9%,验证了所提优化方法的有效性,对电机性能研究具有一定的参考价值。

带附加气室空气弹簧等效刚度和等效阻尼高斯模型

[目的]研究带附加气室空气弹簧节流孔面积对弹簧振动特性参数的影响规律,为实现弹簧出力连续精确可调及后续车辆空气悬架系统的主动控制提供理论依据。[方法]以美国凡士通(Firestone)公司1T15M-2型膜式空气弹簧为试验对象,构建带附加气室的空气弹簧系统,研究初始气压及节流孔面积对弹簧振动特性参数的影响规律;通过试验结果对带附加气室空气弹簧的理论模型进行修正,将试验结果与理论模型进行比较;根据试验数据的分布规律,提出带附加气室空气弹簧等效刚度和等效阻尼的高斯模型,对试验结果进行高斯拟合,将试验曲线与拟合曲线进行比较,并通过对试验系统阻尼比计算精度的分析,验证高斯模型的正确性。[结果]试验结果表明:气压越大弹簧刚度越大,弹簧刚度随节流孔面积的增大而减小,阻尼随节流孔面积的增大先增大后减小;通过修正后的理论值与试验值存在较大误差;对高斯模型计算得到的等效阻尼比精度进行分析,表明高斯模型假设满足试验结果,且模型的计算精度高。[结论]带附加气室空气弹簧初始气压及节流孔面积对其刚度和阻尼有较明显的影响;所建高斯模型具有参数简单、误差较小的优点。

四轮独立驱动电动拖拉机牵引作业转矩分配研究

[目的]为使四轮驱动电动拖拉机在牵引作业工况下能够获得更好的牵引性能,提出轮边电机式独立驱动方案,驱动轮转矩实时可控。[方法]采用力矩平衡的方法,对牵引作业工况下的四轮独立驱动拖拉机进行动力学分析,得到前、后轮垂向载荷转移随挂钩阻力矩变化的关系。基于驱动轮的地面附着性能,以载荷比为转矩分配依据,建立前、后轮转矩分配比基于挂钩阻力矩变化的Matlab/Simulink仿真计算模型。根据参数计算,匹配合适部件,搭建了四轮独立驱动电动拖拉机试验台架。根据仿真结果在台架上通过Lab VIEW编程测控实现转矩分配随牵引阻力矩变化而变化。[结果]牵引作业时,前、后驱动轮垂向载荷发生改变,重心后移,驱动轮的地面附着能力改变。基于载荷比转矩分配最多可以比均匀分配提高800 N·m的有效驱动力矩。[结论]采用驱动轮力矩平衡的方法,以车轮垂向载荷为转矩分配依据,得到牵引作业下前、后驱动轮的转矩分配与挂钩阻力矩的关系。按照规律对转矩合理分配,提高拖拉机的牵引性能和能量利用效率。

拖拉机前桥油气悬架系统振动响应特性试验研究

以常发CF700型拖拉机为研究对象,对拖拉机前桥油气悬架进行了研究。建立前桥悬架拖拉机3自由度振动模型,运用MATLAB/SIMULINK仿真研究前桥悬架参数对拖拉机振动特性的影响,综合考虑选取前桥悬架刚度系数120~160 k N/m,阻尼系数8~10 k N·s/m。根据拖拉机前桥悬架的参数要求,设计了刚度和阻尼均可调的油气弹簧悬架系统。建立了1/4拖拉机振动模型,模拟拖拉机前桥悬架的实际工况载荷,对自行设计的油气弹簧进行了1/4车体试验,试验研究了悬架位移传递率及簧上质量的振动加速度响应特性。试验结果表明:位移传递率随激振频率的增高而减小,并没有出现共振的现象,整个振动过程呈现过阻尼的状态;振动加速度均方根值随激振频率的增高而增大,而簧上质量的响应振动加速度都明显小于激振台的振动加速度,轮胎动载荷响应随着正弦激振频率的增大而逐渐增加。所设计的油气弹簧有效地抑制了振动,能够提高拖拉机的行驶平顺性和乘坐舒适性。该研究为后期开发前桥悬架半主动油气弹簧系统提供了重要的理论依据。