阳朔晶鑫国际大酒店:挖掘机液压马达和负载的转动惯量

车辆无级传动可以随着外界载荷和道路情况连续调节传动比，使车辆动力系的动力场通过无级变速器后与车辆所需的动力场达到最佳匹配，进而减少了车辆换挡过程的冲击，提高车辆的舒适性，改善车辆的燃油经济性。这在能源短缺、环境污染日益加剧的21世纪有着重要意义。
液压机械无级变速器是综合了机械传动高效率和液压传动无级变速两方面优点的新型传动机构。日本小松公司开发了液压机械变速器成功用于推土机上。和液力机械传动相比，装载量最大可提高30％，燃油经济性最大提高25％。而国内在这方面的研究尚处于理论研究方面。
1 液压机械无级传动原理
图1是液压机械无级传动的一种方案。输入功率通过两路传递，一路经液压路（双向），主要起调速作用，一路经机械路，主要用来传递功率。对应机械路每一个固定的传动比，连续调节液压路的传动比，就可以得到一个总传动比连续变化的范围，称为段。液压机械传动的基本工作特征是在一段内液压分路传动比与总传动比成正比变化，马达的最高转速对应着该段的末速度，当这段的末速度等于后一段的初速度，即后一段初速度对应马达最高转速位置，此时马达的转速不出现突变，后一段内总传动比与液压回路的传动比成反向变化，即可得到逐段连续提高的扩大范围的无级变速,见图2。

液压机械无级变速器必须与发动机合理匹配才能发挥其优势。匹配的关键是根据各种路况和发动机特性调节变速器的传动比，使发动机工作在最佳状态。
2发动机的转速转矩模型
发动机的工作过程复杂，一般认为发动机输出转矩是油门开度和转速的函数。可用实验的方法得到发动机在不同油门开度下、不同输出转速下的转矩值，用数学插值的方法得到发动机的转速—转矩的稳态模型，形成一个转速、油门开度和发动机输出转矩的查询表。图3即为经过插值运算得出的发动机的转速—转矩模型。
发动机一般工作在非稳态，此时发动机的实际输出转 矩和稳态转矩存在较大差别。可将发动机简化为一个转矩发生器和转动惯量，其动力学方程式为：
Ie＝Te－Tc
式中：Ie——发动机的等效转动惯量
Te——发动机的稳态输出转矩
Tc——发动机的负载转矩
ωe——发动机的输出轴角速度

3 液压机械无级变速器的控制方案
液压无级变速器的电液控制方案多采用转速调节，即当输出轴负荷变化时，独立调节变速器的速比，使发动机处于相应于任何一个要求的功率值的转速上。一般控制目标是使发动机工作在最佳动力性曲线和最佳经济性曲线上（图4）。

图4中E曲线对应最佳经济模式，D曲线是最佳动力性模式。两种模式可以动态切换，以实现动力性和经济性的目标。
4 液压机械无级变速器速比调节规律
4．1 变速器方案选择
车辆液压机械无级变速器为等比式，所谓等比连续式即各段输出转速的连续变化范围逐段增大，各段的最大速度与最小速度比为一定值q，输出转速逐段上翘，等比连续式的最大输出功率为恒定值，输出扭矩逐段下降。
4．2 速比调节规律
差速机构选为行星排，设液压路转速输出到太阳轮，机械路转速输出到齿圈、行星架输出，由差速方程得：
it ＝α im＋β ih （1）
it为变速器的速比，im为机械传动机构的速比，ih为液压传动机构的速比，α、β为差速机构特性参数， α ＝1－β 。
当机械分路速比im等于零时，液压机械双流传动变为液压单流传动；当液压分路速比ih等于零时，液压机械双流传动变为机械单流传动。
机械分路速比im和差速机构特性参数β一般为阶跃函数，则有：
＝β （2）
可见总速比的变化与液压路速比的变化成正比，比例系数为行星排的特性参数。
段内调速时，只需单独调节液压路的速比，使之连续变化，总速比也会连续变化，进而实现各个段内无级调速。液压路速比的变化规律为：一个段d ih/d t＞0，相邻段d ih/d t＜0的条件下，液压分路的速比各段的变化范围相同，而总速比单调连续。
第i段速比的变化率和第j段速比变化率关系：
＝qj－i j＝2,3,...n；i＝ 1,2... n－1 （3）
由（2）、（3）可见，不同段内液压路速比变化率对总速比的影响不同，低段内影响小，高段内影响大。所以在低段内，应快速调节液压路速比；在高段内，应慢速调节速比，以保证在各个段内的调速平稳、以及加速过程的稳定。
5 实验结果与分析
转速调节原理图如图5所示。驾驶员踩油门踏板，控制器根据存储的最佳动力性曲线获最佳经济性曲线，查出期望的发动机转速值，然后连续调节变速器的传动比使发动机的输出转速稳定在期望值。
首先设定路面阻力不变，车辆起步并加速到稳定车速。控制器连续调节变速器的传动比，使发动机转速稳定到期望的转速值。发动机输出转速和变速器的输出转速变化曲线如图6所示，发动机的输出转速用7 s左右稳定到期望值，变速器输出转速上升较平稳，可以满足车辆动力性的需求。
在上述过程中，液压路传动比及总传动比变化曲线如图7所示。车辆起步后进入液压段，液压路传动比迅速减小，在2 s左右液压路传动比达到最小，换段进入液压机械1段；液压路传动比增加到最大再减小，机械路的传动比单调减小。

油门开度不变，负载变化时，得出的发动机输出转速－负载变化曲线如图8示。在此过程中，定发动机转速基本稳定在期望值，变速器输出转速和变速器负载转矩成反向变化。

图9是总传动比随着负载变化的曲线。在此过程中，速比变化连续，发动机转速稳定。
6 结论
（1）本文介绍了液压机械无级变速器的原理，根据实验数据，利用插值的方法建立了发动机的稳态转矩模型，并根据其调节特性，给出了最佳动力性曲线和最佳经济性曲线。
（2）分析了等比式液压机械无级变速器在与发动机共同工作中采用了转速调节方案时其段内速比调节规律，并通过实验证明速比调节规律的正确性。