CN112699493B - 一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统 - Google Patents

一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，包括以下步骤：步骤1：建立液压转向泵马达调速系统的干扰传递函数；步骤2：制定液压转向调速系统液压闭锁能力的试验研究方法并建立直驶稳定性试验台，本发明建立完整车辆液压传动系统直驶稳定性评价体系，确定影响车辆直驶稳定性的主要因素，并保证在将转向调速系统应用到履带车辆综合传动液压转向机构时，要基于一体化整机的直驶稳定性实验，合理设计转向泵马达与其前后传动机构的布置关系以及直驶闭锁离合器，有效利用系统的液压闭锁能力，保证车辆直驶稳定性。

Description

一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统
技术领域
本发明涉及一种传动分析模型，特别涉及一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，属于行驶稳定性技术领域。
背景技术
目前军用履带车辆广泛采用零差速式双流传动作为综合传动布置方案，理论上,双流传动零轴左右两端将承受来自地面的大小相等方向相反的负荷转矩，使零轴制动,保证车辆直驶稳定性。
但实际上,车辆行驶过程中两侧地面阻力不完全相等；并且双流传动左右转向结构不对称，右零轴后传动机构比左零轴后传动机构多一级外啮合齿轮副及相应的两个轴承摩擦副，所以即使车辆两侧地面阻力相同，左右零轴的受力也不等。若零轴承受的由地面负荷差及机构不对称而产生的负载转矩大于转向调速系统的闭锁转矩,转向马达开始旋转,将引起车辆向阻力大的一侧跑偏。
随着科技的不断进步，军事策略的不断变革，以及为了适应未来战场的高性能作战需求，军用高速履带车辆的机动能力和自动化程度需要进一步提高。而想要达成这些目标，首要的就是提高车辆传动系统的功率密度和传动效率。液压传动系统中的液压泵与液压马达，其功率密度可达3000kW/t以上。此外，近年来液压技术的发展使液压系统的性能和可靠性大大提高，促使采用液压传动作为主传动成为当前履带车辆发展的主流。
泵与马达液压调速系统是实现无极变速的关键，也是影响履带车辆直驶稳定性的重要因素，目前建立的液压转向泵与马达调速系统模型，大都仅考虑变速器传动比与调速系统的排量之间的关系，并未考虑在直驶情况下，转向调速系统的液压闭锁能力对其产生的干扰，且并未建立完整的履带车辆传动系统直驶稳定性的评价体系，也未对影响液压转向调速系统直驶稳定性的主要因素进行探究。
当履带车辆处于直驶工况时，液压转向调速系统的液压闭锁能力使其具有阻止马达转速随着马达负荷改变而改变的能力，从而提高了车辆的直驶稳定特性，经过研究发现液压闭锁能力与转向调速系统的泄漏、马达爬行特性、工作油温、转向泵转速、梭阀和低压滋流阀工作特性、补油压力以及双流传动两侧负荷差和双流传动转向机构的起动转矩等因素有关，本发明旨在建立完整车辆液压传动系统直驶稳定性评价体系，确定影响车辆直驶稳定性的主要因素，并保证在将转向调速系统应用到履带车辆综合传动液压转向机构时，要基于一体化整机的直驶稳定性实验，合理设计转向泵马达与其前后传动机构的布置关系以及直驶闭锁离合器，有效利用系统的液压闭锁能力，保证车辆直驶稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，以解决上述背景技术中提出的泵与马达液压调速系统是实现无极变速的关键，也是影响履带车辆直驶稳定性的重要因素，目前建立的液压转向泵与马达调速系统模型，大都仅考虑变速器传动比与调速系统的排量之间的关系，并未考虑在直驶情况下，转向调速系统的液压闭锁能力对其产生的干扰，且并未建立完整的履带车辆传动系统直驶稳定性的评价体系，也未对影响液压转向调速系统直驶稳定性的主要因素进行探究的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，所述一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，包括以下步骤：
步骤1：建立液压转向泵马达调速系统的干扰传递函数；
恒流量(转向泵流量QP＝const或零)情况下，液压马达干扰传递函数为：
Figure BDA0002890131800000031
式中：TLoad为马达承受负载转矩；Cf为压力损失系数；
速度刚性GV为扰传递函数的稳态幅值的倒数，其表达式为：
Figure BDA0002890131800000032
式中：Cs为层流损失系数；CnP为液压油的可压缩系数；CnM为泵与马达的泄漏系数；μ为工作油粘度。
转向泵排量为零时的速度刚性GV成为液压调速系统的液压闭锁能力GV0，其直接影响车辆的直驶稳定性，在转向泵变量系数xP＝0时，系统因泄漏而引起的马达转速：
Figure BDA0002890131800000033
式中：nP为泵的转速，nM马达的转速，单位为rpm；QZP为泵的流量，QZM为马达的流量；TLoad为马达负载转矩表达式为：
Figure BDA0002890131800000034
式中：ηmM为马达机械效率。
则液压闭锁能力GV0表达式为：
Figure BDA0002890131800000035
将转向调速系统工作压力Ph＝4MPa、泄漏系数CnM＝0.01、不同工作油温下，液压闭锁能力GV0和马达转速nM的理论计算值用于一体化综合传动的初始设计计算。
步骤2：制定液压转向调速系统液压闭锁能力的试验研究方法并建立直驶稳定性试验台。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤2中，所述直驶稳定性试验台由发动机、第一转速转矩传感器、第二转速转矩传感器、第三转速转矩传感器、综合传动装置、第一侧传动箱、第二侧传动箱、第一加载泵和第二加载泵组成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述发动机的输出端固定连接有综合传动装置，且所述综合传动装置由第一侧传动箱、第二侧传动箱、第一加载泵和第二加载泵组成，且第一侧传动箱和第二侧传动箱分别位于综合传动装置的两侧，且第一侧传动箱内部的传动组件和第二侧传动箱内部的传动组件分别与第一加载泵输出端和第二加载泵的输出端固定连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述综合传动装置和发动机的连轴处固定安装有第一转速转矩传感器，所述第一侧传动箱和综合传动装置之间固定安装有第二转速转矩传感器，所述第二侧传动箱和综合传动组件之间固定安装有第三转速转矩传感器。
作为本发明的一种优选技术方案，通过直驶稳定性试验台的测试液压转向调速系统液压闭锁能力的实验测试步骤如下：
S1：将第一转向泵和第二转向泵的排量置零；
S2：采用第二转速转矩传感器和第三转速转矩传感器测试综合传动装置的输出转速和加载转矩；
S3：采用第一转速转矩传感器测试发动机的输出转速和输出转矩；
S4：采用压力传感器测试转向调速系统高、低主油路压力、以及转向泵补油压力；
S5：采用红外侧温仪测试转向泵、马达以及综合传动油箱的工作温度；
S6：采用霍尔转速传感器测试转向马达的转速。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，考虑了层流损失系数、液压油可压缩系数、液压泵与马达的泄露系数等因素对干扰传递函数的影响，建立了液压闭锁能力的数值模型，通过建立液压转向泵马达调速系统的干扰传递函数，以及建立直驶稳定性试验台对液压转向调速系统液压闭锁能力进行试验研究，建立完整车辆液压传动系统直驶稳定性评价体系，确定影响车辆直驶稳定性的主要因素，并保证在将转向调速系统应用到履带车辆综合传动液压转向机构时，要基于一体化整机的直驶稳定性实验，合理设计转向泵马达与其前后传动机构的布置关系以及直驶闭锁离合器，有效利用系统的液压闭锁能力，保证车辆直驶稳定性。
附图说明
图1为本发明的直驶稳定性试验台的结构示意图。
图中：1、发动机；2、第一转速转矩传感器；3、综合传动装置；4、第二转速转矩传感器；5、第三转速转矩传感器；6、第一侧传动箱；7、第二侧传动箱；8、第一加载泵；9、第二加载泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统的技术方案：一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，包括以下步骤：
步骤1：建立液压转向泵马达调速系统的干扰传递函数；
恒流量转向泵流量QP＝const或零情况下，液压马达干扰传递函数为：
Figure BDA0002890131800000061
式中：TLoad为马达承受负载转矩；Cf为压力损失系数；
速度刚性GV为扰传递函数的稳态幅值的倒数，其表达式为：
Figure BDA0002890131800000062
式中：Cs为层流损失系数；CnP为液压油的可压缩系数；CnM为泵与马达的泄漏系数；μ为工作油粘度。
转向泵排量为零时的速度刚性GV又被称为液压调速系统的液压闭锁能力GV0，其直接影响车辆的直驶稳定性，在转向泵变量系数xP＝0时，系统因泄漏而引起的马达转速：
Figure BDA0002890131800000063
式中：nP为泵的转速，nM马达的转速，单位为rpm；QZP为泵的流量，QZM为马达的流量；Ph为马达负载转矩表达式为：
Figure BDA0002890131800000064
式中：TLoad为马达机械效率。
则液压闭锁能力GV0表达式为：
Figure BDA0002890131800000065
将转向调速系统工作压力Ph＝4MPa、CnM＝0.01、不同工作油温下，液压闭锁能力GV0和马达转速nM的理论计算值用于一体化综合传动的初始设计计算。
步骤2：制定液压转向调速系统液压闭锁能力的试验研究方法并建立直驶稳定性试验台。
步骤2中，直驶稳定性试验台由发动机1、第一转速转矩传感器2、第二转速转矩传感器4、第三转速转矩传感器5、综合传动装置3、第一侧传动箱6、第二侧传动箱7、第一加载泵8和第二加载泵9组成。
发动机1的输出端固定连接有综合传动装置3，且综合传动装置3由第一侧传动箱6、第二侧传动箱7、第一加载泵8和第二加载泵9组成，且第一侧传动箱6和第二侧传动箱7分别位于综合传动装置3的两侧，且第一侧传动箱6内部的传动组件和第二侧传动箱7内部的传动组件分别与第一加载泵8输出端和第二加载泵9的输出端固定连接。
综合传动装置3和发动机1的连轴处固定安装有第一转速转矩传感器2，第一侧传动箱6和综合传动装置3之间固定安装有第二转速转矩传感器4，第二侧传动箱7和综合传动组件3之间固定安装有第三转速转矩传感器5。
通过直驶稳定性试验台的测试液压转向调速系统液压闭锁能力的实验测试步骤如下：
S1：将第一转向泵和第二转向泵的排量置零；
S2：采用第二转速转矩传感器和第三转速转矩传感器测试综合传动装置的输出转速和加载转矩；
S3：采用第一转速转矩传感器测试发动机的输出转速和输出转矩；
S4：采用压力传感器测试转向调速系统高、低主油路压力、以及转向泵补油压力；
S5：采用红外侧温仪测试转向泵、马达以及综合传动油箱的工作温度；
S6：采用霍尔转速传感器测试转向马达的转速。
具体使用时，本发明一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，考虑了层流损失系数、液压油可压缩系数、液压泵与马达的泄露系数等因素对干扰传递函数的影响，建立了液压闭锁能力的数值模型，通过建立液压转向泵马达调速系统的干扰传递函数，以及建立直驶稳定性试验台对液压转向调速系统液压闭锁能力进行试验研究，建立完整车辆液压传动系统直驶稳定性评价体系，确定影响车辆直驶稳定性的主要因素，并保证在将转向调速系统应用到履带车辆综合传动液压转向机构时，要基于一体化整机的直驶稳定性实验，合理设计转向泵马达与其前后传动机构的布置关系以及直驶闭锁离合器，有效利用系统的液压闭锁能力，保证车辆直驶稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，其特征在于，所述一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，包括以下步骤：
步骤1：建立液压转向泵马达调速系统的干扰传递函数；
恒流量转向泵流量QP＝const或零情况下，液压马达干扰传递函数为：
Figure FDA0003917523900000011
式中：TLoad为马达承受负载转矩；VM为马达排量,单位取为ml/r；Cf为压力损失系数；
速度刚性GV为扰传递函数的稳态幅值的倒数，其表达式为：
Figure FDA0003917523900000012
式中：Cs为层流损失系数；CnP为液压油的可压缩系数；CnM为泵与马达的泄漏系数；μ为工作油粘度，
转向泵排量为零时的速度刚性GV成为液压调速系统的液压闭锁能力GV0，其直接影响车辆的直驶稳定性，在转向泵变量系数xP＝0时，系统因泄漏而引起的马达转速：
Figure FDA0003917523900000013
式中：nP为泵的转速，nM马达的转速，单位为rpm；QZP为泵的流量，QZM为马达的流量；Ph为马达负载转矩表达式为：
Figure FDA0003917523900000014
Figure FDA0003917523900000015
式中：ηmM为马达机械效率，
则液压闭锁能力GV0表达式为：
Figure FDA0003917523900000021
Figure FDA0003917523900000022
将转向调速系统工作压力Ph＝4MPa、CnM＝0.01、不同工作油温下，液压闭锁能力GV0和马达转速nM的理论计算值用于一体化综合传动的初始设计计算，
步骤2：制定液压转向调速系统液压闭锁能力的试验研究方法并建立直驶稳定性试验台。
2.根据权利要求1所述的一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，其特征在于：步骤2中，所述直驶稳定性试验台由发动机(1)、第一转速转矩传感器(2)、第二转速转矩传感器(4)、第三转速转矩传感器(5)、综合传动装置(3)、第一侧传动箱(6)、第二侧传动箱(7)、第一加载泵(8)和第二加载泵(9)。
3.根据权利要求2所述的一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，其特征在于：所述发动机(1)的输出端固定连接有综合传动装置(3)，且所述综合传动装置(3)由第一侧传动箱(6)、第二侧传动箱(7)、第一加载泵(8)和第二加载泵(9)组成，且第一侧传动箱(6)和第二侧传动箱(7)分别位于综合传动装置(3)的两侧，且第一侧传动箱(6)内部的传动组件和第二侧传动箱(7)内部的传动组件分别与第一加载泵(8)输出端和第二加载泵(9)的输出端固定连接。
4.根据权利要求2所述的一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，其特征在于：所述综合传动装置(3)和发动机(1)的连轴处固定安装有第一转速转矩传感器(2)，所述第一侧传动箱(6)和综合传动装置(3)之间固定安装有第二转速转矩传感器(4)，所述第二侧传动箱(7)和综合传动装置(3)之间固定安装有第三转速转矩传感器(5)。
5.根据权利要求4所述的一体化传动直驶稳定性分析模型与实验系统，其特征在于：通过直驶稳定性试验台的测试液压转向调速系统液压闭锁能力的实验测试步骤如下：
S1：将第一转向泵和第二转向泵的排量置零；
S2：采用第二转速转矩传感器和第三转速转矩传感器测试综合传动装置的输出转速和加载转矩；
S3：采用第一转速转矩传感器测试发动机的输出转速和输出转矩；
S4：采用压力传感器测试转向调速系统高、低主油路压力、以及转向泵补油压力；
S5：采用红外侧温仪测试转向泵、马达以及综合传动油箱的工作温度；
S6：采用霍尔转速传感器测试转向马达的转速。
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