混合動(dòng)力拖拉機(jī)的動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、混合動(dòng)力拖拉機(jī)（Hybrid electric tractor，簡(jiǎn)稱HET）是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力源-熱動(dòng)力（傳統(tǒng)的柴油機(jī)，本文采用的是ZS1100型柴油機(jī)）與電力源（電池和電動(dòng)機(jī)，本文采用的是鉛酸蓄電池和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)）。通過在拖拉機(jī)上使用電動(dòng)機(jī)，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，而使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。本文分析了本課題所采用的動(dòng)力耦合裝置的結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，動(dòng)力學(xué)分析，計(jì)

2、算其動(dòng)能和廣義力，最后根據(jù)拉格朗日方程建立動(dòng)力耦合裝置系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程;在此基礎(chǔ)上，建立了混合動(dòng)力拖拉機(jī)的仿真模型，詳細(xì)分析了該樣機(jī)的動(dòng)態(tài)特性;最后搭建了混合動(dòng)力拖拉機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，研究了混合動(dòng)力拖拉機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。所完成的主要工作歸納如下:
　　 1、探討采用差動(dòng)行星輪系作為混合動(dòng)力拖拉機(jī)耦合裝置的原因，闡述了差動(dòng)行星輪系本身具有的優(yōu)點(diǎn)。分析本課題采用的耦合裝置（差動(dòng)行星輪系）的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性。針對(duì)本課題采用的混合動(dòng)力耦合裝置

3、，首先對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，然后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，計(jì)算其動(dòng)能和廣義力，最后根據(jù)拉格朗日方程建立系統(tǒng)的微分方程，為后續(xù)工作提供了理論參考。
　　 2.借助多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)SimulationX，開發(fā)了混合動(dòng)力拖拉機(jī)的仿真模型。在發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)及混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的三種工作模式下，對(duì)犁耕和道路運(yùn)輸作業(yè)工況下的起步、換擋、加減速及載荷突變等典型動(dòng)態(tài)工況進(jìn)行仿真研究。研究結(jié)果表明:
　　 (1)三種不同的驅(qū)

4、動(dòng)模式下，起步瞬間，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨著電動(dòng)機(jī)電壓的增大而增大，驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大;電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)電流、驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩變化趨勢(shì)相同，在起步瞬間產(chǎn)生波動(dòng)，隨后趨于恒定。這是由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)電流和驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩都是與加載轉(zhuǎn)矩成正比，取決于加載轉(zhuǎn)矩的大小。
　　 (2)在加減速過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)的電流及驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律是一致的，與外加載荷的大小成正比。驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大。電機(jī)的

5、轉(zhuǎn)速在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化過程中基本保持恒定。
　　 (3)三種不同的驅(qū)動(dòng)模式下?lián)Q擋過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)的電流變化規(guī)律是一致的，隨著檔位的變化而變化，與發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化情況無關(guān)。在換檔過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速近似恒定，在換檔瞬間存在很大的波動(dòng)，這是由于在換檔瞬間需要克服系統(tǒng)的慣性阻力。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨檔位的升高而增大，驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速隨檔位的升高而增大，驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩基本恒定，是由外加負(fù)載決定的。發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩?fù)Q檔

6、瞬間波產(chǎn)生了很大的波動(dòng)，這是由于在換檔過程中要克服內(nèi)部轉(zhuǎn)矩。
　　 3.搭建混合動(dòng)力拖拉機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)，并開發(fā)了以LabVIEW為基礎(chǔ)的測(cè)控系統(tǒng)。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，并選取了試驗(yàn)臺(tái)重要組成部分的參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)架的搭建，調(diào)試。對(duì)濾波器、采樣頻率、轉(zhuǎn)速補(bǔ)償、初始相位差、發(fā)動(dòng)機(jī)檔位、傳感器的頻率相位差測(cè)試進(jìn)行了設(shè)置，并分別保存為子模塊，方便調(diào)用和調(diào)試。
　　 4.混合動(dòng)力拖拉機(jī)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究了不同驅(qū)動(dòng)模式（發(fā)動(dòng)機(jī)單

7、獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、混合動(dòng)力）下，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪在起步、換檔、加減速、加減載等典型工況下的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速及蓄電池和電動(dòng)機(jī)的電壓、電流的變化過程。研究表明:
　　 (1)在三種模式下的起步過程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在起步瞬間迅速下降，轉(zhuǎn)矩基本保持不變，電機(jī)的電壓電流在起步瞬間迅速增大，蓄電池的電流也隨其變化，蓄電池的電壓在起步瞬間略有下降，起步對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速影響很小。
　　 (2)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式下，換檔過程中發(fā)動(dòng)機(jī)

8、的轉(zhuǎn)速基本保持恒定，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨著檔位的增大而增大，驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速隨檔位的增大而增大，其轉(zhuǎn)矩速在檔位變換過程中保持恒定。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在換檔瞬間發(fā)生了很大的波動(dòng);電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著檔位的升高而下降;驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速隨著檔位的升高而增大;發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩基本保持不變。電源的電壓隨檔位的升高而下降，電機(jī)的電壓隨檔位的升高而升高。電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式下?lián)Q檔規(guī)律和混合動(dòng)力模式下相同。
　　 (3)當(dāng)檔位不變，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)