装载机发动机与液力变矩器功率匹配优化
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收稿日期：２ ０ ０ ９ ０ ８ １ ９ 修回日期：２ ０ ０ ９ １ ０ １ ９
１ 发动机与液力变矩器匹配存在的问题
目前 发 动 机 与 液 力 变 矩 器 有 ３种 匹 配 方 式
［ ６～９ ］
： 全功率匹配、 部分功率匹配和 折衷 匹 配。以
Ｚ Ｌ ３ ０型装载机 为 例， ３种 匹 配 方 式 如 图 １所 示， 图
２ ６
农 业 机 械 学 报 ２０１０年
［ １ １ ］ １ １ ］ 对工作泵输入转矩 进 行 了 实 验 测 试， 图２ 献［
中， Ｍｅ 为发 动 机 外 特 性 转 矩 曲 线。 Ｍ３ 为 发 动 机 功 率减去变速泵满载、 转向泵和工作泵空载功率后， 发 动机传给液力变 矩 器 的 转 矩 特 性 曲 线， Ａ为 发 动 机 全功率匹配额定工 作 点， 这种匹配方式称为全功率 ０ ％ ～４ ０ ％ 后， 再传 匹配。 Ｍ４ 为发 动 机 功 率 扣 除 ２ 给液力变矩器 的 转 矩 特 性 曲 线， Ｂ为 发 动 机 折 衷 匹 配额定工作点， 这种匹配方式称为折衷匹 配。 Ｍ６ 为 发动机功率减去变 速 泵 和 工 作 泵 满 载， 转向泵空载 的功率后， 发动机传给液力变矩器的转矩特性曲线， Ｃ为发动机部 分 功 率 匹 配 额 定 工 作 点， 这种匹配方 式称为部分功 率 匹 配。 Ｍ５ 为 发 动 机 功 率 减 去 变 速 泵和工作泵满载、 转向泵空载功率和的一半后， 发动 机传给液力变矩器的转矩特性曲线。
则可求得按直线行驶工况匹配的液力变矩器循环圆 直径， 记为 Ｄ ， 显 然， 当 装 载 机 直 线 运 输 行 驶 时， 这 １ 一匹配方式能保证发动机和液力变矩器有最大输出 功率。 按铲 掘 联 合 极 限 工 况 匹 配 时， 希望液力变矩器 工作在最高效率点， 图 １中 Ｃ为匹配点， 又因
第 ７期 常绿：装载机发动机与液力变矩器功率匹配优化
２～ ３ ］ 。 利用率 ［
引言 装载 机 常 以 柴 油 发 动 机 为 动 力 源， 但柴油发动 机的转矩适应系数 小， 难以适应装载机外载荷频繁
１ ］ 变化的要求 ［ 。如果配 置 功 率 较 大 的 发 动 机， 则装
装载机发动机与液力变矩器的匹配方法与装载 机的实际工作情况还有较大差距。本文根据液压泵
为实验得到的装载机在原生土作业中工作泵输入转 矩 时间历程。装载机在一个工作循环中， 重复进 行 铲掘—重载倒车—重载前进—卸料—空载倒车—空 ０ ０ｓ 时 长， 测 载前进等 作业程 序， 图 中的 纵坐 标为 ２ 得的输入转矩电压信号。 从图 ２示 出 的 实 验 结 果 可 知， 工作泵在额定转 矩持续工作时间很短， 仅仅以尖峰载荷的形式出现。 １ １ ］ 对 图 ２中 工 作 泵 输 入 转 矩 作 了 概 率 分 布 文献［ 密度分析， 结果表 明， 在 铲 掘 过 程 中， 工作泵的转矩 从空载转矩到额定 转 矩 之 间 不 断 变 化， 其均值大约 在额定转 矩 的 一 半。 本 文 取 均 值 为 额 定 转 矩 的 一 半， 定义此工况为铲掘联合正常工况。
５ ２ ＭＡ ＝λ Ｄ ｎ １γ １
２ 匹配要求及数学模型
变速 泵 用 作 液 力 变 矩 器 油 的 循 环 冷 却、 变速箱 的动力换挡及润滑， 该泵始终与液力变矩器共同工 作。装载机在不同 的 工 作 状 态， 转向泵和工作泵的 工作情况差别很 大。 根 据 液 压 泵 的 工 作 情 况， 把装 载机分 ３种典型工况
（ Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙｏ ｆ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｈ ｕ ａ ｉ ｙ ｉ ｎＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｈ ｕ ａ ｉ ａ ｎ２ ２ ３ ０ ０ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
全功率匹配方案和部分功率匹配方案与装载机 实际工作情况有较大差距， 在工程实践中较少采用。 折衷匹配是扣除 ２ ０ ％～ ４ ０ ％ 的 功 率 后 再 匹 配， 但到 底扣除多少则无定论， 对一台具体型号的装载机， 这 种模糊的匹配原则显得不够准确。 装载机发动机与液力变矩器的优化匹配问题本 质上是一个多目标优化问题。基于满意度原理的多 目标满意优化， 在求 wenku.baidu.com 过 程 中 追 求 满 意 解 而 不 是 最 优解， 这使得多目标优化成为可能。
４～５ ］ 的工作情况， 把装载机分为 ３种典 型工 况 ［ ， 针对
目前发动机与液 力 变 矩 器 匹 配 过 程 中 存 在 的 不 足， 基于满意度原理构建目标函数， 并给出求解过程。
载机长时间在负荷 不 足 的 工 况 下 工 作， 降低了发动 机的功率利用率。 当 采 用 液 力 变 矩 器 后， 发动机与 液力变矩器组合构 成 一 种 复 合 动 力 装 置， 能使装载 机获得较好的牵引 特 性， 同时对外载荷的变化有较 强的自动适应性， 能减少振动和冲击， 避免发动机熄 火， 实现无级变速， 减 少 换 挡 次 数， 提高发动机功率
Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒＭａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎＴ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈＤ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｆ ｏ ｒＷｈ ｅ ｅ ｌ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ
Ｃ ｈ ａ ｎ ｇＬ ü
图３ 液力变矩器原始特性拟合曲线 Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓｏ ｆ ｔ ｈ ｅｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
２ １ 设计变量 设计变量为液 力 变 矩 器 的 有 效 循 环 圆 直 径 Ｄ ， 即： Ｘ＝［ ｘ ］＝［ Ｄ ］ 。 ２ ２ 约束条件 按直 线 行 驶 工 况 匹 配 时， 希望液力变矩器工作 在最高效率点， 图 １中 Ａ为匹配点， 又因
Ｂ Ｋ ２ ０ ０ ９ １ ６ ８ ） 和江苏省高校自然科学研究计划资助项目（ ０ ９ Ｋ Ｊ Ｂ ５ ８ ０ ０ ０ １ ） 江苏省自然科学基金资助项目（ 作者简介：常绿， 副教授， 博士， 主要从事工程车辆动力性能优化研究， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｌ ｖ ７ １ １ ４ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
２０１０年 ７月 Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ １ ２ ９ ８ ． ２ ０ １ ０ ． ０ ７ ． ０ ０ ６
农 业 机 械 学 报
第 ４ １卷 第 ７期
装载机发动机与液力变矩器功率匹配优化
常 绿
（ 淮阴工学院交通工程学院，淮安 ２ ２ ３ ０ ０ ３ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅｎ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙｏ ｆ ｔ ｈ ｅｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｆ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｓａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃｐ ｕ ｍ ｐｉ ｎａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ａ ｎ ｃ ｅｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅｗ ｏ ｒ ｋｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒｗ ａ ｓｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄｉ ｎ ｔ ｏｔ ｈ ｒ ｅ ｅｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｔ ｈ ｅｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｐ ｏ ｗ ｅ ｒｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙｗ ａ ｓ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｅ ｄ ．Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｏ ｆ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ，ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ｏ ｌ ｖ ｉ ｎ ｇｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ａ ｎ ｄｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｃ ａ ｎｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅｔ ｈ ｅｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙｏ ｆ ｔ ｈ ｅｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ． Ｋｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ，Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ，Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ，Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｄ ｅ ｓ ｉ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
图２ 原生土作业时工作泵输入转矩时间历程 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅｏ ｆ ｐ ｕ ｍ ｐｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ｏ ｉ ｌ
图 ３示出液力变矩器原始特性曲线。
图１ 发动机与液力变矩器匹配 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
［ １ ０ ］
（ １ ）
其中
１
ｇ γ＝ρ — — —工作液体单位体积的重量 γ — — —密度 ρ
式中 λ — — —液力变矩器最高效率时泵轮转矩系数
。 ① 直线行驶工况： 当装载
机直线行驶时， 变速泵在工作， 转向泵和工作泵在空 载状态。 ② 铲掘联 合 正 常 工 况： 装载机进行铲掘作 业， 变速泵和工作泵都处在工作状态， 转向泵在空载 状态。 ③ 铲掘联合极限工况： 一定时间内， 工作泵工 作在额定转矩， 这一工况定义为铲掘联合极限工况。 工作泵 额 定 转 矩 远 大 于 转 向 泵 额 定 转 矩， 文
【 摘要】 分析了现有装载机发动机与液力变矩器功率匹配的特性。根据装载机液压泵的工作情 况， 把装载机 建立了装载机发动机与液力变矩器匹配多目标优化模型。 建 立 了 基 于 满 意 度 原 理 的 满 意 度 函 分为 ３种典型工况， 数， 给出了解题步骤和方法。算例分析表明： 基于满意度原理的装载机发动机与液力变矩器功率匹配方法优化可行。 关键词：装载机 液力传动 功率匹配 优化 满意度函数 中图分类号：Ｔ Ｄ ４ ２ ２ ３ ；Ｕ ４ ６ ３ ２ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ０ １ ２ ９ ８ （ ２ ０ １ ０ ） ０ ７ ０ ０ ２ ５ ０ ５
１ 发动机与液力变矩器匹配存在的问题
目前 发 动 机 与 液 力 变 矩 器 有 ３种 匹 配 方 式
［ ６～９ ］
： 全功率匹配、 部分功率匹配和 折衷 匹 配。以
Ｚ Ｌ ３ ０型装载机 为 例， ３种 匹 配 方 式 如 图 １所 示， 图
２ ６
农 业 机 械 学 报 ２０１０年
［ １ １ ］ １ １ ］ 对工作泵输入转矩 进 行 了 实 验 测 试， 图２ 献［
中， Ｍｅ 为发 动 机 外 特 性 转 矩 曲 线。 Ｍ３ 为 发 动 机 功 率减去变速泵满载、 转向泵和工作泵空载功率后， 发 动机传给液力变 矩 器 的 转 矩 特 性 曲 线， Ａ为 发 动 机 全功率匹配额定工 作 点， 这种匹配方式称为全功率 ０ ％ ～４ ０ ％ 后， 再传 匹配。 Ｍ４ 为发 动 机 功 率 扣 除 ２ 给液力变矩器 的 转 矩 特 性 曲 线， Ｂ为 发 动 机 折 衷 匹 配额定工作点， 这种匹配方式称为折衷匹 配。 Ｍ６ 为 发动机功率减去变 速 泵 和 工 作 泵 满 载， 转向泵空载 的功率后， 发动机传给液力变矩器的转矩特性曲线， Ｃ为发动机部 分 功 率 匹 配 额 定 工 作 点， 这种匹配方 式称为部分功 率 匹 配。 Ｍ５ 为 发 动 机 功 率 减 去 变 速 泵和工作泵满载、 转向泵空载功率和的一半后， 发动 机传给液力变矩器的转矩特性曲线。
则可求得按直线行驶工况匹配的液力变矩器循环圆 直径， 记为 Ｄ ， 显 然， 当 装 载 机 直 线 运 输 行 驶 时， 这 １ 一匹配方式能保证发动机和液力变矩器有最大输出 功率。 按铲 掘 联 合 极 限 工 况 匹 配 时， 希望液力变矩器 工作在最高效率点， 图 １中 Ｃ为匹配点， 又因
第 ７期 常绿：装载机发动机与液力变矩器功率匹配优化
２～ ３ ］ 。 利用率 ［
引言 装载 机 常 以 柴 油 发 动 机 为 动 力 源， 但柴油发动 机的转矩适应系数 小， 难以适应装载机外载荷频繁
１ ］ 变化的要求 ［ 。如果配 置 功 率 较 大 的 发 动 机， 则装
装载机发动机与液力变矩器的匹配方法与装载 机的实际工作情况还有较大差距。本文根据液压泵
为实验得到的装载机在原生土作业中工作泵输入转 矩 时间历程。装载机在一个工作循环中， 重复进 行 铲掘—重载倒车—重载前进—卸料—空载倒车—空 ０ ０ｓ 时 长， 测 载前进等 作业程 序， 图 中的 纵坐 标为 ２ 得的输入转矩电压信号。 从图 ２示 出 的 实 验 结 果 可 知， 工作泵在额定转 矩持续工作时间很短， 仅仅以尖峰载荷的形式出现。 １ １ ］ 对 图 ２中 工 作 泵 输 入 转 矩 作 了 概 率 分 布 文献［ 密度分析， 结果表 明， 在 铲 掘 过 程 中， 工作泵的转矩 从空载转矩到额定 转 矩 之 间 不 断 变 化， 其均值大约 在额定转 矩 的 一 半。 本 文 取 均 值 为 额 定 转 矩 的 一 半， 定义此工况为铲掘联合正常工况。
５ ２ ＭＡ ＝λ Ｄ ｎ １γ １
２ 匹配要求及数学模型
变速 泵 用 作 液 力 变 矩 器 油 的 循 环 冷 却、 变速箱 的动力换挡及润滑， 该泵始终与液力变矩器共同工 作。装载机在不同 的 工 作 状 态， 转向泵和工作泵的 工作情况差别很 大。 根 据 液 压 泵 的 工 作 情 况， 把装 载机分 ３种典型工况
（ Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙｏ ｆ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｈ ｕ ａ ｉ ｙ ｉ ｎＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｈ ｕ ａ ｉ ａ ｎ２ ２ ３ ０ ０ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
全功率匹配方案和部分功率匹配方案与装载机 实际工作情况有较大差距， 在工程实践中较少采用。 折衷匹配是扣除 ２ ０ ％～ ４ ０ ％ 的 功 率 后 再 匹 配， 但到 底扣除多少则无定论， 对一台具体型号的装载机， 这 种模糊的匹配原则显得不够准确。 装载机发动机与液力变矩器的优化匹配问题本 质上是一个多目标优化问题。基于满意度原理的多 目标满意优化， 在求 wenku.baidu.com 过 程 中 追 求 满 意 解 而 不 是 最 优解， 这使得多目标优化成为可能。
４～５ ］ 的工作情况， 把装载机分为 ３种典 型工 况 ［ ， 针对
目前发动机与液 力 变 矩 器 匹 配 过 程 中 存 在 的 不 足， 基于满意度原理构建目标函数， 并给出求解过程。
载机长时间在负荷 不 足 的 工 况 下 工 作， 降低了发动 机的功率利用率。 当 采 用 液 力 变 矩 器 后， 发动机与 液力变矩器组合构 成 一 种 复 合 动 力 装 置， 能使装载 机获得较好的牵引 特 性， 同时对外载荷的变化有较 强的自动适应性， 能减少振动和冲击， 避免发动机熄 火， 实现无级变速， 减 少 换 挡 次 数， 提高发动机功率
Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒＭａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎＴ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈＤ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｆ ｏ ｒＷｈ ｅ ｅ ｌ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ
Ｃ ｈ ａ ｎ ｇＬ ü
图３ 液力变矩器原始特性拟合曲线 Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓｏ ｆ ｔ ｈ ｅｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
２ １ 设计变量 设计变量为液 力 变 矩 器 的 有 效 循 环 圆 直 径 Ｄ ， 即： Ｘ＝［ ｘ ］＝［ Ｄ ］ 。 ２ ２ 约束条件 按直 线 行 驶 工 况 匹 配 时， 希望液力变矩器工作 在最高效率点， 图 １中 Ａ为匹配点， 又因
Ｂ Ｋ ２ ０ ０ ９ １ ６ ８ ） 和江苏省高校自然科学研究计划资助项目（ ０ ９ Ｋ Ｊ Ｂ ５ ８ ０ ０ ０ １ ） 江苏省自然科学基金资助项目（ 作者简介：常绿， 副教授， 博士， 主要从事工程车辆动力性能优化研究， Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｌ ｖ ７ １ １ ４ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
２０１０年 ７月 Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ １ ２ ９ ８ ． ２ ０ １ ０ ． ０ ７ ． ０ ０ ６
农 业 机 械 学 报
第 ４ １卷 第 ７期
装载机发动机与液力变矩器功率匹配优化
常 绿
（ 淮阴工学院交通工程学院，淮安 ２ ２ ３ ０ ０ ３ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅｎ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙｏ ｆ ｔ ｈ ｅｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｆ ｏ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｓａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃｐ ｕ ｍ ｐｉ ｎａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ａ ｎ ｃ ｅｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅｗ ｏ ｒ ｋｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒｗ ａ ｓｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄｉ ｎ ｔ ｏｔ ｈ ｒ ｅ ｅｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｔ ｈ ｅｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆｐ ｏ ｗ ｅ ｒｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙｗ ａ ｓ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｅ ｄ ．Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎｏ ｆ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｏ ｎｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ，ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ｏ ｌ ｖ ｉ ｎ ｇｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ａ ｎ ｄｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｃ ａ ｎｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅｔ ｈ ｅｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙｏ ｆ ｔ ｈ ｅｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ． Ｋｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ，Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ，Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ，Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｄ ｅ ｓ ｉ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
图２ 原生土作业时工作泵输入转矩时间历程 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅｏ ｆ ｐ ｕ ｍ ｐｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｌ ｏ ａ ｄ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ｏ ｉ ｌ
图 ３示出液力变矩器原始特性曲线。
图１ 发动机与液力变矩器匹配 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
［ １ ０ ］
（ １ ）
其中
１
ｇ γ＝ρ — — —工作液体单位体积的重量 γ — — —密度 ρ
式中 λ — — —液力变矩器最高效率时泵轮转矩系数
。 ① 直线行驶工况： 当装载
机直线行驶时， 变速泵在工作， 转向泵和工作泵在空 载状态。 ② 铲掘联 合 正 常 工 况： 装载机进行铲掘作 业， 变速泵和工作泵都处在工作状态， 转向泵在空载 状态。 ③ 铲掘联合极限工况： 一定时间内， 工作泵工 作在额定转矩， 这一工况定义为铲掘联合极限工况。 工作泵 额 定 转 矩 远 大 于 转 向 泵 额 定 转 矩， 文
【 摘要】 分析了现有装载机发动机与液力变矩器功率匹配的特性。根据装载机液压泵的工作情 况， 把装载机 建立了装载机发动机与液力变矩器匹配多目标优化模型。 建 立 了 基 于 满 意 度 原 理 的 满 意 度 函 分为 ３种典型工况， 数， 给出了解题步骤和方法。算例分析表明： 基于满意度原理的装载机发动机与液力变矩器功率匹配方法优化可行。 关键词：装载机 液力传动 功率匹配 优化 满意度函数 中图分类号：Ｔ Ｄ ４ ２ ２ ３ ；Ｕ ４ ６ ３ ２ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ０ １ ２ ９ ８ （ ２ ０ １ ０ ） ０ ７ ０ ０ ２ ５ ０ ５