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基于实时运动状态分析的轮式装载机稳定性研究

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机械研究与应用 2024年第2期37卷 111-115页

作者：张璞重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

为研究轮式装载机行驶稳定性,该文基于动力学模型及对系统自由度的解析,建立了反映前后铰接轮组实时运动状态的轮式装载机行驶动力学模型和轮胎模型,并进行了微分求解,分析了装载机在多种复杂路况下的运动状态、轮胎实时受力情况以及横... 详细信息

为研究轮式装载机行驶稳定性,该文基于动力学模型及对系统自由度的解析,建立了反映前后铰接轮组实时运动状态的轮式装载机行驶动力学模型和轮胎模型,并进行了微分求解,分析了装载机在多种复杂路况下的运动状态、轮胎实时受力情况以及横向载荷转移率LTR。结果表明:轮式装载机在任何路况行驶时,影响行驶稳定性的主要因素为速度,LTR与速度正相关;路况越恶劣,LTR越大,斜坡弯道行驶时LTR超出安全阈值的风险越大,因此应控制行驶速度以避免发生倾翻。

关键词：机械工程轮式装载机行驶稳定性动力学模型实时状态

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轮式装载机寄生功率的计算方法及试验研究

轮式装载机寄生功率的计算方法及试验研究

作者：刘双吉林大学

学位级别：硕士

国家统筹国内外发展形势,做出了至2030年实现碳达峰,至2060年实现碳中和的战略决策。在此背景下,碳排放法规日益严格,节能减排成为工程车辆发展的主要目标之一。传统装载机油耗高、排放污染大,电动装载机以其清洁高效的特点逐渐受到市... 详细信息

国家统筹国内外发展形势,做出了至2030年实现碳达峰,至2060年实现碳中和的战略决策。在此背景下,碳排放法规日益严格,节能减排成为工程车辆发展的主要目标之一。传统装载机油耗高、排放污染大,电动装载机以其清洁高效的特点逐渐受到市场的青睐。无论是传统装载机还是电驱动装载机,均存在因运动不协调所造成的寄生功率问题。寄生功率会加剧轮胎磨损,使车辆产生额外能耗,为了使装载机更加节能,本文依托于国家自然科学基金项目(项目编号:51875239)对装载机的寄生功率开展了以下相关研究:(1)明确了寄生功率定义并分析了其影响因素。明确寄生功率定义,对必要和非必要寄生功率进行区分;分析了铰接点位置对前后轮转向半径、垂向载荷对前后轮轮胎半径的影响,前后轮转向半径差异、轮胎半径差异及地面凹凸不平是集中式驱动装载机产生寄生功率的主要原因;分析了分布式驱动装载机在转速控制模式下产生寄生功率的原因;总结出了适用于全构型系列装载机产生的寄生功率定义。(2)分析了寄生功率的产生机理并对其大小进行理论计算。提出了量化计算寄生功率大小的参数“轮周寄生功”和衡量寄生功率对车辆影响的评价指标“寄生功率影响因子”;对集中式驱动装载机产生寄生功率的机理进行深入分析,并分别给出了因轮胎半径差异、转向半径差异、地面条件产生寄生功率大小的理论计算公式;对实际工况进行分析后将上述三部分寄生功率进行叠加,最终得到了实际工况下的寄生功率理论计算公式。(3)对寄生功率的理论计算公式进行了试验验证。分别设计了因轮胎半径差异和转向半径差异产生寄生功率的试验测试方案;根据试验方案进行了实车测试,并对试验数据进行了采集;对原始数据进行了剔除奇异值和截取稳态数据段的后处理,量化统计后得到了试验测试结果;对试验结果进行分析,试验值与理论计算值误差均在5%以内,验证了寄生功率计算公式的正确性;试验结果表明,特定工况下寄生功率可占车辆总功率的45%,给车辆带来较大能量损耗。(4)分析了寄生功率对装载机的危害并提出了寄生功率解决方案。针对于集中式驱动装载机,提出了通过合理选取车辆设计参数和应用差速机构去考虑减少寄生功率的产生;针对于分布式驱动装载机,为避免产生寄生功率,给出了前后桥独立电驱动装载机设计方案,包括系统构型、关键部件的选取和驱动控制方法。本文分析了装载机产生寄生功率的原因,给出了寄生功率的理论计算公式,并制定试验方案对公式的适用性进行了试验验证。介绍了集中式驱动装载机减小寄生功率的解决方案,为避免产生寄生功率给出了前后桥独立电驱动装载机设计方案,为研发出更加节能的电驱动装载机提供了技术基础。

关键词：轮式装载机寄生功率轮周寄生功电驱动集中式驱动前后桥独立电驱动

轮式装载机驾驶室非线性减振系统试验与优化研究

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轮式装载机驾驶室非线性减振系统试验与优化研究

作者：睢志伟太原科技大学

学位级别：硕士

工程机械行驶、作业时振动与噪音剧烈,严重影响驾驶员舒适性、操纵稳定性和作业效率。同时面临着复杂路面激励、不同的作业对象等恶劣作业条件,作业过程中常伴随车体的剧烈振动,对车辆、驾驶人员和周边环境产生负面影响。因此,驾驶室系... 详细信息

工程机械行驶、作业时振动与噪音剧烈,严重影响驾驶员舒适性、操纵稳定性和作业效率。同时面临着复杂路面激励、不同的作业对象等恶劣作业条件,作业过程中常伴随车体的剧烈振动,对车辆、驾驶人员和周边环境产生负面影响。因此,驾驶室系统的振动控制问题已成为我国高端工程装备设计与制造亟待解决的重要课题。本文针对某型轮式装载机振动剧烈的问题,提出通过改变驾驶室减振系统参数来减弱驾驶员座椅处的振动,改善驾驶舒适性。通过对原有车型进行初始振动测试,分析驾驶室的振动传递率、座椅垂向计权加速度均方根值和人体舒适性;以实测的车架振动信号为激励,建立驾驶室-座椅-人体的非线性减振系统模型,并和实车试验对比验证,其最大误差在6%左右;然后以驾驶室和座椅的垂向加速度均方根值为优化目标,使用遗传算法进行多目标优化;最后选择其中一组权重系数下的优化结果,验证优化前、后的驾驶室与座椅减振性能;最后通过优化结果设计出参数合理的橡胶减振器和座椅。然后进行生产,将新型减振器和座椅安装在实车上,进行实车试验,试验结果显示,改进后驾驶室垂向的加速度均方根值降低16%,座椅垂向加速度均方根值降低了57%,提高了减振性能。本文可为装载机和同类机型的驾驶室悬置和座椅悬架的减振系统设计提供理论方法。

关键词：轮式装载机驾驶室减振遗传算法多目标优化

基于改进动力学方程的轮式装载机行驶失稳阈值分析

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2023年第5期42卷 152-160页

作者：曹源文周世华梅宇航谢利丹宋书彬重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 浙江美通筑路机械股份有限公司浙江海宁314400 河南郑州路桥建设投资集团有限公司河南郑州450006

为得到轮式装载机在不同路况下的运动参数失稳阈值,基于传统轮式装载机自由度的解析,建立了能反映出前、后车体的行驶轨迹变化和车身受力变化的改进行驶动力学方程;以横向载荷转移率(LTR)作为指标对轮式装载机行驶失稳主要影响因素进行... 详细信息

为得到轮式装载机在不同路况下的运动参数失稳阈值,基于传统轮式装载机自由度的解析,建立了能反映出前、后车体的行驶轨迹变化和车身受力变化的改进行驶动力学方程;以横向载荷转移率(LTR)作为指标对轮式装载机行驶失稳主要影响因素进行了分析;最终确定了运动参数失稳阈值范围。研究结果表明:轮式装载机行驶速度和转向速度的增加、斜面坡度角和行驶转向角的增大,都会严重加剧轮式装载机发生倾翻失稳的风险;其中行驶速度和行驶转向角对行驶稳定性的影响最为严重。

关键词：车辆工程轮式装载机阈值分析动力学模型车辆稳定性

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轮式装载机热源系统空气场特性分析

中国公路学报 2010年第3期23卷 121-126页

作者：秦四成王雪莲秦司南吴兆君吉林大学机械科学与工程学院吉林长春130022 吉林大学汽车工程学院吉林长春130022

为解决某轮式装载机各系统工作液体温度过高的问题,针对装载机热源系统(机罩内部)空气场进行计算机仿真,研究其空气流场和温度场的工作特征,并与试验值进行比较;对机罩部位提出6种改进方案,对比分析后选出最优方案。结果表明:原结构存... 详细信息

为解决某轮式装载机各系统工作液体温度过高的问题,针对装载机热源系统(机罩内部)空气场进行计算机仿真,研究其空气流场和温度场的工作特征,并与试验值进行比较;对机罩部位提出6种改进方案,对比分析后选出最优方案。结果表明:原结构存在流经散热器模块高温空气回流现象,影响系统散热效果;改进后的结构能有效提高冷却空气载热能力,提高各散热器散热效率,防止工作液体温度过高,降低散热器结构尺寸,对于降低能源消耗等具有实际意义。

关键词：机械工程轮式装载机数值模拟空气场特性热源系统

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轮式装载机滚翻保护结构动态响应

吉林大学学报（工学版） 2010年第5期40卷 1262-1267页

作者：于向军王国强王继新唐小波胡季吉林大学机械科学与工程学院长春130022 昆明学院自动控制与机械工程系昆明650118

采用静态弹塑性非线性分析与实验室试验方法设计了一种大型轮式装载机滚翻保护结构(ROPS),建立了此ROPS的整车动态倾翻仿真模型。给定了倾翻的初始边界条件进行仿真。采用显式动态有限元法对9个整车倾翻典型工况中ROPS的动态响应进行了... 详细信息

采用静态弹塑性非线性分析与实验室试验方法设计了一种大型轮式装载机滚翻保护结构(ROPS),建立了此ROPS的整车动态倾翻仿真模型。给定了倾翻的初始边界条件进行仿真。采用显式动态有限元法对9个整车倾翻典型工况中ROPS的动态响应进行了研究,获得了ROPS动态滚翻姿态、能量吸收、冲击力和塑性铰变形模式的若干规律。除坡面倾角45°、摩擦因子0.6的工况外,均未出现车辆围绕纵轴翻滚360°的情况,而是车体沿坡面下滑至水平面并与其碰撞。在坡面倾角不变的情况下,ROPS所受冲击力及其吸收的车体动能随摩擦因子增加而增大。在摩擦因子不变的情况下,ROPS所受冲击力及其吸收的车体动能随坡面倾角变化比较复杂。本文工作可为提出ROPS动态实验室试验方法与标准制定提供依据。

关键词：机械设计轮式装载机滚翻保护结构冲击力能量吸收变形模式塑性铰

轮式装载机驱动桥疲劳试验及其疲劳可靠性评估

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华南理工大学学报（自然科学版） 2018年第7期46卷 116-122页

作者：梁佳宋绪丁吕彭民魏永祥吕昌长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西西安710064 徐工集团江苏徐州工程机械研究院江苏徐州221004

为了对轮式装载机驱动桥进行抗疲劳设计和疲劳可靠性评估,在获得ZL50G轮式装载机驱动桥输入轴实际工作扭矩载荷谱和转速统计的基础上,对驱动桥扭矩载荷谱进行了等效疲劳强化处理和正反转加载疲劳试验,并对驱动桥进行了极小子样疲劳可靠... 详细信息

为了对轮式装载机驱动桥进行抗疲劳设计和疲劳可靠性评估,在获得ZL50G轮式装载机驱动桥输入轴实际工作扭矩载荷谱和转速统计的基础上,对驱动桥扭矩载荷谱进行了等效疲劳强化处理和正反转加载疲劳试验,并对驱动桥进行了极小子样疲劳可靠性评估.结果表明:驱动桥疲劳破坏主要发生在主减速器螺旋锥齿轮处,螺旋锥齿轮以弯曲疲劳破坏形式为主;轮边行星齿轮以接触疲劳破坏形式为主.在给定工作寿命的条件下,基于疲劳寿命试验结果的极小子样疲劳可靠性评估,获得了驱动桥工作时间与可靠度的关系曲线.

关键词：轮式装载机驱动桥扭矩载荷谱疲劳试验疲劳破坏可靠度

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多路况下轮式装载机行驶动力学研究

中国工程机械学报 2023年第2期21卷 106-111页

作者：曹源文宋梓豪陈作重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 贵州中烟工业有限责任公司贵阳卷烟厂贵州贵阳550025

为了研究多路况下轮式装载机的行驶动力学特性,提出轮式装载机行驶动力学评价方法,建立轮式装载机与路面耦合的动力学模型,仿真模拟得到了轮式装载机在F级对称和非对称路面上空载低速、空载高速、满载低速、满载高速行驶工况下轮心和铲... 详细信息

为了研究多路况下轮式装载机的行驶动力学特性,提出轮式装载机行驶动力学评价方法,建立轮式装载机与路面耦合的动力学模型,仿真模拟得到了轮式装载机在F级对称和非对称路面上空载低速、空载高速、满载低速、满载高速行驶工况下轮心和铲斗处的横向、行驶方向和垂直方向上的加速度值。结果表明:轮式装载机在多路况下垂直方向上的振动是行驶动力学性能最大的影响因素。这种基于ADAMS软件的装载机行驶动力学仿真模拟试验,为轮式装载机行驶动力学的优化与改进提供了一种新颖、有效的方法。

关键词：轮式装载机多路况行驶动力学动力学模型

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轮式装载机发动机节能控制研究

重庆工商大学学报（自然科学版） 2022年第6期39卷 93-98页

作者：杨智宇陆佳红柳少康重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室重庆400067 北京车和家信息技术有限公司整车功能与软件中心北京101300

轮式装载机广泛应用于重要的工程领域,作为其唯一动力来源的发动机的运行状态对装载机的经济性有较大影响;针对国内某型轮式装载机瞬态油耗较高的问题,提出了发动机瞬态节能控制的控制方法,其通过限制发动机角加速度,降低加速踏板行程... 详细信息

轮式装载机广泛应用于重要的工程领域,作为其唯一动力来源的发动机的运行状态对装载机的经济性有较大影响;针对国内某型轮式装载机瞬态油耗较高的问题,提出了发动机瞬态节能控制的控制方法,其通过限制发动机角加速度,降低加速踏板行程突然增大时的瞬时油耗;针对V字形工况下,燃油经济性差以及未考虑装载机工况识别控制发动机转速的问题,提出了整机两作业模式节能控制,主要通过模式选择开关设置作业模式,在实现工况识别的同时,也尽可能使发动机工作点分布在燃油消耗率较低的区域;通过实车的实验结果表明:在控制策略下,动力模式时整机能拥有较好的动力性,经济性也有所提高;在经济模式下,动力性有所降低但经济性有较大提升。

关键词：轮式装载机发动机瞬时油耗作业模式节能控制