装载机传动系统参数对整机性能的影响及其优化设计(附件)
毕业设计说明书（论文）外文毕业设计说明书（论文）外文目录1 绪 论 11.1本课题研究目的及意义 11.2装载机传动系统研究现状与发展趋势 11.3本课题主要研究内容与方法 32装载机传动系统组成及其工作过程 32.1变速箱 32.2主减速器 52.3轮边减速器 62.4传动系统参数对整机性能影响分析 73优化方法选择 83.1粒子群算法 93.2遗传算法 93.3模拟退火算法 124装载机传动系统参数优化 144.1目标函数确定 144.2设计变量确定 144.3约束条件确定 154.4部分优化程序 165.装载机传动系统参数优化实例 175.1 ZL50型装载机传动系统参数优化过程 175.2优化结果分析 20结论 23致谢 24参考文献 25附录 271 绪 论1.1本课题研究目的及意义随着人们对装载机的节能，舒适性和轻量化要求的增加，装载机产品的发展呈现多样化和个性化趋势。伴随着装载机行业的迅速发展，液压传动系统得到了广泛应用。液压传动装置主要由液力变矩器、主减速器、变速箱和轮边减速器组成。液力变矩器因采用液力传动，因此可以实现大范围无级变速。而通过无级变速可以简化装载机操作，减少换挡次数[1]。主减速器的主要作用是实现减速增扭，在一定条件下主减速器也可以起到改变扭矩方向的作用。变速箱可以改变装载机输入轴和输出轴间的传动比。在不同的工况下对装载机的牵引力，车速和爬坡度有不同的要求，而这些都是通过改变装载机变速箱传动比来实现的。轮边减速器的主要功能是实现减速增扭，但与主减速器相比它多了保障驱动桥有足够离地间隙的功能，因此被广泛应用与装载机。这种传动系统能使装载机在各个工况下都具有良好的通过性，并且由于液压原件能起到减振缓冲的作用，大大提高了装载机的使用寿命。因此，为提高装载机的动力性能和燃油经济性，发动机传动系统的优化设计具有重要的现实意义和实用价值。1.2装载机传动系统研究现状与发展趋势定轴式动力换挡变速器近年来在国内外装载机市场广受欢迎，是今后装载机传动系统的发展趋势。这种变速器采用电液换挡，实现了电子控制。为了提高装载机的通过性，对驱动桥也有严格的要求。目前国外驱动桥多采用内藏多片湿式制动器，这种驱动桥还装有防滑差速器，它可以将动力传输到驱动桥的一侧，这就有效提高了装载机的通过性和工作性能。为了达到这些效果，变速器和驱动桥相关零部件有专业的生产厂家。国外 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
相关零件主要由德国生产，目前我国的杭齿、柳工和德国公司也有合作，也能生产出相关产品。近几年，装载机技术又有了新发展，在2014年拉斯维加斯工程机械展览会上，一款新式装载机引起了轰动。该装载机由美国卡特彼勒公司展出，它采用了HVT传动技术，消除了液力变矩器，转而用机械传动和液压混合动力系统，融合了机械传动和静液传动的优点[2]。实现了传动系统的无级变速器和节能，能够节省燃油25％。传动系统取消了液力变矩器，避免了装载机低速大牵引情况下效率低下，在装载机高速工作时又采用机械传动，这样可以提高装载机工作效率。这种传动系统通过混合动力传动，主要包括静液压和机械动力，在行走静液传动液压系统和整机的控制下，充分利用发动机动力，合理分配发动机功率，使发动机与液压系统一起在高效和节省燃油的工作区域工作。并且通过行走静液传动液压系统和整机的控制，发动机转速，行驶速度和驱动扭矩之间的关联被切断，可以达到快速启动，无级调速的效果。国外在装载机液力传动系统领域的研究起步较早，对传统的液力传动系统领域的研究已经成熟。主要通过应用低转速发动机、自由导轮、涡轮闭锁、提高变速箱、驱动桥等部件的齿轮精度，优化发动机与液力变矩器的匹配来提高传动系统的效率，改善整车的燃油经济性。在新的节能领域里，主要通过应用液压-机械偶合的方式来实现无级变速（CVT）节能，或应用混合动力（Hybrid）实现节能。这两种节能方法都取消了液力变矩器，装载机的燃油经济性得到了明显提升。但这种节能方法技术难度大，成本高，短期内很难被市场所接受，实现产业化仍需一定的时间[3]。中国大部分装载机的传动系统仍然由60年代的双涡轮液力变矩器和两前进挡一倒退挡的变速器组成。传动系统和发动机的匹配性能差，在可变负载循环运行的情况下，不能很好地适应车辆的使用要求[4]。为此，国内许多机构和院校对装载机传动系统进行了相关研究。吉林大学王振宝、秦四成为了解决装载机系统“过热”问题,对某ZL50装载机V型铲装作业工况进行试验,通过理论计算分析装载机的整机能量分布。他们在MATLAB上建立了装载机传动系统的仿真模型，收集装载机传动系统的各项参数，在各种工况下对装载机传动系统进行仿真，又通过遗传算法，将传动系统主要参数（传动比）优化，并以此为基础构建传动系统优化模型[5]。经过优化后，装载机工作循环的油耗降低了3.3％，降低了能耗，提高了传动系统的效率。浙江大学、吉林大学、湖南大学、哈尔滨工业大学等，对装载机混合动力技术进行了深入研究。在吉林大学赵丁选教授的领导下，吉林大学的研究团队在装载机混合动力研究方面进行了深入研究，取得了一些成果，包括三参数自动变速箱技术，混合动力装载机传动系统参数的匹配和建筑装载机混合动力系统试验台等。浙江大学的研究团队在液压挖掘机混合动力技术上更加成熟，包括动力总成，参数匹配和并联混合动力系统的控制策略等。
目录
1 绪 论 1
1.1本课题研究目的及意义 1
1.2装载机传动系统研究现状与发展趋势 1
1.3本课题主要研究内容与方法 3
2装载机传动系统组成及其工作过程 3
2.1变速箱 3
2.2主减速器 5
2.3轮边减速器 6
2.4传动系统参数对整机性能影响分析 7
3优化方法选择 8
3.1粒子群算法 9
3.2遗传算法 9
3.3模拟退火算法 12
4装载机传动系统参数优化 14
4.1目标函数确定 14
4.2设计变量确定 14
4.3约束条件确定 15
4.4部分优化程序 16
5.装载机传动系统参数优化实例 17
5.1 ZL50型装载机传动系统参数优化过程 17
5.2优化结果分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录 27
1 绪 论
1.1本课题研究目的及意义
随着人们对装载机的节能，舒适性和轻量化要求的增加，装载机产品的发展呈现多样化和个性化趋势。伴随着装载机行业的迅速发展，液压传动系统得到了广泛应用。
液压传动装置主要由液力变矩器、主减速器、变速箱和轮边减速器组成。液力变矩器因采用液力传动，因此可以实现大范围无级变速。而通过无级变速可以简化装载机操作，减少换挡次数[1]。主减速器的主要作用是实现减速增扭，在一定条件下主减速器也可以起到改变扭矩方向的作用。变速箱可以改变装载机输入轴和输出轴间的传动比。在不同的工况下对装载机的牵引力，车速和爬坡度有不同的要求，而这些都是通过改变装载机变速箱传动比来实现的。轮边减速器的主要功能是实现减速增扭，但与主减速器相比它多了保障驱动桥有足够离地间隙的功能，因此被广泛应用与装载机。这种传动系统能使装载机在各个工况下都具有良好的通过性，并且由于液压原件能起到减振缓冲的作用，大大提高了装载机的使用寿命。因此，为提高装载机的动力性能和燃油经济性，发动机传动系统的优化设计具有重要的现实意义和实用价值。
1.2装载机传动系统研究现状与发展趋势
定轴式动力换挡变速器近年来在国内外装载机市场广受欢迎，是今后装载机传动系统的发展趋势。这种变速器采用电液换挡，实现了电子控制。为了提高装载机的通过性，对驱动桥也有严格的要求。目前国外驱动桥多采用内藏多片湿式制动器，这种驱动桥还装有防滑差速器，它可以将动力传输到驱动桥的一侧，这就有效提高了装载机的通过性和工作性能。为了达到这些效果，变速器和驱动桥相关零部件有专业的生产厂家。国外相关零件主要由德国生产，目前我国的杭齿、柳工和德国公司也有合作，也能生产出相关产品。
近几年，装载机技术又有了新发展，在2014年拉斯维加斯工程机械展览会上，一款新式装载机引起了轰动。该装载机由美国卡特彼勒公司展出，它采用了HVT传动技术，消除了液力变矩器，转而用机械传动和液压混合动力系统，融合了机械传动和静液传动的优点[2]。实现了传动系统的无级变速器和节能，能够节省燃油25％。传动系统取消了液力变矩器，避免了装载机低速大牵引情况下效率低下，在装载机高速工作时又采用机械传动，这样可以提高装载机工作效率。这种传动系统通过混合动力传动，主要包括静液压和机械动力，在行走静液传动液压系统和整机的控制下，充分利用发动机动力，合理分配发动机功率，使发动机与液压系统一起在高效和节省燃油的工作区域工作。并且通过行走静液传动液压系统和整机的控制，发动机转速，行驶速度和驱动扭矩之间的关联被切断，可以达到快速启动，无级调速的效果。
国外在装载机液力传动系统领域的研究起步较早，对传统的液力传动系统领域的研究已经成熟。主要通过应用低转速发动机、自由导轮、涡轮闭锁、提高变速箱、驱动桥等部件的齿轮精度，优化发动机与液力变矩器的匹配来提高传动系统的效率，改善整车的燃油经济性。在新的节能领域里，主要通过应用液压机械偶合的方式来实现无级变速（CVT）节能，或应用混合动力（Hybrid）实现节能。这两种节能方法都取消了液力变矩器，装载机的燃油经济性得到了明显提升。但这种节能方法技术难度大，成本高，短期内很难被市场所接受，实现产业化仍需一定的时间[3]。
中国大部分装载机的传动系统仍然由60年代的双涡轮液力变矩器和两前进挡一倒退挡的变速器组成。传动系统和发动机的匹配性能差，在可变负载循环运行的情况下，不能很好地适应车辆的使用要求[4]。为此，国内许多机构和院校对装载机传动系统进行了相关研究。
吉林大学王振宝、秦四成为了解决装载机系统“过热”问题,对某ZL50装载机V型铲装作业工况进行试验,通过理论计算分析装载机的整机能量分布。他们在MATLAB上建立了装载机传动系统的仿真模型，收集装载机传动系统的各项参数，在各种工况下对装载机传动系统进行仿真，又通过遗传算法，将传动系统主要参数（传动比）优化，并以此为基础构建传动系统优化模型[5]。经过优化后，装载机工作循环的油耗降低了3.3％，降低了能耗，提高了传动系统的效率。
浙江大学、吉林大学、湖南大学、哈尔滨工业大学等，对装载机混合动力技术进行了深入研究。在吉林大学赵丁选教授的领导下，吉林大学的研究团队在装载机混合动力研究方面进行了深入研究，取得了一些成果，包括三参数自动变速箱技术，混合动力装载机传动系统参数的匹配和建筑装载机混合动力系统试验台等。浙江大学的研究团队在液压挖掘机混合动力技术上更加成熟，包括动力总成，参数匹配和并联混合动力系统的控制策略等。
相关零件主要由德国生产，目前我国的杭齿、柳工和德国公司也有合作，也能生产出相关产品。近几年，装载机技术又有了新发展，在2014年拉斯维加斯工程机械展览会上，一款新式装载机引起了轰动。该装载机由美国卡特彼勒公司展出，它采用了HVT传动技术，消除了液力变矩器，转而用机械传动和液压混合动力系统，融合了机械传动和静液传动的优点[2]。实现了传动系统的无级变速器和节能，能够节省燃油25％。传动系统取消了液力变矩器，避免了装载机低速大牵引情况下效率低下，在装载机高速工作时又采用机械传动，这样可以提高装载机工作效率。这种传动系统通过混合动力传动，主要包括静液压和机械动力，在行走静液传动液压系统和整机的控制下，充分利用发动机动力，合理分配发动机功率，使发动机与液压系统一起在高效和节省燃油的工作区域工作。并且通过行走静液传动液压系统和整机的控制，发动机转速，行驶速度和驱动扭矩之间的关联被切断，可以达到快速启动，无级调速的效果。国外在装载机液力传动系统领域的研究起步较早，对传统的液力传动系统领域的研究已经成熟。主要通过应用低转速发动机、自由导轮、涡轮闭锁、提高变速箱、驱动桥等部件的齿轮精度，优化发动机与液力变矩器的匹配来提高传动系统的效率，改善整车的燃油经济性。在新的节能领域里，主要通过应用液压-机械偶合的方式来实现无级变速（CVT）节能，或应用混合动力（Hybrid）实现节能。这两种节能方法都取消了液力变矩器，装载机的燃油经济性得到了明显提升。但这种节能方法技术难度大，成本高，短期内很难被市场所接受，实现产业化仍需一定的时间[3]。中国大部分装载机的传动系统仍然由60年代的双涡轮液力变矩器和两前进挡一倒退挡的变速器组成。传动系统和发动机的匹配性能差，在可变负载循环运行的情况下，不能很好地适应车辆的使用要求[4]。为此，国内许多机构和院校对装载机传动系统进行了相关研究。吉林大学王振宝、秦四成为了解决装载机系统“过热”问题,对某ZL50装载机V型铲装作业工况进行试验,通过理论计算分析装载机的整机能量分布。他们在MATLAB上建立了装载机传动系统的仿真模型，收集装载机传动系统的各项参数，在各种工况下对装载机传动系统进行仿真，又通过遗传算法，将传动系统主要参数（传动比）优化，并以此为基础构建传动系统优化模型[5]。经过优化后，装载机工作循环的油耗降低了3.3％，降低了能耗，提高了传动系统的效率。浙江大学、吉林大学、湖南大学、哈尔滨工业大学等，对装载机混合动力技术进行了深入研究。在吉林大学赵丁选教授的领导下，吉林大学的研究团队在装载机混合动力研究方面进行了深入研究，取得了一些成果，包括三参数自动变速箱技术，混合动力装载机传动系统参数的匹配和建筑装载机混合动力系统试验台等。浙江大学的研究团队在液压挖掘机混合动力技术上更加成熟，包括动力总成，参数匹配和并联混合动力系统的控制策略等。
目录
1 绪 论 1
1.1本课题研究目的及意义 1
1.2装载机传动系统研究现状与发展趋势 1
1.3本课题主要研究内容与方法 3
2装载机传动系统组成及其工作过程 3
2.1变速箱 3
2.2主减速器 5
2.3轮边减速器 6
2.4传动系统参数对整机性能影响分析 7
3优化方法选择 8
3.1粒子群算法 9
3.2遗传算法 9
3.3模拟退火算法 12
4装载机传动系统参数优化 14
4.1目标函数确定 14
4.2设计变量确定 14
4.3约束条件确定 15
4.4部分优化程序 16
5.装载机传动系统参数优化实例 17
5.1 ZL50型装载机传动系统参数优化过程 17
5.2优化结果分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录 27
1 绪 论
1.1本课题研究目的及意义
随着人们对装载机的节能，舒适性和轻量化要求的增加，装载机产品的发展呈现多样化和个性化趋势。伴随着装载机行业的迅速发展，液压传动系统得到了广泛应用。
液压传动装置主要由液力变矩器、主减速器、变速箱和轮边减速器组成。液力变矩器因采用液力传动，因此可以实现大范围无级变速。而通过无级变速可以简化装载机操作，减少换挡次数[1]。主减速器的主要作用是实现减速增扭，在一定条件下主减速器也可以起到改变扭矩方向的作用。变速箱可以改变装载机输入轴和输出轴间的传动比。在不同的工况下对装载机的牵引力，车速和爬坡度有不同的要求，而这些都是通过改变装载机变速箱传动比来实现的。轮边减速器的主要功能是实现减速增扭，但与主减速器相比它多了保障驱动桥有足够离地间隙的功能，因此被广泛应用与装载机。这种传动系统能使装载机在各个工况下都具有良好的通过性，并且由于液压原件能起到减振缓冲的作用，大大提高了装载机的使用寿命。因此，为提高装载机的动力性能和燃油经济性，发动机传动系统的优化设计具有重要的现实意义和实用价值。
1.2装载机传动系统研究现状与发展趋势
定轴式动力换挡变速器近年来在国内外装载机市场广受欢迎，是今后装载机传动系统的发展趋势。这种变速器采用电液换挡，实现了电子控制。为了提高装载机的通过性，对驱动桥也有严格的要求。目前国外驱动桥多采用内藏多片湿式制动器，这种驱动桥还装有防滑差速器，它可以将动力传输到驱动桥的一侧，这就有效提高了装载机的通过性和工作性能。为了达到这些效果，变速器和驱动桥相关零部件有专业的生产厂家。国外相关零件主要由德国生产，目前我国的杭齿、柳工和德国公司也有合作，也能生产出相关产品。
近几年，装载机技术又有了新发展，在2014年拉斯维加斯工程机械展览会上，一款新式装载机引起了轰动。该装载机由美国卡特彼勒公司展出，它采用了HVT传动技术，消除了液力变矩器，转而用机械传动和液压混合动力系统，融合了机械传动和静液传动的优点[2]。实现了传动系统的无级变速器和节能，能够节省燃油25％。传动系统取消了液力变矩器，避免了装载机低速大牵引情况下效率低下，在装载机高速工作时又采用机械传动，这样可以提高装载机工作效率。这种传动系统通过混合动力传动，主要包括静液压和机械动力，在行走静液传动液压系统和整机的控制下，充分利用发动机动力，合理分配发动机功率，使发动机与液压系统一起在高效和节省燃油的工作区域工作。并且通过行走静液传动液压系统和整机的控制，发动机转速，行驶速度和驱动扭矩之间的关联被切断，可以达到快速启动，无级调速的效果。
国外在装载机液力传动系统领域的研究起步较早，对传统的液力传动系统领域的研究已经成熟。主要通过应用低转速发动机、自由导轮、涡轮闭锁、提高变速箱、驱动桥等部件的齿轮精度，优化发动机与液力变矩器的匹配来提高传动系统的效率，改善整车的燃油经济性。在新的节能领域里，主要通过应用液压机械偶合的方式来实现无级变速（CVT）节能，或应用混合动力（Hybrid）实现节能。这两种节能方法都取消了液力变矩器，装载机的燃油经济性得到了明显提升。但这种节能方法技术难度大，成本高，短期内很难被市场所接受，实现产业化仍需一定的时间[3]。
中国大部分装载机的传动系统仍然由60年代的双涡轮液力变矩器和两前进挡一倒退挡的变速器组成。传动系统和发动机的匹配性能差，在可变负载循环运行的情况下，不能很好地适应车辆的使用要求[4]。为此，国内许多机构和院校对装载机传动系统进行了相关研究。
吉林大学王振宝、秦四成为了解决装载机系统“过热”问题,对某ZL50装载机V型铲装作业工况进行试验,通过理论计算分析装载机的整机能量分布。他们在MATLAB上建立了装载机传动系统的仿真模型，收集装载机传动系统的各项参数，在各种工况下对装载机传动系统进行仿真，又通过遗传算法，将传动系统主要参数（传动比）优化，并以此为基础构建传动系统优化模型[5]。经过优化后，装载机工作循环的油耗降低了3.3％，降低了能耗，提高了传动系统的效率。
浙江大学、吉林大学、湖南大学、哈尔滨工业大学等，对装载机混合动力技术进行了深入研究。在吉林大学赵丁选教授的领导下，吉林大学的研究团队在装载机混合动力研究方面进行了深入研究，取得了一些成果，包括三参数自动变速箱技术，混合动力装载机传动系统参数的匹配和建筑装载机混合动力系统试验台等。浙江大学的研究团队在液压挖掘机混合动力技术上更加成熟，包括动力总成，参数匹配和并联混合动力系统的控制策略等。
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