應(yīng)用AVL Cruise進(jìn)行拖拉機(jī)仿真分析的研究

劉建華

(約翰迪爾(天津)有限公司,天津 300457)

應(yīng)用AVL Cruise進(jìn)行拖拉機(jī)仿真分析的研究

劉建華

(約翰迪爾(天津)有限公司,天津 300457)

本文論述了應(yīng)用AVL CRUISE 軟件功能進(jìn)行拖拉機(jī)整車(chē)建模和性能研究的方法和過(guò)程。AVL Cruise軟件的開(kāi)發(fā)是基于汽車(chē)進(jìn)行的,并無(wú)拖拉機(jī)應(yīng)用的先例,因此本文僅是對(duì)拖拉機(jī)應(yīng)用仿真分析的探索。主要闡述了拖拉機(jī)相對(duì)于汽車(chē)的差異,及仿真模型搭建過(guò)程中各實(shí)體零部件的簡(jiǎn)化及處理方法,并對(duì)仿真分析得到的結(jié)果進(jìn)行分析,說(shuō)明應(yīng)用AVL Cruise進(jìn)行拖拉機(jī)仿真分析的可行性。

拖拉機(jī) 最大牽引力 建模 仿真

拖拉機(jī)是用于牽引和驅(qū)動(dòng)各種配套機(jī)具,完成農(nóng)業(yè)田間作業(yè)、運(yùn)輸作業(yè)和固定作業(yè)等的動(dòng)力機(jī)械,按結(jié)構(gòu)分：輪式拖拉機(jī)、履帶拖拉機(jī)、手扶拖拉機(jī)等,本文中以輪式拖拉機(jī)為例。

輪式拖拉機(jī)的典型傳動(dòng)裝置：發(fā)動(dòng)機(jī)→離合器→變速器→中央傳動(dòng)→差速器→制動(dòng)系統(tǒng)→車(chē)輪

汽車(chē)典型傳動(dòng)裝置：發(fā)動(dòng)機(jī)→離合器→變速器→主變速器→差速器→制動(dòng)系統(tǒng)→車(chē)輪

圖1 Cruise計(jì)算模型

表1

表2

通過(guò)上面配置可知,拖拉機(jī)與汽車(chē)配置差別不是很大,其中拖拉機(jī)的中央傳動(dòng)可以相當(dāng)于汽車(chē)的主減速器。另外,車(chē)用離合器與拖拉機(jī)離合器不同,拖拉機(jī)大多采用雙作用離合器,其特點(diǎn)是把動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪的主離合器與把動(dòng)力傳給動(dòng)力輸出軸的副離合器結(jié)合為一體。而汽車(chē)則是單作用離合器。其余配置車(chē)用和拖拉機(jī)雖然參數(shù)不一樣,但運(yùn)行原理是一樣的。

就汽車(chē)而言用戶常用車(chē)速為70-90km/h,更加關(guān)注動(dòng)力性,經(jīng)濟(jì)性,如汽車(chē)的最高轉(zhuǎn)速、爬坡度、換擋特性、加速特性及百公里油耗等。而拖拉機(jī)在田間運(yùn)行速度很低,車(chē)速在2-30km/h之間,但發(fā)動(dòng)機(jī)需要連接旋耕犁等功率消耗元件,用戶更加關(guān)注最大牽引力等指標(biāo)。

1 模型的搭建及參數(shù)的設(shè)定

1.1 模型的搭建

本文以某拖拉機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算,在AVL Cruise軟件中搭建如圖1所示的物理模型,建立物理連接與信號(hào)連接。模型中分別搭建主副離合器,并用功率消耗元件(Mechanical Consumer)代替旋耕犁。

1.2 參數(shù)的設(shè)定

韓國(guó)有人口4500萬(wàn)，是河南人口的一半，主要集中在首爾及其周邊。韓國(guó)的國(guó)道、省道、縣道以及社區(qū)農(nóng)村公路比較完善，農(nóng)村人口少，密度小，老人多，分散耕種。韓國(guó)以大城市作為中心，向周邊縣市輻射，再延伸到農(nóng)村，車(chē)流量密度小數(shù)量大，與我們未來(lái)農(nóng)村縣域發(fā)展很接近。韓國(guó)農(nóng)村加油站隔壁是綜合小服務(wù)區(qū)，服務(wù)區(qū)內(nèi)提供餐飲、食品、飲料售賣(mài)等服務(wù)，以滿足農(nóng)戶的日常需求。根據(jù)韓國(guó)加油站的啟發(fā)，我們提出建立綜合自助服務(wù)區(qū)的想法，通過(guò)自助來(lái)替代人工，降低勞動(dòng)力成本，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破。

模型中發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、輪胎及整車(chē)參數(shù)均按照用戶提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入。拖拉機(jī)的變速箱不同于汽車(chē),其變速箱速比如表1。

中央傳動(dòng)比按照4．636輸入。

整車(chē)帶的旋耕犁考慮為功率消耗元件,按照旋耕犁功率消耗公式進(jìn)行計(jì)算：N=krBhVm

Kr——旋耕土壤比阻(kg/cm2)

一般取1．2-1．6與耕深有關(guān),耕深大選大值

B ——工作幅寬(m)

h ——工作深度(cm)

Vm——機(jī)組速度(m/s)

本算例中Kr取1．33,B取1．4,h取10,Vm取2．5。計(jì)算得到的隨轉(zhuǎn)速消耗的扭矩如表2所示。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

表3

表4

2.1 計(jì)算結(jié)果

(1)旋耕機(jī)工作時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速約為1800rpm-2000rpm,取用戶常用工況9Km/h,常用檔位的計(jì)算結(jié)果如表3。

(2)最大牽引力計(jì)算如表4。

2.2 結(jié)果分析

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輪式拖拉機(jī)要求如下：

(1)最大牽引力(kN)大于等于拖拉機(jī)要求值(本算例中要求20．6kN)。

(2)最大牽引力功率(kW)大于等于發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率的0．75倍;

(本算例發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率100kW)。

(3)最大牽引功率下的牽引比油耗(g/kWh)小于等于369(發(fā)動(dòng)機(jī)功率大于73kW)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)看,此發(fā)動(dòng)機(jī)性能均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及用戶的要求。

實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),旋耕時(shí)主要工作在1800rpm-2000rpm,行走時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速主要工作在1400-1600rpm。根據(jù)市場(chǎng)跟蹤及調(diào)研,拖拉機(jī)旋耕每畝消耗燃油1．0-1．4kg左右,1小時(shí)可以完成11畝,每小時(shí)油耗在11-15．4kg。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相當(dāng)。

3 結(jié)語(yǔ)

仿真分析總結(jié)：本文旨在研究應(yīng)用Cruise計(jì)算拖拉機(jī)整機(jī)性能的可行性,并形成初步的計(jì)算結(jié)果,從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,應(yīng)用Cruise軟件對(duì)拖拉機(jī)的性能進(jìn)行仿真是可行的,并且通過(guò)軟件計(jì)算的油耗數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)基本相當(dāng)。

但是由于不同用戶的使用習(xí)慣不同,因此需要進(jìn)一步調(diào)研用戶的數(shù)據(jù),以便逐步完善模型及探索新的計(jì)算內(nèi)容。

[1]劉銀瑞.汽車(chē)拖拉機(jī)理論[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]程悅蓀.拖拉機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1981.

[3]AVL Cruise User’s Guideamp;Theory[J].2005.

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