应用AVL Cruise进行拖拉机仿真分析的研究

刘建华

(约翰迪尔(天津)有限公司,天津 300457)

应用AVL Cruise进行拖拉机仿真分析的研究

刘建华

(约翰迪尔(天津)有限公司,天津 300457)

本文论述了应用AVL CRUISE 软件功能进行拖拉机整车建模和性能研究的方法和过程。AVL Cruise软件的开发是基于汽车进行的,并无拖拉机应用的先例,因此本文仅是对拖拉机应用仿真分析的探索。主要阐述了拖拉机相对于汽车的差异,及仿真模型搭建过程中各实体零部件的简化及处理方法,并对仿真分析得到的结果进行分析,说明应用AVL Cruise进行拖拉机仿真分析的可行性。

拖拉机 最大牵引力 建模 仿真

拖拉机是用于牵引和驱动各种配套机具,完成农业田间作业、运输作业和固定作业等的动力机械,按结构分：轮式拖拉机、履带拖拉机、手扶拖拉机等,本文中以轮式拖拉机为例。

轮式拖拉机的典型传动装置：发动机→离合器→变速器→中央传动→差速器→制动系统→车轮

汽车典型传动装置：发动机→离合器→变速器→主变速器→差速器→制动系统→车轮

图1 Cruise计算模型

表1

表2

通过上面配置可知,拖拉机与汽车配置差别不是很大,其中拖拉机的中央传动可以相当于汽车的主减速器。另外,车用离合器与拖拉机离合器不同,拖拉机大多采用双作用离合器,其特点是把动力传给驱动轮的主离合器与把动力传给动力输出轴的副离合器结合为一体。而汽车则是单作用离合器。其余配置车用和拖拉机虽然参数不一样,但运行原理是一样的。

就汽车而言用户常用车速为70-90km/h,更加关注动力性,经济性,如汽车的最高转速、爬坡度、换挡特性、加速特性及百公里油耗等。而拖拉机在田间运行速度很低,车速在2-30km/h之间,但发动机需要连接旋耕犁等功率消耗元件,用户更加关注最大牵引力等指标。

1 模型的搭建及参数的设定

1.1 模型的搭建

本文以某拖拉机为例进行计算,在AVL Cruise软件中搭建如图1所示的物理模型,建立物理连接与信号连接。模型中分别搭建主副离合器,并用功率消耗元件(Mechanical Consumer)代替旋耕犁。

1.2 参数的设定

韩国有人口4500万，是河南人口的一半，主要集中在首尔及其周边。韩国的国道、省道、县道以及社区农村公路比较完善，农村人口少，密度小，老人多，分散耕种。韩国以大城市作为中心，向周边县市辐射，再延伸到农村，车流量密度小数量大，与我们未来农村县域发展很接近。韩国农村加油站隔壁是综合小服务区，服务区内提供餐饮、食品、饮料售卖等服务，以满足农户的日常需求。根据韩国加油站的启发，我们提出建立综合自助服务区的想法，通过自助来替代人工，降低劳动力成本，实现创新突破。

模型中发动机、离合器、轮胎及整车参数均按照用户提供的数据进行输入。拖拉机的变速箱不同于汽车,其变速箱速比如表1。

中央传动比按照4．636输入。

整车带的旋耕犁考虑为功率消耗元件,按照旋耕犁功率消耗公式进行计算：N=krBhVm

Kr——旋耕土壤比阻(kg/cm2)

一般取1．2-1．6与耕深有关,耕深大选大值

B ——工作幅宽(m)

h ——工作深度(cm)

Vm——机组速度(m/s)

本算例中Kr取1．33,B取1．4,h取10,Vm取2．5。计算得到的随转速消耗的扭矩如表2所示。

2 计算结果及分析

表3

表4

2.1 计算结果

(1)旋耕机工作时,发动机工作转速约为1800rpm-2000rpm,取用户常用工况9Km/h,常用档位的计算结果如表3。

(2)最大牵引力计算如表4。

2.2 结果分析

国家标准和行业标准对轮式拖拉机要求如下：

(1)最大牵引力(kN)大于等于拖拉机要求值(本算例中要求20．6kN)。

(2)最大牵引力功率(kW)大于等于发动机标定功率的0．75倍;

(本算例发动机标定功率100kW)。

(3)最大牵引功率下的牵引比油耗(g/kWh)小于等于369(发动机功率大于73kW)。

根据计算结果来看,此发动机性能均符合国家标准及用户的要求。

实际发动机运行时,旋耕时主要工作在1800rpm-2000rpm,行走时发动机转速主要工作在1400-1600rpm。根据市场跟踪及调研,拖拉机旋耕每亩消耗燃油1．0-1．4kg左右,1小时可以完成11亩,每小时油耗在11-15．4kg。计算结果与实际结果相当。

3 结语

仿真分析总结：本文旨在研究应用Cruise计算拖拉机整机性能的可行性,并形成初步的计算结果,从计算结果来看,应用Cruise软件对拖拉机的性能进行仿真是可行的,并且通过软件计算的油耗数据与实际数据基本相当。

但是由于不同用户的使用习惯不同,因此需要进一步调研用户的数据,以便逐步完善模型及探索新的计算内容。

[1]刘银瑞.汽车拖拉机理论[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]程悦荪.拖拉机设计[M].北京:中国农业机械出版社,1981.

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

[4]GB-T 15370-2004农业轮式和履带拖拉机通用技术条件[S].2004.