基于性能评价网状图的装载机发动机与液力变矩(3)

基于性能评价网状图的装载机发动机与液力变矩器匹配优化

网络预印版常绿：基于性能评价网状图的装载机发动机与液力变矩器匹配优化

圆O的半径为a1、a2、a3、a4、a5最大值向上取整，按下式计算圆O的半径

r max(a1,a2,a3,a4,a5)

（6）a1、a2、a3、a4、a5之间的夹角β1、β2、β3、β4、β5按下式计算

ai a(i 1)

i5 180（i=1,2,3,4,5）（7）

aj

j 1

计算

a1 a2

1

a 180 35.39

1 a2 a3 a4 a5

同理可算β2等于37.41°；β3等于62.70°；β4等于125.60°；β5等于98.90°。2.2设计变量

发动机与液力变矩器的匹配优化的设计变量为液力变矩器的有效循环圆直径D，即

X [D] [x]（8）2.3

目标函数

每一个D值，按上述方法可计算出一组a1、a2、a3、

a4、a5值，进而求出圆O的面积。设圆O的面积为SO，即

f2

1(X) SO r（9）

5个三角形的面积之和为五边形ABCDE的面积，即为f2(X)，所以

f2(X) SABCDE=S OAB S OBC S OCD S ODE S OEA（10）即

SABCDE=0.5a1a2sin 1 0.5a2a3sin 2 0.5a3a4sin 3 0.5a4a5sin 4 0.5a5a1sin 5

根据式（1）～（5）的定义，a1、a2、a3、a4、a5值越小，对应的发动机与液力变矩器的匹配性能越好。根据发动机与液力变矩器匹配性能网状评价图的构建方法，图3中OA、OB、OC、OD、OE越小，5个三角形的面积就越小，则五边形ABCDE的面积也越小，这表示发动机与液力变矩器的匹配性能越好。五边形ABCDE的面积实际上反映了用户对发动机与液力变矩器匹配性能的满意程度，构建目标函数为

f(X) f1(X)f SABCDE

min（11）

2(X)SO式（11）即为目标函数。

3优化算例

以某ZL50装载机为例，液力变矩器有效直径D等于0.360。按下列步骤计算目标函数值[11-14]

1）根据发动机原始特性和液力变矩器原始特性，计算发动机与液力变矩器共同工作输入特性，如图1所示；

2）根据共同工作输入特性，计算发动机与液力变矩器共同工作输出特性，如图2所示；

3）根据根据共同工作输入特性和共同工作输出特性，以及式（1）～（5）计算a1、a2、a3、a4、a5的大小；

4）根据式（9）计算f1(X)，根据式（10）计算f2(X)；当D等于0.360时，f1(X)等于πr2等于3.14。f2(X) SABCDE=0.5a1a2sin 1 0.5a2a3sin 2

0.5a3a4sin 3 0.5a4a5sin 4 0.5a5a1sin 5 0.5 0.16 0.19 sin35.39 0.5 0.19 0.18 sin37.41 0.5 0.18 0.44 sin62.7 0.5 0.44 0.81 sin125.60 0.5 0.81 0.16 sin98.90 0.26345）根据式（11），计算目标函数f(X)值。当D等于0.360时，计算

f(X) f1(X)

f(X)

0.0838

2分别取D等于0.330，D等于0.335，D等于0.340，D等于0.345，D等于0.350，D等于0.355，D等于0.360，D等于0.365，D等于0.370。重复以上步骤，分别计算目标函数值如表1所示。

表1有效直径与目标函数对应值

Tab.1

Effectivediameterandobjectivefunctioncorresponding

values

直径D/cmf1(X)f2(X)f(X)值0.3300.32973.140.10500.3350.32033.140.10200.3400.2863.140.09110.3450.2763.140.08790.3500.2483.140.07900.3550.2763.140.08790.3600.2633.140.08380.3650.2683.140.08540.370

0.272

3.14

0.0866

D值不同，目标函数值不同，把液力变矩器有效直

径D及其对应的目标函数值用二次曲线拟合，拟合结果如图4所示。

对拟合的二次曲线求极值，当D等于0.350时，f(X)的极值为0.0798

。

图4D值和目标函数值对应关系图

Fig.4CorrespondingrelationofDValueswiththeobjective

functionvalues

4

优化结果分析

原装载机液力变矩器有效直径D等于0.360m；优化后的装载机液力变矩器有效直径D等于0.350m。优化前后a1、a2、a3、a4、a5的大小对比如表2所示。

从表2可以看出，优化后，最高功率工况与额定工况接近度a2保持不变，起动能度a1、经济区的宽容度a3、功率输出系数a4、燃油消耗率系数a5均有不同程度的改