装载机作为非道路机械中土石方作业的重要机种,常用以完成物料的铲掘、举升及卸载等工作。目前国内装载机虽然在产销量上多年稳居世界首位,但一直没有实质性的技术创新,装载机制造企业缺乏自身的技术特点,这是导致国内装载机行业同质化严重、产品价格恶性竞争的主要原因,因此针对装载机的技术提升显得尤为重要。本文以配备双变量液压系统的装载机为载体,结合在国内首次实现的数字变量、极限牵引力控制、单手柄转向及变截面等强度铸造动臂等技术,立足于大量的装载机转向、I型循环、V型循环等实验数据,重点对装载机的动态功率匹配及节能控制技术进行了研究。由液压系统节能问题出发,通过机构优化稳定了转向系统压力,与定量系统对比分析得到了变量工作装置液压系统节能特性,并提出了可应用于装载机的数字变量技术;由功率角度问题出发,提出了基于V型循环的分阶段功率匹配控制策略及极限牵引力铲装功率匹配控制策略,论文主要研究工作如下:(1)针对转向系统功率波动较大及产生的损耗问题,搭建了基于遗传算法的转向系统机构优化模型。以转向油缸铰接点位置及转向系统传递函数角度出发,运用基于遗传算法的机构优化模型,设计转向系统优化程序,优化转向油缸铰接点位置和转向油缸尺寸,优化后转向液压系统实验未发现明显的压力波动,提高了转向系统的稳定性及转向液压系统功率利用率。(2)提出了通过优化工作装置机构来提高液压系统的功率利用率的方法,结合实验与仿真,对变量工作装置液压系统的节能特性进行研究。搭建了变量工作装置负载敏感液压系统模型,与定量系统展开了不同作业工况下的能耗对比工作,通过大量动臂举升及I型循环实验,得到了变量系统的节能特性及不足之处。对应用于本装载机的变量液压系统节能控制技术进行了原理分析及实验验证,根据负载敏感变量液压系统原理,提出了数字变量技术,结合作业工况完善了相应控制策略并完成软件编程及试验台搭建工作。(3)为提高装载机的功率利用率,提出了基于图像识别算法的发动机分功率匹配控制策略。对不同种类物料的铲装作业阻力进行了理论计算,并进行了铲装实验验证,基于图像识别算法构建了物料识别模型,提出了基于物料识别的铲装控制策略,进行铲装实验验证了控制策略的有效性,实现了发动机工作模式的自动切换,降低了油耗。(4)为了减少铲装阶段因轮胎滑转造成的功率损耗,提出减阻插入机理并实现极限牵引力铲装控制。明确了铲装作业阻力形成机理,提出了铲装减阻插入方法,基于大量铲装实验数据,搭建了PSO-SVM模型,实现了牵引力与提升力之间的平衡,提出了基于扭矩差值和转速差值两种极限牵引力铲装控制策略,降低了铲装峰值功率,达到了发动机的功率动态匹配,验证了控制策略的有效性。