液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)的控制策略與參數(shù)匹配研究.pdf

1、液壓挖掘機是一種用量大、能耗高、排放差的工程機械，因此研究液壓挖掘機的節(jié)能在當前社會能源緊缺和環(huán)境惡化問題日趨嚴重的情況下具有重要的現(xiàn)實意義。并且作為一種典型的工程機械，液壓挖掘機的節(jié)能研究將為同類型的其它工程機械相關問題的解決提供借鑒。 在液壓挖掘機上，全部的排放以及很大部分能量轉換效率低的環(huán)節(jié)都在其動力系統(tǒng)，因此對其節(jié)能的研究主要應集中于其動力系統(tǒng)。影響動力系統(tǒng)效率的主要因素有動力系統(tǒng)的結構、參數(shù)優(yōu)化匹配以及控制策略。

2、 論文通過對液壓挖掘機進行能耗分析，提出了相應的節(jié)能方法，確立了其混合動力驅動結構，并根據(jù)液壓挖掘機的工況制定了相應的控制策略，對動力系統(tǒng)進行了參數(shù)匹配研究，在此基礎上提出了液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)的設計規(guī)程。論文為進一步研究高效節(jié)能的液壓挖掘機動力系統(tǒng)提供了一定的理論和實驗依據(jù)。 各章內容分述如下： 第一章論述了在當前能源緊缺、環(huán)境惡化的情況下研究液壓挖掘機動力系統(tǒng)的控制與匹配的重要意義。介紹了對液壓挖掘機動力系統(tǒng)進行

3、控制與匹配研究的發(fā)展概況；分析比較了各種動力系統(tǒng)控制與匹配方法的特點；在此基礎上，提出了液壓挖掘機采用混合動力系統(tǒng)的驅動方案，介紹了液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)控制與匹配的研究現(xiàn)狀；提出了本課題的研究內容及論文的研究工作。 第二章分析了液壓挖掘機的結構組成，建立了液壓挖掘機的仿真模型?；诜抡婺Ｐ图耙簤和诰驒C工作中的實測數(shù)據(jù)，分析了液壓挖掘機的典型工況，并歸納了其特點。在此基礎上，提出了一種液壓挖掘機混合動力驅動結構，該方案通過分析對

4、比各種混合動力驅動方式的優(yōu)缺點，確定了并聯(lián)混合動力驅動的方式；根據(jù)液壓挖掘機工作中可回收能量多的特點，采用了液壓馬達—發(fā)電機進行能量回收；針對液壓挖掘機的工況特點，選取了電容器為動力系統(tǒng)的蓄能裝置。在所建立的模型上對該液壓挖掘機混合動力驅動結構進行了仿真分析。 第三章對第二章所提出的液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)進行了建模和分析。將動力系統(tǒng)分為發(fā)動機單元和電容器兩部分，分別建立了其中發(fā)動機、液壓泵、電動機、整流/逆變器、發(fā)電機、電容器等

5、元件的模型，對動力系統(tǒng)兩大部分的特性進行了分析，為制定液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)的控制策略和進行參數(shù)匹配提供了依據(jù)。 第四章基于第三章對液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)的建模及分析，研究并提出了其控制策略。在課題的前期研究中，已憶提出了初步的液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)控制策略，本章對這些控制策略進行了對比分析，結合液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)的特點，提出了發(fā)動機自判斷分段式多工作點切換控制策略和動態(tài)工作點控制策略，并對這兩種控制策略進行了仿真和試驗研究

6、。 第五章為進一步優(yōu)化液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)，提出了以動力系統(tǒng)效率為優(yōu)化目標函數(shù)、以滿足負載驅動需求和最小化裝機功率為約束條件函數(shù)的基于遺傳算法的參數(shù)匹配方法。在前述液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)的結構、工況及控制策略的基礎上，確立滿足優(yōu)化目標和約束條件的基于遺傳算法的參數(shù)匹配方法。利用該匹配方法對混合動力系統(tǒng)中發(fā)動機、電動機、發(fā)電機和電容器等主要元件進行了參數(shù)匹配，在所建立的混合動力液壓挖掘機模型上對匹配結果進行了分析。結果表明，進行

7、參數(shù)匹配后系統(tǒng)的效率有了顯著的提高。 第六章在前述幾章的基礎上，系統(tǒng)的提出了液壓挖掘機混合動力系統(tǒng)的設計規(guī)程。該設計規(guī)程首先通過對設計對象的分析確立其動力系統(tǒng)結構，然后制定相應的控制策略，在此基礎上對動力系統(tǒng)進行參數(shù)匹配，從而完成動力系統(tǒng)的設計。以7t液壓挖掘機為對象，利用該規(guī)程設計了其混合動力系統(tǒng)和控制策略，并進行了參數(shù)匹配。在所建立的模型上對設計結果進行了仿真分析，結果表明，該混合動力系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果，表明了該設計規(guī)程