混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢能回收系統(tǒng)及控制策略研究.pdf

1、液壓挖掘機(jī)以其高效、耐用以及對工作環(huán)境要求不高的優(yōu)點(diǎn),成為了目前應(yīng)用最廣泛的工程機(jī)械之一,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是同時(shí),由于其用量大、耗油高、排放差,已經(jīng)逐漸成為節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的主要研究對象之一。高效節(jié)能一直是國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)企業(yè)追求的主要目標(biāo)。因此,國內(nèi)外各大液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商及科研機(jī)構(gòu)在液壓挖掘機(jī)的節(jié)能方面進(jìn)行了不同程度的研究。
　　能量回收是提高液壓挖掘機(jī)工作效率的一項(xiàng)有效措施。本文在對傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)工作裝置

2、進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,提出一種混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢能回收系統(tǒng),進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和參數(shù)匹配的研究。在AMESim軟件中建立系統(tǒng)仿真模型,分析系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對能量回收系統(tǒng)效率的影響,并根據(jù)傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的工作特點(diǎn),針對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出新的控制策略。本文的主要研究工作如下:
　　1、分析了液壓挖掘機(jī)節(jié)能的重要意義。介紹了液壓挖掘機(jī)上工作元件、液壓系統(tǒng)和功率匹配等節(jié)能技術(shù)的發(fā)展情況,國內(nèi)外各公司混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用,以及現(xiàn)有能量回收系統(tǒng)的

3、應(yīng)用,說明了設(shè)計(jì)適合混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)的能量回收系統(tǒng)的必要性,提出了本文研究課題和研究的主要內(nèi)容。
　　2、進(jìn)行了混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢能回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)。運(yùn)用D-H方法對液壓挖掘機(jī)工作裝置進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,推導(dǎo)出了各個(gè)坐標(biāo)系相對極坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣,實(shí)現(xiàn)了不同坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在 AMESim軟件中建立了傳統(tǒng)液壓挖掘機(jī)工作裝置的仿真模型,分析了工作裝置中的三個(gè)液壓缸在一個(gè)工作周期內(nèi)可回收的能量,提出了一種基于蓄能器—液壓馬達(dá)—發(fā)

4、電機(jī)的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢能回收系統(tǒng),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)原理圖,分析了系統(tǒng)的實(shí)施方案。
　　3、進(jìn)行了能量回收系統(tǒng)液壓元件建模與參數(shù)匹配研究。對動(dòng)臂勢能回收系統(tǒng)中的液壓泵/液壓馬達(dá)、液壓缸、蓄能器和管路等元件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,推導(dǎo)出液壓系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和固有頻率,根據(jù)分析出的定量和變量參數(shù)對該頻率的影響,提出了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的辦法。建立了發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)和蓄能器的參數(shù)匹配方法,選擇了具體的型號與參數(shù)。參數(shù)匹配滿足了系統(tǒng)工況的要求,提高了系

5、統(tǒng)的能量回收效率。
　　4、研究了液壓系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)對能量回收效率的影響。建立了動(dòng)臂勢能回收系統(tǒng)仿真模型,對能量回收系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究,分析了蓄能器的充氣壓力和初始容積,液壓馬達(dá)的類型和排量等參數(shù)對能量回收系統(tǒng)效率的影響。根據(jù)仿真研究結(jié)果,分析了產(chǎn)生能量損失的原因。
　　5、研究了混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢能回收系統(tǒng)控制策略。建立了混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和蓄電池的模型。根據(jù)液壓挖掘機(jī)的負(fù)載特性,提出基于蓄電池