發(fā)布時(shí)間：2018-04-09 16:44

  本文選題：液壓挖掘機(jī)　切入點(diǎn)：控制策略　出處：《西南交通大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：隨著新環(huán)保法正式實(shí)施,各行各業(yè)都非常重視節(jié)能環(huán)保技術(shù)的開發(fā)和研究。工程機(jī)械行業(yè)已成為除汽車行業(yè)之外使用內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的最大用戶,雖然使用場(chǎng)合僅限于建筑、礦山和施工工地等,但由于其排放密度大,排放指標(biāo)劣于汽車,因此對(duì)環(huán)境的污染更為嚴(yán)重。液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的主要機(jī)種,其性能指標(biāo)直接影響工程機(jī)械的應(yīng)用前景。液壓挖掘機(jī)的關(guān)鍵部件發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓元件經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,其效率已有很大提高,但整機(jī)效率仍舊很低。據(jù)調(diào)查顯示,從發(fā)動(dòng)機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總效率僅為20%,其主要原因有兩方面：一是各元件之間的匹配技術(shù)有待創(chuàng)新,不能自動(dòng)適應(yīng)挖掘機(jī)的不同工況,導(dǎo)致挖掘機(jī)的油耗較高；二是挖掘機(jī)特殊的作業(yè)方式?jīng)Q定了其作業(yè)過(guò)程中的能量浪費(fèi),如動(dòng)臂下降和上車回轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程中,大量的油液壓力能轉(zhuǎn)換成熱能。因此對(duì)液壓挖掘機(jī)整機(jī)進(jìn)行動(dòng)力匹配及動(dòng)臂下降、回轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程的能量進(jìn)行回收再利用,就能有效提升節(jié)能空間。本文針對(duì)20t級(jí)液壓挖掘機(jī)整機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)匹配以及作業(yè)過(guò)程中動(dòng)臂下降過(guò)程和回轉(zhuǎn)制動(dòng)過(guò)程系統(tǒng)能量回收為目標(biāo),采用了理論分析、建模仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)液壓挖掘機(jī)的能量回收方案、系統(tǒng)的效率進(jìn)行了深入的研究。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：1.結(jié)合液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)際作業(yè)工況,對(duì)普通挖掘機(jī)、串聯(lián)油電混合動(dòng)力和并聯(lián)油電混合動(dòng)力挖掘機(jī)進(jìn)行建模和仿真,從發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)功率、系統(tǒng)能耗、電機(jī)功率選擇和超級(jí)電容SOC狀態(tài)方面進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,并聯(lián)油電混合動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能效果最好,能有效降低挖掘機(jī)的裝機(jī)功率。2.通過(guò)對(duì)動(dòng)臂、斗桿和鏟斗可回收能量的對(duì)比分析,動(dòng)臂系統(tǒng)可回收能量最大,占可回收能量的49.5%,具有較大的實(shí)際回收價(jià)值。結(jié)合油電混合動(dòng)力特點(diǎn)設(shè)計(jì)了基于能量回收的流量再生動(dòng)臂系統(tǒng),與普通動(dòng)臂系統(tǒng)、流量再生動(dòng)臂系統(tǒng)、能量回收動(dòng)臂系統(tǒng)進(jìn)行分析和比較,結(jié)果表明：在動(dòng)臂下降速度基本一致的前提下,具有能量回收的流量再生動(dòng)臂系統(tǒng)回收效率最高。通過(guò)對(duì)馬達(dá)排量和節(jié)流閥開口面積等參數(shù)對(duì)回收效率的影響進(jìn)行了仿真分析,找出了影響回收效率的關(guān)鍵參數(shù)的確定原則。3.結(jié)合挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特殊工況及能量損失,提出了回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)的一種直接充液和和馬達(dá)—泵間接充液相結(jié)合的蓄能器能量回收方案,對(duì)回收過(guò)程中蓄能器的壓力變化、回收的流量和回收的能量進(jìn)行了分析。通過(guò)蓄能器的體積、充氣壓力以及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)三方面對(duì)回收效率影響的分析和比較,得到了進(jìn)一步提升能量回收效率的方法以及蓄能器的選擇標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明：在蓄能器充氣壓力一定的情況下,體積越大回收的流量越多,蓄能器的壓力越小,回收效率越低；在蓄能器體積一定的情況下,充氣壓力越大回收的流量越少,蓄能器的壓力越高,回收效率越高；阻尼系統(tǒng)越小,回收效率越高�；谕瑯拥姆椒�,對(duì)4t液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程能量回收進(jìn)行了分析,其變化趨勢(shì)和結(jié)論與20t級(jí)是一致的。4.利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型,與并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)組成整機(jī)動(dòng)態(tài)模型,提出了一種基于多參數(shù)協(xié)調(diào)不同模式下動(dòng)態(tài)控制方法。利用該方法,超級(jí)電容能有效地匹配發(fā)動(dòng)機(jī)輸出和液壓泵輸入間的能量差值,使發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)與液壓泵之間的扭矩實(shí)時(shí)匹配,在滿足工況要求的條件下,系統(tǒng)綜合節(jié)油效率達(dá)13%以上。5.設(shè)計(jì)了模擬4t液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程能量回收試驗(yàn)方案,搭建了試驗(yàn)平臺(tái)。利用Labview軟件編制了試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集軟件,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的壓力、流量以及飛輪的轉(zhuǎn)速分析和處理,得到了不同參數(shù)下系統(tǒng)的能量回收效率及回收能量再利用率。通過(guò)與理論仿真的對(duì)比分析,找出了理論仿真和試驗(yàn)研究之間存在誤差的原因和提高系統(tǒng)回收效率的措施。
[Abstract]:With the formal implementation of the new environmental protection law , all walks of life attach great importance to the development and research of energy - saving and environment - friendly technologies . The engineering machinery industry has become the biggest user of the internal combustion engine products except the auto industry . However , because of the large discharge density , the emission index is inferior to the automobile , the efficiency of the hydraulic excavator is more serious . According to the investigation , the efficiency of the key parts of the hydraulic excavator is only 20 % , and the main reason is that the matching technology between the components is to be innovated , which can not automatically adapt to different working conditions of the excavator and lead to higher oil consumption of the excavator ;
This paper makes a comparative analysis on the energy recovery scheme and the efficiency of the hydraulic excavator . The results show that the energy saving effect of the hydraulic excavator is the best , and the energy recovery efficiency of the excavator can be effectively reduced .
When the volume of the accumulator is constant , the lower the inflation pressure is , the less the flow rate is recovered , the higher the pressure of the accumulator , the higher the recovery efficiency ;
On the basis of the same method , the energy recovery of the braking process of the rotary system of a 4 t hydraulic excavator is analyzed . The dynamic model of the engine , the motor and the hydraulic pump is set up by using the dynamic model of the engine and the rotating speed of the flywheel .

【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU621

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本文編號(hào)：1727276