電機驅動回轉系統(tǒng)是混合動力挖掘機進一步節(jié)能減排的有效途徑,對改善挖掘機高能耗、高排放和高污染的現(xiàn)狀具有重要意義。本文提出的電機驅動回轉系統(tǒng)的設計和控制方法還可為其它類型工程機械的類似問題提供參考和借鑒。對于混合動力挖掘機,電機驅動回轉系統(tǒng)的應用改變了原回轉機構的傳動形式和動力系的能量流結構,因此,如何保證優(yōu)良的回轉作業(yè)操作性和回轉復合動作協(xié)調性是當前制約該技術實際應用的關鍵問題。首先,論文給出電機驅動回轉系統(tǒng)的結構方案,并提出了關鍵元件和單元參數(shù)的等效設計方法；針對回轉操作性控制的難題,論文采用模擬開中心閥控馬達系統(tǒng)的工作原理來設計電機驅動系統(tǒng)控制策略的思路,提出了以電機扭矩控制為內環(huán),以多模式運動控制為外環(huán)的回轉控制方法,從而保證與原系統(tǒng)相同的功能和相似的操作性,為保證模式切換下大慣量轉臺的平穩(wěn)運行,并提出了平順控制策略；針對斜坡作業(yè)、吊裝作業(yè)等特殊工況下,手柄大幅快速操作、轉臺慣量變化和外界干擾對轉臺速度的影響,提出了斜率約束+PI+擾動觀測器的速度控制策略,從而保證回轉速度的起制動平穩(wěn)以及與操作手柄信號的一致；針對回轉和機械臂復合動作時,對超級電容的使用產(chǎn)生干涉的問題,研究了回轉... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：158 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２挖掘機勢能或動能損失所占比例??

動�。蘖x及平臺的回轉非常頻繁，各運動部件慣性都比較大，因此在機械臂下放或轉臺制動時??會釋放出大量的能量。文獻對傳統(tǒng)液壓挖掘機在一個標準作業(yè)循環(huán)中各執(zhí)行元件的勢能??或制動動能量損失作了分析，結果如圖１－２所示，動臂下放損失最大，占４８．８％，回轉損??失占２６．９％。因此，對于傳統(tǒng)液壓挖掘化，存在大量的動臂下放時的勢能和回轉制動時的??動能消耗在閥口上，但混合動力系統(tǒng)中配畳了儲能元件，可Ｌ義存儲消耗的能量，在下一周??期用于驅動負載，這樣不但可Ｗ減少系統(tǒng)的發(fā)熱，提高設備的使用壽命，并且可１＾乂降低能??耗，減少排放。??２６．９％??６．４％嘴去占端端．擔■■動臂??＞?巧：伊斗??圖１－２挖掘機勢能或動能損失所占比例??此外，液壓挖掘機回轉系統(tǒng)的主要能量損失還表現(xiàn)在馬達回轉后動過程的溢流損耗。??而回轉動作頻繁，雖然單向固轉的時間只有３－４Ｓ，但一個循環(huán)周期中就有兩次回轉動作，??回轉時間占工作循環(huán)時間的５０％－７０％，那么，回轉系統(tǒng)總能量損失（包括后動和制動能量??損耗）

帶有獨立回轉冢的中小型液壓挖掘機，提高了系、統(tǒng)的能量利用效率ＰＳＩ。美國Ｐｕｒ加ｅ大學??Ｍｏｎｉｋａ教授對聚控技術在挖掘機上的應用做了大量的研究ＩＷＨＷ，該研究小組開發(fā)了一款??排量控制的液壓挖掘機，其系統(tǒng)原理圖如圖１－３所示，每個執(zhí)行機構由一個系／馬達驅動，??這樣可Ｗ消除節(jié)流損失和分合流損失，據(jù)報道叱原負載敏感系統(tǒng)節(jié)能４０％，但是每個執(zhí)行??器都對應一個系／馬達，造成系統(tǒng)成本過高，所Ｗ考慮有些執(zhí)行機構可Ｗ共享同一個聚源，??因此�？谘芯苛讼翟辞袚Q時的控制問題。??１．２．３馬達－蓄能器回收系統(tǒng)??前面的方案只是盡量減少或消除閥口損失，但是沒有回收并存儲轉臺制動動能，而液??壓挖掘機回轉平臺的慣量較大，而且回轉頻繁，每次制動時都是將轉臺動能消耗在多路閥??閥口上而轉換成熱能，因此，對這部分能量進行回收再利用是解決系統(tǒng)發(fā)熱和降低能耗的??有效方法［６２］［６３＾?—般系統(tǒng)按所回收能量的儲存方式可分為：機械式、電力式和液壓式王種，??對于液壓挖掘機來說最常用和便捷的就是用蓄能器來存儲轉臺制動時的動能。??２０１０年重汽集團專用汽車公司開發(fā)一種挖掘機轉臺制動能量回收系統(tǒng)，其原理如圖??１－４所示

【參考文獻】：
期刊論文
[1]油電混合動力挖掘機的關鍵技術研究[J]. 王慶豐.  機械工程學報. 2013(20)
[2]液壓混合動力挖掘機的能量回收效率分析[J]. 沈偉,姜繼海.  華南理工大學學報(自然科學版). 2012(01)
[3]挖掘機回轉動能回收系統(tǒng)仿真[J]. 朱建新,李賽白,劉昌盛,龔俊,李鐵輝.  機械設計與研究. 2011(06)
[4]2011年中國挖掘機市場分析[J]. 李宏寶.  建筑機械. 2011(23)
[5]液壓挖掘機回轉系統(tǒng)制動平穩(wěn)性研究[J]. 周宏兵,劉鋒,陳桂芳,危丹鋒.  計算機仿真. 2011(11)
[6]挖掘機正流量泵控液壓系統(tǒng)的特性分析[J]. 賈文華,殷晨波,曹東輝,陳克雷.  南京工業(yè)大學學報(自然科學版). 2011(06)
[7]負載敏感液壓挖掘機作業(yè)循環(huán)時間建模與優(yōu)化[J]. 邱清盈,陸銀,馮培恩,管成,武建偉.  農(nóng)業(yè)機械學報. 2011(10)
[8]液壓挖掘機回轉制動能量回收系統(tǒng)[J]. 管成,徐曉,林瀟,王守洪.  浙江大學學報(工學版). 2012(01)
[9]負載口獨立控制負載敏感系統(tǒng)模式切換特性[J]. 徐兵,曾定榮,葛耀崢,劉英杰.  浙江大學學報(工學版). 2011(05)
[10]混合動力挖掘機回轉系統(tǒng)設計[J]. 邢樹鑫,林明智,戴群亮.  工程機械. 2010(12)

博士論文
[1]液壓挖掘機動臂下降勢能回收技術研究[D]. 陳明東.吉林大學 2013
[2]靜液驅動二次調節(jié)技術控制特性的研究[D]. 戰(zhàn)興群.哈爾濱工業(yè)大學 1999



本文編號：2933892