【摘要】：大型礦用液壓挖掘機主要用于露天礦開采和大型基建工程,其特點是工作重量大、裝機功率大、工作環(huán)境惡劣、能量消耗大。液壓挖掘機采用的液壓系統(tǒng)運行時能量效率很低,平均效率只能達到30%~40%,因此具有巨大的節(jié)能潛力。為了改變這一現(xiàn)狀,本研究對大型礦用液壓挖掘機電液控制系統(tǒng)設計和節(jié)能控制的關鍵技術(shù)進行了全面研究。研究依托項目中設計的15 m3液壓挖掘機為這一噸位的國內(nèi)首臺機器,缺乏相關設計經(jīng)驗和依據(jù)。針對這一現(xiàn)狀,利用機電液聯(lián)合仿真虛擬樣機模型,對新機型使用的電液控制系統(tǒng)進行了仿真設計,全面分析了其工作性能。最后對生產(chǎn)的15 m3液壓挖掘機物理樣機進行測試,分析測試結(jié)果并與仿真結(jié)果進行對比,得到完整的大型礦用液壓挖掘機虛擬樣機建模方法。在全面分析大型液壓挖掘機能耗和控制問題的基礎上,提出將進出口獨立控制系統(tǒng)引入大型液壓挖掘機。為了便于驗證和分析該控制系統(tǒng),首先建立了基于6 t液壓挖掘機的進出口獨立控制系統(tǒng)試驗平臺,在該平臺基礎上進行了進出口獨立控制液壓系統(tǒng)的控制策略和節(jié)能效果的分析驗證。在此基礎上,以76 t級挖掘機為平臺,設計了以目前挖掘機常用的負流量控制系統(tǒng)為基礎的進出口獨立控制系統(tǒng),并設計了基于液-氣儲能平衡原理的動臂勢能回收系統(tǒng)。新系統(tǒng)全面考慮了大型工作裝置重量大、啟動慣性大的特點。通過了實驗和仿真分析,證明新系統(tǒng)全面提高了挖掘機能效。進一步的,針對目前挖掘機動臂能量回收系統(tǒng)的工作特點,建立了基于多物理場耦合方法的蓄能器熱固流耦合模型。得到蓄能器工作過程氣體容腔內(nèi)部的動態(tài)壓力分布、溫度分布和氣體運動規(guī)律,并分析了蓄能器參數(shù)對系統(tǒng)效率的影響。利用建立的模型進行蓄能器選型參數(shù)優(yōu)化并通過實際機器驗證選型的有效性。在前文研究的基礎上,將進出口獨立控制的電液比例控制系統(tǒng)和液-氣儲能平衡的動臂勢能回收系統(tǒng)推廣到了更大噸位的20 m3液壓挖掘機的設計中,并通過虛擬樣機仿真驗證了系統(tǒng)的可行性。本文主要研究成果為:(1)利用電液聯(lián)合仿真虛擬樣機設計了國內(nèi)第一臺斗容15 m~3的大型礦用液壓挖掘機樣機電液控制系統(tǒng)。(2)提出了泵閥復合控制的進出口獨立控制液壓系統(tǒng)并建立了實驗平臺,通過實驗驗證了新系統(tǒng)的控制策略。(3)提出了基于液-氣儲能平衡原理的大型液壓挖掘機勢能回收系統(tǒng),并在76 t挖掘機樣機上驗證。(4)將進出口獨立控制的電液控制系統(tǒng)和液-氣儲能平衡的動臂勢能回收系統(tǒng)進行了推廣,設計了采用在20 m3液壓挖掘機原型機上的新型系統(tǒng)。
【圖文】：

按照結(jié)構(gòu)布置形式又分為串聯(lián)式、并聯(lián)聯(lián)式需要安裝大功率發(fā)電機，普通噸位的液壓挖掘輸入功率匹配不足，所以目前在中小噸位的液壓挖式混合動力系統(tǒng)。安裝這種系統(tǒng)的中小型液壓挖掘的 PC200-8[46]，神鋼的 SK80H 和 SK200H[47]，日式混合動力系統(tǒng)。在進行標準土方作業(yè)時，這些系油效果。神鋼的混合動力系統(tǒng)如圖 1-8 所示，是典型臺逆變電機，一臺安裝在發(fā)動機上，一臺直接用于動機多余的功率通過發(fā)電機發(fā)電并儲存在電池中。發(fā)電并儲存在電池中。儲存的電能在回轉(zhuǎn)電機工作負荷時還可以供給發(fā)動機。這種系統(tǒng)主要降低了三損失，回轉(zhuǎn)制動時的動能損失、發(fā)動機怠速時低效

太原理工大學博士研究生學位論文式電池模塊等多種方案也得到了應用[59-61]�？膳c預機是主要的發(fā)展方向。案相比，油液混合的節(jié)能方式對能量的利用更加直器上起制動作用的油腔壓力增高，此時通過換向閥器釋放的勢能或動能[64-67]。油液混合動力不需要添維護保養(yǎng)壓力，設備成本也比電液混合動力要低，，到了應用[68]。能量的回收有兩種方案，間接回收型能器的能量輸出到主機端，為主泵提供動力；直接釋放到執(zhí)行器的驅(qū)動腔，為執(zhí)行器提供動力。間接的環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。近年來研究都傾向于使
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD422.2


本文編號：2622335