發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 14:23

【摘要】：大型礦用液壓挖掘機(jī)主要用于露天礦開采和大型基建工程,其特點(diǎn)是工作重量大、裝機(jī)功率大、工作環(huán)境惡劣、能量消耗大。液壓挖掘機(jī)采用的液壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能量效率很低,平均效率只能達(dá)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(duì)大型礦用液壓挖掘機(jī)電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和節(jié)能控制的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全面研究。研究依托項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的15 m3液壓挖掘機(jī)為這一噸位的國(guó)內(nèi)首臺(tái)機(jī)器,缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。針對(duì)這一現(xiàn)狀,利用機(jī)電液聯(lián)合仿真虛擬樣機(jī)模型,對(duì)新機(jī)型使用的電液控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),全面分析了其工作性能。最后對(duì)生產(chǎn)的15 m3液壓挖掘機(jī)物理樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試,分析測(cè)試結(jié)果并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,得到完整的大型礦用液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)建模方法。在全面分析大型液壓挖掘機(jī)能耗和控制問題的基礎(chǔ)上,提出將進(jìn)出口獨(dú)立控制系統(tǒng)引入大型液壓挖掘機(jī)。為了便于驗(yàn)證和分析該控制系統(tǒng),首先建立了基于6 t液壓挖掘機(jī)的進(jìn)出口獨(dú)立控制系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái),在該平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)出口獨(dú)立控制液壓系統(tǒng)的控制策略和節(jié)能效果的分析驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,以76 t級(jí)挖掘機(jī)為平臺(tái),設(shè)計(jì)了以目前挖掘機(jī)常用的負(fù)流量控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的進(jìn)出口獨(dú)立控制系統(tǒng),并設(shè)計(jì)了基于液-氣儲(chǔ)能平衡原理的動(dòng)臂勢(shì)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(dòng)慣性大的特點(diǎn)。通過了實(shí)驗(yàn)和仿真分析,證明新系統(tǒng)全面提高了挖掘機(jī)能效。進(jìn)一步的,針對(duì)目前挖掘機(jī)動(dòng)臂能量回收系統(tǒng)的工作特點(diǎn),建立了基于多物理場(chǎng)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(dòng)態(tài)壓力分布、溫度分布和氣體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并分析了蓄能器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)效率的影響。利用建立的模型進(jìn)行蓄能器選型參數(shù)優(yōu)化并通過實(shí)際機(jī)器驗(yàn)證選型的有效性。在前文研究的基礎(chǔ)上,將進(jìn)出口獨(dú)立控制的電液比例控制系統(tǒng)和液-氣儲(chǔ)能平衡的動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)推廣到了更大噸位的20 m3液壓挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)中,并通過虛擬樣機(jī)仿真驗(yàn)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(jī)設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)斗容15 m~3的大型礦用液壓挖掘機(jī)樣機(jī)電液控制系統(tǒng)。(2)提出了泵閥復(fù)合控制的進(jìn)出口獨(dú)立控制液壓系統(tǒng)并建立了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新系統(tǒng)的控制策略。(3)提出了基于液-氣儲(chǔ)能平衡原理的大型液壓挖掘機(jī)勢(shì)能回收系統(tǒng),并在76 t挖掘機(jī)樣機(jī)上驗(yàn)證。(4)將進(jìn)出口獨(dú)立控制的電液控制系統(tǒng)和液-氣儲(chǔ)能平衡的動(dòng)臂勢(shì)能回收系統(tǒng)進(jìn)行了推廣,設(shè)計(jì)了采用在20 m3液壓挖掘機(jī)原型機(jī)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(jī)，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(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)。在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)土方作業(yè)時(shí)，這些系油效果。神鋼的混合動(dòng)力系統(tǒng)如圖 1-8 所示，是典型臺(tái)逆變電機(jī)，一臺(tái)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，一臺(tái)直接用于動(dòng)機(jī)多余的功率通過發(fā)電機(jī)發(fā)電并儲(chǔ)存在電池中。發(fā)電并儲(chǔ)存在電池中。儲(chǔ)存的電能在回轉(zhuǎn)電機(jī)工作負(fù)荷時(shí)還可以供給發(fā)動(dòng)機(jī)。這種系統(tǒng)主要降低了三損失，回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能損失、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)低效

太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文式電池模塊等多種方案也得到了應(yīng)用[59-61]�？膳c預(yù)機(jī)是主要的發(fā)展方向。案相比，油液混合的節(jié)能方式對(duì)能量的利用更加直器上起制動(dòng)作用的油腔壓力增高，此時(shí)通過換向閥器釋放的勢(shì)能或動(dòng)能[64-67]。油液混合動(dòng)力不需要添維護(hù)保養(yǎng)壓力，設(shè)備成本也比電液混合動(dòng)力要低，，到了應(yīng)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(jī)端，為主泵提供動(dòng)力；直接釋放到執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)腔，為執(zhí)行器提供動(dòng)力。間接的環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。近年來研究都傾向于使
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD422.2


本文編號(hào)：2622335