静液传动混合动力挖掘机回转和行走机构节能技术研究

摘要

近年来,世界范围的能源短缺及环境污染等问题,已经大大制约着世界经济的发展。挖掘机具有频繁往复运行、油耗高、排放差等特点,其节能性已成进入市场的先决条件。2012年国内油价突破每升8元大关,2014年欧美工程机械要实施欧IV排放标准,使得节能减排课题再次成为人们关注的重点。二次调节静液传动混合动力技术是一种新型的传动技术,利用液压泵/马达四象限工作特性,有效地实现制动动能回收与再利用。液压储能系统功率密度大,充放能力强,满足短时间内实现能量转换和储存的要求。因此,将二次调节静液传动混合动力技术应用于挖掘机回转、行走机构中,对研究挖掘机能量回收,节约能源、减少环境污染以及提高挖掘机的整体性能具有重要的意义。本文以二次调节静液传动混合动力技术应用于挖掘机系统中实现能量回收和再利用为主要内容,对静液传动混合动力挖掘机的回转、行走机构节能技术进行了全面细致的研究。
　　在查阅大量国内外有关文献的基础上,本文概述了国内外挖掘机节能技术的发展概况,对能量损失的原因进行了详细的分析。对发动机、液压泵以及液压系统的节能技术进行分类阐述。综述了国内外混合动力挖掘机的发展现状,对节能技术以及能量存储方式进行分类比较,分析了液压储能装置的优势和静液传动技术的特点。
　　以某型20吨级液压挖掘机为研究背景,建立液压挖掘机执行机构、液压缸、液压马达、多路阀、液压泵的数学模型。利用Simulation X仿真平台,结合上述各元件的数学模型以及实车的CATIA建立的三维模型对挖掘机系统进行整机建模。对液压挖掘机进行能耗分析。重点研究液压泵输出的功率、执行元件需求功率以及各阀的耗损情况并分析其产生的原因。提出一种切实可行的节能降耗解决方案。该方案以挖掘机回转、行走机构能量回收再利用作为挖掘机节能研究的主要方向。
　　设计挖掘机回转机构静液传动混合动力节能方案。该方案用于优化关键元件的匹配关系,完善系统的设计准则。针对混合动力系统频繁切换的特点,设计基于混杂动态系统理论的回转机构节能系统的控制器,制定状态转换的触发条件和切换规则。在 Matlab/Simulink环境下搭建回转机构节能系统的前向仿真模型,定性分析参数设置对系统性能的影响规律。分别以不同的控制方式进行定量分析,设计前后沿控制方式,分析不同控制规律对系统节能性和快速性的影响。
　　针对挖掘机在转场过程中工况的特点改造其行走装置,提出挖掘机行走机构节能系统。通过液压泵/马达前端配置粘性联轴器,后轮打滑时自动切换为四轮驱动,提高车辆的驱动和制动性能。采用基于规则知识库的模拟退火自适应大变异遗传算法对动力系统进行性能匹配与参数优化。在 Matlab/Simulink环境下,建立行走机构节能系统的离线仿真模型,设计最优需求跟踪控制策略,在不改变系统动态性能的前提下,最大限度的节约了燃油消耗。针对静液传动技术功率密度大的特点,设计液压再生制动策略,合理地分配前后轴的制动力及再生制动力和摩擦制动力的比例关系,在确保车辆安全制动的同时,高效地回收车辆的制动动能。

目录

静液传动混合动力挖掘机回转和行走机构 节能技术研究

RESEARCH ON ENERGY-SAVING TECHNOLOGY OF HYDRAULIC HYBRID EXCAVATOR’S TRAVEL AND SWING DEVICE

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 液压挖掘机节能技术研究的发展概况

1.3 基于混合动力系统的节能研究

1.4 论文的主要研究内容

第2章 液压挖掘机工作机构能耗分析及节能设计

2.1 引言

2.2 液压挖掘机工作原理分析

2.3 液压挖掘机工作系统数学建模

2.4 液压挖掘机工作机构建模仿真分析

2.5 系统节能方式的设计研究

2.6 本章小结

第3章 回转机构节能技术研究

3.1 引言

3.2 回转机构节能系统及工作原理

3.3 系统数学模型的建立

3.3 系统数学模型的建立

3.4 关键元件的参数选择

3.5 基于混杂动态系统理论的多能源管理策略研究

3.6 回转机构节能系统仿真模型的建立

3.7 仿真分析

3.8 本章小结

第4章 行走机构节能技术研究

4.1 行走机构节能系统运行工况及工作原理

4.2 行走机构节能系统主要元件及参数优化匹配

4.3 整车模型的建立

4.4 行走机构节能系统控制策略研究

4.5 本章小结

第5章 整机试验及节能系统模拟试验研究

5.1引言

5.2 原机测试及试验研究

5.3 挖掘机节能系统模拟实验台的组成

5.4 挖掘机回转机构节能系统模拟试验研究

5.5 挖掘机行走机构节能系统再生制动模拟试验研究

5.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

个人简历