轮胎式起重机的位能回收及其应用研究

摘要

随着工业的迅速发展，轮胎式起重机凭借其移动灵活、机动特性好等优点在工业生产实践领域得到了十分广泛的应用。然而其工作机构下降时位能转换和电机制动产生的能量转变成电能，消耗在能耗电阻或制动器上，既浪费了能源，又增加了维护成本，还缩短了传动机构部件寿命。因此选取合适的储能元件和储能方式，对起重机位能、制动能等潜在能源进行回收储存再利用，提高能源利用率，是当前研究的热点。
　　 目前针对轮胎式起重机所应用的能量回收技术，是采用母线储能的方式，使起重机能耗得到一定程度降低。但其结构复杂，降低了稳定性与可靠性，不适用于工况与结构都非常复杂的港口轮胎式起重机。本文采用超级电容作为储能元件，提出了一种轮胎式起重机起升机构动力系统节能方案，将负载位能回收、储存、再利用，达到节能降耗、降低营运费用的目的。
　　 本文以轮胎式起重机起升机构直流动力系统为研究对象，分析了起升机构在作业循环过程中的能量转换关系，在研究了直流电机的工作原理、工作特性和电机拖动技术的基础上，设计出由传统起升电机拆分为刚性联接主、辅助两电机的同轴双枢变矩电机，确定了能将起升机构位能回收再利用的新型直流动力节能系统。系统由同轴双枢变矩电机、储能单元、电气控制单元及辅助部分等组成。负载下降时辅助电机单独工作;负载上升时主、辅两电机复合驱动。将LQD16作为试验样机，详细论述了其动力节能系统的工作原理、储能元件的选择及配置方式、起升机构电气控制单元的设计方案、以及位能回收时所需动态励磁控制的实现方法，进行了动力节能系统的小比例模拟试验，以及LQD16试验样机的能耗试验，通过对比分析试验数据，论证了以超级电容为储能元件的动力节能系统在轮胎式起重机上应用的可行性，且与同类传统机型对比节能效率可达30％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 混合动力技术相关介绍

1．2．1 混合动力技术的应用实例

1．2．2 混合动力系统国内外研究现状

1．3 超级电容国内外发展现状

1．4 课题的提出与本文主要研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 本文主要研究内容

第2章 直流动力节能系统方案设计

2．1 轮胎式起重机动力系统概述

2．1．1 直流电机结构及工作原理

2．1．2 他励直流发电机的工作特性

2．1．3 串励直流电动机的工作特性

2．2 直流电机拖动的相关技术

2．2．1 直流电机可逆原理

2．2．2 刚性联接双电机拖动技术

2．3 动力系统节能方案

2．3．1 试验机型起升动力系统分析

2．3．2 位能回收及利用节能方案设计

2．4 同轴双枢变矩电机的研究

2．4．1 复合驱动的数学模型

2．4．2 工作原理及选择

2．5 本章小结

第3章 储能元件的选择与计算

3．1 储能元件的性能比较

3．2 超级电容简介

3．2．1 超级电容的结构及储能原理

3．2．2 超级电容的工作特性

3．3 储能元件的选配

3．3．1 最大可回收能量计算

3．3．2 超级电容的选择

3．4 本章小结

第4章 节能系统控制单元设计

4．1 起升机构电气控制单元设计

4．1．1 电气控制系统实验电路设计

4．1．2 试验样机电气控制系统设计

4．2 他励辅助电机励磁控制系统研究

4．2．1 他励辅助电机励磁控制的数学模型

4．2．2 电压反馈控制系统研究

4．2．3 硬件设计

4．2．4 软件设计

4．3 本章小结

第5章 节能系统试验结果分析

5．1 小比例模拟试验数据分析

5．1．1 试验方案

5．1．2 试验数据分析

5．2 LQD16样机能耗试验数据分析

5．2．1 试验方案

5．2．2 试验数据分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献