旋挖钻机动力系统功率匹配控制策略及试验研究

摘要

旋挖钻机作为钻孔灌注桩成孔施工的复杂大惯量工程装备，施工的高效性和稳定性一直是其追求的目标。一方面由于现有旋挖钻机功率储备最高达29％，导致发动机功率利用率低;另一方面旋挖钻机施工工况复杂、负荷变化范围大，作业时发动机转速波动剧烈。本文针对上述两方面问题，从旋挖钻机动力系统功率匹配出发，通过理论、仿真分析和试验研究，提出适合旋挖钻机的功率匹配控制方案，以提高旋挖钻机施工效率和稳定性。
　　综述国内外工程机械功率匹配技术。分析旋挖钻机作业系统和作业工况，并定性分析动力系统匹配环节对旋挖钻机施工效率、稳定性的影响。结合工况与动力系统匹配分析，在借鉴工程机械功率匹配技术的基础上，提出功率匹配控制方案。
　　分析发动机工作特性，并建立发动机油耗模型和动力性模型;分析电子越权变量泵控制原理，并建立电流—扭矩数学模型。依此建立旋挖钻机发动机—变量泵联合仿真模型，为旋挖钻机动力系统功率匹配研究提供仿真与研究平台。针对旋挖钻机施工参数非线性、时变的特点，采用基于转速感应的极限负荷控制策略及单神经元PID控制算法，并利用仿真模型对动力系统功率匹配进行仿真分析，为匹配方案的实现提供理论依据和指导。
　　围绕旋挖钻机动力系统功率匹配进行试验研究。试验包括五个方面内容:一.搭建旋挖钻机无线测试系统，为试验研究提供测试工具;二.测得电子越权变量泵控制电流—扭矩关系，以建立数学模型;三.测得不同设定转速、不同负荷下发动机稳态工作参数，以建立发动机静态调速特性数学模型;四.通过溢流加载试验，验证功率匹配控制方案有效性;五.通过实地打孔试验，对比功率匹配控制前后旋挖钻机施工效率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 工程机械功率匹配技术综述

1．2．1 局部功率匹配

1．2．2 全局功率匹配

1．2．3 整机节能控制系统

1．3 旋挖钻机功率匹配研究现状与发展趋势

1．3．1 旋挖钻机功率匹配研究现状

1．3．2 旋挖钻机功率匹配技术的发展趋势

1．4 研究意义与研究内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

1．5 小结

2 旋挖钻机功率匹配方案研究

2．1 旋挖钻机作业系统与工况分析

2．1．1 旋挖钻机作业系统分析

2．1．2 旋挖钻机作业工况分析

2．2 发动机—变量泵环节匹配特性分析

2．2．1 发动机调速特性不理想

2．2．2 发动机动态工况

2．2．3 功率匹配不当

2．2．4 转速感应控制系统不完善

2．3 旋挖钻机动力系统功率匹配方案制定

2．4 小结

3 发动机—变量泵工作特性分析与建模

3．1 变量泵特性与建模

3．1．1 变量泵工作原理

3．1．2 变量泵数学建模

3．1．3 变量泵数学模型参数估计

3．2 发动机特性和建模

3．2．1 发动机工作特性

3．2．2 发动机建模

3．3 发动机—变量泵开环系统仿真分析

3．4 小结

4 动力系统功率匹配控制方案研究

4．1 基于转速感应的极限负荷匹配控制策略

4．2 确认发动机极限负荷匹配点

4．3 转速感应控制算法研究

4．4 发动机—变量泵功率匹配仿真分析

4．5 小结

5 试验研究

5．1 试验目的与内容

5．1．1 试验目的

5．1．2 试验内容

5．2 测试系统搭建

5．2．1 测试系统硬件设计

5．2．2 测试系统软件设计

5．3 试验过程与结果分析

5．3．1 变量泵电子越权控制测试

5．3．2 发动机调速特性测试

5．3．3 溢流加载对比试验

5．3．4 实地打孔对比试验

6 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

附录

攻读学位期间主要研究成果

致谢