TCY-2型地下铲运机制动能量回收系统研究

摘要

随着世界能源危机的日益严峻,燃油价格不断飞涨,给经济发展带来巨大冲击,此外,由于化石燃料的低效使用,世界环境污染越来越严重。研究低能耗,高能量利用率、低尾气排放的机械成为当今科研工作者一个火热课题。本文以地下铲运机为研究对象,针对其采用传统的液压摩擦制动方式,制动时大量动能的白白浪费,制动器的摩擦损耗等问题,设计出一套制动能量回收系统,并对制动能量回收系统的应用做了理论分析研究。本文主要完成以下工作:
　　 1.针对地下铲运机的特点,选择了一种适合地下铲运机制动能量回收的储能方案。即采用变量泵将地下铲运机的动能转化为液压能储存在蓄能器中。论文分析了2m3地下铲运机最大的可回收制动能量及液压各分系统具体匹配参数,确定了回收的制动能量用于制动与转向系统,充分利用回收的制动能量;
　　 2.采用传递函数法建立了制动能量回收系统数学模型,并在MATLAB/Simulink软件中进行了仿真,为能量回收系统关键参数优化奠定了基础;
　　 3.对影响制动性能以及能量回收率的三个关键参数即蓄能器容积,蓄能器预充压力以及液压泵的排量进行了仿真分析,揭示了这些参数对能量回收率的影响规律。在此基础上,以能量回收效率为目标,在满足转向系统压力、油液体积要求的条件下,结合人机工程学对制动减加速度的要求,采用遗传算法对这三个关键参数进行优化;
　　 4.对采用能量回收系统的地下铲运机制动平稳性进行了分析研究。并采用模糊控制方法,控制能量回收系统制动力,使制动减加速度输出保持平稳性。应用MATLAB-Fuzzy工具箱设计了模糊控制器,并在MATLAB软件中进行了仿真;
　　 5.构建了制动能量回收实验平台,实验研究了蓄能器预充压力、蓄能容积对能量回收率的影响,实验验证了论文对这些参数的分析。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题研究的背景

1.2 本课题研究的意义

1.3 制动能量回收技术研究的国内外发展现状

1.3.1 制动能量回收技术国外发展现状

1.3.2 制动能量回收技术国内发展现状

1.4 本论文的主要研究内容

第二章 制动能量回收系统原理及元器件选择

2.1 制动能量回收系统储能方案的选择

2.1.1 制动能量回收技术介绍

2.1.2 制动能量回收系统储能方案的选择

2.2 制动能量回收系统原理

2.2.1 制动能量回收系统设计要求

2.2.1 液压制动系统分析

2.2.2 制动能量回收系统原理图及说明

2.3 制动过程可回收能量分析

2.3.1 地下铲运机行驶工况分析

2.3.2 制动能量分析

2.3.3 能量回收利用方案选择

2.4 能量回收系统相关元器件选择

2.4.1 液压泵的选择

2.4.3 蓄能器的选择

2.4.4 取力机构的选择

2.5 本章小结

第三章 制动能量回收系统数学建模与仿真分析

3.1 制动能量回收系统数学模型分析

3.1.1 制动能量回收系统数学模型概要

3.1.2 制动能量回收系统数学模型示意图

3.2 制动能量回收系统建模

3.2.1 蓄能器建模

3.2.2 液压泵建模

3.2.3 变量执行机构建模

3.3 制动能量回收系统MATLAB/Simulink建模

3.3.1 MATLAB/Simulink介绍

3.3.2 制动能量回收系统MATLAB建模

3.4 制动能量回收系统MATLAB/Simulink模型仿真分析

3.4.1 仿真参数的确认

3.4.2 仿真结果

3.5 本章小结

第四章 制动能量回收系统关键参数优化

4.1 关键参数对系统的影响

4.1.1 蓄能器预充压力对系统的影响

4.1.2 蓄能器的容积对系统的影响

4.1.3 液压泵的排量对系统的影响

4.2 人机工程学对制动减加速度的要求

4.2.1 人机工程学

4.2.2 人机工程学对于加速度的要求

4.3 基于人机工程学的制动能量回收系统关键参数的优化

4.3.1 优化方法的介绍

4.3.2 优化过程

4.3.3 优化结果分析

4.4 本章小结

第五章 制动能量回收系统平稳性控制策略研究

5.1 制动能量回收系统的控制模型

5.2 模糊控制基础

5.2.1 模糊控制系统阐述

5.2.2 模糊控制器介绍

5.3 制动系统模糊控制器的设计

5.3.1 控制策略

5.3.2 模糊逻辑知识库的建立

5.4 仿真分析

5.5 本章小结

第六章 实验研究

6.1 实验目的

6.2 实验方案及原理

6.3 实验设备

6.4 实验步骤

6.4.1 实验系统构建

6.4.2 实验过程

6.5 实验结果与分析

6.5.1 实验数据处理

6.5.2 试验结果分析

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 主要研究内容与结论

7.2 主要创新点

7.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果