变转速纯电驱液压挖掘机能效特性研究

摘要

液压挖掘机作为重要的工程机械，广泛应用于建筑施工，桥梁建设，道路施工等各类施工场所。但是由于工作环境恶劣，负载波动大等因素，现有控制方式存在燃油消耗大、排放严重等问题，在严峻的国际能源危机背景下，其节能性越来越受关注。基于现有技术的液压挖掘机，动力源为发动机，噪声大、污染严重，不适合城市、医院、学校以及一些相对封闭场所的作业。电动液压挖掘机应运而生，并且成为液压挖掘机新的研究方向。本论文以挖掘机系统联合仿真模型和试验研究为基础对电动液压挖掘机的能耗特性进行分析研究。
　　本论文首先对普通液压挖掘机结构组成和工作原理进行介绍，在此基础上提出电动液压挖掘机总体方案，并研究了影响液压泵与变频电机效率的因素，提出了变排量变转速的复合控制策略。该控制策略基于LUDV系统的变排量控制，并将泵的排量作为变转速的控制目标，以达到降低整机能耗的目的。
　　详细研究了挖掘机液压系统结构组成与工作原理，建立了LUDV系统的仿真模型。介绍了挖掘机工作装置的结构组成，并利用Pro/E软件建立了挖掘机整机的三维模型，然后通过SimulationX的接口，将整机的三维模型导入SimulationX中，建立了工作装置多体动力学仿真模型，并通过试验验证了液压系统与工作装置仿真模型的准确性。
　　利用台架试验测试出发动机不同转速、不同扭矩下的油耗率，之后将数据导入SimulationX软件中，利用发动机万有特性曲线数据并结合数学方程建立发动机的仿真模型。在研究变频器以及电动机工作原理的基础上，利用SimulationX软件建立变频器与电动机的仿真模型，并用试验验证模型的准确性。
　　在各部分仿真模型以及挖掘阻力模型基础上，建立普通液压挖掘机机液联合仿真模型，以及电动液压挖掘机机电液联合仿真模型，针对挖掘机典型工作过程，对两种液压挖掘机的能耗特性进行仿真分析。结果表明:与普通液压挖掘机相比，电动液压挖掘机可以节约运营成本30％以上，有效的降低了挖掘机的运营成本。
　　为了进一步的提高电动液压挖掘机的节能性，针对挖掘机典型工作过程，研究了电动液压挖掘机不同“泵排量目标值”下以及不同转速范围下的能量消耗情况。仿真结果表明:电机的转速设定为1200-1500rpm，“泵排量目标值”设定为0.9时，电动液压挖掘机耗电量最少。对电动液压挖掘机的设计研究有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 液压挖掘机节能研究现状

1．3 混合动力与电动液压挖掘机研究现状

1．3．1 混合动力技术研究动态

1．3．2 电动液压挖掘机研究动态

1．4 主要研究内容

第二章 电动液压挖掘机总体方案设计

2．1 普通液压挖掘机结构组成及工作原理

2．1．1 机械结构组成及工作原理

2．1．2 液压系统组成及工作原理

2．2 电动液压挖掘机结构组成

2．3 控制策略研究

2．3．1 液压泵效率影响因素

2．3．2 电机效率影响因素

2．3．3 控制策略

2．4 小结

第三章 电动液压挖掘机仿真模型建立

3．1 液压系统仿真模型

3．1．1 变量泵仿真模型

3．1．2 多路阀仿真模型

3．2 工作装置仿真模型

3．2．1 工作装置结构

3．2．2 试验验证

3．3 发动机仿真模型

3．3．1 发动机特性研究

3．3．2 发动机仿真模型

3．4 变频电机仿真模型

3．4．1 变频电机仿真模型

3．4．2 试验验证

3．5 挖掘阻力模型

3．6 整机仿真模型

3．6 小结

第四章 两种液压挖掘机能效特性研究

4．1 两种液压挖掘机运行特性分析

4．1．1 挖掘机典型作业工况

4．1．2 运行特性对比

4．2 两种液压挖掘机节能特性研究

4．2．1 普通液压挖掘机仿真分析

4．2．2 电动液压挖掘机仿真分析

4．2．3 电动液压挖掘机与普通液压挖掘机耗能成本对比

4．3 小结

第五章 电动液压挖掘机能效特性研究

5．1 不同排量下电动液压挖掘机节能分析

5．2 不同转速下电动液压挖掘机节能分析

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文