混合动力液压挖掘机势能回收系统分析与节能性能研究

摘要

液压挖掘机存在燃油利用率低、耗油高、排放差、对环境污染严重等问题，能源和环境情况日益严重，节能减排已经成为制约液压挖掘机发展的关键技术。针对这一问题，本文以某25吨传统液压挖掘机为研究对象，以降低能耗为主要目的，提出了一种新型并联式混合动力液压挖掘机势能回收系统方案，液压挖掘机的动力系统采用柴油机发动机和电动机并联，能量回收元件采用蓄能器、液压马达、发电机和蓄电池，建立了回收系统仿真模型，对该系统的节能性进行了分析和研究。 本文的主要研究工作如下： 1.论述了节能减排对液压挖掘机的重要意义，介绍了目前国内外广泛使用的节能技术研究的现状及其优缺点，提出了本文研究的主要内容。 2.对液压挖掘机工作装置负载模型进行了运动学和动力学理论分析，建立了挖掘机整机仿真模型，并对其进行运动仿真分析，得到了各液压缸活塞杆的受力情况和铲斗的运动轨迹。 3.对液压挖掘机在标准挖掘作业中各执行机构的能量消耗情况、能量回收再利用的可行性和可回收能量大小进行了仿真研究，并进行了实验验证，为开发液压挖掘机的节能性和找出能量回收系统研究的主要方向提供了理论依据。 4.分析了几种传统能量回收方法的优缺点，提出了一种新型并联式混合动力液压挖掘机势能回收系统方案，并确定了方案的原理图，工作原理及控制方法。 5.建立了回收系统中关键元件的数学模型，在AMESim软件中建立了系统整机仿真模型，研究了回收系统中关键参数对能量回收效率的影响，并加入PID控制器对方案的回收效率进行了优化。 6.对多种能量回收系统的节能和环保效果进行了仿真分析，最后得出本文设计的并联式混合动力变量液压马达回收系统在节能和环保方面最有优势，应该作为以后液压挖掘机节能减排方向的研究重点。

目录

1 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

1.3 液压挖掘机能量回收技术研究

1.4 本论文研究内容

2 液压挖掘机工作装置负载模型的研究

2.1 液压挖掘机结构形式和工作过程

2.2 液压挖掘机工作装置的运动学分析

2.3 液压挖掘机工作装置的动力学分析

2.4 液压挖掘机工作装置的仿真分析

2.5 本章小结

3 液压挖掘机工作装置可回收能量分析

3.1 液压挖掘机工作装置系统组成

3.2 液压挖掘机可回收能量的计算

3.3 液压挖掘机可回收能量仿真分析

3.4 液压挖掘机可回收能量实验分析

3.5 本章小结

4 混合动力液压挖掘机势能回收系统的设计与研究

4.1 新型势能回收系统的提出

4.2 新型势能回收系统方案设计

4.3 势能回收系统的工作原理分析

4.4 势能回收系统的控制方法

4.4 本章小结

5 混合动力液压挖掘机势能回收系统建模与节能分析

5.1 系统关键元件的建模

5.2 混合动力动臂势能回收系统仿真模型的建立

5.3 蓄能器对能量回收系统的影响

5.4 液压马达对能量回收系统的影响

5.5 系统的节能效果分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及成果

致谢