挖掘机动臂能量回收系统分析与试验研究

摘要

随着世界范围内工业技术的迅速发展，资源消耗和环境污染等问题严重影响人类的生产生活，因此节能与环保技术是提高产品竞争力的必然发展趋势。挖掘机是一种被广泛使用的工程机械，其存在耗能高、排放差等问题，因此研究挖掘机的节能技术具有重要的现实意义。
　　本文以DL15-8液压挖掘机为研究对象，搭建了一种以蓄电池为储能元件的液压挖掘机动臂势能回收系统试验台，并进行了相关的理论仿真与试验研究。
　　首先，运用D-H坐标法对挖掘机工作装置建立运动学模型，得到了动臂、斗杆、铲斗的重心的坐标位置，在此基础上得出工作装置势能计算公式。运用ADAMS软件建立挖掘机的动力学模型，得出动臂液压缸活塞杆受力曲线图。
　　其次，分析挖掘机工作装置能量损失机理，针对挖掘机动臂下降时存在势能损失的情况，提出并设计了一种以蓄电池组为储能元件的动臂势能回收系统。建立了动臂势能回收系统的SimulationX仿真模型。通过仿真研究，得出了势能回收的能量值、回收效率，验证了该方案的可行性，为该能量回收系统适用于其他吨位挖掘机提供了理论依据。
　　然后，在DL15-8液压挖掘机的基础上，搭建了挖掘机动臂势能回收系统试验台，进行了相关势能回收验证性试验，并对回收系统的运行稳定性和节能效果进行综合评价，试验结果表明，所提出的动臂势能回收系统运行稳定，具有初步的节能效果。最后分析了影响势能回收效率的几个重要因素。
　　最后，针对试验中动臂势能回收系统动臂下降时间较长、工作效率低等问题，同时为了提高回收效率，分析影响回收效率的因素，进一步研究回收液压马达的关键参数对系统回收效率的影响。对原势能回收系统进行优化，并进行仿真验证分析，其结果为后期进一步研究奠定了良好基础并提供相应依据。

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1 绪论

1.1液压挖掘机节能研究的背景及意义

1.2液压挖掘机节能技术研究的发展现状

1.3挖掘机能量回收技术研究现状

1.4课题的提出和主要研究内容

2挖掘机工作装置势能和负载模型研究

2.1挖掘机工况分析

2.2挖掘机工作装置势能分析与计算

2.3动臂液压缸变负载的仿真输入

2.4本章小结

3动臂势能回收系统的设计与仿真分析

3.1动臂势能回收系统设计

3.2动臂势能回收的仿真与分析

3.3仿真结果及分析

3.4本章小结

4动臂势能回收系统试验研究

4.1试验综述

4.2试验方案

4.3试验结果分析

4.4系统能量损失分析

4.5本章小结

5动臂势能回收系统的优化方案研究

5.1试验台动臂位移传感器的搭建

5.2势能回收系统关键部件的优化组合

5.3 动臂势能回收系统的PID控制

5.4本章小结

6结论与展望

6.1工作结论

6.2工作展望

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段发表论文

致谢