应用超级电容的轮胎式集装箱起重机混合动力系统研究

摘要

当前随着国际油价持续上涨,内燃驱动设备的使用成本不断上升;环境状况的日益恶化,使得各国政府的环保政策法规也日趋严格。节能与环保既是可持续发展战略的要求,也是码头运营商和港口机械制造商的迫切需求。轮胎式集装箱门式起重机(Rubber Tyred Container Gantry Crane,简称RTG)是目前专业化集装箱码头堆场中的主要装卸设备,其较大的能耗是码头运营中的突出问题。所以研究和开发节能、高效、环保的集装箱起重机,具有比较重要的经济和社会效益。本文以轮胎式集装箱门式起重机为研究对象,对混合动力系统在集装箱起重机上的应用进行设计,并测试其运行效果。
　　论文首先介绍了传统轮胎式集装箱门式起重机的工作特性,分析了起重机工作机构在运行过程中的能量传递与损失,描述了所要设计的应用超级电容的轮胎式集装箱起重机混合动力系统的节能机理。其次进行混合动力系统的控制方法设计,分别介绍在起升和下降过程中切换控制方法的原理。然后进行混合动力系统硬件设计,设计了混合动力系统的总体结构,对系统中超级电容储能装置的配置进行了分析和计算,完成了双向DC-DC变换器电路设计等。对混合动力系统中的PLC控制系统软硬件进行了研究和设计。最后对混合动力系统的运行效果进行实验测试,给出了实验结果并对混合动力系统进行评估。
　　实验表明,加装了超级电容的轮胎式集装箱起重机工作可靠,系统控制策略可行,与原机型相比其燃油消耗明显下降,具有显著的经济效益。

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外的研究动态

1.3本文的主要研究内容

第二章 应用超级电容的轮胎式集装箱起重机的节能原理

2.1传统轮胎式集装箱门式起重机

2.2对集装箱起重机进行混合动力改造的方案

2.3本章小结

第三章 应用超级电容的节能型轮胎吊能耗计算及策略设计

3.1应用超级电容的节能型集装箱起重机能耗计算

3.2混合动力系统的策略设计

3.3对控制方法和以往改造的总结

3.4本章小结

第四章 混合动力系统硬件设计

4.1应用超级电容的轮胎式集装箱起重机的构成

4.2电路设计

4.3控制电路设计

4.4混合动力系统中超级电容的选配

4.5双向DC-DC变换器电路设计

4.6硬件接线图

4.7本章小结

第五章 混合动力系统PLC控制程序设计

5.1 PLC以及相关部分设计

5.2程序结构及框图

5.3程序说明

5.4本章小结

第六章 系统测试结果

6.1用于测试的混合动力RTG系统

6.2系统调试

6.3系统工作性能测试结果及分析

6.4油耗测试结果及分析

6.5本章小结

第七章 总论和展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录：PLC控制程序清单

致谢