扭矩耦合式挖掘机液压混合动力系统设计与控制策略研究

摘要

自上世纪70年代石油危机以来，汽车与工程机械厂商纷纷开始进行节能技术的研究。以液压蓄能器为储能元件的并联式挖掘机液压混合动力系统，是当前国内外工程机械领域节能技术发展的前沿课题。并联式油液混合动力系统，不仅可以稳定发动机工作点，提高发动机燃油效率，还可以回收再利用一些在控制阀节流口上浪费的液压能，具有油电混合动力系统所不具备的一些优点，为混合动力技术发展提供了新的可能。
　　为改善液压挖掘机动力系统因负载波动剧烈而导致的发动机效率低下，研究了一种以发动机为主动力源，以液压二次元件为辅助动力源，以蓄能器为储能装置的扭矩耦合式油液混合动力系统。辅助动力源实时补偿发动机目标工作点功率与时变工作液压系统负载功率差值。基于该油液混合动力系统特点，进行了油液混合动力系统参数匹配方法研究及元件选择，并进行系统数学建模研究。综合考虑系统特点、工作负载状况、及蓄能器储能状况，提出一种转速PI控制与负载预测控制相结合的动力系统复合控制方法，以使发动机稳定工作于高燃油效率区。进行了针对该混合动力系统的Amesim仿真与试验研究。仿真和试验结果表明，相较普通液压挖掘机系统，带有此混合动力系统的挖掘机发动机转速波动范围减小40％，扭矩波动范围减小30％。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和研究意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 挖掘机液压系统节能控制的研究现状

1．2．1 挖掘机液压系统的节能研究

1．2．2 挖掘机液压混合动力及能量回收系统研究现状

1．3 现有研究存在的不足

1．4 研究内容

2 扭矩耦合式挖掘机液压混合动力系统原理设计

2．1 挖掘机液压混合动力系统设计目标

2．2 扭矩耦合式混合动力系统原理设计

2．2．1 设计目标分析

2．2．2 系统结构

2．2．3 能量差动回收

2．2．4 系统实际工作流程

本章小结

3 扭矩耦合式挖掘机液压混合动力系统参数匹配研究与数学建模

3．1 参数匹配研究

3．1．1 工况检测

3．1．2 参数匹配

3．2 数学建模

3．2．1 负载模型

3．2．2 原始液压系统模型

3．2．3 辅助液压系统模型

3．2．4 动力系统模型

3．2．5 Amesim建模

本章小结

4 扭矩耦合式挖掘机液压混合动力系统控制策略研究

4．1 工作模式选择

4．2 单工作点的控制策略

4．3 PI控制结合负载预测复合控制方法

4．3．1 PI控制

4．3．2 负载预测

本章小结

5 仿真与试验

5．1 仿真

5．2 试验

5．2．1 试验转速控制效果

5．2．2 试验数据与仿真对比

5．2．3 有扭矩耦合式挖掘机液压混合动力系统的工作点分布情况

本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简介