基于负载识别的液压挖掘机功率匹配节能研究

摘要

提高发动机功率利用率和降低油耗一直都是液压挖掘机研究的主要方向之一。论文结合徐州徐挖机械制造有限公司的80吨挖掘机项目，进行挖掘机节能控制理论研究和相应实验，论文内容主要包括以下几个方面：
　　 首先分析了挖掘机节能的意义和能量损失的原因，介绍了国内外挖掘机节能技术研究的现状，指出了国内挖掘机节能研究的不足，从而引出本课题研究意义和主要内容。
　　 挖掘机负载自主识别研究。在研究传统挖掘机负载识别技术基础上，建立一种以油缸压力和泵的出口压力为判断依据的改进的负载自主识别系统。其原理为将各油缸压力变化作为联想记忆神经网络控制算法的输入，当确定挖掘机处于挖掘状态时，采集泵的出口压力，确定挖掘机的功率模式和发动机的最佳工作点。实验结果表明该方法能有效地识别当前负载状况，降低操作人员工作强度，实现发动机与当前负载的匹配。
　　 变量泵与发动机匹配技术研究。分析了发动机一变量泵联合控制系统并对其进行建模。通过对发动机油门位置的前馈式PID控制和变量泵排量调节的模糊控制，使发动机能够工作在的最佳工作点附近，实现发动机与变量泵的功率匹配。
　　 控制系统的软硬件实现。设计了相应的挖掘机控制硬件系统。本文将控制系统模块化，分为压力采集模块、油门控制模块、变量泵控制模块和发动机转速测量模块四个模块。利用Visual C++6.0将挖掘机工作状态数据在计算机上实时显示。
　　 设计了挖掘机节能研究实验方案。实验结果表明：负载自主识别是可行的，主控制器能够依据负载变化有效地调节挖掘机功率模式和发动机油门位置。基于模糊控制的变量泵排量调节能够很好地控制发动机转速，使发动机实际转速波动小于45rpm。本文提出的节能控制系统的节能效果在8％左右。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 绪论

1.1 挖掘机节能意义

1.2 挖掘机的能量损失原因

1.3 国外研究现状

1.4 国内研究现状

1.5 挖掘机节能技术发展趋势

1.6 本课题研究的主要内容

1.7 小结

第2章 基于负载识别的柴油机最佳工作点的确定

2.1 负载识别

2.1.1 负载识别意义

2.1.2 传统负载识别方式和存在的不足

2.1.3 基于联想记忆神经网络的负载识别方法

2.2 挖掘机不同功率模式下的最佳工作点确定

2.2.1 挖掘机的功率模式

2.2.2 发动机最佳工作点确定

2.3 小结

第3章 柴油机一变量泵匹配技术研究

3.1 柴油机特性及数学模型

3.1.1 柴油机的静态特性

3.1.2 柴油机模型

3.2 变量泵特性及数学模型

3.2.1 变量泵的排量调节原理

3.2.2 变量泵模型

3.3 柴油机与变量泵功率匹配

3.3.1 柴油机与变量泵匹配的影响

3.3.2 柴油机与变量泵开环控制仿真分析

3.3.3 发动机与变量泵匹配策略

3.3.4 油门位置前馈PID控制

3.3.5 基于模糊控制的变量泵调节方法

3.4 小结

第4章 控制系统软硬件实现

4.1 控制系统方案

4.2 控制系统硬件设计

4.2.1 控制系统芯片DSP2812介绍及内部电路设计

4.2.2 控制系统外部电路设计

4.3 控制系统软件设计

4.4 信号处理

4.4.1 奇异值分析

4.4.2 软件滤波

4.4.3 实验信号处理结果分析

4.5 小结

第5章 挖掘机节能实验与结果分析

5.1 挖掘机节能实验方案及内容

5.2 实验台架结构

5.2.1 挖掘机系统参数

5.2.2 测试设备及安装

5.3 实验数据分析

5.3.1 负载自主识别实验

5.3.2 变量泵恒功率控制和发动机转速控制实验

5.4 实验结论

5.5 小结

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录 挖掘机实物照片

作者简历