液压挖掘机动力系统的节能控制研究

液压挖掘机动力系统的节能控制研究

关秀雨[1]2013年在《基于电喷发动机的液压挖掘机动力系统节能控制研究》文中认为液压挖掘机是一种应用非常广泛但能源利用率相对较低的工程机械,节能控制一直是业界致力研究的重要课题。电子技术及智能控制等先进技术的应用使挖掘机的节能技术有了很大的发展。本文针对液压挖掘机的动力系统的特性及功率匹配的原理,进行了挖掘机动力系统功率匹配节能控制研究,设计了基于电喷发动机的液压挖掘机电控节能系统。本文首先综述了国内外液压挖掘机节能控制技术的研究现状以及国内节能技术的不足,并分析了造成挖掘机功率损失严重的主要原因,论述了液压挖掘机节能控制技术的发展趋势。其后分析了挖掘机动力系统中变量泵的节能特性以及电喷发动机的特性及优势,并通过加载试验研究了电喷发动机动态工况响应特性,验证了采用电喷发动机的挖掘机仍需进行功率匹配的必要性。之后从负载和发动机两个角度分析动力系统功率匹配的原理,并通过双闭环转速感应控制来进行动力系统的功率匹配节能控制,采用模糊控制算法来实现。搭建了功率匹配节能控制器的试验平台,建立了发动机油门档位控制模块、变量泵控制模块的软件编写流程图并在实验平台上进行了试验研究。试验结果表明功率匹配节能控制方法不但能改善发动机在动态工况下的响应特性,而且提高了发动机的动力性与经济性。在此基础上,设计了液压挖掘机叁种功率模式的分工况控制以及发动机自动怠速控制策略,以适应不同工况负载的要求,并在重载和经济模式下均采取极限功率控制,充分利用发动机的功率。最后通过试验验证了功率极限控制和自动怠速控制的节能性。

余浩[2]2013年在《液压挖掘机动力总成功率匹配节能控制研究》文中研究表明高效节能已成为当今工程机械产品优化的主题。由于世界能源危机及人们对环保的重视程度逐步升高,也迫切需要我们对液压挖掘机动力总成功率匹配控制技术进行相关研究。但是目前国内对液压挖掘机动力总成功率匹配控制技术与国外相比还有一定的差距,国内生产的液压挖掘机普遍存在着工作效率较低下,系统发热较严重,油温甚至高达80度以上,对系统的可靠性有较大的影响。本文以CN230液压挖掘机为研究对象,以节能减耗为目标,结合相关的现代设计及动力学受力平衡理论,建立了动力总成的数学模型,提出其功率匹配节能方案,采用模糊控制算法进行功率匹配控制,并进行Simulink仿真分析与实车试验研究,达到减少系统能量损失的目的。本文主要完成的工作如下:(1)对动力总成功率匹配节能控制技术的研究现状和系统能量损失的主要原因进行了分析,并提出了动力总成与负载联合功率匹配控制的方法。(2)建立了动力总成的数学模型,以发动机转速控制和节能为目的,提出了发动机转速稳定和功率自适应匹配的控制策略。在挖掘机各档位下,通过调节变量泵的排量,实现节能的目的;根据节能控制策略,提出了动力总成功率匹配节能控制方案,通过采用分工况控制和变量泵的恒功率控制来实现功率的最佳匹配。(3)建立了液压挖掘机动力总成联合开环控制系统数学模型,并对液压挖掘机动力总成联合开环控制系统进行了稳定性判定。通过对BODE图的分析表明动力总成联合开环控制系统是不稳定的,从而采用模糊控制算法来对动力总成闭环功率匹配进行研究,并设计了变量泵模糊控制器。(4)采用Simulink软件建立了动力总成功率匹配控制系统的仿真模型,并对仿真模型进行了模拟加载分析,验证其控制算法的可行性。(5)编制了节能控制系统的控制软件,将控制算法写入主控制器ECU中,并在液压挖掘机上进行了实车试验。模拟仿真和实车试验表明,采用该节能控制算法后,降低了发动机的耗油量,使发动机转速能稳定在目标转速附近,减少了能量损失。

郝鹏[3]2008年在《液压挖掘机动力系统匹配及节能控制研究》文中认为随着工程机械品种和数量的不断增多,国内外对工程机械尾气排放、噪声等限制愈加严格;随着人们环保意识的日益增强,使环保节能型产品的研制开发成为工程机械发展的趋势。在能源危机及绿色环保的今天,对液压挖掘机的节能研究已成为一个非常具有发展前景的课题。本文正是在此背景下并借助国家863课题,以提高液压挖掘机的动力性和经济性为研究目的,开展了对液压挖掘机动力系统匹配及节能控制的研究,论文的主要工作如下:论述了液压挖掘机动力系统匹配与控制的研究现状,分析了液压挖掘机的特点及施工工况,给出了发动机—液压泵—负载—操作手之间的相互关系和信息传递方式以及五种动力系统匹配不当造成能量损失的形式及原因。结合现有液压挖掘机的特性及节能控制技术的发展趋势构建了基于车载PLC和PC104总线系统的硬件平台和VxWorks嵌入式软件平台的液压挖掘机动力系统控制方案。建立了发动机有效扭矩、转速与每循环供油量之间的传递函数。提出了液压泵最大排量的1/4以上是其经济工作区,并作为功率控制的依据。分析了LUDV(是德文的缩写对应的英文为Load IndependentFlow Distribution Control System)系统的特性和效率,建立了电液比例系统的数学模型并对其简化,提出了工作装置等效质量和液压缸承受反向负载力的估算公式,并对液压系统参数Kq进行了辨识。建立了铲斗末端的位姿表达式和工作装置转角与驱动液压缸长度的关系式,成功判断出挖掘机的四个工作循环以及液压缸的溢流工况。建立了负载阻力与系统压力之间的关系式,并对铲斗作空载水平直线运行时液压缸的受力进行了仿真分析。对液压挖掘机在空载、固定载荷和实际挖掘叁种工况下的压力进行了分析,采用加权平均滤波法对信号进行处理,利用泵出口压力的概率分布并结合工作装置的位姿对负载工况进行辨识。分析了影响发动机油耗的负载特性。用分段函数对理想位移控制曲线进行拟合,采用斜坡函数控制方法对执行器的速度进行控制,提出自动怠速控制应满足的叁个指标,采用自适应控制方法对PWM信号占空比的控制范围、最短斜坡时间和自动怠速转速进行优化。根据发动机最常使用的叁个转速区间,通过对发动机供油量控制,液压泵的功率控制,负载传感阀的压差控制以及比例减压阀的出口压力控制四种控制方式的协调匹配,提出了变p-Q曲线的功率协调匹配控制方法实现发动机-泵-负载的经济性协调匹配控制。提出了恒功率与变功率协调匹配控制的方法,夹逼发动机的工作区域,实现系统动力性协调匹配控制。分析了在不同安装方式和不同环境下发动机的工作特性,以液压泵的压力,转速差和转速差的变化率作为输入,泵功率控制电流和负载压差控制电流作为输出,采用模糊控制对动力系统的匹配与节能控制方法进行了优化。搭建了液压挖掘机测试平台,用液压泵的输出功率与发动机耗油量的比值作为评价液压挖掘机经济性的指标。对原装系统液压挖掘机和采用节能控制系统的挖掘机在轻载、490kg固定载荷和实际挖掘叁种工况下发动机的耗油量和液压泵的出口压力和流量进行测试,试验结果表明,无论是稳定负载,还是波动负载,采用论文所提出的匹配和控制方法,在不同转速和不同工况下都可以提高系统效率,特别是在实际挖掘工况,能节约至少8%的能量,证明了所采用的控制策略的正确性和有效性。而且论文将所研究的算法运用到其它吨位的机型中,也收到良好效果,为研究方法的进一步推广奠定了基础。总之,论文以实现挖掘机动力性和经济性为目的,将发动机—液压泵—负载—操作手作为整体考虑,提出自动怠速控制、变p-Q曲线控制、恒功率与变功率协调匹配控制以及模糊控制等方法,解决了由系统匹配不当造成能量损失的问题,最后将研究的理论结果应用到实际挖掘工况,取得了比较好的节能效果。论文为液压挖掘机动力系统的匹配与节能控制提供了一套完整的理论和方法。

费望龙[4]2008年在《混合动力液压挖掘机控制策略设计与参数优化研究》文中研究表明液压挖掘机由于其用量大、耗油高、排放差,已逐渐成为节能环保领域关注的主要对象之一,高效、节能一直是国内外液压挖掘机生产企业追求的主要目标。改善发动机一液压系统一执行器整个传动链的全局功率匹配是开展液压挖掘机节能研究的一个重要方向,但负载波动引起发动机工作点大范围变化,进而导致发动机燃油消耗大、排放和噪声性能差。本论文主要研究采用混合动力驱动系统来改善发动机工作条件的方法和理论,并通过仿真实验对研究成果进行验证。论文首先将液压挖掘机全局功率匹配方面的研究归纳为“后向全局功率匹配”和“前向全局功率匹配”两大类,指出了它们各自在工程应用方面的欠缺。提出基于混合动力系统实现后向全局功率匹配的改进方案,阐明了系统实现全局功率匹配的原理和系统能实现的功能。混合动力系统中发动机和电机之间的能量分配控制策略的设计是实现节能降耗目标的关键,论文接着对这一核心内容和技术难点进行了重点研究,对用于并联式混合动力汽车上的电气辅助控制策略进行了分析,并设计了定工作点控制策略和模糊控制策略。随后,论文搭建了混合动力系统仿真平台,对传统液压挖掘机和各控制策略下的混合动力液压挖掘机进行了仿真对比分析,在没有涉及取消怠速、瞬态油耗减少和能量回收等节能环节的基础上,电气辅助、定工作点和模糊控制策略下的液压挖掘机仍分别比传统机型降低油耗0.48%、5.1%和6.09%。最后,论文以燃油经济性为目标函数,电池的荷电状态上、下限为设计变量,利用遗传算法对电气辅助控制策略下的混合动力系统进行了单目标优化研究;以燃油经济性和发动机的档位切换次数为目标函数,电池的荷电状态上、下限为设计变量,利用遗传算法对定工作点控制策略下的混合动力系统进行了多目标优化研究。

刘学良[5]2012年在《液压挖掘机动力系统功率匹配控制技术研究》文中认为节能是世界工业发展的一个重要的方向,液压挖掘机作为土石方开挖的主要设备,其能量利用效率低。随着机电一体化技术的发展与应用,采用电子控制的方式实现液压挖掘机的功率控制,有利于减少其能量损失。本论文以液压挖掘机的动力性与节能性为控制目的,采用电子控制手段探究机电一体化高性能液压挖掘机功率控制及节能的方法。主要完成的工作如下:1、对发动机的建模方法进行分析,以转速控制为目的选取了发动机准线性模型作为发动机的控制模型,建立以油门开度、负载扭矩值、发动机初始转速为输入量,加载后的转速为输出量的发动机仿真模型。2、分析了电控变量泵的功率控制原理,对泵排量调节机构的运动过程进行研究,建立以负载压力、泵转速与电磁比例减压阀电流为输入量,液压泵流量与扭矩为输出量的液压泵仿真模型。3、分析功率匹配过程中的能量损失的原因,针对轻载、中载模式,提出将发动机工作点设置在经济工作曲线上,在动力模式,将发动机工作点设置在外特性曲线附近的控制策略。在叁种模式下,通过调节液压泵功率与发动机输出功率,实现节能性与动力性的目的。4、联合发动机与液压泵的仿真模型,在SIMULINK平台上进行单神经元PID算法的仿真分析,并通过试验验证。结果表明单神经元PID控制的算法在调节发动机与转速也液压泵功率过程中,调节速度快且超调量少,能够实现控制要求。5、根据待测试信号的特点及控制系统中控制参数需在线调试的要求,设计基于移动控制器、USB/CAN设备卡、LabVIEW的测控系统,试验结果表明所设计的测控系统实现了测试数据的采集与控制参数的在线设置功能。

曹保钰[6]2014年在《混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统及控制策略研究》文中研究说明液压挖掘机以其高效、耐用以及对工作环境要求不高的优点,成为了目前应用最广泛的工程机械之一,在经济建设中发挥着举足轻重的作用。但是同时,由于其用量大、耗油高、排放差,已经逐渐成为节能环保领域的主要研究对象之一。高效节能一直是国内外液压挖掘机生产企业追求的主要目标。因此,国内外各大液压挖掘机生产厂商及科研机构在液压挖掘机的节能方面进行了不同程度的研究。能量回收是提高液压挖掘机工作效率的一项有效措施。本文在对传统液压挖掘机工作装置进行分析的基础上,提出一种混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统,进行了方案设计和参数匹配的研究。在AMESim软件中建立系统仿真模型,分析系统关键参数对能量回收系统效率的影响,并根据传统液压挖掘机的工作特点,针对所设计的系统提出新的控制策略。本文的主要研究工作如下:1、分析了液压挖掘机节能的重要意义。介绍了液压挖掘机上工作元件、液压系统和功率匹配等节能技术的发展情况,国内外各公司混合动力系统的发展与应用,以及现有能量回收系统的应用,说明了设计适合混合动力液压挖掘机的能量回收系统的必要性,提出了本文研究课题和研究的主要内容。2、进行了混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统设计。运用D-H方法对液压挖掘机工作装置进行了运动学分析,推导出了各个坐标系相对极坐标系的转换矩阵,实现了不同坐标系之间的坐标转换。在AMESim软件中建立了传统液压挖掘机工作装置的仿真模型,分析了工作装置中的叁个液压缸在一个工作周期内可回收的能量,提出了一种基于蓄能器—液压马达—发电机的混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统,设计了系统原理图,分析了系统的实施方案。3、进行了能量回收系统液压元件建模与参数匹配研究。对动臂势能回收系统中的液压泵/液压马达、液压缸、蓄能器和管路等元件进行数学建模,推导出液压系统的传递函数和固有频率,根据分析出的定量和变量参数对该频率的影响,提出了提高系统响应速度的办法。建立了发动机、液压马达和蓄能器的参数匹配方法,选择了具体的型号与参数。参数匹配满足了系统工况的要求,提高了系统的能量回收效率。4、研究了液压系统关键参数对能量回收效率的影响。建立了动臂势能回收系统仿真模型,对能量回收系统进行了仿真研究,分析了蓄能器的充气压力和初始容积,液压马达的类型和排量等参数对能量回收系统效率的影响。根据仿真研究结果,分析了产生能量损失的原因。5、研究了混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统控制策略。建立了混合动力液压挖掘机动力系统中发动机、电动机和蓄电池的模型。根据液压挖掘机的负载特性,提出基于蓄电池SOC值判定的分工况控制策略,在AMESim软件中建立了混合动力液压挖掘机和传统液压挖掘机系统的仿真模型,利用Simulink建立了控制策略仿真模型,并对混合动力液压挖掘机整机模型进行联合仿真,证明了提出的控制策略的有效性。6、总结与展望。概括了论文的主要研究工作,并展望了今后的研究工作和方向。

宋贤云[7]2011年在《混合动力挖掘机的建模与控制策略研究》文中指出液压挖掘机是一种应用广泛、工况复杂的典型工程机械。随着石油价格的不断上升以及国际上对废气排放指标更加严格的要求,越来越多的挖掘机生产商开始投入大量人力和财力进行挖掘机的节能研究。本文通过分析目前国内外液压挖掘机节能研究动态,了解到液压挖掘机动力系统能量转换效率较低,并注意到混合动力系统已经成功地应用到汽车领域中,有效地实现了节能,进而提出本论文的主要研究内容为:液压挖掘机采用混合动力驱动系统,根据工况特点提出混合动力系统控制策略,达到降低油耗目的,实现节能,并通过建模仿真进行验证。本论文介绍了单斗液压挖掘机的结构以及工作原理,并通过比较分析目前已开发的混合动力系统结构:串联式、并联式和混联式等,确定采用并联式混合动力系统结构。混合动力系统结构确定后,在满足负载功率需求前提下,以发动机油耗最小为优化目标,分析了混合动力系统中柴油机、发电/电动机等各元件特性,综合考虑各因素从而确定各元件参数。本论文以玉柴YC60-7型挖掘机为研究原型,利用仿真软件AMESim建立并联混合动力液压挖掘机模型。针对液压挖掘机周期性以及突变性的工况特点,提出了并联电气助动控制策略,并对其建立了MATLAB/Simulink模型。AMESim模型与MATLAB/Simulink模型进行联合仿真,通过对仿真结果进行分析,表明并联混合动力挖掘机能够满足系统动力需求,并且发动机有较好的燃油经济性,油耗降低。

夏领林[8]2015年在《基于模型预测的挖掘机节能控制技术研究》文中进行了进一步梳理液压挖机已经成了现代工程施工当中不可或缺的土石方挖掘工具,大大促进了全球经济建设发展,然而正是其应用广泛,液压挖掘机消耗的能量不可忽视,尤其在当前能源危机,全球倡导节能减排的大环境下,对液压挖掘机的节能技术的研究显得尤为重要。另外,由于国内的挖掘机技术起步晚,整机性能相对于国外还有着一定的差距,这严重影响了我国液压挖掘机在全球市场上的竞争力。本文以国产某一型号液压挖掘机为实验研究对象,深入分析其结构与动力系统原理,采用一种新的实验建模方法,提出一种功率匹配节能方案,运用单神经元PID控制算法来实现控制变量泵排量的目的,通过SIMULINK仿真分析与实验研究验证控制策略与算法的有效性。本文主要完成的工作如下:(1)从液压挖掘机主要能量损失出发,并综合比较目前国内外已有的挖掘机节能技术,并介绍了当前经典节能液压系统,深入分析了发动机与变量泵功率调节原理,提出了一种柴油发动机与变量泵的功率匹配控制方案。(2)重点介绍了挖掘机动力组成的关键部分,分析了发动机与变量泵的工作特性,建立了柴油机的数值模型与变量泵调节结构的动力学模型,并采用计算机仿真软件MATLAB/SIMULINK对其进行仿真,验证模型的实用性与准确度。在此基础上,针对液压挖掘机强非线性、大时滞性与时变性的特点,采用了近几年在非线性建模运用比较广泛的支持向量机进行实验建模,从而避免了机理模型建立过程当中过多参数假设。建模时,采用粒子群优化算法对预测模型进行核参数与惩罚因子寻优,并通过Libsvm工具箱来验证模型的准确度。(3)由于常规PID控制器一般需要丰富的实际经验来进行参数整定,在研究过程中难以得到良好的控制效果,本文基于变量泵的预测实验模型,对挖掘机闭环动力控制系统采用了单神经元PID控制算法,并采用MATLAB/SIMULIK计算机仿真工具,建立了变量泵控制的仿真模型,并对仿真结果进行观察与分析。(4)对本文的控制策略与控制算法进行实车实验。编制节能控制程序,写入主控制器ECU,并根据研究实验方案进行实车实验,来对比模拟仿真结果与实车实验效果。实验结果表明,采用本文所提出的控制策略与控制算法,能及时调节变量泵排量控制电流,达到稳定发动机转速,降低油耗的目的。

国香恩[9]2004年在《液压挖掘机节能模糊控制系统研究》文中提出世界性的能源危机使节能成为工业发展的一个主题。液压挖掘机是大功率的工程机械,工作时负荷变化频繁、幅度大、能耗大,要求系统提高能量转换和利用率。随着电子技术越来越多地引入液压挖掘机系统技术领域,电子节能控制已成为液压挖掘机重点发展方向之一。目前,国外先进液压挖掘机已成功地运用各种节能控制系统,尤其是不同程度地配备了电子节能控制系统,取得了良好的节能效果。国外主要的先进电子节能控制系统有:德国的O&K公司的PMS系统、Link-Belt的CAPS系统;美国卡特皮勒的EPC系统;、小松的OLSS系统;韩国大宇的EPOS系统等,这些控制系统都不同程度地改善了挖掘机的节能性能。我国在《国家“九五”科技发展重点任务规划要点与关键技术纲要》中,已将工程机械高效节能液压系统的研究列为“九五”期间主要开发内容及关键技术之一。液压挖掘机作为一种重要的工程机械,其节能性日益受到人们的重视。在我国工程机械行业中,微机控制技术的应用仅处于探索和起步阶段。浙江大学研制的液压挖掘机机器人将负流量控制、正流量控制、交叉功率控制和压力切断等节能策略组合起来,取得了良好的控制效果。广西玉柴股份有限公司试制了WY20-YC液压挖掘机,具有电子功率调节、叁挡功率预选等功能,但成本较高,推广有一定的难度。为了增强国产液压挖掘机的竞争能力,提高国产液压挖掘机节能控制系统的控制效果,液压挖掘机节能技术的研究具有重要的理论意义和现实意义。本文结合机械部跨世纪优秀人才专项基金资助项目(96250404)“液压挖掘机电子节能控制系统研究”,分析了国内外挖掘机节能技术研究现状和当今液压挖掘机存在的主要能量损失,结合液压挖掘机的工作特性,将发动机、变量泵和负载作为一个动态系统来全面研究其节能问题。论文借鉴先进的模糊控制理论,提出新的挖掘机节能控制方法,并开发出节能模糊控制器。论文研究的主要内容及创新点如下:分析了国内外液压挖掘机的研究现状,介绍了几种先进的挖掘机节能控制系统的工作原理,阐述液压挖掘机节能的研究方向和发展趋势,说明进行液压挖掘机节能研究的目的和意义。液压挖掘机能量损失分析和节能控制理论分析(1)液压挖掘机能量损失分析通过分析液压挖掘机的各种控制回路,找到挖掘机在作业工程中存在的各种能量损失,除机械损失、动能势能损失、管道压力损失和泵的效率损失外,主要能量损失出现在发动机与泵的功率匹配时的能量损失以及液压系统与外负载匹配时的压力流量损失。(2)液压挖掘机的节能控制理论分析通过对柴油机的万有特性曲线和调速特性曲线的分析,找到每一个油门位置的最大功率点和最佳节能点,二者对应着不同的转速,因此,需要根据外部载荷(不同工况)设定柴油机的转速;由柴油机的“转速-油耗试验曲线”可以看出,柴油机在转速波动时,油耗会急剧上升,所以保持转速稳定对系统节能是非常重要的。挖掘机节能可通过对液压系统和动力系统的控制来实现:液压系统节能通常采用正流量控制、负流量控制、负荷传感控制等,其核心是工作时根据负载的需要控制液压系统流量。 利用泵的排量调节实现液压系统的流量调节,以减少系统的溢流、节流损失,达到节能目的。动力系统的节能通常采用挖掘机分工况动力模式选择系统,此系统由操作员根据作业情况对挖掘机的输出动力模式进行选择。弊端是由于模式的选择是分挡、不连续的,而且操作员对作业土质状况判断不一定准确,致使无法在挖掘过程中进行较为精确的节能控制;另一种方式是通过系统压力估计挖掘机的工作状况,负载较轻的时候,挖掘机液压泵的输出压力小;反之,输出压力大。根据滤波后的液压泵输出压力值可以自动估计挖掘机的工作状况,因此可以控制发动机功率自动输出。弊端是由于滤波参数的选择是固定的,而挖掘机在工作过程中负载压力是多变的,滤波参数的适应性差会导致对工况的错误估计。挖掘机节能控制系统设计方案结合液压挖掘机的工作特性,将发动机、变量泵和负载作为一个动态系统来全面研究其节能问题。首先,综合系统作业工况压力滤波估计和人工动力模式选择的优点,完成对发动机转速的设定;其次,根据作业时发动机的转速变化调整变量泵的排量,对泵实行恒功率控制,从而稳定发动机的转速。挖掘机工作时,首先人工初步估计挖掘机的工作状况,据此选择相应的工作模式,确定发动机工作转速的设定范围,然后试工作几个工作循环,将测得的泵出口压力经滤波后输入控制器,根据功率匹配原则由控制器算出发动机的油门位置和具体转速值,由此设定动力系统的输出功率,通过调节泵的排量来保证发动机设定转速的稳定,以达到控制泵的恒功率目的。此方法避免人工模式选择的分挡不连续性以及利用压力进行工况估计时滤波参数固定造成的适应性差的问题,更为准确地实现发动机、泵和负载的功率匹配,提高系统功率利用率,减少系统的能量损失。由此开发的挖掘机节能控制器还具有发动机的怠速控制和系统二级溢流压力控制的功能。模糊控制理论在节能控制器上的应用挖掘机工作时,外负载的多变、工况复杂,使发动机工作很不稳?

来晓靓[10]2013年在《油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收及动力控制研究》文中进行了进一步梳理液压挖掘机作为国家建设发展中的重要工程机械,其节能减排具有重要的经济意义和环保意义。常规的元件技术革新,液压系统改进在挖掘机上已经趋于成熟,而混合动力技术的深入研究为挖掘机上的节能减排提供了新的突破口。目前,汽车上的油电混合动力应用研究较为广泛,并且有了较为成熟的产品;挖掘机上的油电混合动力呈现蓬勃发展的研究热潮。而油液混合动力技术的研究在挖掘机这一重要工程机械上还较为稀缺,研究院所和高校都还未有大量的研究文献出现,而在公司层面也只有几家国际大型公司对此项技术进行了研究和试制,并且多数实施保密措施。总体而言,挖掘机上油液混合动力技术还处于起步阶段,研究成果较少。本文以液压挖掘机上油液混合动力技术的应用为核心,结合液压挖掘机工作过程中特有的能量回收过程,在油液混合动力复合模式,模型建立,参数匹配,整机控制方法上进行了相应的研究,并建立相应的实验平台进行验证。以期为进一步的深入研究和产品化做出一定的贡献。本文的主要研究内容具体包含以下几方面:1.在普通液压挖掘机的结构、工况基础上,比较了串联式、并联式、混联式等油液混合动力方案的优劣,选取了适宜挖掘机的并联式方案作为本文的油液混合动力的研究结构。通过对该复合模式的结构设计,利用低成本的回转马达代替高成本的二次元件来实现油液混合动力的功能。2.设计了完全自动化的挖掘机势能和动能能量回收系统方案,并结合油液混合动力提出了压差补偿能量回收系统的原理和控制方法,克服了以往能量回收过程中较多的限制条件,提高了能量回收的能量利用率,减少了能量回收过程中的能量损失。3.提出了针对油液混合动力系统的参数匹配方法。以蓄能器为核心,克服并联式油液混合动力复合模式中能量密度较低的缺陷,满足挖掘机正常工作的动力需求。4.通过分析比较油电混合动力挖掘机上现有的控制策略,选用了适合于并联式油液混合动力系统的双转速工作点控制策略。在此基础上,提出变参数PID控制、负载预测以及发动机怠速切换相结合的方法来稳定单个工作点上的转速平稳,并通过遗传算法进一步提高整机的节能效果,获得了20%左右的燃油节省。5.设计和搭建了多功能的油液混合动力实验平台,对上述的控制方法进行了验证和分析,同时为今后的油液混合动力节能研究提供了评判标准。

参考文献:

[1]. 基于电喷发动机的液压挖掘机动力系统节能控制研究[D]. 关秀雨. 浙江大学. 2013

[2]. 液压挖掘机动力总成功率匹配节能控制研究[D]. 余浩. 湘潭大学. 2013

[3]. 液压挖掘机动力系统匹配及节能控制研究[D]. 郝鹏. 中南大学. 2008

[4]. 混合动力液压挖掘机控制策略设计与参数优化研究[D]. 费望龙. 中南大学. 2008

[5]. 液压挖掘机动力系统功率匹配控制技术研究[D]. 刘学良. 中南大学. 2012

[6]. 混合动力液压挖掘机动臂势能回收系统及控制策略研究[D]. 曹保钰. 中国矿业大学. 2014

[7]. 混合动力挖掘机的建模与控制策略研究[D]. 宋贤云. 太原理工大学. 2011

[8]. 基于模型预测的挖掘机节能控制技术研究[D]. 夏领林. 湘潭大学. 2015

[9]. 液压挖掘机节能模糊控制系统研究[D]. 国香恩. 吉林大学. 2004

[10]. 油液混合动力挖掘机压差补偿能量回收及动力控制研究[D]. 来晓靓. 浙江大学. 2013

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