面向挖掘机动臂能量回收的集成型液压发电单元研究

发布时间：2020-05-10 18:29

【摘要】：面对环境和能源问题,能量回收以节能减排等优点获得广泛关注。论文重点针对挖掘机动臂以集成型液压发电单元为核心元件构成的能量回收系统展开研究。论文主要研究工作如下:(1)介绍了能量回收系统在工程机械应用的背景以及国内外发展状况,分析了各种能量回收方式的优缺点。确定采用集成式的方案并通过功率转换调节实现能量回收达到最大值。(2)运用仿真分析挖掘机各执行机构可回收能量。为了便于分析,定义了一个40s的标准工况。建立了标准工况下的AMEsim仿真模型,获取了各执行机构可回收能量以及所占的比例,确定了以挖掘机动臂机构为能量回收研究对象。(3)建立了液压发电单元的集成化设计方法。分析了液压发电单元集成化结构的演变过程,提出了将Halbach永磁体列阵安装于液压马达缸体表面构成复合型转子的新型结构。根据集成化共性特征建立了功率匹配模型和电磁设计模型并在此基础上完成了原理样机的参数设计与优化,加工了原理样机;搭建了集成型液压发电单元测试试验台并测试了不同工况下的原理样机性能。(4)确定了通过三相整流和降压斩波对集成型液压发电单元入口压力进行跟踪来实现能量最大化。建立了整个能量回收系统,并对集成型液压发单单元进行了动力学数学模型的建立;通过对整个能量回收系统进行建模发现,当系统处于稳态时,集成型液压发电单元的入口压力跟占空比基本成线性关系,且入口压力跟转速有关。(5)对能量回收系统进行了Simulink仿真分析和试验分析。确定了模拟加载方案;对降压斩波电路进行了设计,并通过试验确定了降压斩波电路的可行性;对模拟加载能量回收系统进行了Simulink静态仿真、动态仿真和压力跟踪仿真;最后对模拟加载能量回收系统进行了静态试验,试验结果与仿真基本一致,验证了理论和仿真的正确性。论文中提出的集成型液压发电单元结构方案和基于流量-压力跟踪的能量回收优化方法不仅对挖掘机以及工程机械有一定的理论和实际意义,还可以为液压传动的风力发电、波浪发电等应用场合提供一定的参考。
【图文】：

斗杆,液压缸,仿真模型,可回收

图 2.10 斗杆液压缸仿真模型（部分）0 5 10 15 20 25 30 35 40 45050100可回收流量回收流量可L/min)(时间 (s)图 2.11 斗杆液压缸可回收流量活塞杆位移

曲线,铲斗,液压缸,仿真模型

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450时间 (s)图 2.14 斗杆液压缸可回收功率过以上分析，得到一个标准工况下，斗杆液压缸可回收的压力，如图 2.14 所真分析已知斗杆液压缸的可回收压力和可回收流量，由式 2.7-2.12 可知，对斗可回收压力和可回收流量的乘积进行积分即可求得一个标准工况下，斗杆液压的能量。图 2.14 为斗杆液压缸可回收压力与可回收流量的乘积即斗杆液压缸可，其中峰值约为 23.53kW.对图 2.14 曲线进行积分即为斗杆液压缸在一个标准回收能量，其可回收能量为：11529.1J。铲斗液压缸可回收压力和流量于式 2.13-2.18 可知，，分析铲斗液压缸可回收能量。关键是求得铲斗液压缸可力和可回收的流量。如图 2.15 所示，通过铲斗液压缸仿真模型（部分）可以轻斗液压缸可回收的流量即 T 出油口流量。通过仿真结果提取，如图 2.16 所示
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU621

【参考文献】