混合动力挖掘机电机驱动回转系统的控制及节能研究
发布时间：2020-12-23 14:49
电机驱动回转系统是混合动力挖掘机进一步节能减排的有效途径,对改善挖掘机高能耗、高排放和高污染的现状具有重要意义。本文提出的电机驱动回转系统的设计和控制方法还可为其它类型工程机械的类似问题提供参考和借鉴。对于混合动力挖掘机,电机驱动回转系统的应用改变了原回转机构的传动形式和动力系的能量流结构,因此,如何保证优良的回转作业操作性和回转复合动作协调性是当前制约该技术实际应用的关键问题。首先,论文给出电机驱动回转系统的结构方案,并提出了关键元件和单元参数的等效设计方法；针对回转操作性控制的难题,论文采用模拟开中心阀控马达系统的工作原理来设计电机驱动系统控制策略的思路,提出了以电机扭矩控制为内环,以多模式运动控制为外环的回转控制方法,从而保证与原系统相同的功能和相似的操作性,为保证模式切换下大惯量转台的平稳运行,并提出了平顺控制策略；针对斜坡作业、吊装作业等特殊工况下,手柄大幅快速操作、转台惯量变化和外界干扰对转台速度的影响,提出了斜率约束+PI+扰动观测器的速度控制策略,从而保证回转速度的起制动平稳以及与操作手柄信号的一致；针对回转和机械臂复合动作时,对超级电容的使用产生干涉的问题,研究了回转...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２挖掘机势能或动能损失所占比例??
动！＾义及平台的回转非常频繁，各运动部件惯性都比较大，因此在机械臂下放或转台制动时??会释放出大量的能量。文献对传统液压挖掘机在一个标准作业循环中各执行元件的势能??或制动动能量损失作了分析，结果如图１－２所示，动臂下放损失最大，占４８．８％，回转损??失占２６．９％。因此，对于传统液压挖掘化，存在大量的动臂下放时的势能和回转制动时的??动能消耗在阀口上，但混合动力系统中配畳了储能元件，可Ｌ义存储消耗的能量，在下一周??期用于驱动负载，这样不但可Ｗ减少系统的发热，提高设备的使用寿命，并且可１＾乂降低能??耗，减少排放。??２６．９％??６．４％嘴去占端端．担■■动臂??＞?巧：伊斗??图１－２挖掘机势能或动能损失所占比例??此外，液压挖掘机回转系统的主要能量损失还表现在马达回转后动过程的溢流损耗。??而回转动作频繁，虽然单向固转的时间只有３－４Ｓ，但一个循环周期中就有两次回转动作，??回转时间占工作循环时间的５０％－７０％，那么，回转系统总能量损失（包括后动和制动能量??损耗）
带有独立回转冢的中小型液压挖掘机，提高了系、统的能量利用效率ＰＳＩ。美国Ｐｕｒ加ｅ大学??Ｍｏｎｉｋａ教授对聚控技术在挖掘机上的应用做了大量的研究ＩＷＨＷ，该研究小组开发了一款??排量控制的液压挖掘机，其系统原理图如图１－３所示，每个执行机构由一个系／马达驱动，??这样可Ｗ消除节流损失和分合流损失，据报道叱原负载敏感系统节能４０％，但是每个执行??器都对应一个系／马达，造成系统成本过高，所Ｗ考虑有些执行机构可Ｗ共享同一个聚源，??因此专口研究了系源切换时的控制问题。??１．２．３马达－蓄能器回收系统??前面的方案只是尽量减少或消除阀口损失，但是没有回收并存储转台制动动能，而液??压挖掘机回转平台的惯量较大，而且回转频繁，每次制动时都是将转台动能消耗在多路阀??阀口上而转换成热能，因此，对这部分能量进行回收再利用是解决系统发热和降低能耗的??有效方法［６２］［６３＾?—般系统按所回收能量的储存方式可分为：机械式、电力式和液压式王种，??对于液压挖掘机来说最常用和便捷的就是用蓄能器来存储转台制动时的动能。??２０１０年重汽集团专用汽车公司开发一种挖掘机转台制动能量回收系统，其原理如图??１－４所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]油电混合动力挖掘机的关键技术研究[J]. 王庆丰. 机械工程学报. 2013(20)
[2]液压混合动力挖掘机的能量回收效率分析[J]. 沈伟,姜继海. 华南理工大学学报(自然科学版). 2012(01)
[3]挖掘机回转动能回收系统仿真[J]. 朱建新,李赛白,刘昌盛,龚俊,李铁辉. 机械设计与研究. 2011(06)
[4]2011年中国挖掘机市场分析[J]. 李宏宝. 建筑机械. 2011(23)
[5]液压挖掘机回转系统制动平稳性研究[J]. 周宏兵,刘锋,陈桂芳,危丹锋. 计算机仿真. 2011(11)
[6]挖掘机正流量泵控液压系统的特性分析[J]. 贾文华,殷晨波,曹东辉,陈克雷. 南京工业大学学报(自然科学版). 2011(06)
[7]负载敏感液压挖掘机作业循环时间建模与优化[J]. 邱清盈,陆银,冯培恩,管成,武建伟. 农业机械学报. 2011(10)
[8]液压挖掘机回转制动能量回收系统[J]. 管成,徐晓,林潇,王守洪. 浙江大学学报(工学版). 2012(01)
[9]负载口独立控制负载敏感系统模式切换特性[J]. 徐兵,曾定荣,葛耀峥,刘英杰. 浙江大学学报(工学版). 2011(05)
[10]混合动力挖掘机回转系统设计[J]. 邢树鑫,林明智,戴群亮. 工程机械. 2010(12)
博士论文
[1]液压挖掘机动臂下降势能回收技术研究[D]. 陈明东.吉林大学 2013
[2]静液驱动二次调节技术控制特性的研究[D]. 战兴群.哈尔滨工业大学 1999
本文编号：2933892
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２挖掘机势能或动能损失所占比例??
动！＾义及平台的回转非常频繁，各运动部件惯性都比较大，因此在机械臂下放或转台制动时??会释放出大量的能量。文献对传统液压挖掘机在一个标准作业循环中各执行元件的势能??或制动动能量损失作了分析，结果如图１－２所示，动臂下放损失最大，占４８．８％，回转损??失占２６．９％。因此，对于传统液压挖掘化，存在大量的动臂下放时的势能和回转制动时的??动能消耗在阀口上，但混合动力系统中配畳了储能元件，可Ｌ义存储消耗的能量，在下一周??期用于驱动负载，这样不但可Ｗ减少系统的发热，提高设备的使用寿命，并且可１＾乂降低能??耗，减少排放。??２６．９％??６．４％嘴去占端端．担■■动臂??＞?巧：伊斗??图１－２挖掘机势能或动能损失所占比例??此外，液压挖掘机回转系统的主要能量损失还表现在马达回转后动过程的溢流损耗。??而回转动作频繁，虽然单向固转的时间只有３－４Ｓ，但一个循环周期中就有两次回转动作，??回转时间占工作循环时间的５０％－７０％，那么，回转系统总能量损失（包括后动和制动能量??损耗）
带有独立回转冢的中小型液压挖掘机，提高了系、统的能量利用效率ＰＳＩ。美国Ｐｕｒ加ｅ大学??Ｍｏｎｉｋａ教授对聚控技术在挖掘机上的应用做了大量的研究ＩＷＨＷ，该研究小组开发了一款??排量控制的液压挖掘机，其系统原理图如图１－３所示，每个执行机构由一个系／马达驱动，??这样可Ｗ消除节流损失和分合流损失，据报道叱原负载敏感系统节能４０％，但是每个执行??器都对应一个系／马达，造成系统成本过高，所Ｗ考虑有些执行机构可Ｗ共享同一个聚源，??因此专口研究了系源切换时的控制问题。??１．２．３马达－蓄能器回收系统??前面的方案只是尽量减少或消除阀口损失，但是没有回收并存储转台制动动能，而液??压挖掘机回转平台的惯量较大，而且回转频繁，每次制动时都是将转台动能消耗在多路阀??阀口上而转换成热能，因此，对这部分能量进行回收再利用是解决系统发热和降低能耗的??有效方法［６２］［６３＾?—般系统按所回收能量的储存方式可分为：机械式、电力式和液压式王种，??对于液压挖掘机来说最常用和便捷的就是用蓄能器来存储转台制动时的动能。??２０１０年重汽集团专用汽车公司开发一种挖掘机转台制动能量回收系统，其原理如图??１－４所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]油电混合动力挖掘机的关键技术研究[J]. 王庆丰. 机械工程学报. 2013(20)
[2]液压混合动力挖掘机的能量回收效率分析[J]. 沈伟,姜继海. 华南理工大学学报(自然科学版). 2012(01)
[3]挖掘机回转动能回收系统仿真[J]. 朱建新,李赛白,刘昌盛,龚俊,李铁辉. 机械设计与研究. 2011(06)
[4]2011年中国挖掘机市场分析[J]. 李宏宝. 建筑机械. 2011(23)
[5]液压挖掘机回转系统制动平稳性研究[J]. 周宏兵,刘锋,陈桂芳,危丹锋. 计算机仿真. 2011(11)
[6]挖掘机正流量泵控液压系统的特性分析[J]. 贾文华,殷晨波,曹东辉,陈克雷. 南京工业大学学报(自然科学版). 2011(06)
[7]负载敏感液压挖掘机作业循环时间建模与优化[J]. 邱清盈,陆银,冯培恩,管成,武建伟. 农业机械学报. 2011(10)
[8]液压挖掘机回转制动能量回收系统[J]. 管成,徐晓,林潇,王守洪. 浙江大学学报(工学版). 2012(01)
[9]负载口独立控制负载敏感系统模式切换特性[J]. 徐兵,曾定荣,葛耀峥,刘英杰. 浙江大学学报(工学版). 2011(05)
[10]混合动力挖掘机回转系统设计[J]. 邢树鑫,林明智,戴群亮. 工程机械. 2010(12)
博士论文
[1]液压挖掘机动臂下降势能回收技术研究[D]. 陈明东.吉林大学 2013
[2]静液驱动二次调节技术控制特性的研究[D]. 战兴群.哈尔滨工业大学 1999
本文编号：2933892
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