液压机系统能量耗散的量化表征及节能控制方法研究

发布时间：2018-05-03 04:00

  本文选题：热力学理论 + 嗾　； 参考：《合肥工业大学》2015年博士论文

【摘要】：随着世界范围内工业技术的迅速发展,温室效应和能源危机日趋严重,以低能耗、低污染为目标的低碳制造已经成为制造业发展的必然需求。如何提高量大、面广、能耗高的液压机产业能量利用效率是低碳制造的一项重要内容。本文在国家自然科学基金重点项目的支持下,结合热力学基础理论,对液压机系统的能量耗散为何会产生、能量耗散分布如何量化、能量耗散过程如何控制等问题进行了深入探讨,完成的主要研究工作及成果总结如下：1)分析了能量在转换过程的不等价性和传统“炯”概念的局限性,提出了狭义“(?)”的概念,揭示了非热机领域能量损失的本质；基于热力学经典热机系统的理论效率分析方法,建立了一般能量系统理论最高效率计算通式,提出了基于热力学理论的能量系统分析方法及能效提升策略。2)基于热力学理论的能量系统分析方法提取了液压机系统能量要素,提出了基于能量转化特征的能量要素归类划分方法；研究了液压机系统单元的能量耗散量特性,其中突出成果在于实现了三相异步电动机与柱塞泵的能量耗散量化分析,并与厂家所提供的实验数据进行了对比分析,验证了模型的有效性,弥补了技术手册在该方面的空白。在此基础上,搭建了液压机服役过程的能量流分析模型,提出了液压机能量流分析步骤,该方法不仅可用于评价系统用能现状,更能对液压机系统的节能潜力进行预估。3)分析了成形加工的负载特性与液压机系统的驱动特性,基于热力学理论的能量系统能效提升策略提出了全局能量匹配控制方法与局部能力匹配控制方法,分别解决了液压机承受时序负载的过程中所产生的负载与系统额定功率不匹配(装机功率远超过载荷需求功率、高比例待机时间)和负载与电机泵组额定功率不匹配(流量过剩、压力过剩,以及低效率区域运行)的问题。4)以某公司RZU2000快速薄板深拉伸液压机为例,基于液压机系统的能量耗散特性量化表征方法,获取了其主传动系统在服役过程的能量损耗分布,全面评价了该台液压机的整体用能情况；基于面向时序负载的液压机系统能量匹配控制方法,研究了由六台RZU2000所组成的液压机组的物理架构模型和时间协调机制,探讨面向时序负载的液压机系统能量匹配控制的节能潜力,为今后设计人员开展液压机系统设计与能量优化提供了新思路。
[Abstract]:With the rapid development of industrial technology in the world, Greenhouse Effect and energy crisis are becoming more and more serious. Low carbon manufacturing, which aims at low energy consumption and low pollution, has become an inevitable demand for the development of manufacturing industry. How to improve the energy utilization efficiency of hydraulic press industry with large quantity, wide range and high energy consumption is an important content of low carbon manufacturing. With the support of the key projects of the National Natural Science Foundation and the basic theory of thermodynamics, this paper quantifies the energy dissipation of hydraulic press system and how to quantify the energy dissipation distribution. The main research work and results are summarized as follows: 1) the inequivalence of energy in the conversion process and the limitation of the traditional concept of "Jiong" are analyzed, and the narrow sense of "jiong" is put forward. Based on the theoretical efficiency analysis method of thermodynamics classical heat engine system, a general formula for calculating the maximum efficiency of general energy system theory is established. The energy system analysis method based on thermodynamics theory and the energy efficiency promotion strategy. 2) the energy system analysis method based on thermodynamics theory is proposed to extract the energy elements of hydraulic press system. In this paper, a method of classifying and dividing energy elements based on the characteristics of energy conversion is proposed, and the energy dissipation characteristics of hydraulic press system unit are studied. The outstanding result lies in the realization of quantitative analysis of energy dissipation between three-phase asynchronous motor and piston pump. Compared with the experimental data provided by the manufacturer, the validity of the model is verified and the gap in the technical manual is made up. On this basis, the energy flow analysis model of hydraulic press service process is built, and the analysis steps of hydraulic press energy flow are put forward. This method can not only be used to evaluate the current situation of system energy use. The energy saving potential of hydraulic press system can be estimated more. 3) the load characteristics of forming process and the driving characteristics of hydraulic press system are analyzed. Based on thermodynamics theory, the global energy matching control method and the local ability matching control method are proposed. The mismatch between the load produced by the hydraulic press and the rated power of the system during the process of the hydraulic press bearing the sequential load is solved respectively (the installed power is far more than the load required power, The problem of high ratio standby time) and mismatch of load to rated power of motor pump group (excess flow, excess pressure, and low efficiency area operation). Take a company RZU2000 rapid sheet deep drawing hydraulic press as an example. Based on the quantitative characterization of the energy dissipation characteristics of the hydraulic press system, the energy loss distribution of the main drive system in the service process is obtained, and the overall energy consumption of the hydraulic press is comprehensively evaluated. Based on the energy matching control method of hydraulic press system oriented to time series load, the physical structure model and time coordination mechanism of hydraulic unit composed of six RZU2000 are studied. This paper discusses the energy saving potential of energy matching control of hydraulic press system facing time sequence load, and provides a new idea for designers to design hydraulic press system and optimize energy in the future.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137

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本文编号：1836855