混合动力技术在轮胎式起重机上的应用研究

发布时间：2020-03-28 22:58

【摘要】： 随着人们对资源和环境认识的不断提高,节能降耗逐渐成为机械设备的发展趋势,同时也是企业降低运行成本的技术手段。起重设备是一类具有较大节能潜力的机械,其工作过程是货物被提升后再下降。而下降运动是靠机械势能驱动的,鉴于安全性又不允许其自由下降,要通过能耗制动把多余的机械能进行消耗。本课题的研究鉴于起重设备的工作特性,在传统起重设备动力系统设计中,配置合适的储能元件,回收起重设备因势能变化形成的再生能量,充分利用回收的再生能量作为动力补给,回收空间巨大,符合国家的发展战略需求,具有重要的社会和经济意义。目前以发动机为动力源的轮胎式起重机存在发动机容量选配大,空闲时间长,空耗比例大,发动机效率未能充分发挥,势能未得到充分利用,节能空间在40%以上,因此以轮胎式起重机为开发的切入点是合适的。同时,超级电容器这种新型的电子器件的出现为解决轮胎式起重机混合动力改造提供了储能设备,超级电容器有着比蓄电池高10倍以上的功率密度和100倍以上的充放电速率。利用超级电容瞬时高功率的特性,可以避免要求发动机频繁起动和蓄电池提供瞬间大功率的特殊要求,同时超级电容器还可以迅速吸收和释放再电能量,从而节约能源,减少排放污染。本文以轮胎式起重机为研究对象,介绍了混合动力技术在国内外的研究动态、超级电容在应用中面临的问题以及传统轮胎式起重机的结构及动力系统构成,详细分析了轮胎式起重机工作过程中的能量传递与能理损失情况,并提出了轮胎式起重机节能改造的方案——配置超级电容器作为储能器的混合动力技术改造。文中详细论述了轮胎式起重机混合动力系统中储能器的配置方式、储能器的选择、能量控制器的设计方案、以及整个混合动力系统的控制策略。采用Saber软件建立了混合动力系统仿真模型,进行了多方案仿真计算、对比分析,并进行了混合动力系统小比例实验,通过仿真和实验论证了以超级电容器为储能元件的混合动力系统在轮胎起重机上的应用的可行性。
【图文】：

能量流,机械传动系统,发电机组,电能

起重机在提升重物过程中，系统从发电机组吸收电能，克服系统摩擦力及地球引力对负载做功。所吸收的电能一部分转化为热能，，一部分转化为载荷势能，能量流向如图2一2。月气霭塑评匣夔!牵愈斗\\霎…吟画\\ EJEL图2一2起升过程中能量流向图上图中E:为从发电机组吸收的总能量;Ec为斩波器消耗掉的能量;EM为电机损耗掉的能量;EJ为机械传动系统损耗掉的能量;EL为系统对负载做的功。根据能量流向图，推出系统效率计算公式如下「’2]:么二遏乓凡(2一3)E。+EM+乓+凡设变频器、电机、机械传动系统各环节的能量传输效率依次为粉。、叮M和叮，，

能量流,电机,制动电阻,动电

(2)下降过程在下降过程中，电机处于发电状态，载荷的势能通过电机及变频器转变为直流电能，经制动电阻消耗掉，系统能量流向如图2一3。一一电画 }}}夺邑小…婴拿小画EL厂厂 EMEJ厂。E图2一3下降过程中能量流向图上图中Ec、EM、EJ、EL含义同图2一2，ER为通过制动电阻消耗掉的能量。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH213.6

【引证文献】