轮式装载机液压混合动力系统设计与仿真研究

发布时间：2017-10-06 09:29

  本文关键词：轮式装载机液压混合动力系统设计与仿真研究

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【摘要】：随着经济的快速发展,能源危机和环境污染问题日趋严重,以节能降耗为主题的绿色经济已成为社会发展的主旋律。装载机作为工程机械的主要机种,由于工作环境复杂,存在油耗高、排放差、整机效率低等问题,其节能降耗逐渐成为人们关注的焦点。近年来,混合动力技术在汽车领域的成功应用,为装载机的节能研究提供了借鉴。液压混合动力作为混合动力技术的一种,具有功率密度大、能量利用率高等优点,特别适用于负荷多变、频繁起停的装载机作业工况中。针对上述问题,论文以某ZL50装载机为原型、提高系统动力性和燃油经济性为目的,采用理论分析、计算与仿真相结合的研究方法,对装载机液压混合动力系统开展了一系列研究。主要内容包括:分析装载机典型工况、作业中能量消耗情况及液压混合动力系统研究的可行性,通过对比不同结构形式的混合动力系统,在原装载机结构的基础上,设计了更适合于装载机的并联式液压混合动力系统。在确定的并联式液压混合动力系统的基础上,结合系统各部件的工作特性及匹配理论,对关键部件进行参数匹配及选型。通过分析装载机的工况特点及混合动力系统的工作模式,根据装载机能量管理的目标,制定了以提高系统动力性和燃油经济性为目的发动机工作点控制策略。根据液压混合动力系统中各关键部件的工作原理分别建立了发动机、液压泵/马达、液压蓄能器模型和负载模型。论文依据发动机工作点控制策略,利用MATLAB/Simulink对装载机在典型作业工况下的动力性和燃油消耗进行了仿真。仿真结果表明:与传统装载机相比,并联式液压混合动力装载机的发动机工作点基本稳定在高效区域,液压泵/马达能对变化剧烈的负载转矩产生填谷削峰的作用;液压混合动力装载机降低了发动机的装机功率,燃油消耗节约8.36%,具有良好的节能效果。本文的研究为液压混合动力技术在工程机械其他机种的应用提供了相关理论依据。
【关键词】：装载机 节能降耗 液压混合动力 设计与仿真
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 选题背景和意义9-11
• 1.2 课题研究与发展概况11-15
• 1.2.1 混合动力系统对比研究11-12
• 1.2.2 液压混合动力技术概况12-13
• 1.2.3 液压混合动力研究与发展概况13-15
• 1.3 论文研究方法与内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 装载机液压混合动力系统结构方案设计17-28
• 2.1 传统装载机结构形式与工况分析17-19
• 2.1.1 典型装载机传动系统结构形式17-18
• 2.1.2 装载机典型工况分析18-19
• 2.2 传统装载机能量特性分析19-22
• 2.2.1 装载机能量损耗分析19-20
• 2.2.2 装载机节能潜力分析20-22
• 2.3 装载机液压混合动力系统结构设计22-27
• 2.3.1 串联式液压混合动力系统构型22-23
• 2.3.2 并联式液压混合动力系统构型23-24
• 2.3.3 混联式液压混合动力系统构型24-25
• 2.3.4 装载机液压混合动力系统结构方案的确定25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 装载机液压混合动力系统关键部件参数匹配与选型28-46
• 3.1 ZL50装载机的总体参数28-29
• 3.2 液压混合动力系统匹配原则29-30
• 3.3 发动机参数匹配30-33
• 3.3.1 发动机工作特性分析30-32
• 3.3.2 发动机的参数匹配32-33
• 3.4 液压泵/马达参数匹配33-36
• 3.4.1 液压泵/马达工作特性分析33-34
• 3.4.2 液压泵/马达的参数匹配34-36
• 3.5 液压蓄能器参数匹配36-41
• 3.5.1 液压蓄能器工作特性分析36-39
• 3.5.2 液压蓄能器的参数匹配39-41
• 3.6 转矩耦合器参数匹配41-44
• 3.6.1 转矩耦合器工作原理41-43
• 3.6.2 转矩耦合器的参数匹配43-44
• 3.7 本章小结44-46
• 第四章 装载机液压混合动力系统能量管理策略研究46-54
• 4.1 液压混合动力装载机能量管理目标46-47
• 4.2 液压混合动力装载机工作模式分析47-49
• 4.3 并联式混合动力系统常见能量管理策略49-51
• 4.3.1 基于逻辑门限的能量管理策略49
• 4.3.2 基于瞬时优化的能量管理策略49-50
• 4.3.3 基于智能算法的能量管理策略50-51
• 4.4 装载机液压混合动力系统的控制策略51-53
• 4.4.1 发动机工作点控制策略51-52
• 4.4.2 负载转矩和发动机目标转矩的确定52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 装载机液压混合动力系统建模与仿真分析54-70
• 5.1 液压混合动力系统仿真模型总框架54-55
• 5.2 液压混合动力系统模型建立55-62
• 5.2.1 发动机模型55-56
• 5.2.2 液压泵/马达模型56-59
• 5.2.3 液压蓄能器模型59-61
• 5.2.4 负载模型61-62
• 5.2.5 混合动力系统仿真模型62
• 5.3 仿真结果分析62-69
• 5.3.1 传统装载机仿真结果63-64
• 5.3.2 混合动力装载机仿真结果64-68
• 5.3.3 仿真结果对比分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 结论70-71
• 展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77

【参考文献】

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本文编号：982044