工程机械混合动力系统实验台测控系统

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混合动力

第33卷第1期2013年2月

振动、测试与诊断

Vol.33No.1

Feb.2013

工程机械混合动力系统实验台测控系统

黄中华,　刘　质,　胡　琼,　刘少军

(1.湖南工程学院机械工程学院　湘潭,411101)(2.中南大学机电工程学院　长沙,410083)

1,2

2

2

2

摘要　为了研究工程机械混合动力系统的机电耦合特性和轴系的振动特性,研制了由柴油机、电动机和液压泵共轴连接组成的工程机械混合动力系统实验台。设计了由工控机、PCI总线控制卡和组态软件组成的实验台测控系统,分析测控系统输入信号和控制信号的数量与类型,确定测控系统控制策略的设计原则和开发过程。通过在柴油机输出轴的端面布置3个加速度传感器实现柴油机工作时曲轴的振动特性,对不同负载功率下柴油机曲轴的振动特性进行试验测试。测试结果表明,柴油机曲轴的振动能量集中在径向,轴向的振动能量可忽略不计;设计的测控系统能实现混合动力系统轴系振动性能测试。关键词　混合动力系统;测控系统;实验台;工程机械中图分类号　TU621

动力系统在状态切换时轴系产生转速波动和冲击载

引　言

随着全球工业的发展,能源短缺和环境污染问题日趋严重,品种和数量不断增加的工程机械所消耗的能源和排放的污染物已经引起了广泛关注,国内、外对工程机械尾气的排放及噪声等限制也愈加严格。混合动力技术既继承了电动力作为“绿色”能源超低排放的优点,又弥补了电池动力不足的缺点,它在汽车行业的成功应用为耗能大、排放差的工程机械领域提供了借鉴。近年来,混合动力工程机械受到了工程机械领域的高度重视,已成为国内、外著名工程机械生产厂家的研究热点。

工程机械混合动力系统中的柴油机、电动机和液压泵通常采用共轴连接。在动力系统状态切换过程中,柴油机和液压泵的存在会降低电动机的响应速度,阻碍电动机转速的快速变化,影响电动机转矩的输出效率和传递速度。同样,电动机的存在会提高柴油机和液压泵的响应速度,加速柴油机和液压泵转速的快速变化,影响柴油机转矩的输出效率和传递速度、液压泵转矩的输入效率和传递速度。柴油机、液压泵和电动机在动态特性方面的耦合作用,改变了混合动力系统轴系的动态特性,进而改变了动力系统能量传递效率和能量分配控制策略,导致工程机械混合

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荷[2-7]。混合动力系统在运行时,电动机和柴油机之间经常会因转速不同步而产生顺拖或倒拖,在动力系统

的轴系上产生冲击转矩或交变转矩。当作用于轴系上的冲击转矩过大时,轴系的某一截面可能会发生强度失效。当作用于轴系的交变转矩频率与轴系某阶扭振频率相等或相近时会产生谐振。

与汽车平稳的工况相比,工程机械负载变化幅度大、变化频繁,混合动力单元各部件状态需要随负载变化而快速调整、匹配负载,在混合动力汽车中并不突出的机电耦合问题在工程机械中显得格外重要。混合动力系统较纯发动机驱动方式不同,系统的激励特性被改变,从而影响动力和传动系统的振动特性。为了研究发动机与电动机之间相互耦合产生的振动和不同工况下混合动力系统的振动特性,研制了混合动力系统振动特性实验台,为系统的优化设计和振动控制提供依据。

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1　混合动力系统实验台

混合动力系统有3种连接模式:串联式、并联式和混合式。串联式混合动力系统中,发动机输出的机械能由发电机转化为电能,电能输送到电动机,由电动机产生驱动力矩驱动负载工作。这种结构的优点

国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)资助项目(2010AA044401);教育部科学技术研究重点项目(212123);湖南省

(;((388号)::

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