矿用电铲运行轨迹控制及液电混驱节能方法研究
发布时间：2021-11-01 12:21
矿用电铲作为露天矿间断与半连续开采工艺系统中不可或缺的关键设备,具有斗容大、作业范围广、环境适应性强、可承受较大的振动与冲击载荷等优点,广泛被运用于各类露天矿的物料剥离与装载作业过程中。然而,电铲齿尖轨迹具有较大的随机性,仅依靠人工经验无法保证最合理的挖掘轨迹,会导致电机堵转、满载率与工作效率低等问题。另一方面,电铲工作装置质量巨大,在工作过程中需要频繁地升降,且电铲上部车体也需要频繁地回转启制动。当电铲工作装置下降与上部车体回转制动时,工作装置的重力势能和上部车体的动能会转化为电机发出的电能,这部分能量往往通过制动电阻以热能的形式消耗掉,造成了较大的能量浪费,也进一步增加了系统的降温成本。此外,为满足电铲工作过程中的瞬时大功率需求,一般都按照所需峰值功率配置各电动机,致使电铲总装机功率很大,但大多数时间内电铲都工作在低负荷状态,导致电铲电机的工作效率很低。针对以上存在的问题,本文在NSFC-山西煤基低碳联合基金“露天煤矿大型挖掘装备高能效运行基础研究”（U1510206）的资助下,对矿用电铲挖掘轨迹控制方法与节能技术两个方面进行了研究,并创新地提出一种液电混合驱动电铲节能系统。本研究...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 矿用电铲国内外发展现状
1.3 矿用电铲运行轨迹控制方法研究现状
1.3.1 电铲齿尖轨迹方程
1.3.2 电铲速度控制系统
1.3.3 电铲齿尖最优轨迹规划
1.4 矿用电铲载荷特性研究现状
1.4.1 挖掘阻力
1.4.2 载荷谱编制
1.4.3 动力学及静力学特性
1.5 矿用电铲节能技术研究现状
1.6 主要研究内容
第二章 矿用电铲工作装置运动学与载荷特性分析
2.1 矿用电铲结构组成及工作原理
2.2 矿用电铲挖掘轨迹方程与运动学分析
2.2.1 电铲挖掘轨迹方程
2.2.2 运动学分析
2.3 矿用电铲工作装置载荷特性分析
2.3.1 静态载荷分析
2.3.2 动态载荷分析
2.4 本章小结
第三章 矿用电铲控制参数优化及轨迹规划研究
3.1 矿用电铲运行轨迹控制参数优化
3.1.1 建立优化模型
3.1.2 针对不同工况的轨迹控制参数优化
3.2 矿用电铲运行轨迹控制参数规划
3.2.1 矿用电铲机器人运动学模型
3.2.2 矿用电铲运行轨迹控制参数规划方法
3.2.3 针对不同预期轨迹的控制参数规划
3.3 矿用电铲辅助分析平台的设计
3.3.1 总体设计
3.3.2 实例验证
3.3.3 其他功能及存在的问题
3.4 本章小结
第四章 矿用电铲整机建模及运行特性分析
4.1 机械系统模型
4.2 电气系统模型
4.2.1 异步电动机工作原理及变频调速方法
4.2.2 交流变频电机及控制系统仿真模型
4.3 电铲整机机电联合仿真模型及验证
4.4 矿用电铲运行特性仿真分析
4.4.1 仿真总体规划
4.4.2 仿真结果及分析
4.5 本章小结
第五章 液电混合驱动电铲节能系统能效特性分析
5.1 传统纯电驱电铲整机能耗分析
5.2 液电混合驱动电铲提升系统能效特性研究
5.2.1 电铲提升系统运行特点
5.2.2 液电混合驱动电铲提升系统工作原理
5.2.3 液电混合驱动电铲提升系统理论分析
5.2.4 液电混合驱动电铲提升系统仿真分析
5.2.5 液压蓄能器参数影响分析
5.3 液电混合驱动电铲回转系统能效特性研究
5.3.1 液电混合驱动电铲回转系统原理及理论分析
5.3.2 液电混合驱动电铲回转系统仿真分析
5.3.3 液压蓄能器参数影响分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 后续工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的成果与参与项目情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超级电容器和蓄电池的复合电源研究[J]. 张俊超,孟丽囡,孙福明,王慧宁. 电源技术. 2018(11)
[2]煤、岩垮落体的自然安息角受粒径大小的变化研究[J]. 侯树成. 价值工程. 2018(33)
[3]面向智能挖掘机的最优挖掘轨迹规划[J]. 孙伟,李二洋,王晓邦,郭正刚,李旭东,宋学官. 大连理工大学学报. 2018(03)
[4]挖掘机斗杆载荷谱测试方法及其数据处理[J]. 杜敏杰,黄雪,李隽,王玉鑫,刘亚群. 锻压技术. 2017(08)
[5]基于遗传算法的机械式挖掘机工作装置优化[J]. 王澔潼,苏丽达,黄婷婷,申军立. 建筑机械. 2016(08)
[6]WK-75挖掘机工作装置挖掘速度参数优化设计[J]. 邹昊,张明,任家骏,秦晓峰,仝雷强. 煤炭技术. 2016(02)
[7]电-液混合驱动曳引电梯特性及能效分析[J]. 赵斌,权龙,郝云晓. 机械工程学报. 2016(04)
[8]矿用电铲电气传动系统对比与实用性分析[J]. 邢贵平. 黑龙江科技信息. 2015(24)
[9]液压挖掘机挖掘阻力特性研究[J]. 任志贵,陈进,王树春,庞晓平. 东北大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]矿用挖掘机主要工作装置设计分析平台的研究[J]. 朱金金,张明,任家骏,谭彬,杜彦君. 煤矿机械. 2014(11)
博士论文
[1]电驱动小型液压挖掘机功率匹配及能效特性研究[D]. 刘彬.太原理工大学 2016
[2]大型矿用挖掘机设计关键技术研究[D]. 郝万军.吉林大学 2014
[3]巨型电铲新型工作机构性能研究[D]. 韦宝琛.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]电铲实验平台控制系统研制[D]. 马毓.大连理工大学 2018
[2]矿用电铲实验平台结构设计与搭建[D]. 樊金广.大连理工大学 2018
[3]大型矿用挖掘机结构与控制优化[D]. 李二洋.大连理工大学 2018
[4]WK-75型矿用挖掘机铲斗斗杆组件疲劳寿命分析[D]. 白晶.太原理工大学 2016
[5]大型矿用挖掘机载荷谱及统计动力学分析[D]. 袁昊.东北大学 2014
[6]基于离散单元法的机械式挖掘机工作阻力模拟[D]. 邢欢欢.东北大学 2014
[7]矿用挖掘机提升机构控制系统研究[D]. 杨国伟.湖南科技大学 2014
[8]机械式挖掘机起重机构有限元分析[D]. 冯洋.长安大学 2014
[9]机械式挖掘机工作装置数字化平台开发[D]. 王勇澎.吉林大学 2014
[10]大型矿用挖掘机工作装置关键零部件结构分析平台的研究[D]. 王昕瑜.太原理工大学 2014
本文编号：3470105
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 矿用电铲国内外发展现状
1.3 矿用电铲运行轨迹控制方法研究现状
1.3.1 电铲齿尖轨迹方程
1.3.2 电铲速度控制系统
1.3.3 电铲齿尖最优轨迹规划
1.4 矿用电铲载荷特性研究现状
1.4.1 挖掘阻力
1.4.2 载荷谱编制
1.4.3 动力学及静力学特性
1.5 矿用电铲节能技术研究现状
1.6 主要研究内容
第二章 矿用电铲工作装置运动学与载荷特性分析
2.1 矿用电铲结构组成及工作原理
2.2 矿用电铲挖掘轨迹方程与运动学分析
2.2.1 电铲挖掘轨迹方程
2.2.2 运动学分析
2.3 矿用电铲工作装置载荷特性分析
2.3.1 静态载荷分析
2.3.2 动态载荷分析
2.4 本章小结
第三章 矿用电铲控制参数优化及轨迹规划研究
3.1 矿用电铲运行轨迹控制参数优化
3.1.1 建立优化模型
3.1.2 针对不同工况的轨迹控制参数优化
3.2 矿用电铲运行轨迹控制参数规划
3.2.1 矿用电铲机器人运动学模型
3.2.2 矿用电铲运行轨迹控制参数规划方法
3.2.3 针对不同预期轨迹的控制参数规划
3.3 矿用电铲辅助分析平台的设计
3.3.1 总体设计
3.3.2 实例验证
3.3.3 其他功能及存在的问题
3.4 本章小结
第四章 矿用电铲整机建模及运行特性分析
4.1 机械系统模型
4.2 电气系统模型
4.2.1 异步电动机工作原理及变频调速方法
4.2.2 交流变频电机及控制系统仿真模型
4.3 电铲整机机电联合仿真模型及验证
4.4 矿用电铲运行特性仿真分析
4.4.1 仿真总体规划
4.4.2 仿真结果及分析
4.5 本章小结
第五章 液电混合驱动电铲节能系统能效特性分析
5.1 传统纯电驱电铲整机能耗分析
5.2 液电混合驱动电铲提升系统能效特性研究
5.2.1 电铲提升系统运行特点
5.2.2 液电混合驱动电铲提升系统工作原理
5.2.3 液电混合驱动电铲提升系统理论分析
5.2.4 液电混合驱动电铲提升系统仿真分析
5.2.5 液压蓄能器参数影响分析
5.3 液电混合驱动电铲回转系统能效特性研究
5.3.1 液电混合驱动电铲回转系统原理及理论分析
5.3.2 液电混合驱动电铲回转系统仿真分析
5.3.3 液压蓄能器参数影响分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 后续工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的成果与参与项目情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超级电容器和蓄电池的复合电源研究[J]. 张俊超,孟丽囡,孙福明,王慧宁. 电源技术. 2018(11)
[2]煤、岩垮落体的自然安息角受粒径大小的变化研究[J]. 侯树成. 价值工程. 2018(33)
[3]面向智能挖掘机的最优挖掘轨迹规划[J]. 孙伟,李二洋,王晓邦,郭正刚,李旭东,宋学官. 大连理工大学学报. 2018(03)
[4]挖掘机斗杆载荷谱测试方法及其数据处理[J]. 杜敏杰,黄雪,李隽,王玉鑫,刘亚群. 锻压技术. 2017(08)
[5]基于遗传算法的机械式挖掘机工作装置优化[J]. 王澔潼,苏丽达,黄婷婷,申军立. 建筑机械. 2016(08)
[6]WK-75挖掘机工作装置挖掘速度参数优化设计[J]. 邹昊,张明,任家骏,秦晓峰,仝雷强. 煤炭技术. 2016(02)
[7]电-液混合驱动曳引电梯特性及能效分析[J]. 赵斌,权龙,郝云晓. 机械工程学报. 2016(04)
[8]矿用电铲电气传动系统对比与实用性分析[J]. 邢贵平. 黑龙江科技信息. 2015(24)
[9]液压挖掘机挖掘阻力特性研究[J]. 任志贵,陈进,王树春,庞晓平. 东北大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]矿用挖掘机主要工作装置设计分析平台的研究[J]. 朱金金,张明,任家骏,谭彬,杜彦君. 煤矿机械. 2014(11)
博士论文
[1]电驱动小型液压挖掘机功率匹配及能效特性研究[D]. 刘彬.太原理工大学 2016
[2]大型矿用挖掘机设计关键技术研究[D]. 郝万军.吉林大学 2014
[3]巨型电铲新型工作机构性能研究[D]. 韦宝琛.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]电铲实验平台控制系统研制[D]. 马毓.大连理工大学 2018
[2]矿用电铲实验平台结构设计与搭建[D]. 樊金广.大连理工大学 2018
[3]大型矿用挖掘机结构与控制优化[D]. 李二洋.大连理工大学 2018
[4]WK-75型矿用挖掘机铲斗斗杆组件疲劳寿命分析[D]. 白晶.太原理工大学 2016
[5]大型矿用挖掘机载荷谱及统计动力学分析[D]. 袁昊.东北大学 2014
[6]基于离散单元法的机械式挖掘机工作阻力模拟[D]. 邢欢欢.东北大学 2014
[7]矿用挖掘机提升机构控制系统研究[D]. 杨国伟.湖南科技大学 2014
[8]机械式挖掘机起重机构有限元分析[D]. 冯洋.长安大学 2014
[9]机械式挖掘机工作装置数字化平台开发[D]. 王勇澎.吉林大学 2014
[10]大型矿用挖掘机工作装置关键零部件结构分析平台的研究[D]. 王昕瑜.太原理工大学 2014
本文编号：3470105
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/3470105.html
