靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)和行走機(jī)構(gòu)節(jié)能技術(shù)研究.pdf

1、近年來,世界范圍的能源短缺及環(huán)境污染等問題,已經(jīng)大大制約著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。挖掘機(jī)具有頻繁往復(fù)運(yùn)行、油耗高、排放差等特點(diǎn),其節(jié)能性已成進(jìn)入市場(chǎng)的先決條件。2012年國(guó)內(nèi)油價(jià)突破每升8元大關(guān),2014年歐美工程機(jī)械要實(shí)施歐IV排放標(biāo)準(zhǔn),使得節(jié)能減排課題再次成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力技術(shù)是一種新型的傳動(dòng)技術(shù),利用液壓泵/馬達(dá)四象限工作特性,有效地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)動(dòng)能回收與再利用。液壓儲(chǔ)能系統(tǒng)功率密度大,充放能力強(qiáng),滿足短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)能

2、量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存的要求。因此,將二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用于挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)中,對(duì)研究挖掘機(jī)能量回收,節(jié)約能源、減少環(huán)境污染以及提高挖掘機(jī)的整體性能具有重要的意義。本文以二次調(diào)節(jié)靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用于挖掘機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)能量回收和再利用為主要內(nèi)容,對(duì)靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了全面細(xì)致的研究。
　　在查閱大量國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文概述了國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展概況,對(duì)能量損失的原因進(jìn)行了詳細(xì)的

3、分析。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵以及液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分類闡述。綜述了國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力挖掘機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀,對(duì)節(jié)能技術(shù)以及能量存儲(chǔ)方式進(jìn)行分類比較,分析了液壓儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)和靜液傳動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)。
　　以某型20噸級(jí)液壓挖掘機(jī)為研究背景,建立液壓挖掘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓缸、液壓馬達(dá)、多路閥、液壓泵的數(shù)學(xué)模型。利用Simulation X仿真平臺(tái),結(jié)合上述各元件的數(shù)學(xué)模型以及實(shí)車的CATIA建立的三維模型對(duì)挖掘機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)建模。對(duì)液壓挖掘機(jī)進(jìn)行能耗

4、分析。重點(diǎn)研究液壓泵輸出的功率、執(zhí)行元件需求功率以及各閥的耗損情況并分析其產(chǎn)生的原因。提出一種切實(shí)可行的節(jié)能降耗解決方案。該方案以挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)能量回收再利用作為挖掘機(jī)節(jié)能研究的主要方向。
　　設(shè)計(jì)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力節(jié)能方案。該方案用于優(yōu)化關(guān)鍵元件的匹配關(guān)系,完善系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。針對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)頻繁切換的特點(diǎn),設(shè)計(jì)基于混雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)節(jié)能系統(tǒng)的控制器,制定狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)條件和切換規(guī)則。在 Matlab/

5、Simulink環(huán)境下搭建回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)節(jié)能系統(tǒng)的前向仿真模型,定性分析參數(shù)設(shè)置對(duì)系統(tǒng)性能的影響規(guī)律。分別以不同的控制方式進(jìn)行定量分析,設(shè)計(jì)前后沿控制方式,分析不同控制規(guī)律對(duì)系統(tǒng)節(jié)能性和快速性的影響。
　　針對(duì)挖掘機(jī)在轉(zhuǎn)場(chǎng)過程中工況的特點(diǎn)改造其行走裝置,提出挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)節(jié)能系統(tǒng)。通過液壓泵/馬達(dá)前端配置粘性聯(lián)軸器,后輪打滑時(shí)自動(dòng)切換為四輪驅(qū)動(dòng),提高車輛的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)性能。采用基于規(guī)則知識(shí)庫(kù)的模擬退火自適應(yīng)大變異遺傳算法對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行性能