混合动力挖掘机动臂势能回收研究

作     者：李铁辉 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周宏兵

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：混合动力挖掘机 动臂势能回收 蓄能器 超级电容 参数匹配 

摘      要：能量回收技术是液压挖掘机节能研究中一个重要的方向,混合动力技术在汽车上的成功应用,为其在工程机械上推广奠定了基础。目前混合动力挖掘机动臂势能回收研究仍然处于初级阶段,本文以混合动力挖掘机动臂势能回收为目的,从方案设计、控制方法、参数匹配及试验设计等方面开展研究,为混合动力挖掘机势能回收系统的设计提供参考依据。 本文分析了国内外液压挖掘机节能研究现状与已有混合动力挖掘机势能回收系统的研究现状,设计一种基于液压蓄能器与超级电容双储能元件的复合势能回收方案。根据挖掘机实际作业工况提出了单回收和双回收两种能量回收模式,并分别给出控制方法。 建立和推导了动臂势能回收方案的数学模型,利用Pro/e、Adams以及AMESim软件建立了势能回收系统的机电液联合仿真模型;采用基于多目标优化法的方法对混合动力挖掘机势能回收系统进行参数匹配,将匹配前后的参数代入仿真模型中进行对比分析,仿真结果表明匹配效果良好,势能回收率达89.97%。 利用匹配后的参数,将电机的控制力矩进行分段控制,并采用PID经典控制对分段控制策略进行优化,分别进行仿真,结果得出其势能回收率分别达91.14%和95.18%,表明该电机控制力矩控制策略具有良好的效果。 将试验样机数据与仿真相关数据进行对比,验证了仿真模型的正确性;以现有试验条件搭建势能回收系统试验平台,以Labview为编程环境编写试验测试用的数据采集程序,通过对试验数据进行分析,证明了势能回收系统及控制方法的可行性,并得出该试验条件时系统的势能回收率为47.69%。