基于全局功率匹配的液壓挖掘機(jī)電控節(jié)能技術(shù)的研究.pdf

1、液壓挖掘機(jī)是一種高能耗的重要工程機(jī)械，應(yīng)用十分廣泛，在國(guó)民建設(shè)中占有重要地位。我國(guó)自主研發(fā)的液壓挖掘機(jī)的技術(shù)相對(duì)落后，其發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率較低，能量損失較大，導(dǎo)致挖掘機(jī)整機(jī)工作效率降低，經(jīng)濟(jì)性能較差。因此研究挖掘機(jī)的節(jié)能控制技術(shù)具有重要的工程實(shí)際意義。目前，挖掘機(jī)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用較多的是發(fā)動(dòng)機(jī)-泵和泵-負(fù)載的功率匹配控制，但是兩者都是通過(guò)調(diào)節(jié)液壓泵的排量來(lái)實(shí)現(xiàn)局部功率匹配，所以，兩個(gè)環(huán)節(jié)的控制相互干涉，不能協(xié)調(diào)統(tǒng)一。針對(duì)此種情況，論文基于發(fā)動(dòng)

2、機(jī)-液壓系統(tǒng)-負(fù)載的全局功率匹配，研發(fā)液壓挖掘機(jī)的電控節(jié)能技術(shù)，主要進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的工作：
　?、偻ㄟ^(guò)分析挖掘機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)及能量傳遞路線，找出其能量損失途徑，指出除了不可避免的損失外，大部分是由于發(fā)動(dòng)機(jī)-液壓系統(tǒng)-負(fù)載之間的功率匹配不合理造成的能量損失。
　?、谠诜治霾裼蜋C(jī)特性、變量泵特性和柴油機(jī)油門控制特性的基礎(chǔ)上，分別推導(dǎo)柴油機(jī)、變量泵和油門控制器的數(shù)學(xué)模型和相關(guān)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，為電控節(jié)能系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)和基于MATL

3、AB的計(jì)算機(jī)仿真分析提供了理論依據(jù)。
　?、墼诰C合分析目前國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出液壓挖掘機(jī)全局功率匹配方法：分為發(fā)動(dòng)機(jī)-變量泵的匹配和控制閥-負(fù)載的匹配。前者運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)變量泵的排量讓泵盡量吸收發(fā)動(dòng)機(jī)的功率并將其轉(zhuǎn)化為液壓能；后者通過(guò)調(diào)節(jié)控制閥的開口來(lái)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在壓力隨負(fù)載變化的情況下把液壓能發(fā)揮到最大，讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)吸收的功率在同一檔功率模式下始終接近泵的輸出功率。

4、這樣就實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)-液壓系統(tǒng)-負(fù)載的全局功率匹配。
　?、芑诎l(fā)動(dòng)機(jī)-液壓系統(tǒng)-負(fù)載的全局功率匹配，采用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)挖掘機(jī)電控節(jié)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含兩個(gè)方面：變量泵的排量控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的電子油門控制系統(tǒng)。根據(jù)挖掘機(jī)的不同作業(yè)工況將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率控制設(shè)定為如下四種功率模式：1）全功率模式；2）經(jīng)濟(jì)模式；3）輕載模式；4）怠速模式。并在全功率模式下，將液壓泵的功率曲線設(shè)定在發(fā)動(dòng)機(jī)的功率曲線之上，只要合理采用電控節(jié)能技

5、術(shù)，便能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率而不會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載熄火的情況。從而實(shí)現(xiàn)提高挖掘機(jī)工作效率和燃油經(jīng)濟(jì)性的目的。
　?、菰诜治鰝鹘y(tǒng)PID控制算法的基礎(chǔ)上，采用智能控制技術(shù)分別建立單神經(jīng)元自適應(yīng)PID泵控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)油門PID參數(shù)自調(diào)整模糊控制器，并根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型和節(jié)能控制方案運(yùn)用MATLAB的Simulink和FUZZY工具箱分別對(duì)泵控制器和油門控制器進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析，仿真結(jié)果顯示控制器響應(yīng)快速而穩(wěn)定，控制效果良好，驗(yàn)證了電控節(jié)能