基于全局功率匹配的液壓挖掘機電控節(jié)能技術的研究.pdf

1、液壓挖掘機是一種高能耗的重要工程機械，應用十分廣泛，在國民建設中占有重要地位。我國自主研發(fā)的液壓挖掘機的技術相對落后，其發(fā)動機功率利用率較低，能量損失較大，導致挖掘機整機工作效率降低，經濟性能較差。因此研究挖掘機的節(jié)能控制技術具有重要的工程實際意義。目前，挖掘機節(jié)能技術應用較多的是發(fā)動機-泵和泵-負載的功率匹配控制，但是兩者都是通過調節(jié)液壓泵的排量來實現局部功率匹配，所以，兩個環(huán)節(jié)的控制相互干涉，不能協(xié)調統(tǒng)一。針對此種情況，論文基于發(fā)動

2、機-液壓系統(tǒng)-負載的全局功率匹配，研發(fā)液壓挖掘機的電控節(jié)能技術，主要進行了如下幾個方面的工作：
　　①通過分析挖掘機的傳動系統(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)動機-液壓系統(tǒng)-負載之間的功率匹配不合理造成的能量損失。
　　②在分析柴油機特性、變量泵特性和柴油機油門控制特性的基礎上，分別推導柴油機、變量泵和油門控制器的數學模型和相關系統(tǒng)的傳遞函數，為電控節(jié)能系統(tǒng)的算法設計和基于MATL

3、AB的計算機仿真分析提供了理論依據。
　?、墼诰C合分析目前國內外挖掘機液壓系統(tǒng)節(jié)能控制技術的基礎上，提出液壓挖掘機全局功率匹配方法：分為發(fā)動機-變量泵的匹配和控制閥-負載的匹配。前者運用發(fā)動機轉速感應控制技術，通過調節(jié)變量泵的排量讓泵盡量吸收發(fā)動機的功率并將其轉化為液壓能；后者通過調節(jié)控制閥的開口來改變執(zhí)行機構的速度，讓執(zhí)行機構在壓力隨負載變化的情況下把液壓能發(fā)揮到最大，讓執(zhí)行機構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、這樣就實現了發(fā)動機-液壓系統(tǒng)-負載的全局功率匹配。
　　④基于發(fā)動機-液壓系統(tǒng)-負載的全局功率匹配，采用發(fā)動機轉速感應控制技術，設計挖掘機電控節(jié)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包含兩個方面：變量泵的排量控制系統(tǒng)和發(fā)動機的電子油門控制系統(tǒng)。根據挖掘機的不同作業(yè)工況將發(fā)動機的功率控制設定為如下四種功率模式：1）全功率模式；2）經濟模式；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定在發(fā)動機的功率曲線之上，只要合理采用電控節(jié)能技

5、術，便能充分利用發(fā)動機的功率而不會產生發(fā)動機過載熄火的情況。從而實現提高挖掘機工作效率和燃油經濟性的目的。
　?、菰诜治鰝鹘y(tǒng)PID控制算法的基礎上，采用智能控制技術分別建立單神經元自適應PID泵控制器和發(fā)動機油門PID參數自調整模糊控制器，并根據建立的數學模型和節(jié)能控制方案運用MATLAB的Simulink和FUZZY工具箱分別對泵控制器和油門控制器進行計算機仿真分析，仿真結果顯示控制器響應快速而穩(wěn)定，控制效果良好，驗證了電控節(jié)能