并聯(lián)式混合動力液壓挖掘機能量回收與動力匹配技術(shù)研究.pdf

1、隨著新環(huán)保法正式實施，各行各業(yè)都非常重視節(jié)能環(huán)保技術(shù)的開發(fā)和研究。工程機械行業(yè)已成為除汽車行業(yè)之外使用內(nèi)燃機產(chǎn)品的最大用戶，雖然使用場合僅限于建筑、礦山和施工工地等，但由于其排放密度大，排放指標劣于汽車，因此對環(huán)境的污染更為嚴重。液壓挖掘機作為工程機械的主要機種，其性能指標直接影響工程機械的應(yīng)用前景。
　　液壓挖掘機的關(guān)鍵部件發(fā)動機和液壓元件經(jīng)過多年發(fā)展，其效率已有很大提高，但整機效率仍舊很低。據(jù)調(diào)查顯示，從發(fā)動機到執(zhí)行機構(gòu)的總效

2、率僅為20％，其主要原因有兩方面:一是各元件之間的匹配技術(shù)有待創(chuàng)新，不能自動適應(yīng)挖掘機的不同工況，導(dǎo)致挖掘機的油耗較高;二是挖掘機特殊的作業(yè)方式?jīng)Q定了其作業(yè)過程中的能量浪費，如動臂下降和上車回轉(zhuǎn)制動過程中，大量的油液壓力能轉(zhuǎn)換成熱能。因此對液壓挖掘機整機進行動力匹配及動臂下降、回轉(zhuǎn)制動過程的能量進行回收再利用，就能有效提升節(jié)能空間。
　　本文針對20t級液壓挖掘機整機動力系統(tǒng)匹配以及作業(yè)過程中動臂下降過程和回轉(zhuǎn)制動過程系統(tǒng)能量回收

3、為目標，采用了理論分析、建模仿真和試驗相結(jié)合的方法，對液壓挖掘機的能量回收方案、系統(tǒng)的效率進行了深入的研究。
　　論文主要研究內(nèi)容如下:
　　1.結(jié)合液壓挖掘機結(jié)構(gòu)特點和實際作業(yè)工況，對普通挖掘機、串聯(lián)油電混合動力和并聯(lián)油電混合動力挖掘機進行建模和仿真，從發(fā)動機裝機功率、系統(tǒng)能耗、電機功率選擇和超級電容SOC狀態(tài)方面進行對比分析。結(jié)果表明，并聯(lián)油電混合動力系統(tǒng)節(jié)能效果最好，能有效降低挖掘機的裝機功率。
　　2.通過對動

4、臂、斗桿和鏟斗可回收能量的對比分析，動臂系統(tǒng)可回收能量最大，占可回收能量的49.5％，具有較大的實際回收價值。結(jié)合油電混合動力特點設(shè)計了基于能量回收的流量再生動臂系統(tǒng)，與普通動臂系統(tǒng)、流量再生動臂系統(tǒng)、能量回收動臂系統(tǒng)進行分析和比較，結(jié)果表明:在動臂下降速度基本一致的前提下，具有能量回收的流量再生動臂系統(tǒng)回收效率最高。通過對馬達排量和節(jié)流閥開口面積等參數(shù)對回收效率的影響進行了仿真分析，找出了影響回收效率的關(guān)鍵參數(shù)的確定原則。
　　

5、3.結(jié)合挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特殊工況及能量損失，提出了回轉(zhuǎn)制動時的一種直接充液和和馬達—泵間接充液相結(jié)合的蓄能器能量回收方案，對回收過程中蓄能器的壓力變化、回收的流量和回收的能量進行了分析。通過蓄能器的體積、充氣壓力以及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的阻尼系數(shù)三方面對回收效率影響的分析和比較，得到了進一步提升能量回收效率的方法以及蓄能器的選擇標準。結(jié)果表明:在蓄能器充氣壓力一定的情況下，體積越大回收的流量越多，蓄能器的壓力越小，回收效率越低;在蓄能器體積一定的情

6、況下，充氣壓力越大回收的流量越少，蓄能器的壓力越高，回收效率越高;阻尼系統(tǒng)越小，回收效率越高?；谕瑯拥姆椒ǎ瑢?t液壓挖掘機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)制動過程能量回收進行了分析，其變化趨勢和結(jié)論與20t級是一致的。
　　4.利用發(fā)動機的動態(tài)模型，與并聯(lián)混合動力系統(tǒng)組成整機動態(tài)模型，提出了一種基于多參數(shù)協(xié)調(diào)不同模式下動態(tài)控制方法。利用該方法，超級電容能有效地匹配發(fā)動機輸出和液壓泵輸入間的能量差值，使發(fā)動機、電動機與液壓泵之間的扭矩實時匹配，在滿足工