油液混合动力挖掘机动力系统研究

论文摘要

目前液压挖掘机混合动力系统主要为油电混合动力系统,即由电动机作为辅助动力源,蓄电池作为能量存储装置,因此存在着功率密度小,价格昂贵的缺点。另一种混合动力系统为油液混合动力挖掘机系统。它由液压马达/泵作为辅助动力源,蓄能器作为能量存储装置。它具有高功率密度,高燃油经济性。并且由于成熟的液压技术和价格低廉的蓄能器,因此具有良好的市场前景。本文主要研究油液混合动力挖掘机动力系统,论文分为以下几个部分:(1)绪论。首先分析了油电混合动力挖掘机的发展现状及油电混合动力系统的不足。在此基础上,介绍了油液混合动力系统及其特点。指出了传统的油液混合动力系统采用的二次调节静液传动技术不适合应用于液压挖掘机,而现代的油液混合动力系统液压辅助式技术只在汽车领域有所研究,从而引出了研究油液混合动力挖掘机的意义和本文研究的内容。(2)第二章提出油液混合动力挖掘机的动力系统方案,并从节能效果和成本进行了比较,最终确定以并联式油液混合动力挖掘机动力系统作为深入研究的对象。并设计了液压油路转换系统代替昂贵的二次元件。在此基础上,建立了液压挖掘机负载特性,发动机均值模型,蓄能器,液压马达/泵的数学模型。并在MATLAB/SIMULINK中建立了相应的仿真模型,从而为控制策略的研究提供了模型平台。(3)第三章研究了油液混合动力挖掘机参数匹配方法。根据油液混合动力系统7吨挖掘机的工况情况,结合动力系统各个部件的特性,确立了油液混合动力挖掘机动力系统参数匹配的目标,并建立了发动机,蓄能器,液压马达/泵的具体参数匹配方法,选择了具体参数和型号。参数匹配满足了挖掘机重载工况的动力需求,实现了动力源和外负载的匹配;同时,优化了各个动力部件的性能,提高了系统的整体效率。(4)第四章研究油液混合动力挖掘机的控制策略。指出由于工况不同和能量回收模式的不同,不能将油液混合动力汽车的控制策略应用于挖掘机领域;而由于储能装置SOC特性的不同,油电混合动力挖掘机的控制策略也无法直接应用于油液混合动力挖掘机系统。本文借鉴了这单、双工作点控制策略的基本思想,结合油液混合动力挖掘机模型,将其应用于油液混合动力挖掘机系统,并对效果进行分析比较。在此基础上,提出基于规则的油液混合动力挖掘机系统的控制策略,并在各种工况下进行了仿真试验。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 传统液压挖掘机节能现状
• 1.2 混合动力挖掘机特点
• 1.3 油液混合动力的发展现状
• 1.3.1 二次调节静液传动技术概况
• 1.3.2 油液混合动力系统的新发展
• 1.4 现有研究的不足与课题的提出
• 1.5 研究的内容
• 2 油液混合动力挖掘机动力系统结构设计和建模研究
• 2.1 液压挖掘机的油液混合动力结构设计
• 2.1.1 油液混合动力挖掘机动力结构方案
• 2.1.2 油液混合动力挖掘机动力结构比较
• 2.1.3 油液混合动力挖掘机动力结构的设计
• 2.1.4 液压转换系统的设计
• 2.2 油液混合动力挖掘机建模研究
• 2.2.1 负载模型
• 2.2.2 发动机模型
• 2.2.3 蓄能器模型
• 2.2.4 液压马达/泵模型
• 2.3 小结
• 3 油液混合动力挖掘机动力系统参数匹配方法研究
• 3.1 发动机参数匹配
• 3.2 蓄能器参数匹配
• 3.2.1 蓄能器的种类选择
• 3.2.2 蓄能器的特性分析
• 3.2.3 蓄能器的参数匹配
• 3.3 液压马达/泵参数匹配
• 3.4 小结
• 4 油液混合动力挖掘机动力系统控制策略的研究
• 4.1 单工作点控制策略
• 4.1.1 单工作点控制策略原理及控制流程
• 4.1.2 动力系统动力特性
• 4.1.3 蓄能器SOC特性
• 4.1.4 节能特性
• 4.2 双工作点控制策略
• 4.2.1 双工作点控制策略原理及控制流程
• 4.2.2 蓄能器容积的再选择
• 4.2.3 动力系统动力特性
• 4.2.4 蓄能器SOC特性
• 4.2.5 节能特性
• 4.3 基于规则的控制策略
• 4.3.1 基于规则的控制策略原理及控制流程
• 4.3.2 蓄能器容积的再选择
• 4.3.3 动力系统动力特性
• 4.3.4 蓄能器SOC特性
• 4.3.5 节能特性
• 4.4 控制策略的比较
• 4.5 控制策略的验证
• 4.5.1 中载仿真结果
• 4.5.2 轻载仿真结果
• 4.6 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间的项目和发表论文