液压挖掘机动臂势能回收系统方案设计研究

论文摘要

能量回收是液压挖掘机节能降耗的一项有效措施。本文在对现有能量回收方式进行分析的基础上,提出一种液压挖掘机动臂势能回收系统,进行了系统方案设计和参数匹配方法的研究,并在AMESim环境下建立系统的仿真模型,对系统进行了仿真研究。本文的主要研究工作如下：1、动臂势能回收系统总体方案设计。对现有的能量回收方式进行了分析,提出了一种基于蓄能器一液压马达一发电机的液压挖掘机动臂势能回收系统。对系统方案进行了设计,分析了系统的工作原理。即先通过蓄能器把液压缸回缩过程中的势能储存,再将蓄能器中的储能通过液压马达驱动发电机发电,实现液压挖掘机动臂势能的回收。设计了能量回收系统的控制方法,并且拟定了液压系统原理图。2、能量回收液压系统参数匹配方法研究。在AMESim平台建立了挖掘机的液压系统和工作装置的仿真模型,对挖掘机工作装置进行了机电液综合仿真。仿真结果表明该模型能够有效的模拟液压挖掘机的工作循环过程。根据仿真获得的液压挖掘机的工况,结合系统中各个部件的特性,确定了能量回收系统参数匹配的目标,建立了蓄能器、液压马达和比例控制阀的参数匹配方法,选择了具体参数和型号。参数匹配满足了系统工况的需求,实现了能量回收系统与外负载的匹配,提高了系统的效率。3、能量回收系统的仿真研究。建立了能量回收系统的仿真模型,对能量回收系统进行了仿真研究,分析了蓄能器初始容积,蓄能器充气压力,比例控制阀流量,以及液压马达排量等参数对能量回收系统的影响。提出通过对液压马达转速进行PID控制,使马达输出转速能够恒定在发电机高效区内,从而提高整个系统能量回收的效率。根据仿真研究结果,分析了产生能量损失的各种因素。4、进行了蓄能器能量存储过程的实验研究,分析液压缸活塞杆在不同负载作用下,将液压油充入蓄能器进行存储的过程。将实验数据与仿真结果比较,验证了仿真建模方法的准确性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 液压挖掘机节能研究现状
• 1.2.1 基于提高液压元件性能的节能研究
• 1.2.2 基于改进系统结构和控制策略的节能研究
• 1.2.3 基于能量回收的节能研究
• 1.3 本课题的提出及研究内容
• 1.3.1 本课题的提出
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 动臂势能回收系统方案设计
• 2.1 液压挖掘机工作循环过程分析
• 2.2 能量回收方式分析
• 2.2.1 无储能元件型能量回收
• 2.2.2 有储能元件型能量回收
• 2.3 能量回收系统设计
• 2.3.1 系统方案设计
• 2.3.2 工作原理分析
• 2.4 能量回收系统控制方法
• 2.5 拟定液压系统原理图
• 2.6 本章小结
• 第三章 能量回收液压系统参数匹配方法研究
• 3.1 日立EX200-5型挖掘机主要技术参数
• 3.2 结构运动参数的设定和计算
• 3.2.1 参数设定和坐标设定
• 3.2.2 不同坐标系之间的坐标转换
• 3.3 挖掘机工作装置负载仿真研究
• 3.3.1 仿真平台的选择
• 3.3.2 挖掘机工作装置仿真模型的建立
• 3.3.3 系统控制及仿真结果分析
• 3.4 液压系统主要元件的参数匹配
• 3.4.1 液压系统的工况分析
• 3.4.2 蓄能器的参数匹配
• 3.4.3 液压马达的参数匹配
• 3.4.4 比例控制阀的参数匹配
• 3.5 本章小结
• 第四章 能量回收液压系统仿真研究
• 4.1 基于AMESim的能量回收系统仿真模型的建立
• 4.1.1 仿真模型的创建
• 4.1.2 仿真模型参数设置
• 4.1.3 液压缸模拟负载力设置
• 4.1.4 仿真结果分析
• 4.2 蓄能器参数选取对能量回收系统的影响
• 4.2.1 蓄能器初始容积对系统的影响
• 4.2.2 蓄能器充气压力对系统的影响
• 4.3 比例控制阀对能量回收系统的影响
• 4.4 液压马达排量对能量回收系统的影响
• 4.5 马达输出转速的PID控制研究
• 4.6 能量损失分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 蓄能器能量存储过程实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验平台的建立
• 5.3 数据采集系统的实现
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果