中型液压挖掘机回转系统节能研究

【摘要】：目前国内液压挖掘机的传统节能研究主要是在改进液压控制系统(如正、负流量控制系统,负荷传感控制系统)和实现发动机与负载的适时匹配等方面,而现阶段主要集中在对油电或油液混合动力系统在挖掘机中的应用以及高能耗装置(动臂、回转系统等)能量回收的研究。但对于液压挖掘机来说,其液压泵和回转液压马达的效率也是影响其能耗的一个重要方面。这些效率除了影响到液压系统的散热性、动力性、经济性以及功率的合理配置外,还能影响系统的输出稳定性和带载启动的能力。而这些都将影响液压挖掘机作业质量。本文以提高液压泵和液压马达效率为主线对中型液压挖掘机进行节能研究,主要内容如下： 1、通过对变量液压马达和变量液压泵效率的理论分析,得出影响变量液压马达和液压泵效率的主要因素。并将对某23T挖掘机上所用的回转马达和变量泵的一些参数作为依据,对其理论效率进行仿真分析。通过仿真找出变量液压马达和液压泵效率随系统压力、转速以及排量比变化的具体变化趋势,为液压挖掘机在不同工况下工作时如何提高液压马达和液压泵效率提供理论依据； 2、建立了闭式容积调速回转系统的仿真模型和控制策略,通过对仿真结果及其控制策略的分析,可知：①采用变量泵和定量马达容积调速作为回转系统不仅能满足液压挖掘机的工作要求,而且较普通节流调速回转系统有更高的能量利用率；②采用定量泵和变量马达容积调速回转系统虽然可以满足平台的速度要求,但较前者来说控制策略更为复杂,而且在调速过程中发动机需要频繁变换工作点,增加了燃油消耗；③采用变量泵和变量马达容积调速作为回转系统,其系统空载时的功率利用率为57.0%,与变量泵和定量马达回转系统56.5%的功率利用率相比差别不大,但都高于定量泵和变量马达回转系统和普通节流调速回转系统；④对容积调速回转系统在整机仿真中进行验证,闭式容积调速回转系统的整机仿真油耗量比阀控节流调速的仿真油耗量下降了8.16%； 3、根据变量马达效率和挖掘机回转工况的分析,在回转平台匀速运动阶段,回转马达的效率会降低。为提高回转马达效率,建立了基于提高回转马达效率的变量泵和变量马达容积调速回转系统的控制策略。仿真表明：该控制策略下液压马达的效率基本维持在了80%以上; 4、通过对变量泵效率的分析,在挖掘机精细作业时,采用减速机适当减小泵的转速可以增大输出转矩,在尽量不影响执行机构速度要求和发动机工作点变换的条件下增大液压泵的排量比,提高了泵的效率,从而使油耗量下降了16.5%,实现了节能。 【关键词】：液压挖掘机 液压泵 液压马达 效率 容积调速
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 液压挖掘机节能研究背景及意义11
• 1.2 挖掘机能量损失分析11-12
• 1.2.1 节流制动损失11-12
• 1.2.2 元件效率损失12
• 1.2.3 溢流损失12
• 1.2.4 背压损失12
• 1.3 国内外液压挖掘机节能发展概况12-16
• 1.3.1 控制系统12-15
• 1.3.2 动力系统匹配15-16
• 1.3.3 混合动力16
• 1.3.4 能量回收系统16
• 1.4 课题主要研究内容16-18
• 第2章 液压马达与液压泵效率分析18-26
• 2.1 液压马达效率分析18-21
• 2.1.1 液压马达效率理论分析18
• 2.1.2 液压马达效率仿真分析18-21
• 2.2 变量液压泵的效率特性分析21-24
• 2.2.1 变量液压泵的效率理论分析21-22
• 2.2.2 变量液压泵的效率仿真分析22-24
• 2.3 本章小结24-26
• 第3章 回转系统节能研究26-47
• 3.1 普通回转系统能耗分析26-32
• 3.1.1 普通回转系统能耗理论分析26-27
• 3.1.2 普通回转系统能耗仿真分析27-32
• 3.2 泵控马达容积调速系统32-34
• 3.2.1 容积调速系统特点32-33
• 3.2.2 闭式容积调速回路33-34
• 3.3 闭式容积调速回转系统建模与仿真分析34-45
• 3.3.1 变量泵和定量马达容积调速回转系统34-39
• 3.3.2 定量泵和变量马达容积调速回转系统39-42
• 3.3.3 变量泵和变量马达容积调速回转系统42-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 整机的仿真节能研究47-61
• 4.1 混合动力液压挖掘机建模47-51
• 4.1.1 负流量控制系统47-48
• 4.1.2 并联式混合动力系统48
• 4.1.3 动臂节能系统模型48-49
• 4.1.4 柴油机模型49
• 4.1.5 电机模型49-50
• 4.1.6 控制策略50
• 4.1.7 整机模型50-51
• 4.2 仿真分析51-54
• 4.3 基于泵效率挖掘机建模仿真分析54-56
• 4.4 容积调速回转系统的挖掘机建模仿真分析56-59
• 4.5 本章小结59-61
• 总结及展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士期间发表的论文68

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