基于CAN总线的液压挖掘机节能控制技术的研究

【摘要】：节能是世界工业发展的一个重要的方向,作为土石方开挖的主要设备液压挖掘机,如果不采用节能措施其效率只有50～70%.。为了增强国产液压挖掘机与国外产品的竞争能力,就必须提高国产液压挖掘机节能控制系统的水平,顺应世界发展的潮流。本论文建立了基于CAN总线技术的挖掘机电子节能控制系统,包括动力和检测系统。并针对液压挖掘机的柴油机、液压泵、液压阀、电控系统等几个方面,全面挖掘液压挖掘机的节能潜力。 1.首先介绍了课题提出的意义,综述了国内外液压挖掘机节能控制系统的发展状况以及节能控制系统的发展趋势,分析了目前国产挖掘机在节能技术方面与发达国家之间的差距。 2 .分别对液压挖掘机液压系统和动力系统的工作原理进行了阐述,并对其能量损失进行了详尽的分析。对液压泵和柴油机之间的功率匹配控制进行了研究,在对液压泵、柴油机特性分析的基础上,建立了发动机数学模型。基于CAN总线技术对液压挖掘机的电子控制系统进行设计。 3.提出了模糊控制原理和模糊PID控制器设计,从节能角度出发,将参数自适应模糊PID控制应用到挖掘机控制当中,根据不同工况调整系统参数,提高了控制系统的动态性能,使系统有较好的鲁棒性和控制精度,以达到节能的效果。 4.对液压挖掘机节能控制系统进行软件设计,将基于CAN总线的液压挖掘机节能控制系统的模块进行划分,分别对泵控制模块、油门控制模块、辅助功能控制模块进行了阐述,并分别建立了各控制模块流程图。 5.通过对CAN总线通讯试验,表明CAN总线用在液压挖掘机节能控制上方便、简洁;在负载传感系统中通过调节,使泵对负载有较好的压力和流量适应性,具有很好的节能效果。 【关键词】：液压挖掘机 CAN技术 节能控制技术 负流量 功率控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题研究的作用与目的11-12
• 1.2 国内外挖掘机节能控制系统发展现状12-18
• 1.2.1 国外挖掘机节能控制系统发展现状12-16
• 1.2.2 国内挖掘机节能控制系统发展现状16-18
• 1.3 挖掘机节能控制系统发展趋势18-23
• 1.3.1 柴油机电子控制18-21
• 1.3.2 液压系统的优化及电子控制21-22
• 1.3.3 现代智能控制技术的运用22
• 1.3.4 电子控制系统的组成22-23
• 1.4 课题研究内容23-24
• 1.5 小结24-25
• 第2章 液压挖掘机组成、工作原理及能量损失分析25-42
• 2.1 液压挖掘机组成及工作原理25-27
• 2.1.1 液压挖掘机组成25
• 2.1.2 液压挖掘机工作原理25-26
• 2.1.3 液压挖掘机作业过程26-27
• 2.2 液压挖掘机液压系统基本类型27-29
• 2.2.1 开中心系统28-29
• 2.2.2 闭中心系统29
• 2.3 定量系统29-30
• 2.4 变量系统30-35
• 2.4.1 分功率控制31
• 2.4.2 全功率控制31-32
• 2.4.3 交叉功率控制32-33
• 2.4.4 压力切断控制33
• 2.4.5 负流量控制33-34
• 2.4.6 正流量控制34
• 2.4.7 负荷传感控制34
• 2.4.8 负荷传感控制柴油机与液压泵的功率匹配34-35
• 2.5 液压系统能量损失分析35-37
• 2.5.1 液压油能量损失35
• 2.5.2 液压泵能量损失分析35-36
• 2.5.3 液压阀能量损失分析36
• 2.5.4 液压系统功率损失36-37
• 2.6 动力系统工作原理及能量损失分析37-41
• 2.6.1 机械燃油喷射的柴油机工作原理37-38
• 2.6.2 电控高压共轨燃油喷射柴油机工作原理38
• 2.6.3 动力系统能量损失分析38-40
• 2.6.4 电控高压共轨燃油喷射柴油机CAN接口40-41
• 2.7 小结41-42
• 第3章 液压挖掘机节能控制系统设计分析42-66
• 3.1 液压泵节能控制分析42-46
• 3.1.1 液压泵工作原理42-44
• 3.1.2 液压泵节能控制分析44-46
• 3.2 液压阀节能控制分析46-47
• 3.3 正流量控制系统节能分析47-48
• 3.4 负流量控制系统节能分析48
• 3.5 电喷柴油机特性分析48-55
• 3.5.1 柴油机的工作特性分析48
• 3.5.2 柴油机的工况分析48-49
• 3.5.3 柴油机的负荷特性分析49-50
• 3.5.4 柴油机的速度特性分析50-51
• 3.5.5 柴油机的万有特性51-52
• 3.5.6 机械调速柴油机的调速特性52
• 3.5.7 电喷柴油机的调速特性52-53
• 3.5.8 电喷柴油机的油门控特性53-54
• 3.5.9 柴油机数学模型的建立54-55
• 3.6 液压系统节能控制的总体结构设计55-60
• 3.6.1 液压系统设计55-57
• 3.6.2 基于CAN 总线技术的挖掘机电子控制系统设计57-59
• 3.6.3 基于CAN 总线技术的挖掘机电子监控系统设计59-60
• 3.7 CAN 总线技术分析60-65
• 3.7.1 CANopen 协议简述60-61
• 3.7.2 J1939 协议简述61-63
• 3.7.3 主控制器的构成方案63-65
• 3.8 小结65-66
• 第4章 电喷柴油机--液压主泵功率匹配控制算法66-74
• 4.1 液压系统----电喷柴油机功率匹配66-68
• 4.1.1 功率匹配控制66-67
• 4.1.2 电子控制系统功率优化67-68
• 4.2 PID 控制原理68-70
• 4.2.1 PID 控制原理68-69
• 4.2.2 数字PID 调节器69-70
• 4.2.3 PID 算法优点及局限性分析70
• 4.3 模糊 PID 控制原理70-73
• 4.3.1 模糊控制理论70-71
• 4.3.2 模糊PID 控制器设计71
• 4.3.3 油门PID 模糊控制的计算机仿真71-73
• 4.4 小结73-74
• 第5章 液压挖掘节能控制系统的软件设计74-80
• 5.1 节能控制系统模块划分74
• 5.2 控制系统软件的抗干扰设计74-75
• 5.3 泵控制模块75-76
• 5.4 油门控制模块76
• 5.5 系统辅助功能控制模块76-79
• 5.6 小结79-80
• 第6章 液压挖掘机节能控制的试验研究80-88
• 6.1 试验的目80
• 6.2 实验样机配置及组成80-82
• 6.3 实验条件及结果82-87
• 6.3.1 试验及测试条件82
• 6.3.2 试验内容及结果82-87
• 6.4 小结87-88
• 第7章 结论与展望88-91
• 7.1 研究总结88-89
• 7.2 研究的方向89-91
• 参考文献91-95
• 作者简介及科研成果95-96
• 致谢96

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