混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)仿真研究

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1、第28卷第1期北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol
28No
12010年1月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(NaturalScienceEdition)Jan.201043

文章編號(hào):16711513(2010)01004305混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)仿真研究代
鑫,
張承寧,
梁新成(北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京
100081)摘
要:混合動(dòng)力在工程機(jī)械的應(yīng)用是當(dāng)前的研究熱點(diǎn),為了研究混合動(dòng)力挖掘機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能量回收的動(dòng)態(tài)過(guò)程,用多體動(dòng)力學(xué)軟件Recurdyn建立逼真的液壓挖掘機(jī)工

2、作裝置模型,用Simulink建立了液壓回路能量回收系統(tǒng)中馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、動(dòng)力電池模型,對(duì)動(dòng)臂和斗桿勢(shì)能的回收過(guò)程進(jìn)行了研究.分析了動(dòng)臂油缸、斗桿油缸在能量回收過(guò)程馬達(dá)轉(zhuǎn)速變化規(guī)律及負(fù)載電磁轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律,并對(duì)能量回收效率進(jìn)行了分析.為混合動(dòng)力在挖掘機(jī)的技術(shù)提升方面提供可靠依據(jù).關(guān)鍵詞:混合動(dòng)力;挖掘機(jī);聯(lián)合仿真;能量回收;Simulink;Recurdyn中圖分類號(hào):U415
51;TP391
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文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

液壓挖掘機(jī)在工作過(guò)程中,鏟斗、斗桿和動(dòng)臂都中壓力、速度的變化,并對(duì)能量回收效率進(jìn)行了分會(huì)頻繁運(yùn)動(dòng),由于它們都具有較大的慣性,在工作過(guò)析.程中存在著很大的

3、能量浪費(fèi).據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)[1]的能量利用率僅為50%~70%.在傳統(tǒng)挖掘機(jī)1
系統(tǒng)模型的建立上,其勢(shì)能主要消耗在液壓油及元件的發(fā)熱上,影響針對(duì)挖掘機(jī)液壓能量回收系統(tǒng)的工作原理,建元件壽命.液壓挖掘機(jī)正常工作時(shí),其液壓系統(tǒng)的立整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型.考慮到鏟斗勢(shì)能回收能量效率僅為40%左右,是液壓挖掘機(jī)效率低下的主要較少,這里只對(duì)動(dòng)臂和斗桿油缸與液壓回路所構(gòu)成原因之一.因此怎樣將這部分能量有效地回收,成的系統(tǒng)進(jìn)行能量回收分析.由于工作裝置能量回收為近年較為熱門的研究.[2]動(dòng)力學(xué)方面是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程,利用Recurdyn在多鑒于混合動(dòng)力系統(tǒng)在汽車上的成功運(yùn)用,在體動(dòng)力學(xué)研究

4、的優(yōu)勢(shì),建立了挖掘機(jī)工作裝置的逼液壓挖掘機(jī)上裝備混合動(dòng)力系統(tǒng)成為一種可能,并真模型.利用Matlab中Simulink在算法計(jì)算方面的已受到許多液壓挖掘機(jī)制造商和科研機(jī)構(gòu)的重視.能量回收與利用混合動(dòng)力挖掘機(jī)是提高燃油利用率優(yōu)勢(shì),建立了液壓管路、液壓馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、蓄能電池及節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù).其中能量回收包括:1)工的模型.通過(guò)Simulink與Recurdyn無(wú)縫連接,進(jìn)行作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的能量回收,將液壓油缸中的壓力能量了聯(lián)合仿真,對(duì)液壓能量回收過(guò)程進(jìn)行了仿真研究.回收以及執(zhí)行裝置的勢(shì)能能量回收.2)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的1
1
挖掘機(jī)模型的建立能量回收,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中通過(guò)電機(jī)制動(dòng)

5、取該液壓挖掘機(jī)模型基于CNGCHydraulicExca代傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng),將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存.vatorCN65工作裝置外形尺寸建立,如圖1,該仿真本文主要對(duì)工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的能量回收過(guò)程進(jìn)行模型由動(dòng)臂、動(dòng)臂油缸、斗桿、斗桿油缸、鏟斗、鏟斗研究,建立了能量回收系統(tǒng)模型,并對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)油缸組成.其中,針對(duì)Recurdyn與Simulink的聯(lián)合匹配.分析了動(dòng)臂油缸、斗桿油缸在能量回收過(guò)程仿真,這里建立了模型的輸入輸出關(guān)系.以動(dòng)臂和收稿日期:2009-09-21基金項(xiàng)目:國(guó)家部委預(yù)研項(xiàng)目(40402070101).作者簡(jiǎn)介:代
鑫(1985),男,重慶人,博士研究生,研究

6、方向?yàn)榛旌蟿?dòng)力技術(shù);張承寧(1963),男,安徽蕪湖人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事電機(jī)控制方面的研究;梁新成(1978),男,陜西華縣人,博士研究生,研究方向?yàn)樾履茉窜囕v.44北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)












2010年1月斗桿油缸的液壓力作為該模型的輸入,以動(dòng)臂和斗Q2=Qt+Qz-Qd=桿中活塞相對(duì)于缸體的速度作為輸出.從而與Simdp2nVt+k1
p+k2
P-C2,(6)ulink中液壓馬達(dá)進(jìn)行輸入輸出的連接.達(dá)到Codt3simulation的目的.式中,Qt為馬達(dá)理論流量,m/s;Qz為馬達(dá)泄露流33量,m/s;Qd為馬達(dá)壓縮性

7、流量,m/s;n為馬達(dá)的3轉(zhuǎn)速;Vt為馬達(dá)的排量,m/r;
P為進(jìn)出油口的壓-14差,Pa;k1,k2為馬達(dá)泄露系數(shù),kg?m?s;C1,C2分-142別為馬達(dá)的吸油腔和排油腔的液容,kg?m?s,可表示為:1VtC1=+V1,(7)k21VtC2=+V2,(8)k2式中,V1,V2分別為馬達(dá)的吸油腔和壓油腔的容積,3m;k為油液體積彈性模量,MPa.圖1
挖掘機(jī)模型Fig.1
Excavatormodel液壓馬達(dá)的時(shí)機(jī)輸出扭矩M方程為:
M=Mt-Mz-Md=[3]1
2
流動(dòng)液體建模Vt2dn+k3
P-b0n-b1n-2