混合動力液壓挖掘機動力耦合機理及控制策略研究

《混合動力液壓挖掘機動力耦合機理及控制策略研究》是依託浙江師範大學，由王冬雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：混合動力液壓挖掘機動力耦合機理及控制策略研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王冬雲
• 依託單位：浙江師範大學

項目摘要

基於混合動力技術的挖掘機節能方案，研究適用於多種液壓系統型式，不同工種及複合操作模式下的混合動力總成耦合機理及其控制策略，實現動力性，可操控性以及節能效果的綜合最佳化。主要內容：統籌考慮機電液系統的耦合關係以及主、輔動力源特性，建立混合動力源及其關鍵部件的數學模型，通過模型仿真獲得不同液壓系統型式，動力組合模式，混合度等關鍵技術對挖掘機動力性，操控性和節能效果的影響規律以及最優的參數匹配關係；研究主力源，輔助動力源以及儲能單元三大部件的挖掘作業全過程綜合尋優方法；研究土壤模型，掌握挖掘阻力變化規律，設計載荷預測算法；研究主動力源與輔助動力源的功率匹配技術，動力源與負載的功率匹配技術；揭示新型動力模式下的全局功率匹配機理；重點突破強變負載下動力源的協調控制技術以及高頻突變載荷模擬技術。試製動力總成控制器至少兩台，提供控制器設計方法及關鍵製造技術方案。

結題摘要

摘要：隨著非道路移動工程機械環保標準的日益嚴格，而且能源短缺日趨嚴重，國際油價逐年上漲，液壓挖掘機作為燃油消耗大戶，其節能技術面臨空前挑戰。基於對目前工程機械能耗原因以及節能研究現狀的分析發現，因動力源與負載之間的功率不匹配加上工作負載的頻繁劇烈波動，動力源的工作點波動巨大，導致發動機的燃油效率低下。在傳統的發動機直接驅動液壓泵作為動力源的結構中，動力源的效率很難得到有效改善，因此本項目提出了一種液壓挖掘機新型油電混合動力技術，通過主動力源（柴油發動機）與輔助動力源（電動機和動力電池）組成並聯混合動力系統，兩個動力源性能互補，共同驅動挖掘機負載。本項目主要開展了以下工作：①研究了該混合動力系統的節能機理及關鍵科學問題並建立了並聯混合動力系統的動力學模型；②根據雙動力源的動力耦合特點，研究了混合動力系統的軸系振動機理，提出了基於軟、硬體結合的解耦策略，通過實驗驗證了該方法對軸系振動的改善效果；③研究了基於遺傳算法的動力總成控制策略，通過仿真和實驗，驗證了該方法在挖掘機負循環載劇烈波動工況下的適應性；④針對混合動力挖掘機多關節協同工作的特點，研究了基於非線性PID與交叉耦合算法相結合的斗齒軌跡精度控制方法，並進行了仿真和試驗測試，結果表明該方法能較大提高多關節挖掘機斗齒的軌跡精度；⑤以電驅迴轉關節為對象，研究了基於混合動力技術與超級電容為儲能裝置的能量回收方法，並進行了理論仿真，結果表明基於電驅迴轉能量回收的方法，具有明顯的節能效果。 三年來，本項目研究成果已經在國內外公開發表學術論文7篇，其中SCI 檢索期刊3篇（其中一篇錄用），EI 檢索期刊2 篇，申請國家專利1項。同時還有2篇論文投往一級以上期刊，正在審稿中。