混合動力起重機(jī)節(jié)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、起重機(jī)械是具有典型位能性負(fù)載特征的工程機(jī)械，當(dāng)工作負(fù)載下降時會釋放大量的勢能，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的起重機(jī)怠速運轉(zhuǎn)時也存在無功狀態(tài)的能量損耗。實踐表明，起重機(jī)在工作過程中的能量利用率不足40％，60％以上的能量耗廢在工作過程的無功功率狀態(tài)。如何將大量的耗廢能量進(jìn)行回收再利用是起重機(jī)械領(lǐng)域節(jié)能減排研究的熱點問題。目前工程中推出的起重機(jī)動力系統(tǒng)節(jié)能方案主要集中于通過驅(qū)動電機(jī)在位能負(fù)載拖動下產(chǎn)生再生能量并將該能量回收儲存和再利用。實踐證明，該類節(jié)能方案

2、的能量轉(zhuǎn)換、儲存和控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性低、經(jīng)濟(jì)性差，未在技術(shù)上取得根本性突破。本文以港口輪胎起重機(jī)為對象，提出了基于共軸雙樞變矩電機(jī)的混合動力節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)方案，分析了起重機(jī)位能性負(fù)載工作機(jī)構(gòu)的能量流向及轉(zhuǎn)換，研究了混合動力節(jié)能動力系統(tǒng)的構(gòu)架，建立了相應(yīng)的系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型，運用系統(tǒng)仿真、模型實驗和實物試驗，驗證了混合動力節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效率和運行可靠性。論文所做的主要研究工作及創(chuàng)新點如下:
　　1、建立了輪胎式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)

3、工作過程動力系統(tǒng)運動和力學(xué)模型，分析了負(fù)載上升、下降過程中的能量傳遞、消耗和轉(zhuǎn)換特性，提出了采用直流同軸雙樞變矩電機(jī)的驅(qū)動和勢能轉(zhuǎn)換再生能量回收方案，并研究了回收勢能和怠速剩余電能的儲存及再利用方法和途徑，完成了混合動力節(jié)能系統(tǒng)的構(gòu)建。
　　2、建立了柴油發(fā)動機(jī)、他勵直流發(fā)電機(jī)、單串勵直流電動機(jī)、共軸雙樞變矩直流電動機(jī)動力系統(tǒng)功能模塊的性能模型，研究了共軸雙樞變矩電機(jī)的調(diào)速控制和超級電容器模組的充放電動態(tài)控制特性，運用MATLAB

4、/SIMULINK軟件對系統(tǒng)能量回饋和釋放及控制環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真，驗證了混合動力節(jié)能方案的可行性。
　　3、研究了混合動力起重機(jī)節(jié)能動力系統(tǒng)控制策略。針對超級電容的充放電特性，提出了勢能回收恒功率充電、怠速能回收恒流充電、電能釋放恒壓放電的控制策略;針對共軸雙樞變矩電機(jī)工作特性，提出耗能工況主電機(jī)為主控，輔電機(jī)跟隨調(diào)壓調(diào)速、饋能工況主電機(jī)空轉(zhuǎn)，輔電機(jī)調(diào)磁調(diào)速控制策略;針對勢能回收和怠速能回收工況特性，提出非線性動態(tài)勵磁控制與多變量均衡

5、控制策略;對柴油發(fā)電機(jī)組提出油門優(yōu)化和對直流發(fā)電機(jī)勵磁相結(jié)合控制策略。
　　4、根據(jù)共軸雙樞變矩電機(jī)節(jié)能系統(tǒng)工作原理，進(jìn)行了小功率模擬實驗、單機(jī)構(gòu)實物試驗研究，設(shè)計和研制了用于產(chǎn)品的工業(yè)樣機(jī)的多機(jī)構(gòu)組合工作混合動力輪胎起重機(jī)節(jié)能動力系統(tǒng)。通過實物樣機(jī)試驗和測試，驗證了系統(tǒng)的節(jié)能效率和運行可靠性。
　　本文提出的基于共軸雙樞變矩電機(jī)混合動力起重機(jī)節(jié)能系統(tǒng)的成果為起重機(jī)械領(lǐng)域能量回收與利用的研究提供了新的思路，隨著該研究成果的運