基于功率匹配的液压挖掘机节能技术研究

【摘要】： 挖掘机是一种重要的工程机械,它广泛应用于道路工程、水利建设、矿山采掘等各项土石方施工中。如何提高其功率利用率一直是科技人员研究的热点和方向。挖掘机节能效果的好坏直接影响了设备使用的经济性和工作可靠性。本文结合WLY80液压挖掘机的研制项目,针对液压挖掘机发动机与液压系统、液压系统与负载之间的功率匹配控制系统,主要从以下几个方面进行了分析、研究: 1)首先介绍了课题提出的意义,综述了液压挖掘机的发展过程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。提出本文要解决的问题。 2)论文在对挖掘机液压系统分析的基础上,综述目前液压挖掘机主要的功率损失形式;详细分析、介绍了挖掘机目前典型的液压节能技术,并进行分析比较,找出更加有效的节能控制方案。 3)结合WLY80液压挖掘机的设计,构建节能型液压系统,对该机的功率匹配加以理论计算。在对柴油机特性、变量泵特性分析的基础上,建立了发动机数学模型、油门调节模型、变量泵数学模型;根据挖掘机的工作特点,确立了发动机—泵—负载的功率匹配策略,并详细介绍了控制方法及控制过程。 4)在分析常规PID控制、模糊PID控制和神经元PID控制特点的基础上,根据挖掘机工况非线性、延迟性等特点,充分利用模糊控制的快速收敛性和鲁棒性强的特点以及神经元的自适应性,建立了模糊神经元PID控制的油门控制器、单神经元PID控制的变量泵控制器模型,推导控制计算方法,并对计算方法的收敛性和稳定性加以分析,最后通过MATLAB软件对系统模型进行仿真。对仿真结果进行对比分析。 通过理论仿真分析表明:论文模型建立正确,提出的柴油机与液压泵功率匹配方法合理、可行;控制功能能够满足挖掘机性能要求;文中采用的油门控制算法和泵控制算法弥补了常规PID算法的不足,满足挖掘机实时控制的要求。文中提出的节能控制方案具有良好的节能效果,为后续的产品开发提供了一定的理论基础。 【关键词】：液压挖掘机 功率匹配 节能技术 模糊神经元控制 神经元PID控制
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 选题的意义10-11
• 1.2 液压挖掘机节能控制系统的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外液压挖掘机控制技术的发展状况12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 液压挖掘机节能控制系统的发展趋势14-15
• 1.4 本文所要完成的任务15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 液压挖掘机液压系统分析及节能技术研究16-35
• 2.1 液压挖掘机的基本组成及其基本要求16-17
• 2.2 液压挖掘机的基本动作分析17
• 2.3 挖掘机液压系统分析17-22
• 2.3.1 定量系统19-20
• 2.3.2 变量系统20-22
• 2.4 液压挖掘机能量损失分析22-27
• 2.4.1 发动机与泵的功率匹配损失22-25
• 2.4.1.1 恒功率变量泵的调节原理23-24
• 2.4.1.2 恒功率变量泵与发动机的匹配性能24-25
• 2.4.2 挖掘机液压系统与外负载匹配时存在的压力和流量损失25-26
• 2.4.2.1 安全阀的溢流损失25
• 2.4.2.2 操作阀中位时的功率损失25-26
• 2.4.2.3 微动操作时的功率损失26
• 2.4.2.4 压力损失26
• 2.4.3 发动机的能量损失26-27
• 2.5 典型液压系统节能控制分析及研究27-34
• 2.5.1 分功率控制27-28
• 2.5.2 全功率控制28-29
• 2.5.3 交叉功率控制29-30
• 2.5.4 压力切断控制30-31
• 2.5.5 负流量控制31
• 2.5.6 正流量控制31-32
• 2.5.7 负荷传感控制32-33
• 2.5.8 柴油机与液压泵的功率匹配控制33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 WLY80液压挖掘机系统设计及参数确定35-46
• 3.1 发动机的选型36-37
• 3.2 液压系统的设计37
• 3.3 变量泵压力补偿及负荷传感工作原理37-39
• 3.4 液压系统分析39-42
• 3.4.1 缓冲回路39-40
• 3.4.2 再生回路40
• 3.4.3 回转优先回路40-41
• 3.4.4 行走限速回路41-42
• 3.5 液压泵匹配计算42-43
• 3.6 液压元件型号及整机参数43-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 动力系统分析及建模46-57
• 4.1 液压挖掘机动力传动系统组成46
• 4.2 柴油机特性及数学模型46-50
• 4.2.1 柴油机特性分析及数学模型46-49
• 4.2.2 油门执行器模型49-50
• 4.3 变量泵的特性分析及数学模型建立50-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 WLY80液压挖掘机节能控制及数学仿真57-77
• 5.1 节能控制策略及分析57-61
• 5.1.1 常规 PID控制57-59
• 5.1.2 模糊 PID控制59-60
• 5.1.3 神经元 PID控制60-61
• 5.2 控制原理61-68
• 5.2.1 发动机-泵-负载的匹配62-63
• 5.2.2 变量泵的控制原理63-64
• 5.2.3 发动机的控制原理64-65
• 5.2.4 发动机与变量泵的协调控制原理65-67
• 5.2.5 动力系统匹配控制67-68
• 5.3 控制器的设计及数学仿真68-76
• 5.3.1 油门控制器68-69
• 5.3.2 泵控制器69
• 5.3.3 PID神经网络和输出计算69-71
• 5.3.4 神经网络学习算法71-72
• 5.3.5 神经网络 PID学习算法可调参数的选取规律72-73
• 5.3.6 神经网络 PID算法的收敛性和稳定性分析73-74
• 5.3.7 数学仿真74-76
• 5.3.7.1 油门控制器数学仿真74-75
• 5.3.7.2 液压泵控制器数学仿真75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 总结77-79
• 参考文献79-81
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果81-82
• 致谢82

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