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1、第28卷第1期北京工商大学学报(自然科学版)Vol28No12010年1月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(NaturalScienceEdition)Jan.201043文章编号:16711513(2010)01004305混合动力液压挖掘机能量回收系统仿真研究代鑫,张承宁,梁新成(北京理工大学电动车辆国家工程实验室,北京100081)摘要:混合动力在工程机械的应用是当前的研究热点,为了研究混合动力挖掘机执行机构能量回收的动态过程,用多体动力学软件Recurdyn建立逼真的液压挖掘机工
2、作装置模型,用Simulink建立了液压回路能量回收系统中马达、发电机、动力电池模型,对动臂和斗杆势能的回收过程进行了研究.分析了动臂油缸、斗杆油缸在能量回收过程马达转速变化规律及负载电磁转矩变化规律,并对能量回收效率进行了分析.为混合动力在挖掘机的技术提升方面提供可靠依据.关键词:混合动力;挖掘机;联合仿真;能量回收;Simulink;Recurdyn中图分类号:U41551;TP3919文献标志码:A液压挖掘机在工作过程中,铲斗、斗杆和动臂都中压力、速度的变化,并对能量回收效率进行了分会频繁运动,由于它们都具有较大的惯性,在工作过析.程中存在着很大的
3、能量浪费.据统计,国产挖掘机[1]的能量利用率仅为50%~70%.在传统挖掘机1系统模型的建立上,其势能主要消耗在液压油及元件的发热上,影响针对挖掘机液压能量回收系统的工作原理,建元件寿命.液压挖掘机正常工作时,其液压系统的立整个系统的仿真模型.考虑到铲斗势能回收能量效率仅为40%左右,是液压挖掘机效率低下的主要较少,这里只对动臂和斗杆油缸与液压回路所构成原因之一.因此怎样将这部分能量有效地回收,成的系统进行能量回收分析.由于工作装置能量回收为近年较为热门的研究.[2]动力学方面是个很复杂的过程,利用Recurdyn在多鉴于混合动力系统在汽车上的成功运用,在体动力学研究
4、的优势,建立了挖掘机工作装置的逼液压挖掘机上装备混合动力系统成为一种可能,并真模型.利用Matlab中Simulink在算法计算方面的已受到许多液压挖掘机制造商和科研机构的重视.能量回收与利用混合动力挖掘机是提高燃油利用率优势,建立了液压管路、液压马达、发电机、蓄能电池及节能减排的关键技术.其中能量回收包括:1)工的模型.通过Simulink与Recurdyn无缝连接,进行作执行机构的能量回收,将液压油缸中的压力能量了联合仿真,对液压能量回收过程进行了仿真研究.回收以及执行装置的势能能量回收.2)回转机构的11挖掘机模型的建立能量回收,回转机构在回转过程中通过电机制动
5、取该液压挖掘机模型基于CNGCHydraulicExca代传统的机械制动,将动能转换为电能储存.vatorCN65工作装置外形尺寸建立,如图1,该仿真本文主要对工作执行机构的能量回收过程进行模型由动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗研究,建立了能量回收系统模型,并对其进行了参数油缸组成.其中,针对Recurdyn与Simulink的联合匹配.分析了动臂油缸、斗杆油缸在能量回收过程仿真,这里建立了模型的输入输出关系.以动臂和收稿日期:2009-09-21基金项目:国家部委预研项目(40402070101).作者简介:代鑫(1985),男,重庆人,博士研究生,研究
6、方向为混合动力技术;张承宁(1963),男,安徽芜湖人,教授,博士生导师,主要从事电机控制方面的研究;梁新成(1978),男,陕西华县人,博士研究生,研究方向为新能源车辆.44北京工商大学学报(自然科学版)2010年1月斗杆油缸的液压力作为该模型的输入,以动臂和斗Q2=Qt+Qz-Qd=杆中活塞相对于缸体的速度作为输出.从而与Simdp2nVt+k1p+k2P-C2,(6)ulink中液压马达进行输入输出的连接.达到Codt3simulation的目的.式中,Qt为马达理论流量,m/s;Qz为马达泄露流33量,m/s;Qd为马达压缩性
7、流量,m/s;n为马达的3转速;Vt为马达的排量,m/r;P为进出油口的压-14差,Pa;k1,k2为马达泄露系数,kg∀m∀s;C1,C2分-142别为马达的吸油腔和排油腔的液容,kg∀m∀s,可表示为:1VtC1=+V1,(7)k21VtC2=+V2,(8)k2式中,V1,V2分别为马达的吸油腔和压油腔的容积,3m;k为油液体积弹性模量,MPa.图1挖掘机模型Fig.1Excavatormodel液压马达的时机输出扭矩M方程为:M=Mt-Mz-Md=[3]12流动液体建模Vt2dn+k3P-b0n-b1n-2
