混合动力液压挖掘机模拟试验台设计

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编程效率 和可读性 、 移植性 要 远远 高 于其 它 汇编语 可 言 。ＭＡ Ｌ Ｂ语 言还 可 以容 易 再 现 Ｃ语 言 几 乎全 部 ＴＡ
研 究方 向之 一 。而 研 究 设 计 开 发 功 能 强 大 的混 合
理方 式 ， 能量 回收 效 率有 重 要 影 响 。通过 模 拟 试验 对 台实 现不 同的控 制策 略 和控 制 算 法 的试 验 ， 各 种策 对 略和算 法下 的能 量 回收 效 率进 行对 比 和分 析 ， 求最 寻 优 的控 制策 略和算 法 。 同时将 通过 仿真 软件开 发 出来
性 ， 模拟 试验 台主要 研究 内容 包括 ： 该
来参 与辅 助驱 动 ， 释放 的速 度决 定 了整 机 的工作性 能 。
通过 对储 能 装 置 功 率 密 度 和 能 量 密 度 等 特点 进 行 试 验， 研究 再 生 能 量 在 辅 助 整 机 工 作 过 程 中 如 何 保 证
ａ 由发 动机 作 为 主动 力 源 。 因为 电 动 机具 有 较 高 的 ， 可控 制性 ， 该设 计方 案用 以得到 电动机 作 为混 合 动力 理想动力 源 的外 特性 和 万有 特性 ， 过 和发 动 机作 为 通
动力源所得 外特性 和 万有 特性 进 行 比较 ， 于研 究 控 便
配 ， 直观 的研究 混合 度对混合 动 力系统 的影 响 。 更
（ ）混 合动 力系统 的控制 策 略和控 制算法 。控制 ２
策略 和控制 算法 直接决 定着 系统 动力和 能量 的分配管
保意识 的 日益 增强 ， 内外对 工 程 机 械 的能 源 消耗 及 国 尾气排 放等 限制愈 加 严格 ， 发研 制 环 保 节 能 型 产 品 开 现 已成 为 工 程 机 械 发 展 的 趋 势 ¨ 。鉴 于 混 合 动 力 技 术 在汽 车上 的成功 应 用 ｊ 近 年来 国 内外 著 名 工程 机 ， 械生产 厂家将 研究 开 发转 向 了混 合 动力 系统 ， 合 动 混 力系统 已成 为工程 机 械节 能 降 耗 、 低 排 放 的 的重 要 降
（ ）试验结 果的评定 与分析 。试验结 果包括发 动 ５ 机、 电动机 的 目标转 速 和 转矩 ， 际输 出转速 和转 矩 ； 实 油耗 的测定 ； 最优 混 合 度 的寻 求 ； 量 回收 效率 等 数 能
中利用先导式 比例 溢流 阀产 生 的背 压模拟 实 际载荷 ，
并通 过先导式 控制 实现 远距 离 的压力 调节 ， 比普 通溢 流 阀更容易实 现模拟 负载的调控 。油 路中设 置流量传 感器 和压力 传 感 器 ， 实现 对 液 压 泵输 出功 率 的监 测 。 Ｃ Ｎ总线 主要 用 于对 输 出压 力 和流量 信号 的接受 ， Ａ 并
制 性较差 的发 动机 外 特性 和 万有 特 性 。通 过 Ｃ Ｎ 总 Ａ
线 发送 电动 机和发 动机 的 目标 转 速和 转 矩信 号 ， 混 对
合 动力 源的输 出转矩 和转速进 行数 据采 集 ，利用 发动 机外特 性和万 有特性 ， 过线 性 插值 法 确定 发 动机 最 通 佳 油 门位 置 ， 而确 定发 动 机最 佳 经济 燃 油 区。通 过 从 油耗 仪对发 动机 的耗油量进 行实 时监测 。储 能装置包 括超级 电容 和 电池 两部 分 ， 过切 换可 以实 现对 不 同 通 储能元 件作 为辅 助动 力源 的性 能进行试 验 。在动 力源
回 收 的能 量等 。鉴 于混 合 动力 液 压 挖掘 机 适 合并 联
式 Ｊ混合 动力 源的原 理设 计 如 图 ｌ 示 。此 混合 动 ， 所 力 系统 中 ， 同时设 计有 电动机和发 动机 ， 当断开离合器
ｂ 由电动 机代替 发动 机作 为 主动 力 源 ； ， 当断 开离 合器
图 ２ 模 拟 负载 系统 原 理简 图
的研 究 内容 对试 验 台 中动 力 系统 、 负载 系统 、 制 系统和软 件 系统 的设 计 方案进 行 了介 绍 。 控
关 键 词 ： 拟 实验 台 ； 合 动 力 ； 压 挖 掘 机 模 混 液
中图分 类号 ：Ｈ１７ 文献 标识 码 ： 文章编 号 ：０ ０４ ５ （０ １ ０ － ７ － Ｔ ３ Ｂ １ ０ －８ ８ ２ １ ） ５０ ３ ３ ０ ０ 随 着能源 短缺 和 环境 污 染 问 题 日趋 严 重 ， 们 环 人
速， 先导式 溢 流 阀 的控 制 信 号等 主要 数 据进 行 传 输 。
使控制 具有集成 性 ， 时性 、 实 高可 靠性 性 、 干 扰能力 抗
强等优 点 。
４ ）软件系统
该模拟 试 验 台 采 用 Ｍ Ｔ Ａ 软件 进 行 数 据 处 ＡＬ Ｂ
和液压泵 之 间的传输轴上 安装转 矩 、 转速 传感器 ， 实现
ＺＨＡＮＧ ａ ｓ ｎ，Ｗ ＡＮＧ ｈ ＷＩ，Ｓ Ｙｕ ｎ—ｈｅ Ｓ ｕ— Ｉ ＨＥＮ ａ Ｈｕ ｎ，ＺＨＡＮＧ ｕ Ｃｈ ｎ，ＬＩ Ｂｉ — ｉ Ｕ ｎ ｂｎ
（ 州理工大学 能源与动力工程学院 ， 肃 兰州 兰 甘
７０ ５ ） ３ ０
摘
要 ：混 合 动 力 液 压 挖 掘 机 模 拟 试 验 台 是 混 合 动 力 工程 机 械 基 础 研 究 的 重 要 工 具 。 根 据 模 拟 试 验 台
图 １ 混 合动 力 系 统 原理 简 图
２ ）模拟 负载 系统
负 载系统 的主要 功 能 是为 试 验 台提供 负 载转 矩 、
பைடு நூலகம்
扭矩 、 速 、 量等所 需 的 负载 ， 拟挖 掘机 实 际工 作 转 惯 模
２１ ０ １年 第 ５期
［ ］ 成大先． １ 机械设计手册． ５版 ［ ． 京 ： 第 Ｍ］北 化学 工业 出版
社 ，０ ７ ２０ ．
［ ］ 刘娜 、 万 永 、 静 祥． ５ 王 张 中华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准
［ ］ 许福玲 ， ２ 陈尧 明． 液压 与气压 传动． ２版 ［ ． 第 Ｍ］ 北京 ： 机
对混合动力 源输 出转矩 和转速 的实时监测 。
理 。Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ软件 基 于 Ｘ Ｃ的半 实 物仿 真 技术 可 以 ｐ
将复 杂 的实 际系统模 型放置在仿真 系统 中进行仿真研
究 （ ａｄ ａｅｉ— ｅｌ ｐ 简称 Ｈ Ｌ 。基 于 ＭＡ Ｌ Ｂ语 ｈ ｒｗ ｒ— ｒ — ｏ ， ｎｈ ｏ Ｉ） ＴＡ 言不仅 可以进行强 大 的数 值计 算 和 图形 处 理 ， 同时其
时 的工 况载荷 。工程测 试领域 中的模 拟加 载主要有机 械模拟 加 载 和液 压 模 拟加 载 等形 式 Ｊ 。本试 验 台采
用液压模 拟加 载 ， 实现 连续 加载 ， 续 可调 ， 远程 控 连 且 制等优点 。模 拟 负载系统 的原理 如图 ２所示 。该系 统
值功率 高 ， 需要 对储 能系统进行 全面 的综 合设计 ， 并进 行可靠 性试验研 究 ， 保证 操作 的安全性 。
整 机 的 高 效 工 作 的 同 时 又 使 发 动 机 工 作 在 最 佳 燃
油 区。
收 稿 １期 ：０ ０１ －１ ３ ２ １ —１ ０
（ ）混合 动力 系统 动 力 参 数 匹配 与优 化 的研究 。 １ 发 动机作 为主 动力 源 ， 通过 对 发 动 机 的外 特 性 和 万 有
械 工 业 出 版社 ，０４ ２０ ．
Ｊ／ ２ ９ ２—１９ ． Ｂ Ｔ９２ ． ９９ 剪叉 式升 降台 技术 条件 ［ ］ 国家 ｓ．
机 械 工 业 局 ，９ ９ １９ ．
［ ］ 程志红 ， ３ 机械设计 ［ ． Ｍ］ 南京 ： 东南大学 出版社 ，０ ６ ２０，
７ ４
液压 与气动
的控 制策 略和算 法应用 于模 拟试 验 台进 行校验 并予 以 完善 。
动力液 压挖 掘机模 拟实 验 台对于 混合 动力 工程 机械 的
研究开 发具 有重要 作用 。 １ 混 合动 力挖掘 机模 拟试 验 台试 验 内容
（ ）辅 助 动力 系统 与 主动力 源 的协 调控制 。存储 ３
３ ）集成控制 系统
该模 拟试验 台采用 适 合普 通 工业 控 制 的 Ｃ Ｎ总 Ａ 线 技术 。 。 ’ 对试验 台进行实 时集成控 制 。Ｃ Ｎ Ｂ Ｓ产 Ａ ．Ｕ
品采 用 Ｐ ｉｐ ｈ ｉｓ公 司 生 产 的 内 嵌 Ｃ Ｎ 通 讯 控 制 器 ｌ Ａ ＳＡ ０ ０和 Ｐ ７ ５ ４微控 制器 ， Ｊ １０ ８Ｃ５ 支持 Ｃ Ｎ ． Ｂ规范 的 Ａ ２０ Ｐ Ｘ ５ １ 品 。利 用 Ｃ Ｎ Ｂ Ｓ对 包 括 液压 管 路压 力 ８ ｅ９ 产 Ａ —Ｕ 和流量 ， 控制油路压 力和流量 ， 量液压泵 的转 矩和转 变
２１ ０ １年第 ５期
（ ）混合动力 液压挖 掘机可靠 性 。挖 掘机关键零 ４ 部 件 的性 能决定 着整 机性 能 ， 需要 通 过模 拟试 验 台对 其包 括液压泵 、 比例溢 流 阀 等元 件性 能进 行 试验 。储 能装 置具有 大的能量 密度 和功率密度 ， 工作 电流大 、 峰
在储 能装 置 中的能量在 系统 过载 或重 载工况 时释放 出
普 遍 的试验方 法 采 用 了传 统 的数 学 建 模 ， 用 仿 利
真软件 进行 模拟仿 真试 验 ， 验 结果 无 法 排 除 工 程 实 试 际 中的外 界 干 扰 。 为提 高试 验 结 果 的 可 行 性 和 可 靠
２１ ０ 第 ５期 １年
液 压 与 气动
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混 合 动 力 液 压 挖 掘 机 模 拟 试 验 台 设 计
张远 深 ，王 书 武 ，沈 欢 ，张 春 ，刘斌 斌