混合动力旋挖钻机动力系统设计与控制策略研究

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1、混合动力旋挖钻机动力系统设计与控制策略研究ResearchonPowerSystemDesignandControlStrategyofHybridRotaryDrillingRig作者姓名：鄢伟利专业名称：机械电子工程指导教师：尚涛教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日摘要随着我国基础建设的热潮，旋挖钻机凭着在各种大型灌注桩施工中的卓越表现，得到越来越广泛的应用。与此同时，其油耗高、排放差的问题日益引起人们的关注，旋挖钻机的节能减排成为急需解决的问题。混合动力技术由于其在节能减排领域良好的表现倍受人们青睐

2、，成为车辆和工程机械节能减排主要技术手段之一。因此，对混合动力旋挖钻机的开发有着十分重要意义。论文以北京南车时代机车车辆机械有限公司与我校合作项目旋挖钻机混合动力新技术开发为依托，结合原有的某型旋挖钻机的结构和参数，对混合动力技术中核心技术——动力系统控制策略进行开发研究，主要做了以下工作：首先，对串联式和并联式混合动力旋挖钻机的结构进行了设计，分析了两种结构型式的特点，并对两种结构型式的旋挖钻机在AMESIM平台上进行了建模仿真，并对仿真结果进行了对比分析，通过分析，得出了串联式混合动力旋挖钻机相比并联式混合动力旋挖钻

3、机，动力系统工作更为稳定，但是燃油经济性较差的结论，从而选取了将原机型改造成并联式混合动力旋挖钻机的方案，并对并联式混合动力旋挖钻机进行了参数匹配。其次，对原有旋挖钻机的工作流程进行分析，划分出旋挖钻机的五种典型工况。通过实验对五种典型工况下外负载需求功率的大小测定，继而划分发动机三种运行模式。在广泛研究汽车和各种工程机械上已使用的控制策略的基础上，提出了一种基于发动机三种运行模式同时兼顾发动机、电动发电机和电容三者高效区间的整体优化控制策略。并对其控制原理、控制流程、控制规则进行了开发。最后，在AMESIM仿真平台上

4、，对应用整体优化控制策略的混合动力旋挖钻机进行了仿真，仿真结果表明：混合动力旋挖钻机相对原机型油耗率降低18.35%，扭矩输出增加32.63%。说明混合动力旋挖钻机相对原机型动力性和经济性都由较大幅度的提升。同时对发动机高效区间划分对节能效果的影响进行了研究，得出高效区间越靠近发动外特性曲线节能效果越好和高效区间过宽或过窄都不利于节能两个结论。综上所述，混合动力系统在仿真结果中表示出良好的动力性和经济性，说明本文提出的整体优化控制策略是一种行之有效的控制策略，以及对其结构设计和参数匹配的合理性。本文对混合动力新技术开发有

5、一定理论指导意义。I关键词：混合动力，旋挖钻机，控制策略，仿真IIAbstractAsChina'sinfrastructureboom，rotarydrillingrigwithexcellentperformanceinavarietyoflarge-scalecast-in-placepileconstruction，hasbeenusedmoreandmorewidely.Atthesametime，thehighoilconsumption，pooremissionproblemsarousedpeople's

6、attention，energy-savingemissionreductionofrotarydrillingrigisbecominganurgentproblem.Hybridtechnologyisfavoredbypeoplebecauseofitsgoodperformanceinthefieldofenergyconservationandemissionreduction，becomeoneofthemaintechnicalmeansofvehicleandengineeringmachinery，en

7、ergysavingandemissionreduction.Therefore，thereisveryimportantsignificancetodevelopmentofhybridpowerrotarydrillingrig.ThethesistakesBeijingCSRtimeselectriclocomotivevehicleMachineryCo.Ltdincooperationwithourschoolprojectofrotarydrillingrighybridnewtechnologydevelo

8、pmentasthebasis，structureandparameterwithacertaintypeofrotarydrillingrigintheoriginal，tothecore-powersystemcontrolstrategyforresearchanddevelopmentoftechnology