动臂塔式起重机回转液压系统节能研究

【摘要】：动臂塔式起重机是通过臂架仰俯来改变工作幅度的塔式起重机,应用越来越广泛。在回转制动中,由于负载惯性的作用,会产生很大的制动能量,而在传统的回转液压系统中,制动能量多以内能的形式散失,再加上回转制动的频繁性,这就造成了能量的大量浪费。因此,动臂塔式起重机传统回转液压系统的能耗问题亟待解决。 本文以某动臂塔式起重机的回转系统为研究对象,针对其能耗现象,分析了能耗原因,提出了基于蓄能器-液压泵/马达的节能方案,改进了回转系统；应用AMESim仿真软件,建立了原/改进回转液压系统的模型；通过仿真分析,验证了节能效果,得到了蓄能器体积对系统节能的影响规律。论文的具体研究工作及成果如下： (1)按照实际工况,计算了回转机构的正常、最大回转阻力矩；根据负载的大小选择了液压泵、液压马达及减速机的型号；结合回转机构的工作特点,设计了原回转液压系统原理图,确定了建模仿真参数。 (2)分析了原回转系统的能耗原因,得到能耗由起动时的溢流损失和制动时的动能损失造成；针对能耗原因和特点,提出了蓄能器-液压泵/马达的能量回收再利用的节能方案,改进了原回转系统,并对储能元件——蓄能器进行了参数匹配,确定了其型号。 (3)提出了蓄能器储/放能及液压泵/马达功能切换的控制策略,利用AMESim仿真软件,建立了A11VO变量泵、A2FM定量马达、制动器、负载以及蓄能器、液压泵马达的控制模型,并最终建立并调试了原/改进回转系统的仿真模型。 (4)仿真得到了原/改进回转系统的液压泵和液压马达的流量、功率曲线,利用积分元件,求出了相应系统中液压泵的输出流量及能量的利用率,经对比,改进回转系统的流量利用率及能量利用率比原系统分别提高30.8%、31.4%。 (5)根据节能效果的评判标准,计算得到了改进回转系统的能量回收效率、能量再利用效率及系统节能效率分别为78.9%、76.6%和64.0%；分析了蓄能器体积对节能效果的影响,得出：随着预充体积的增大能量回收效率先降低最后趋于平稳；能量再利用效率及系统节能效率均是是先增大然后逐渐降低,并验证了蓄能器选型的合理性。 【关键词】：动臂塔式起重机 回转制动 能量回收 AMESim仿真 节能研究
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH213.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 动臂塔式起重机概述9-11
• 1.2 动臂塔式起重机发展现状11-12
• 1.2.1 国外发展现状11-12
• 1.2.2 国内发展现状12
• 1.3 动臂塔式起重机节能研究概况12-14
• 1.3.1 基于减少能量损失的节能研究13
• 1.3.2 基于能量回收再利用的节能研究13-14
• 1.4 课题背景及研究内容14-16
• 1.4.1 课题背景及意义14-15
• 1.4.2 研究内容15-16
• 1.5 本文的组织安排16-17
• 2 动臂塔式起重机回转液压系统设计计算17-33
• 2.1 回转阻力矩计算17-20
• 2.1.1 垂直载荷与倾覆力矩17-18
• 2.1.2 风载回转阻力矩18-19
• 2.1.3 摩擦回转阻力矩19-20
• 2.1.4 惯性回转阻力矩20
• 2.2 主要液压元件的选型计算20-23
• 2.3 节能回转液压系统设计23-27
• 2.3.1 原回转液压系统的能耗分析23-24
• 2.3.2 原回转液压系统的节能改进24-26
• 2.3.3 改进回转液压系统的原理分析26-27
• 2.4 蓄能器的选型计算27-32
• 2.4.1 蓄能器的作用及分类27-28
• 2.4.2 蓄能器的参数匹配28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 原回转液压系统的建模与仿真33-45
• 3.1 AMESim仿真软件简介33-34
• 3.2 原回转液压系统的原理分析34-35
• 3.3 系统模型建立35-43
• 3.3.1 条件假设与模型简化35
• 3.3.2 A11VO 变量泵模型35-38
• 3.3.3 A2FM定量马达模型38-40
• 3.3.4 制动器与负载等效40-42
• 3.3.5 原系统模型42-43
• 3.4 系统仿真分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 改进回转液压系统的建模与仿真45-61
• 4.1 基于能量回收再利用的节能分析45-47
• 4.1.1 回转制动—蓄能器储能45-46
• 4.1.2 回转起动—蓄能器释能46-47
• 4.2 系统控制策略的提出47-50
• 4.2.1 蓄能器储/放能控制策略47-48
• 4.2.2 液压泵/马达功能切换控制策略48-50
• 4.3 系统模型建立50-53
• 4.3.1 蓄能器控制模型50-51
• 4.3.2 液压泵/马达控制模型51-52
• 4.3.3 改进系统模型52-53
• 4.4 系统仿真分析53-60
• 4.4.1 仿真结果分析53-55
• 4.4.2 节能效果分析55-57
• 4.4.3 蓄能器参数分析57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-64
• 致谢64-65

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