[01448300]电力变矩混合动力装载机驱动机理及其协调控制技术

本项目受国家自然基金委资助,属于机械传动及混合动力系统的动力耦合领域,主要应用于大型自行走式机械设备,其功率输出具有一定的规律性和波动性,尤其适合与低转速、大牵引力机械的使用要求。本项目主要以装载机的工况为具体的研究背景,也可以推广或拓展到其它具有类似工况的其它机械上。针对传统装载机负载变化范围宽,输出功率波动剧烈,发动机工作点分布区域分散,严重地破坏了装载机的燃油经济性;同时,为了协调发动机的动力输出与整机牵引力需求之间的关系,装载机普遍采用自适应性较强的液力变矩器作为变矩传动部件,但变矩器传动效率较低,使装载机燃油经济性进一步恶化。本项目创造性的提出了一种具有电力变矩功能的机电耦合技术,该技术巧妙的利用行星排将发动机动力与电机动力按照装载机工况对动力的需要进行耦合,既能实现混合动力装载机的各种节能减排工作模式,又能利用行星排的变矩传动原理降速增扭地传递动力,满足装载机低转速、大转矩的驱动要求,还能在变矩传动过程中利用电机反转发电的功能回收发动机的盈余功率以备电机驱动时使用,不仅能了提高装载机的能源利用率,还能提高了变矩传动效率。 项目研究了： 1、针对两种典型物料开展了装载机工作循环试验,利用数据挖掘技术从试验数据中萃取体现其能耗规律的特征数据,基于特征数据创建了装载机循环工况,为本项目的进一步研究提供必要的数据支持; 2、针对装载机循环工况体现的能耗规律,提出了7种混合动力装载机的节能途径,并逐一对其节能潜力和实施难度进行了评估,对其中2种最具节能潜力的途径制定了具体的结构实施方案; 3、通过试验和理论分析的方法研究了液力变矩器与行星排变矩传动特性的差异,进而研究了利用行星排模拟液力变矩传动特性的关键技术问题; 4、以装载机的动力要求为边界条件,以行星排变矩传动理论为约束条件,创建了电力变矩混合动力装载机的匹配理论,详细阐述了其动力系统的匹配问题; 5、针对电力变矩混合动力装载机的结构和功能特点,分层次编制了工作模式划分策略、电力变矩模式控制策略以及超级电容电量（State Of Charge-SOC）平衡策略,规划了电力变矩混合动力装载机实现各种节能工作模式的控制方法; 6、基于AMEsim软件搭建了电力变矩混合动力装载机仿真平台,在仿真平台中植入了本项目前期创建的装载机循环工况,并嵌入电力变矩混合动力装载机的协调控制策略,通过仿真验证了本项目的研究成果和相关结论; 7、在同轴并联混合动力装载机检验了电力变矩混合动力装载机的部分节能工作模式的节能效果,利用试验台架检验了电力变矩模式的能量回收效果,等7项研究内容,最终取得了电力变矩机电耦合技术的成功。 本项目的关键技术拥有自主知识产权,实施期间共申请了4项专利,授权专利2项,发表文章16篇,其中SCI收录1篇,EI收录3篇。 本项目的研究成果为提高装载机等大型工作机械的能量利用率和变矩传动效率提供了全新的理论方法和成套的技术方案,在要求大功率传动机械的混合动力化和变矩传动领域将有较广阔的工程应用前景。