本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用超級電容的工程機(jī)械混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文；６．５．２實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比及經(jīng)濟(jì)性分析；１、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比；表６．８實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比；Ｄ２ＬＱ－－２５ＵＣ一２５；優(yōu)選混合動(dòng)力方案；柴油機(jī)額定功率；起吊重物量；起重機(jī)滑輪組倍率；一次ＩＴ作循環(huán)耗油量１３８ｋＷ１２ｔ４４３２９３；２、經(jīng)濟(jì)性分析；由表６．８可以看出，Ｄ２ＬＱ—２５輪胎起重機(jī)比Ｕ；６．６本章小結(jié)

武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文

６．５．２實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比及經(jīng)濟(jì)性分析

１、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比

表６．８實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比

Ｄ２ＬＱ－－２５ＵＣ一２５

優(yōu)選混合動(dòng)力方案

柴油機(jī)額定功率

起吊重物量

起重機(jī)滑輪組倍率

一次ＩＴ作循環(huán)耗油量１３８ｋＷ１２ｔ４４３２９３５ｋＷ１２ｔ４５６９

２、經(jīng)濟(jì)性分析

由表６．８可以看出，Ｄ２ＬＱ—２５輪胎起重機(jī)比ＵＣ＿２５輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力改造后一次工作循環(huán)耗油量高出很多，這是由于Ｄ２ＬＱ一２５輪胎起重機(jī)配置柴油機(jī)功率較大，而實(shí)際工作負(fù)荷較小，造成“大馬拉小車’’，柴油機(jī)工作點(diǎn)距離經(jīng)濟(jì)區(qū)較遠(yuǎn)，造成耗油率高，另一方面，測試對象在重物下降時(shí)柴油機(jī)仍然驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，電能由能耗電阻發(fā)熱消耗，而混合動(dòng)力仿真中重物下降時(shí)柴油機(jī)按空載運(yùn)行，輸出功率近似為０，從而起重機(jī)一次工作循環(huán)實(shí)測比仿真耗油量要高很多。

６．６本章小結(jié)

本章以ＵＣ．２５輪胎起重機(jī)作為研究對象，采用Ｓａｂｅｒ軟件建立了混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行了多方案仿真計(jì)算、對比分析，并通過實(shí)驗(yàn)分析混合動(dòng)力改造的節(jié)能潛力，可以得到以下結(jié)論：

１、采用Ｓａｂｅｒ軟件建立的混合動(dòng)力仿真模型能很好模擬下一步將要進(jìn)行的實(shí)機(jī)混合動(dòng)力改造系統(tǒng)，典型工作循環(huán)過程與課題組宜港集團(tuán)測試結(jié)果基本吻合：

２、通過仿真研究，設(shè)計(jì)的各方案均能使起重機(jī)一次作業(yè)循環(huán)節(jié)油率在４０％左右，說明在起重機(jī)常用起吊量的工況下，各方案中的超級電容器均能充分吸收回饋能量，在起升重物時(shí)超級電容器又能充分釋放儲存的能量，故使柴油機(jī)輸出功率減小，起到較好的節(jié)能作用，同時(shí)燃料消耗的下降使得廢氣排放減少，１ｌＯ

環(huán)保的意義也是顯而易見的；

３、證明了以超級電容器作為儲能元件的混合動(dòng)力系統(tǒng)在輪胎起重機(jī)上應(yīng)用的可行性。

第７章總結(jié)與展望

對于我國的能源短缺問題有兩種解決辦法，一是尋找資源加大對外進(jìn)口，二是開發(fā)新能源，尤其是可再生能源，加大二次能源的利用率。而解決問題的根本方法是后者。近些年，一種能夠滿足上述需要的新型動(dòng)力系統(tǒng)——混合動(dòng)力系統(tǒng)受到了工程機(jī)械領(lǐng)域的高度重視，并逐漸成為一個(gè)新的研究方向。如何將這種混合動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械節(jié)能是目前業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)，本文在此背景下做了以下工作并進(jìn)行了總結(jié)和展望。

（１）本文主要研究工作

１）闡述了在工程機(jī)械上采用混合動(dòng)力技術(shù)的意義，并結(jié)合實(shí)際課題，確定以輪胎起重機(jī)這類典型工程機(jī)械作為研究對象；

２）進(jìn)行了超級電容器的電特性仿真驗(yàn)證分析及在工程機(jī)械中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)分析及解決方案，為超級電容器應(yīng)用到工程機(jī)械的混合動(dòng)力改造上建立了理論基礎(chǔ)；

３）分析了交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，討論了起重機(jī)變頻調(diào)速的價(jià)值及起重機(jī)變頻調(diào)速的機(jī)械特性，說明了在起重設(shè)備上采用變頻調(diào)速技術(shù)能夠明顯地抑制有害的機(jī)械沖擊，改善運(yùn)行情況，并進(jìn)行了矢量控制變頻調(diào)速仿真；

４）建立了輪胎起重機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)分析了混合動(dòng)力系統(tǒng)中各主要模塊：柴油機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、超級電容器、ＤＣ—ＤＣ變換器、異步電動(dòng)機(jī)、電力拖動(dòng)環(huán)節(jié)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等的數(shù)學(xué)模型，研究了起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)中提供超級電容器充放電的雙向ＤＣ—ＤＣ變換器的新型軟開關(guān)全橋控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，，有助于合理選擇工程機(jī)械混合動(dòng)力系統(tǒng)ＤＣ．ＤＣ變換器拓?fù)洌?/p>

５）采用Ｓａｂｅｒ軟件建立了輪胎起重機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型，針對ＵＣ．２５輪胎起重機(jī)設(shè)計(jì)了６種不同功率柴油機(jī)和不同超級電容器配置的混合動(dòng)力系統(tǒng)方案，通過仿真計(jì)算得出：同比條件下，采用混合動(dòng)力技術(shù)的ＵＣ．２５輪胎起重機(jī)每個(gè)作業(yè)循環(huán)可節(jié)約柴油４０％左右，節(jié)能效果十分明顯；同時(shí)優(yōu)選的混合動(dòng)力ＵＣ一２５輪胎起重機(jī)所配備的柴油機(jī)較原機(jī)額定功率下降了６０％，可大幅度降低柴油機(jī)運(yùn)行過程中的排放總量，具有顯著的社會(huì)效益；

６）對輪胎起重機(jī)實(shí)機(jī)進(jìn)行了耗油量實(shí)測，并與仿真結(jié)果進(jìn)行了對比分析，１１２

武漢理Ｔ大學(xué)博十學(xué)位論文

能夠較直觀地看出節(jié)能效果，進(jìn)一步證明了應(yīng)用混合動(dòng)力系統(tǒng)的必要性。

（２）本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

１）對超級電容器這種新型儲能元件的電特性和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入和系統(tǒng)的研究，利用仿真平臺對其進(jìn)行了驗(yàn)證分析，論證了在工程機(jī)械這類具有負(fù)載快速、頻繁變化特點(diǎn)的機(jī)械中應(yīng)用的合理性和必要性，概括了較完整的包括ＥＳＲ的影響、串聯(lián)均壓、能量監(jiān)控等問題在內(nèi)的超級電容器在混合動(dòng)力系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)；

２）在國內(nèi)首次獨(dú)立開展輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真研究，提出了Ｓａｂｅｒ平臺下超級電容器作為儲能裝置的輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)了對其工作過程的仿真，并且該系統(tǒng)在今后港口流動(dòng)機(jī)械總成系統(tǒng)的仿真中具備較好的適應(yīng)性；

３）以柴油機(jī)工作特性和超級電容器充放電理論為基礎(chǔ)，對輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了柴油機(jī)節(jié)油效果和功率配置合理性的分析和方案優(yōu)選，論證了混合動(dòng)力系統(tǒng)在工程機(jī)械中應(yīng)用的必要性和可行性，其節(jié)能環(huán)保的價(jià)值不可忽視，是綠色工程機(jī)械的重要技術(shù)之一。

（３）本文進(jìn)一步研究方向

以超級電容器作為儲能元件的混合動(dòng)力系統(tǒng)在輪胎起重機(jī)或其他類型工程機(jī)械上的應(yīng)用不僅十分必要，而且是可行的�？梢赃M(jìn)一步作如下研究：

１）對“小比例輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)試驗(yàn)研究＂進(jìn)行立項(xiàng)研究。主要研究內(nèi)容包括：

①按照本文仿真計(jì)算結(jié)果構(gòu)建小比例輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)；

②輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略和控制方法的實(shí)現(xiàn)；

③通過試驗(yàn)，對輪胎起重機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真模型及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。２）著手進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)在輪胎起重機(jī)等工程機(jī)械上的全面推廣應(yīng)用。１１３

武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文

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