全液壓甘蔗收割機(jī)功率匹配節(jié)能控制系統(tǒng)的研究

【摘要】：甘蔗是我國(guó)南方的一種主要經(jīng)濟(jì)作物,是生產(chǎn)食糖和生物乙醇的重要原料。全球甘蔗種植面積大約3億畝,我國(guó)位居世界第三。由于甘蔗收割機(jī)存在著宿根破頭率高、含雜率高、油耗高、可靠性差等問(wèn)題,使得甘蔗收割作業(yè)機(jī)械化難以推廣,目前仍以人工收割作業(yè)為主。因此,研究高效、可靠、節(jié)能的甘蔗收割機(jī)將大幅度提高生產(chǎn)效率。甘蔗收割機(jī)作為一種大功率的農(nóng)用機(jī)械,作業(yè)工序復(fù)雜,執(zhí)行元件龐雜。甘蔗收割機(jī)在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中,負(fù)載頻繁變化,導(dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)的壓力、流量不斷變化,溢流節(jié)流損失嚴(yán)重。本文分析了甘蔗收割機(jī)能量損失的主要原因:液壓泵所提供的壓力、流量與負(fù)載所需不匹配,且往往大于負(fù)載的實(shí)際需求,于是這部分多余的液壓能就以節(jié)流、溢流的形式被損耗掉;液壓泵吸收功率與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不匹配,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作在高能耗工作點(diǎn)。為減少能量的無(wú)功損耗,認(rèn)為必須合理匹配收割機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的功率。本文結(jié)合整桿式甘蔗收割機(jī)的收割工藝及典型工況,通過(guò)比較獨(dú)立控制、集中控制、分類組合控制三種電液控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)出適合整桿式甘蔗收割機(jī)的電液控制系統(tǒng)。依據(jù)液壓系統(tǒng)及發(fā)動(dòng)機(jī)特性提出了一種基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制的恒功率-變功率協(xié)調(diào)控制的全局功率匹配方法:通過(guò)監(jiān)測(cè)各子系統(tǒng)的輸出功率,計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)所需輸出的功率;依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)BSFC曲線,找到發(fā)動(dòng)機(jī)滿足所需功率時(shí)的最佳工作區(qū)域;根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差調(diào)節(jié)油門(mén)開(kāi)口度、液壓泵排量、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速,使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與系統(tǒng)有效功率之間相互匹配。分析發(fā)動(dòng)機(jī)—液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu),建立了基于仿真軟件AMESim的仿真模型。通過(guò)負(fù)載階躍響應(yīng)分析了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性;模擬甘蔗收割機(jī)作業(yè)工況,驗(yàn)證控制策略的有效性及可靠性。以4ZL-160整桿式甘蔗收割機(jī)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真分析相一致。 【關(guān)鍵詞】：甘蔗收割機(jī) 節(jié)能控制 負(fù)載敏感 功率匹配 恒功率-變功率控制 轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S225.53
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題研究的背景與意義11-12
• 1.2 國(guó)外節(jié)能技術(shù)研究概況12-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)節(jié)能技術(shù)研究概況14-15
• 1.4 節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)15-17
• 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線17-18
• 第2章 甘蔗收割機(jī)液壓系統(tǒng)及能量損失分析18-30
• 2.1 甘蔗收割機(jī)簡(jiǎn)介18-22
• 2.1.1 甘蔗收割機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成18-21
• 2.1.2 甘蔗收割機(jī)工況分析21-22
• 2.2 液壓系統(tǒng)分析22-25
• 2.2.1 獨(dú)立控制型電液控制系統(tǒng)22-23
• 2.2.2 集中控制型電液控制系統(tǒng)23-25
• 2.2.3 分類組合型電液控制系統(tǒng)25
• 2.3 甘蔗收割機(jī)能量損失分析25-27
• 2.3.1 機(jī)械損失25-26
• 2.3.2 管路損失26
• 2.3.3 泵—負(fù)載功率不匹配造成的損失26-27
• 2.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)—液壓泵不匹配造成的損失27
• 2.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 第3章 發(fā)動(dòng)機(jī)-液壓系統(tǒng)功率匹配設(shè)計(jì)30-40
• 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)特性30-33
• 3.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性30-31
• 3.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性31
• 3.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性31
• 3.1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速特性31-32
• 3.1.5 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性對(duì)能耗的影響32-33
• 3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)-液壓系統(tǒng)功率匹配33-37
• 3.2.1 功率匹配理論分析33-35
• 3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制35-36
• 3.2.3 恒功率與變功率協(xié)調(diào)控制36-37
• 3.3 甘蔗收割機(jī)全功率匹配控制策略37-39
• 3.3.1 閉式比例變量泵37
• 3.3.2 負(fù)載敏感變量泵37-38
• 3.3.3 全功率匹配控制策略38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第4章 系統(tǒng)建模及仿真分析40-57
• 4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)建模40-42
• 4.2 液壓系統(tǒng)建模42-48
• 4.2.1 負(fù)載敏感變量泵建模42-45
• 4.2.2 負(fù)載敏感多路閥建模45-47
• 4.2.3 閉式系統(tǒng)建模47-48
• 4.2.4 系統(tǒng)仿真模型48
• 4.3 PID控制算法48-52
• 4.3.1 理想PID控制49-51
• 4.3.2 帶死區(qū)PID控制51-52
• 4.4 仿真結(jié)果分析52-55
• 4.4.1 負(fù)載階躍響應(yīng)分析52-54
• 4.4.2 模擬收割仿真分析54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第5章 甘蔗收割機(jī)功率匹配系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究57-69
• 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容57
• 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介57-63
• 5.2.1 傳感器58
• 5.2.2 控制器58-61
• 5.2.3 DI3顯示器61-62
• 5.2.4 軟件平臺(tái)62-63
• 5.2.5 CAN總線網(wǎng)絡(luò)63
• 5.3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析63-68
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝調(diào)試63-66
• 5.3.2 轉(zhuǎn)速與油門(mén)拉線位移反饋值關(guān)系標(biāo)定66-67
• 5.3.3 功率匹配控制算法驗(yàn)證67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果74-75
• 致謝75-76
• 作者簡(jiǎn)介76

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