【摘要】：
随着大功率装备的使用日益广泛,节能控制已成为国际关注的焦点之一。旋挖钻机融合应用了多项先进的节能控制技术,而多技术融合的协调应用成为系统获得理想节能效果的关键。论文针对旋挖钻机钻孔作业系统的整体协调功率匹配节能控制进行了理论、仿真、试验研究。主要完成的工作如下:
1、论述了国内外旋挖钻机节能控制技术的研究现状、发展趋势与存在的问题,阐述了课题研究的意义。
2、分析了旋挖钻机钻孔作业工艺、工况特点、系统工作原理及能量损失的原因,结合应用多项先进节能控制技术,提出了基于转速感应极限负荷控制和负荷传感控制的钻孔作业系统发动机-泵-负载整体协调功率匹配的节能控制策略。
3、应用发动机转速感应模糊PID控制协调变量泵极限负荷控制的方法,结合发动机的分工况功率模式控制,实现了发动机与变量泵的功率匹配;消除了常规方法实现功率匹配需要设定的功率储备,并在负载变化范围较大时实现发动机功率在较小的转速变化范围内从0～100%额定功率的设定,进而将发动机转速稳定在功率传递最佳效率确定的转速范围,实现了发动机功率的有效利用。
4、针对复杂工况下负载变化的不确定性,通过模糊控制器的设计和利用Matlab软件的Fuzzy工具箱的仿真分析,进行了PID参数的自整定优化,以提高转速稳定控制的性能;针对稳定发动机转速的控制进行了发动机与变量泵功率匹配的数学建模,通过Matlab软件的Simulink仿真分析,评价了不加PID的普通控制、PID控制、模糊PID控制进行转速稳定控制的效果。
5、分析了双泵系统的功率交叉控制原理,提出了利用变量泵的电比例调节的正流量控制结合各泵的负荷敏感以满足系统功率交叉协调利用的方法,实现了对发动机功率的随系统工况变化进行功率利用的再分配,获得了对发动机输出功率的有效利用。
6、基于钻孔作业时上车回转的系统特性,采用负荷传感控制方法实现了回转过程的变量泵与负载功率匹配的节能控制;分析了在回转系统中加装节能装置对系统节能效果和对系统动态响应与精度控制的影响,证明了利用节能装置可以提高系统节能控制的有效性;运用功率健合图分析方法,建立了回转系统的变量泵动态响应和变量泵-负载系统的节能控制算法;通过Matlab软件的Simulink仿真分析,得出了泵调节参数的设定对变量泵动态调节过程的响应性能的影响规律,验证了变量泵-负载系统的负荷传感控制实现系统功率匹配的有效性。
7、基于发动机-变量泵和变量泵-负载功率匹配控制方法的实用性验证要求,以SWDM-20旋挖钻机为平台进行试验分析,检验了提出的节能控制方法的有效性和实用性。
总之,通过仿真、试验与现场施工的验证,论文提出的基于转速感应极限负荷控制和负荷传感控制的功率匹配节能控制的理论与方法成功实现了节能控制的要求,对于发动机-变量泵的功率匹配差值控制在5%额定功率的范围,负载变化范围较大时发动机转速稳定在100转范围内,转速稳定控制精度可达0.187%,降低燃油消耗率达5.7%,平均节能效率提高达10%,因此,本研究为旋挖钻机的节能控制提供了一套完整的理论与方法,对旋挖钻机的设计与使用具有着重要的理论和工程应用价值。
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