开式容积与储能平衡协同控制挖掘机动臂的能效

(太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室， 山西太原 030024)

引言

液压挖掘机是最主要的工程机械之一，在我国的建设与发展中起着重要的作用，但其特点是能耗高、排放差，多年来提高挖掘机等工程机械的能量利用率一直是该领域的研究热点[1-2]。研究表明液压挖掘机的发动机输出能量利用率仅约20%[3]，因此采用效率更高的电动机代替柴油发动机驱动液压挖掘机可以显著提升能效，国内外众多学者对挖掘机的电动化开展了研究。电动挖掘机需配备价格昂贵的电池，且受限于安装空间，电池容量不能过大，导致机器作业时间较短，因此必须提升整机能效，在电池容量有限的前提下尽可能延长挖掘机工作时间。现有的研究工作可分为两个方面，一是提升挖掘机动力源能效，二是降低挖掘机执行机构峰值功率和能耗。

关于提升动力源效率的研究，主要在改变电动机或液压泵类型方面。现有的电动挖掘机绝大多数是采用定转速异步电机驱动变量泵作为动力源，需要通过改变液压泵的摆角控制输出流量匹配负载需求，但是电机始终以额定转速运行，存在非工作周期能耗，且负载越低时电动机效率也越低，葛磊等[4]的研究表明当负载功率低于额定功率的50%时，异步电机的效率显著下降。变量泵在小排量工况时能效也较差[5-6]，LUX等[7]的研究表明变量泵在25%排量下效率峰值仅为60%。另一种方案是采用异步电机……