基于能量流分析的新能源地下铲运机能耗优化研究

能量流分析是一种分析车辆能量消耗的重要手段,是车辆能耗优化的基础。新能源电池地下铲运机是新型地下矿用设备,对其能量流动与各部件能耗效率研究较少。探究其井下作业的能量损耗是延长其续航时间的研究重点。首次将能量流分析方法应用于新能源铲运机的能耗分析,建立了能量流模型,根据电池温度与铲运机工况设计试验分组并进行工况测试,采集测试数据并基于能量流分析方法对测试结果进行研究。结果表明,新能源铲运机较大的能量损失集中于牵引系统与电池系统。其中驾驶员不适应电驱动操作造成的无效操作与牵引系统控制策略不完善,是导致牵引系统的高能耗的主要因素;电池系统快速充电造成的积温会影响铲运机的能量分配,降低其续航时间。通过对牵引系统与电池系统的优化,实现了新能源铲运机的能耗降低13%。研究结果表明,对新能源铲运机进行能量流分析能够直观了解其能量流动与能耗情况,有助于发现高能耗问题并提出优化方向,从而降低能耗,改善能量利用效率,延长续航时间。

混合动力地下铲运机功率跟随控制策略

为改善地下铲运机燃油经济性,研究系统动力分配策略。通过分析14 t级地下铲运机工况特点,提出串联混合动力系统结构。分析了系统的功率链关系,针对该系统提出了一种双层控制结构的功率跟随控制策略。通过判断系统状态,控制发动机转速及发电机功率,实现了发动机动力的合理分配。对样机进行场地试验,结果表明:该策略能有效的控制混合动力地下铲运机运行,与传统柴油地下铲运机相比节油效果达到25.9%,实现了节能目的。

基于虚拟样机的6m^3地下铲运机工况研究

工况分析是车辆总体设计的重要依据,运用ADAMS和Automation studio软件建立铲运机虚拟样机模型并进行仿真,得到了以功率为特征变量的铲运机循环工况。通过分析可知,6m3地下铲运机峰值功率248.6kW,占总时间的13.7%,循环工况的平均功率仅为峰值功率33%。研究结果为动力系统的匹配设计提供依据。

基于优化的LSSVM-HMM混合动力铲运机故障预测

混合动力铲运机工作环境恶劣,电气系统复杂,故障原因耦合性强,故障种类多,数据大多呈非线性关系,针对传统单一的方法难以精确预测铲运机电气系统故障的问题,提出了一种把最小二乘支持向量机(Least Square Support Vector Machine,LSSVM)和隐马尔科夫模型(Hidden Markov Model,HMM)相结合并进行改进的故障预测方法。首先用历史时刻的铲运机运行状态数据通过LSSVM进行训练,将当前时刻状态数据输入训练好的LSSVM中预测出未来时刻的状态数据;然后通过历史数据训练不同故障状态下的HMM模型;最后把当前状态数据及通过LSSVM预测的状态数据导入训练好的HMM模型中,预测出未来时刻铲运机的状态及其变化趋势。针对传统用经验方法训练LSSVM参数和用Baum-Welch方法选择HMM参数容易陷入局部最优解和收敛速度慢等缺点问题,提出在LSSVM和HMM参数选择时采用人工鱼群算法(Artificial Fish Swarm Algorithm,AFSA)进行改进,提高了LSSVM和HMM的参数估计性能,得到LSSVM所需的最优惩罚参数和径向基核函数。整个过程所用到的数据是14 t混合动力铲运机在矿山现场工作时采集的数据。研究结果表明,通过LSSVM预测出来的铲运机状态数据与采集到的真实状态数据相比,误差较小,吻合度高。应用优化后的LSSVM-HMM方法进行铲运机故障预测准确率达到了91.1%,该方法能精确预测出混合动力铲运机电气系统的故障及其状态变化趋势。

基于动态规划的电动拖拉机动力电源能量控制策略研究

针对纯电动拖拉机能量利用率低、续航里程不足的问题,提出了基于超级电容和蓄电池复合的纯电动拖拉机动力电源系统。通过分析纯电动拖拉机的作业工况特点以及功率需求,对动力电源系统进行了拓扑结构选型和参数匹配,并以动力电源能耗最低为优化目标,应用动态规划对纯电动拖拉机的动力电源系统进行能量控制策略优化,对动态规划结果以及工况特点进行分析,总结出基于规则的动力电源能量控制策略,利用Matlab/Simulink建模对控制策略进行仿真。结果表明基于动态规划的控制策略能量消耗比基于规则的控制策略能量消耗减少了18%,证明了基于动态规划的能量控制策略在节能降耗方面的有效性。

规模化高效采矿地下无轨设备配套应用研究

铲装、运输是地下矿山高效开采的关键环节。本文就铲运机与卡车的合理配套问题进行研究,分析了多个型号铲运机的生产能力,以及运矿卡车与铲运机配合使用时的生产能力。针对矿山的产能需求及使用工况,给出了相应的配套方案。对采矿运输设备的选型具有一定的参考价值。

混合动力地下铲运机的环保技术与发展

矿业是社会发展和国民经济建设的基础产业。在矿业经济发展的同时,我们也清楚的看到,发动机排出的废气含有多种有害成分会影响井下工人的健康,节能环保已成为社会发展的趋势。目前,国内外各大工程机械企业都在研发新的节能和环保技术,以期提高其产品在市场上的竞争力和影响力。在这种大趋势下,因蓄电池技术发展尚不能满足地下铲运机的尖峰作业特点,混合动力技术在工程机械上的技术应用恰好弥补了空缺,成为地下铲运机节能环保技术的发展方向。加强对混合动力技术的推广和应用成为现阶段研发人员思索的问题。

混合动力地下铲运机驱动系统建模与仿真

根据混合动力地下铲运机驱动控制策略开发的需求,采用能量宏观表达法(EMR)建立驱动系统模型。模型中引入桥荷变化因素,并建立前后桥耦合关系。通过实验数据分析计算得到模型仿真参数。通过仿真与实验数据对比,表明所建立的驱动系统模型能够反映出地下铲运机的工作特性,验证了模型的准确性,证实该模型可用于驱动系统控制策略的开发验证。